Wie schütze ich analoge Schaltkreise vor Relaisschaltgeräuschen?

Ich mache einen Temperaturregler auf Thermoelementbasis. Die Thermoelementspannung wird unter Verwendung des Vergleichsstellenkompensations-IC LT1025 und des Präzisions-Operationsverstärkers LT1050 gemessen.

Die Messungen werden vom ADC gelesen und das Relais wird von einem vom Mikrocontroller gesteuerten MOSFET eingeschaltet.

Das Gerät wird eine separate "Abschirmung" sein, die Vergleichsstellenkompensation, Operationsverstärker, MOSFET und Anschlüsse für Thermoelement und Relais enthält.

Ich möchte Rauschen auf dem analogen Teil so weit wie möglich vermeiden und verwende eine separate Erdung für den analogen Teil. Die Erdung für die analogen und digitalen Teile wird an die Stromversorgung angeschlossen (was zu Problemen bei der ADC-Lesegenauigkeit führen kann, da diese Gründe vorliegen auf unterschiedlichem Potential, aber ich werde das in der Software kompensieren) und ich führe eine von der analogen Erdungsebene getrennte Spur für die Relais-Erdungsrückführung aus.

Ich habe eine Sperrschutzdiode zwischen Relaisklemmen und Entkopplungskondensatoren mit den Werten 10uF und 100nF an der MOSFET-Drain-Klemme angebracht. Was kann ich noch tun, um Spitzen vom Relais in meinem analogen Teil zu vermeiden? Es mag in dieser speziellen Anwendung nicht zu kritisch sein, aber ich bin bereit zu lernen.

Schaltplan, über den sich Olin etwas weniger beschwert:

Nur teilweise im Zusammenhang mit der Frage - die Verwendung eines Hi-Side-NPN wie gezeigt ist etwas ungewöhnlich. Es ist sicherlich machbar. Ihr Gate-Antrieb muss von V_relay + auf typischerweise 5 bis 10 Volt höher schwingen. Wenn es sich bei dem Relais um ein 12-V-Relais handelt, benötigen Sie zum Ansteuern des Gates etwa 17 bis 20 Volt (der genaue Pegel hängt vom FET Vth usw. ab). Die Verwendung eines High-Side-P-Kanal-FEt oder eines Low-Side-N-Kanal-FEt wäre etwas üblicher. Aber auch dies ist bei Bedarf praktikabel.

D1 sollte so nahe wie möglich an der induktiven Last montiert werden. Ein EIN- Relais über Spulenkontakte (oder Relaisbuchse, falls verwendet) ist wünschenswert. Jeder Abstand von der induktiven Quelle ergibt eine schöne Strahlungsschleife.
Wenn Sie D1 gegen die Relaisspulenkontakte bewegen, wird die Strahlungsschleife in der Leiterplattenschiene nicht trivial reduziert.

RC oder RL entkoppeln die Einspeisung zum Relais.
Wenn für Thermoelement und Relais dieselbe Stromquelle verwendet wird, ist eine Filterung in der Thermoelementzufuhr erforderlich, die für die Behandlung von Transientenpaaren geeignet ist. Ein aktiver Regler gibt je nach Modell und Design in der Regel eine Schallunterdrückung von 30 - 60 - ++ Vin. Jede RL- oder RC-Filterung im Stromkreis fügt mehr Filterung hinzu.

Auf der Leiterplatte ist nicht ersichtlich, wie die Erdung vom "Power" -Anschluss zur Erdungsebene auf der rechten Seite gelangt.
Jede Gemeinsamkeit des Bodenpfades hilft dabei, Ihre gute Arbeit rückgängig zu machen. Ein Milliohm Common Ground Return und ein 1 Ampere Spike ergeben 1 mV Kopplung. Bei einer 5-V-Versorgung entspricht dies einer 1: 5000-Kopplung oder etwa -70 dB. Nicht viel, aber es setzt eine Obergrenze für die Isolation, die Sie erreichen können. Wenn Sie es schaffen, diese 1 mV direkt in die Sensorzufuhr einzukoppeln, ist dies viel schlimmer.

Ein Thermoelement hat normalerweise eine thermische Zeitkonstante von höchstens Sekunden und oft 10 Sekunden. Sie können superschnelle Antwortgeräte bekommen, aber sie wären ungewöhnlich. Durch Tiefpassfilterung des Thermoelements oder Integration über einige Sekunden wird der Effekt einer gelegentlichen Schaltspitze erheblich verringert. Wenn die Spikes dick und schnell sind, ist dies weniger effektiv. Eine 10-mS-Spitze in einer Integrationsperiode von 2 Sekunden addiert 10: 2000 = 1: 200 seiner Größe zu einem Signal oder etwa -50 dB. Es ist besser, überhaupt nicht da zu sein, ABER der Effekt wird in vielen Fällen gering sein.

Die Spannung eines idealen Kondensators kann sich nicht sofort ändern. Ein guter Hochfrequenz-Kondensator auf der Relaisseite des MOSFET begrenzt die induktive Spannungsspitze, während D1 über das Einschalten nachdenkt.

Aufgrund ihrer niedrigen Ausgangsspannung sind Thermoelemente sehr störempfindlich, und je nach Art der Last kann der Lichtbogen eines Schaltrelais ein starker Funksender sein, der die Messung stören kann.
Anstatt zu versuchen, die Interferenz zu unterdrücken, würde ich sie ignorieren, dh die Messung während des Umschaltens fallen lassen. Die Temperatur variiert nicht so schnell, dass Sie die Messungen nicht für einige zehn ms unterbrechen können. Und Sie können immer noch interpolieren, wenn Sie möchten.