EMI-robuste Aufbereitung von Sensorsignalen für Alarmanlagen
Sicher ist sicher
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Sicher ist sicher
Alarmanlagen werden generell mit umfangreichen EMI-Filtermaßnahmen ausgestattet, um einen optimalen Schutz vor Fehlalarmen zu erreichen. »Die Schnittstelle zwischen Sensor und Operationsverstärker weist im Signalpfad die größte Empfindlichkeit gegen elektromagnetische Störeinflüsse auf«, erklärt Carine Alberti, Systems Marketing Engineer für Healthcare, Sensing und Motor Control von National Semiconductor. »Das Signal liegt hier noch in analoger Form vor und ist von geringer Amplitude, und auch die langen Leitungen sind anfällig für das Einstreuen von Störungen. Weniger sensibel ist dagegen das Interface zwischen Operationsverstärker und A/D-Wandler, denn das Signal hat hier dank der Verstärkung bereits eine größere Amplitude, und auch die Leitungen sind meist kürzer.«
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Weil somit die Schnittstelle zwischen Sensor und Operationsverstärker den kritischsten Abschnitt darstellt, hat National Semiconductor Produkte mit integrierten EMI-Filtern eingeführt. Diese halten die Genauigkeit analoger Systeme aufrecht, indem sie die Auswirkungen von Hochfrequenz-Störungen abmildern. »Um bei der Identifikation EMI-beständiger Operationsverstärker zu helfen, muss ein neuer Parameter in das Datenblatt aufgenommen werden, der die EMI-Performance eines Operationsverstärkers quantitativ beschreibt«, unterstreicht Alberti. »Dieser Kennwert gibt an, wie gut ein OpAmp elektromagnetische Störeinflüsse unterdrückt, so dass sich verschiedene Modelle nach ihrer EMI-Robustheit und Performance vergleichen und sortieren lassen. Ebenso wie die Gleichtaktunterdrückung (CMRR) wird auch die EMI-Unterdrückung (EMIRR) als das Verhältnis zwischen einer Änderung des angelegten HF-Signals und der daraus resultierenden Änderung der Offsetspannung ausgedrückt.«
Wie ist eine Alarmanlage aufgebaut?
Die Struktur einer Heim-Alarmanlage geht aus Bild 1 hervor. »Man erkennt die verschiedenen, per Kabel oder drahtlos angeschlossenen Sensoren, den Mikrocontroller, das GSM-Modul und den Power-Management-Abschnitt«, erklärt Alberti. »Es kommen unterschiedlichste Sensoren in Frage, z.B. Bewegungsmelder auf PIR-Basis (pyroelektrische Infrarot-Technik), Tür oder Glassensoren, Gasmelder, Temperaturfühler oder Rauchmelder. Wie das Blockschaltbild weiter zeigt, kann die Anlage entweder aus einem USB-Port oder aus einer Batterie versorgt werden. Daraus resultiert die Forderung nach minimaler Stromaufnahme für eine maximale Batterielebensdauer.« Die für die verschiedenen Funktionsabschnitte der Anlage nötigen Spannungen lassen sich mit dem Buck/Boost-DC-DC-Wandler LM3668 und dem rauscharmen LDO-Spannungsregler LP5900 erzeugen. Zur Temperaturerfassung eignet sich der analoge Temperatursensor LM94022, der aufgrund seiner geringen Stromaufnahme von typ. 5,4 µA und seiner Eignung für Versorgungsspannungen ab 1,5 V für alle Systeme in Frage kommt, in denen die Stromaufnahme möglichst niedrig sein muss.
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