加速度计信号调理与噪声抑制实战

📚 共计 30 章节

加速度计基础

什么是加速度计、MEMS电容式原理、关键指标：量程/灵敏度/零偏/噪声密度

信号链概述

传感器到ADC完整路径、模拟/数字域分界、调理电路核心任务

系统架构ADC

传感器输出特性

单端/差分输出、输出阻抗、共模电压、带宽限制

偏置与参考电压

精密参考源、分压网络、低噪声偏置、PSRR影响

前端缓冲与阻抗匹配

电压跟随器、输入偏置电流、轨到轨运放、单位增益稳定性

一阶低通滤波

RC滤波原理、截止频率、电阻热噪声、电容选择与负载效应

二阶有源低通滤波

Sallen-Key拓扑、Butterworth响应、运放GBW影响、Q值控制

有源Sallen-Key

高阶滤波器设计

四阶级联、切比雪夫/贝塞尔对比、相位响应、群延迟

陷波滤波器设计

50/60Hz工频陷波、双T网络、状态变量型、Q值可调、数字替代

抗混叠滤波器

采样定理、阶数选择、过渡带/阻带衰减、过采样与数字滤波

抗混叠采样

仪表放大器

三运放架构、CMRR、增益设置电阻、输入保护与RFI滤波

差分信号调理

差分转单端、全差分放大器(FDA)、共模反馈、平衡驱动

可编程增益放大器(PGA)

数字电位计、模拟开关、增益范围/步进、增益误差校准

积分电荷放大器

电荷输出模型、反馈电容/时间常数、泄漏电阻、低频响应

热噪声、闪烁(1/f)、散粒噪声、爆裂噪声、谱密度与RMS

运放噪声分析

电压/电流噪声、噪声增益、数据手册参数、总噪声计算

电阻噪声管理

金属膜/碳膜/绕线对比、大电阻噪声、电阻网络等效噪声

电源噪声抑制

LDO与PSRR、去耦电容布局、电源纹波/地弹、隔离方案

PCB布局降噪

模拟/数字地分割、星形接地、关键走线、屏蔽与保护环

屏蔽与防护

金属外壳、EMI耦合路径、共模扼流圈、铁氧体磁珠

差分信号布线

等长布线、阻抗控制、差分对间距、回流路径完整性

多通道串扰抑制

通道隔离、独立LDO、布局分区、时序交错采样

串扰多通道

温度漂移补偿

零偏/灵敏度温漂、片上温度传感器、多项式拟合与查表

非线性校正

加速度计非线性误差、分段线性插值、多项式拟合、LUT

数字滤波基础

FIR与IIR对比、截止频率/采样率、定点数实现、稳定性

数字滤波FIR/IIR

移动平均与中值滤波

窗口长度、实时性优化、边缘效应、混合滤波策略

移动平均中值

卡尔曼滤波入门

状态空间模型、预测/更新、噪声协方差调参、一维应用

卡尔曼状态估计

小波基选择、阈值处理、多级分解重构、与低通对比

系统级噪声预算

各模块噪声贡献、总RMS噪声、SNR与动态范围、迭代优化

噪声预算SNR

综合设计案例

三轴加速度计信号链、选型到PCB测试、噪声谱分析、指标验证