地的淺談

　　最近在做一個(gè)AD采集的項目，通過(guò)這個(gè)項目有一點(diǎn)心得和體會(huì )，拿來(lái)與大家分享，希望大家能少走彎路，由于水平有限，出錯在所難免，希望各位不吝賜教!!

　　閑言少敘，書(shū)歸正傳。我所處理的項目是弱光信號的采集，整體的架構是使用八只光電池對鹵燈的光強進(jìn)行采集，PD放大器采用了microchip的MCP6002，然后采用了CD4051 MUX進(jìn)行通道切換，后級又進(jìn)行了二級的放大和濾波處理，采用的芯片是TI的OPA2727低噪聲運放。由于二級的放大倍數也不是固定的，所以又使用了一片CD4051進(jìn)行通道選擇。然后將放大后的信號輸入ADC，ADC使用的時(shí)TI的ADS8505，其具有16bits的分辨率。不要問(wèn)我為什么不用8路的24bits的ADC，這樣既能簡(jiǎn)化設計又能降低成本，還能增加可靠性，何樂(lè )不為?我也表示很無(wú)奈，儀器差不多是20年前的東西，當時(shí)24bits的ADC還不是很便宜或者說(shuō)很少吧，又加之原來(lái)的設計者水平問(wèn)題，只能選用這么垃圾的系統架構。如果直接使用24bits 的Delta Sigma ADC ，可以直接去掉第二級的放大，也能省掉了兩片4051，整個(gè)系統更加簡(jiǎn)單，更重要的是性能會(huì )更好，只可惜老大不許，不想改程序，可能是出于降低風(fēng)險的考慮吧。

　　吐槽結束，總之，以上內容就是為了介紹整個(gè)系統。接下來(lái)說(shuō)說(shuō)我的工作吧，我的工作就是改良這塊AD采集板，使其數據更加準確。之前的版本是不帶有源濾波器的，而且為了平衡不同通道，PD的反饋電阻用的可調電位器加固定電阻，ADC的參考和輸入端也用了可調電位器，系統的噪聲可想而知。經(jīng)過(guò)測試原來(lái)版本的系統極差(ADmax-ADmin)在60左右，而經(jīng)過(guò)我改進(jìn)的AD板均采用固定的電阻，通道間的不平衡通過(guò)軟件校正(原軟件里有校正算法)。

　　經(jīng)過(guò)幾天奮戰，終于新版的AD板焊接完成，很興奮的裝到了儀器上面測試，總體的數據極差在25左右，比原來(lái)有2倍多的提升，但是可以看出數據有噪聲，如果能將其噪點(diǎn)去掉將會(huì )更加完美。開(kāi)始懷疑是ADC前級電路拾取的噪聲，于是將ADC接到固定的直流信號，將5V電源分壓約為2.5V加到ADC輸入端，但是數據沒(méi)有明顯的好轉，極差仍然在20左右，于是考慮是否是AD引入了噪聲。打開(kāi)PCB仔細查找，不放過(guò)每一個(gè)細節，終于有點(diǎn)眉目，ADC的地與電源POWER地沒(méi)有分開(kāi)，而且距離很近，趕緊用刻刀將ADC的地和POWER地之間劃開(kāi)，然后重新進(jìn)行測試，結果極差沒(méi)有明顯好轉，依然在16左右。這是旁邊的工程師的一句話(huà)提醒了我，他說(shuō)可能是大地不干凈引入的，我馬上拿過(guò)板子重新看，由于電路板的工作地和大地PE之間我采用的1000pF的電容進(jìn)行連接，那么問(wèn)題很可能出現在這里。一不做，二不休。用鉗子將那個(gè)電容剪斷，再次進(jìn)行測試，哈哈，結果終于達到了滿(mǎn)意的效果。整體極差在7左右，達到了預期的目標，已經(jīng)很接近ADC的器件手冊的值。老大看過(guò)數據后表示很滿(mǎn)意!!

　　一個(gè)小小的地對系統的影響如此重大，使我對接地和分地有了更清楚的認識，希望我的經(jīng)驗給各位提個(gè)醒，避免在次走入地的陷阱，下面我把測試截圖一并貼上，給大家一個(gè)參考!

　　圖1原AD板數據

　　圖2新AD板割地后數據

　　圖3新AD板割地+剪斷電容后數據

　　注：紅框部分為極差，粉框部分為噪聲

　　圖4新AD板全貌

　　圖5分割的地線(xiàn)

　　圖6割斷的電容

　　圖7原AD板全貌

　　PS：數據采集的實(shí)現是通過(guò)上位機和下位機配合，每通道采集32001組，共8個(gè)通道，將8個(gè)通道的數據傳給上位機存儲，然后通過(guò)EXCEL處理繪圖即得到截圖。