九乡新闻网闫晨我爱你:RC滤波实验有感
来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/05/02 11:26:17
今天是周末。本来准备休息。
前段时间一直在做采集板的实验。由于我们实验要求比较高，采集恒温槽的温度，但是采集值最后误差不能超过0.1°。我们是用PT100采集温度。PT100每升高10°电阻增加3.85Ω，如果是0.1°的话那就是0.0385.现在我们是给1mA的恒流源，那么电压误差就就是0.0385mV之内。这么小误差的电压值，确实在单片机中很难保持。我们采用的是24位的AD7793外部AD转换器，然后把值传给飞思卡尔单片机。
以2.5V参考电压理论上24位的单片机分辨率是2.5/16777216=0.00015mV。是绝对可以测量保持到0.0385的误差。
但是由于外部的干扰，PCB的布线，器件的噪声。导致我们的误差都远远大于我们想要的误差范围。
经过各种排查，首先我们把各种安全保护器件去掉，比如TVS管，保险丝，磁珠，RC。
去掉以后果然，误差小了很多，几乎减少了5-10倍的数量级。但是与我们自己想要的误差还相差比较大。
后来我们增加了RC，效果大增，几乎可以满足实验要求。然后我们又加入了磁珠误差也有相应的好转。于是我们最后判定，信号要通入AD转换前，最好先进行RC滤波和磁珠。
后来查了一下资料。发现，磁珠原来就是电感，就是它的线圈匝数只有一砸。电感可以去除一定的交流信号。使得信号更加平滑。
RC滤波原来是大有学问，网上各种这类的介绍。
首先RC滤波可以去除信号毛刺，也就是突然一个高点，变化率很大的噪声。这样就可以保持信号的平滑，是单片机更容易采集到正确的值。
同时RC滤波也是一个低通滤波器，让频率比较低的信号过去。公式是：f=1/（2*π*R*C）.小于这个频率的信号可以通过，大于的则被电容吸收。
还有就是RC可以理解成RC网络，用自动控制原理里面的拉普拉斯变化（频域变化）可以计算得出，如果一个电压信号通过RC滤波，那么它一定要等3RC的时间之后才会达到原来的95%，4RC之后到达原来的98%，5RC之后到达原来的99.3%.因此信号采集频率和这个关系非常大，一般我们要让采集周期的1/3就要到达那个输入信号。计算可得采集周期要大于15倍的RC。如果RC太小的话那么滤波的效果也会很差（建议选用R=1K，C=0.1uF）。也就是1/f>15RC.这样采集才会误差小于0.007.
综述可得RC既然滤波也就要让留下来的波频率接近采集平率的2-3倍。RC不能太大，也不能太小。若太大大于5倍数量级效果变化很明显。若太小小于1/100数量级的话也效果会很差。最好的就是1/f=15RC。
然后就会有一个疑问，R,C的取值怎么取。
今天自己好奇做实验。终于得出一个很重要的结论。但是还有待后来人的验证。结果是这样的。R和C的取值关系不大，只要RC的值满足就行的。
我实验的f=16.7.换成RC=0.004=4*10-3.
我是取R=100K，C=0.001uf。RC=1*10-3。这样最后的效果已经非常好了，误差只有0.003-0.004mV。
然后R=1K，C=1uf，RC=1*10-3.效果也是一样的。
R=1K,C=0.01UF，RC=0.01*10-3（RC过小）.误差有时候会大于0.01
R=1K,C=0.1UF，RC=0.1*10-3（RC略小）.误差一般都也在0.003-0.004之间。
R=1K，C=220pf,RC=0.22*10-6.误差接近0.01.
R=20K,C=0.1uf，RC=0.002.误差也几乎在0.003上下。
R=20K，C=1uf，RC=0.02（RC过大50倍）.误差有时候超过0.005
R=100K，C=1uf，RC=0.1（RC过大100倍）.误差有时候超过0.009
太小（大小RC/50）是因为RC太小，滤波不好干扰噪声还会存在。，太大(小于30RC)是因为RC太小，响应时间太短，输出信号不平稳影响采集。