求助各位大神分析电流信号接收电路

ID:477651 · 发表于 2025-8-27 21:43

上图为设计的电流信号接收电路，CS为霍尔电流传感器输出的电流信号，经电阻转换为电压信号后放大，再经过后级绝对值电路完成负电压处理后送入单片机AD采样口。AD采样参考电压为2.5V，CS范围为-30ma-+30ma。目前经过测试，计算数值基本正确，但采样数据震荡严重，请问是否是电路设计问题？万分感谢您的解答！

ID:477651 · 发表于 2025-8-28 16:12

求助，坐等解答

ID:1137639 · 发表于 2025-8-29 08:18

从电路设计和实际测试现象来看，采样数据震荡严重可能由以下几方面电路设计相关原因导致，以下逐一分析并给出解决建议： ### 电源滤波与退耦问题 - **问题分析**：电路中运放（OP07C）的电源引脚虽有0.1μF滤波电容，但可能存在滤波效果不佳情况。一方面，电容容量相对较小，对于电源中的低频纹波抑制能力有限；另一方面，若电容布局不合理，远离运放电源引脚，会使电源到运放的布线引入额外干扰，影响运放稳定工作，进而导致信号放大过程中出现震荡。另外，整个电路的电源（VDD、-VDD 等）如果本身存在纹波或者受其他电路干扰，也会通过电源耦合到信号通路。 - **解决建议**：在每个运放的电源引脚旁，增加一个10μF的钽电容或电解电容（注意电容耐压和极性，若为双电源运放，-VDD 侧也对应增加），与现有0.1μF电容形成高低频滤波组合，更好地滤除电源纹波。同时，检查电源布线，确保电源走线短而粗，且远离高频干扰源（如功率电路、时钟电路等），必要时对电源进行单独的滤波处理，比如在电源入口处增加π型滤波网络。 ### 信号滤波环节不足 - **问题分析**：输入信号CS转换为电压信号后，虽有一些滤波电容（如C126等），但可能对信号中的高频干扰抑制不够。霍尔电流传感器输出的电流信号可能混入高频噪声，经过电阻转换和运放放大后，这些噪声被放大，而后级绝对值电路也会对噪声有一定的传递，最终导致AD采样到震荡数据。另外，电路中的电阻、电容参数搭配若不合理，可能形成自激震荡，尤其是运放组成的放大和绝对值电路，存在一定自激风险。 - **解决建议**：在信号进入第一级运放（U27）之前，即CS信号经过R89、R91、C126组成的滤波电路后，可适当增大C126的容量，比如改为1μF或10μF（根据信号频率特性调整，需保证有用信号带宽不受过多影响），增强对输入信号的滤波效果。对于运放电路，检查运放的相位补偿情况，OP07C是需要外部适当相位补偿的运放，可参考其数据手册，在运放反馈回路或合适位置增加补偿电容，一般可先尝试在第一级运放U27的反馈电阻R85两端并联一个几十pF到几百pF的小电容（如100pF ），观察震荡是否改善，后续多级运放（U28、U29 ）也可做类似尝试，以消除运放自激导致的信号震荡。 ### 布线与接地问题 - **问题分析**：电路中的接地（AGND）如果存在环路或者布线混乱，会导致地电位不一致，形成干扰电流，从而影响信号质量。比如各个运放的AGND连接如果不是单点接地或者接地路径过长、阻抗过大，不同位置的地电位有差异，信号在传输和放大过程中就会引入共模干扰，表现为采样数据震荡。另外，信号走线如果与干扰源（如大功率器件、高频时钟线等）平行且间距过小，会发生电磁耦合，拾取干扰信号。 - **解决建议**：优化接地设计，采用单点接地或串联单点接地（根据信号频率，低频信号适合单点接地）方式，确保所有AGND尽可能在一个低阻抗的接地点汇合，减小地电位差。检查信号布线，将敏感的信号走线（如CS转换后的电压信号走线、运放输出信号走线等）与干扰源走线远离，必要时进行屏蔽处理，比如在信号走线两侧布置接地的屏蔽线，或者使用屏蔽层将信号线缆包裹（如果是PCB布线，可在信号层相邻层做完整地平面）。 ### 元件参数与选型匹配问题 - **问题分析**：运放OP07C本身的带宽、 slew rate（转换速率）等参数，如果与实际信号频率和放大需求不匹配，可能在信号变化较快时无法及时响应，导致信号失真和震荡。另外，电路中的电阻精度、电容精度以及温漂等特性，若不一致，在温度变化或信号变化时，也可能引起电路参数波动，造成信号不稳定。 - **解决建议**：查看OP07C数据手册，确认其带宽（OP07C带宽较低，约0.6MHz ）是否满足信号处理需求，若信号中存在较高频率成分，可考虑更换带宽更高、转换速率更快的运放，比如AD822等（但需注意供电、失调等参数匹配）。对于电阻、电容，尽量选用精度高、温漂小的元件，比如金属膜电阻、C0G材质电容等，保证电路参数的稳定性，减少因元件自身特性导致的信号震荡。除了电路设计方面，还可从软件角度辅助改善，比如对AD采样数据进行数字滤波（如滑动平均滤波、卡尔曼滤波等），但前提是先尽量从硬件电路上解决根本的干扰和震荡问题，再结合软件滤波进一步优化采样结果。

ID:469589 · 发表于 2025-8-29 09:20

第一级放大倍数降到10，向后级分担一点。
给R85上并联一个小小电容。
以上两个方案就可以了。

ID:1073939 · 发表于 2025-8-29 14:59

最后一级运放电路有问题，你应该采用标准的差分电路，要增加2个电阻。

ID:1153607 · 发表于 2025-8-29 22:09

OP07可以考虑换换高速型号。

ID:477651 · 发表于 2025-8-30 09:29

GlenXu 发表于 2025-8-29 09:20
第一级放大倍数降到10，向后级分担一点。
给R85上并联一个小小电容。
以上两个方案就可以了。

按照您的方法试过了，不管用，数据还是不稳定

ID:477651 · 发表于 2025-8-30 09:31

ydatou 发表于 2025-8-29 14:59
最后一级运放电路有问题，你应该采用标准的差分电路，要增加2个电阻。

能描述下理论推导过程吗？这样会不会影响绝对值电路的功能，数值计算错误？

ID:1073939 · 发表于 2025-8-30 13:49

同凨发表于 2025-8-30 09:31
能描述下理论推导过程吗？这样会不会影响绝对值电路的功能，数值计算错误？

看看教科书关于运放的基础知识，你这级同向放大倍数为2，反向放大倍数为1。所以波形如我所画。差分放大是不管同相反相都是同样的放大倍数。
假如仅仅取绝对值，这个错误影响不大。假如是计算有效值或平均值，就影响非常大。

ID:1073939 · 发表于 2025-8-30 14:24

上面的回帖脑袋短路把绝对是理解为最大值了。
最大值这电路才影响不大，毕竟是简单的线性关系，
假如是求取真有效值或平均值，那就会数据震荡严重。

ID:1079566 · 发表于 2025-8-30 18:20

绝对值电路部分,是没问题的, 负半周U28工作, 正半周U28不工作,所以不能分开计算U28/U29.
振荡原因, 你用OP07驱动100nF的电容,感觉不可靠. 去掉试试, 或者换小二个数量级试试.
不知测量电流的频率在什么范围,OP-07一般用在低频.

ID:1073939 · 发表于 2025-9-1 09:23

ZSJM 发表于 2025-8-30 18:20
绝对值电路部分,是没问题的, 负半周U28工作, 正半周U28不工作,所以不能分开计算U28/U29.
振荡原因, 你用OP ...

你的分析错误。正半周D34导通，负半周D37导通，U28一直工作。所以可以分开计算U28/U29.
你和楼主可能都看过关于精密整流的电路，里面是有一个利用正负半周放大倍数不同做精密整流的。但分析电路要看整体。
100nF电容直接接运放输出确实有问题，应该通过一个电阻接运放输出。

ID:595237 · 发表于 2025-9-1 13:58

度娘可以查结果吗？

ID:477651 · 发表于 2025-9-2 10:31

ydatou 发表于 2025-9-1 09:23
你的分析错误。正半周D34导通，负半周D37导通，U28一直工作。所以可以分开计算U28/U29.
你和楼主可能都 ...

运放输出端串接了1k电阻至AD端口，还是不行，震荡依然存在

ID:477651 · 发表于 2025-9-2 10:32

juncedz 发表于 2025-9-1 13:58
度娘可以查结果吗？

度娘不好用，急需一个电路分析的大模型AI

ID:879348 · 发表于 2025-9-2 13:36

霍尔的特性就是这样，因为电会产生磁场，叠加到元件上，还有地磁的影响

ID:879809 · 发表于 2025-9-2 13:44

不要盲目的胡乱加电容，C124应该去掉。

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