地的淺談

　　最近在做一個AD采集的項目，通過這個項目有一點心得和體會，拿來與大家分享，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，書歸正傳。我所處理的項目是弱光信號的采集，整體的架構(gòu)是使用八只光電池對鹵燈的光強進行采集，PD放大器采用了microchip的MCP6002，然后采用了CD4051 MUX進行通道切換，后級又進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(shù)也不是固定的，所以又使用了一片CD4051進行通道選擇。然后將放大后的信號輸入ADC，ADC使用的時TI的ADS8505，其具有16bits的分辨率。不要問我為什么不用8路的24bits的ADC，這樣既能簡化設(shè)計又能降低成本，還能增加可靠性，何樂不為?我也表示很無奈，儀器差不多是20年前的東西，當(dāng)時24bits的ADC還不是很便宜或者說很少吧，又加之原來的設(shè)計者水平問題，只能選用這么垃圾的系統(tǒng)架構(gòu)。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，整個系統(tǒng)更加簡單，更重要的是性能會更好，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(jié)束，總之，以上內(nèi)容就是為了介紹整個系統(tǒng)。接下來說說我的工作吧，我的工作就是改良這塊AD采集板，使其數(shù)據(jù)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(diào)電位器加固定電阻，ADC的參考和輸入端也用了可調(diào)電位器，系統(tǒng)的噪聲可想而知。經(jīng)過測試原來版本的系統(tǒng)極差(ADmax-ADmin)在60左右，而經(jīng)過我改進的AD板均采用固定的電阻，通道間的不平衡通過軟件校正(原軟件里有校正算法)。

　　經(jīng)過幾天奮戰(zhàn)，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(shù)據(jù)極差在25左右，比原來有2倍多的提升，但是可以看出數(shù)據(jù)有噪聲，如果能將其噪點去掉將會更加完美。開始懷疑是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(shù)據(jù)沒有明顯的好轉(zhuǎn)，極差仍然在20左右，于是考慮是否是AD引入了噪聲。打開PCB仔細查找，不放過每一個細節(jié)，終于有點眉目，ADC的地與電源POWER地沒有分開，而且距離很近，趕緊用刻刀將ADC的地和POWER地之間劃開，然后重新進行測試，結(jié)果極差沒有明顯好轉(zhuǎn)，依然在16左右。這是旁邊的工程師的一句話提醒了我，他說可能是大地不干凈引入的，我馬上拿過板子重新看，由于電路板的工作地和大地PE之間我采用的1000pF的電容進行連接，那么問題很可能出現(xiàn)在這里。一不做，二不休。用鉗子將那個電容剪斷，再次進行測試，哈哈，結(jié)果終于達到了滿意的效果。整體極差在7左右，達到了預(yù)期的目標，已經(jīng)很接近ADC的器件手冊的值。老大看過數(shù)據(jù)后表示很滿意!!

　　一個小小的地對系統(tǒng)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，給大家一個參考!

　　圖1原AD板數(shù)據(jù)

　　圖2新AD板割地后數(shù)據(jù)

　　圖3新AD板割地+剪斷電容后數(shù)據(jù)

　　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

　　圖6割斷的電容

　　圖7原AD板全貌

　　PS：數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)是通過上位機和下位機配合，每通道采集32001組，共8個通道，將8個通道的數(shù)據(jù)傳給上位機存儲，然后通過EXCEL處理繪圖即得到截圖。