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 listrikdari noise di sekitar rangkaian

Kopling induktif

Disebabkan adanya medanMagnet 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

Shield dipasang diSepanjang kabel dari sensorKe INA(memakai kabel coax)

Shield di gnd kanPada sisi sensor

Vcm

Vin

+

Pemasangan shield yang kurang tepat

Shield pada ujung sensor dan ujung INA di gnd kan semua

+Vcm

Vin

Efek pemasangan shield pada rangkaian

• Muncul sifat kapasitif antara kabel-kabel input dan GND. Rangkaian ekivalen:

INA

Input diferens

Input common mode

Rs1

Rs2

Vin

VcmCs1 Cs2

Vd

V1

V2

+

-

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 modeX1:reaktans Cs1X2: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 modeCMRR nya turun

Mengatasi Vcm

• Guarding

• Memberi tegangan referensi pada shield

• Tegangan referensi berada dalam range Vin

Shield guard

INA

Input diferens

Input common mode

Vin

Vcm

Shield

R

R

Pembagi tegangan untuk referensiShield dihubungkan ke referensi ini

Rangkaian ekivalen input

Vin Vd

R

R

Cs1

Cs2

Vcm

Vref

Active guard

• Vref tidak hanya dihasilkan pembagi tegangan saja, namun dibuffer

INA

Input diferens

Input common mode

Vin

Vcm

Shield

R

R

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

IC

VCC

Noise/Gangguan

2. Inductive coupling=Ground loop

Disebabkan hambatan penghantar yang dipakai tidak nol (idealnya hambatan penghantar =0)

Ground loopVisualisasi :

Adanya jalur ground bersamaPada kawat a-b menimbulkan GND loopR kawat a-b tidak 0 dan dilewatiarus 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