Noise dan gangguan pada Instrumentasi

Noise dan gangguan pada
Instrumentasi
Noise dan gangguan
• Gangguan  sesuatu yang menimbulkan
kesalahan pada sistem instrumentasi
• Noise  istilah untuk gangguan yang
sifatnya acak
Beberapa contoh noise/gangguan pada
sistem instrumentasi
1. Capacitive/Inductive coupling
Adanya sumber noise di luar rangkaian yang
menginduksi /mengkopling rangkaian
Biasanya terjadi pada rangkaian dengan
input isyarat AC (mic, perangkat
komunikasi, perangkat audio)
Kopling kapasitif
• Rangkaian ekivalen
Disebabkan adanya medan listrik
dari noise di sekitar rangkaian
Kopling induktif
Disebabkan adanya medan
Magnet di sekitar rangkaian
Cara mengatasi
• Shielding
Memberi selubung konduktor di sekitar
kabel yang menghubungkan input ke alat
Selubung konduktor biasanya dihubungkan
ke ground sinyal untuk “membuang” noise
Pemasangan shield pada
rangkaian
Vin
Vcm
Shield di gnd kan
Pada sisi sensor
+
Shield dipasang di
Sepanjang kabel dari sensor
Ke INA
(memakai kabel coax)
Pemasangan shield yang kurang
tepat
Vin
Vcm
+
Shield pada ujung sensor dan ujung INA di gnd kan semua
Efek pemasangan shield pada
rangkaian
• Muncul sifat kapasitif antara kabel-kabel
input dan GND. Rangkaian ekivalen:
Rs1
Input diferens
V1
+
Vd
Vin
Rs2
V2
Input common
mode
Vcm
INA
Cs1
Cs2
Nilai input diferensial yang masuk
di terminal INA
• Vd=V1-V2
• V1=(Vin+Vcm) jX1/(Rs1+jX1)
• V2=Vcm jX2/(Rs2+jX2)
• Jika Rs1=Rs2 dan X1=X2, maka:
Vd = Vin jX1/(Rs1+jX1)  tidak ada
pengaruh tegangan common mode
X1:reaktans Cs1
X2:reaktans Cs2
• Jika Rs1 dan Rs2 beda dan Cs1 Cs2 juga
tidak identik lagi, besarnya Vd akan
menjadi sbb:
Vd = V1-V2
Vd =(Vin+Vcm) jX1/(Rs1+jX1) - Vcm
jX2/(Rs2+jX2)
Vd =Vin jX1/(Rs1+jX1) +(Vcm){ jX1/(Rs1+jX1) - jX2/(Rs2+jX2)}
Terpengaruh tegangan Common mode
CMRR nya turun
Mengatasi Vcm
• Guarding
• Memberi tegangan referensi pada shield
• Tegangan referensi berada dalam range
Vin
Shield guard
Shield
R
Input diferens
Input common
mode
Vin
R
INA
Vcm
Pembagi tegangan untuk referensi
Shield dihubungkan ke referensi ini
Rangkaian ekivalen input
R
Cs1
Vref
Vin
Cs2
Vcm
R
Vd
Active guard
• Vref tidak hanya dihasilkan pembagi tegangan
saja, namun dibuffer
Shield
R
Input diferens
Input common
mode
R
Vin
INA
Vcm
buffer
+
-
EMI/RFI
• Salah satu contoh capasitive coupled
noise
• Radio Frequency Interference and
Electromagnetic Interference – general
terms used to describe EM interference
over a wide range of frequencies.
• Result of TV, radio broadcasts, fluorescent
lighting, high speed logic,natural
phenomena such as lightning
EMI/RFI
• EMI can be treated as a noise voltage
source capacitively coupled to the circuit
of interest.
Penanganan RFI/EMI
• Shielding pada kabel dan DUT(device
under test) objek yg diukur
Penanganan RFI/EMI
• Kapasitor dekopling pada DUT
Penanganan EMI/RFI
• Kapasitor dekopling sering diterapkan pada
VCC dan GND suatu IC dan dipasang sedekat
mungkin jalurnya dengan IC
VCC
IC
Noise/Gangguan
2. Inductive coupling=Ground loop
Disebabkan hambatan penghantar yang
dipakai tidak nol (idealnya hambatan
penghantar =0)
Ground loop
Visualisasi :
Adanya jalur ground bersama
Pada kawat a-b menimbulkan
GND loop
R kawat a-b tidak 0 dan dilewati
arus dari 2 cabang
Dibuat jalur GND terpisah untuk
Load dan sensor
Kutub GND catu
Noise/Gangguan
3. Johnson Noise
- Disebut juga thermal noise
• Associated with the movement of electrons due
to thermal energy.
• All voltage sources have internal resistance and
so generate Johnson Noise.
Penanganan Johnson Noise
• Karena disebabkan panas, solusi untuk
noise ini adalah pendinginan pada
rangkaian:
– Heatsink pada IC
– Kipas
– Pendingin-pendingin yang lain