如何在传感器应用电路降低噪声及干扰〔一〕.docx

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1、如何在传感器应用电路降低噪声及干扰一如何在传感器应用电路降低噪声及干扰一上海三广导语：如何在传感器应用电路降低噪声及干扰一传感器电路的噪声及干扰;传感器电路很轻易接收到外界或者内部一些无规那么的噪声或者干扰信号，假如这些噪声和干扰的大小可以与有用信号相比拟，那么在传感器电路的输出端有用信号将有可能被吞没，或者由于有用信号分量和噪声干扰分量难以分辨，那么必将阻碍对有用信号的测量。所以在传感器电路的设计中，往往抗干扰设计是传感器电路设计是否成功的关键。1传感器电路的内部噪声1.1低频噪声低频噪声主要是由于内部的导电微粒不连续造成的。十分是碳膜电阻，其碳质材料内部存在很多微小颗粒，颗粒之间是不连续的

2、，在电流流过期，会使电阻的导电率发生变化引起电流的变化，产生类似接触不良的闪爆电弧。另外，晶体管也可能产生相似的爆裂噪声和闪烁噪声，其产活力理与电阻中微粒的不连续性相近，也与晶体管的掺杂程度有关。1.2半导体器件产生的散粒噪声由于半导体PN结两端势垒区电压的变化引起累积在此区域的电荷数目改变，进而显现出电容效应。当外加正向电压升高时，N区的电子和P区的空穴向耗尽区运动，相当于对电容充电。当正向电压减小时，它又使电子和空穴远离耗尽区，相当于电容放电。当外加反向电压时，耗尽区的变化相反。当电流流经势垒区时，这种变化会引起流过势垒区的电流产生微小波动，进而产生电流噪声。其产生噪声的大小与温度、频带宽

3、度f成正比。1.3高频热噪声高频热噪声是由于导电体内部电子的无规那么运动产生的。温度越高，电子运动就越剧烈。导体内部电子的无规那么运动会在其内部形成很多微小的电流波动，因其是无序运动，故它的平均总电流为零，但当它作为一个元件(或者作为电路的一局部)被接入放大电路后，其内部的电流就会被放大成为噪声源，十分是对工作在高频频段内的电路高频热噪声影响尤甚。通常在工频内，电路的热噪声与通频带成正比，通频带越宽，电路热噪声的影响就越大。以一个1k的电阻为例，假如电路的通频带为1MHz，那么呈如今电阻两端的开路电压噪声有效值为4V(设温度为室温T=290K)。看起来噪声的电动势并不大，但假设将其接入一个增益

4、为106倍的放大电路时，其输出噪声可达4V，这时对电路的干扰就很大了。1.4电路板上的电磁元件的干扰很多电路板上都有继电器、线圈等电磁元件，在电流通过期其线圈的电感和外壳的分布电容向四周辐射能量，其能量会对四周的电路产生干扰。像继电器等元件其反复工作，通断电时会产生瞬间的反向高压，形成瞬时浪涌电流，这种瞬间的高压对电路将产生极大的冲击，进而严重干扰电路的正常工作。1.5晶体管的噪声晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、闪烁噪声。热噪声是由于载流子不规那么的热运动通过BJT内3个区的体电阻及相应的引线电阻时而产生。其中rbb所产生的噪声是主要的。通常所讲的BJT中的电流，只是一个平均值。实际上通过

5、发射结注入到基区的载流子数目，在各个瞬时都不一样，因此发射极电流或者集电极电流都有无规那么的波动，会产生散粒噪声。由于半导体材料及制造工艺程度使得晶体管外表清洁处理不好而引起的噪声称为闪烁噪声。它与半导体外表少数载流子的复合有关，表现为发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度与频率近似成反比，又称1/f噪声。它主要在低频(kHz以下)范围起主要作用。1.6电阻器的噪声电阻的干扰来自于电阻中的电感、电容效应和电阻本身的热噪声。例如一个阻值为R的实芯电阻，可等效为电阻R、寄生电容C、寄生电感L的串并联。一般来讲，寄生电容为0.10.5pF，寄生电感为58nH。在频率高于1MHz时，这些寄生电感电容就不可

6、无视了。各类电阻都会产生热噪声，一个阻值为R的电阻(或者BJT的体电阻、FET的沟道电阻)未接入电路时，在频带宽度B内所产生的热噪声电压为：式中：k为玻尔兹曼常数;T是绝对温度(单位：K)。热噪声电压本身是一个非周期变化的时间函数，因此，它的频率范围是很宽广的。所以宽频带放大电路受噪声的影响比窄频带大。另外，电阻还会产生接触噪声，其接触噪声电压为：式中：I为流过电阻的电流均方值;f为中心频率;k是与材料的几何外形有关的常数。由于Vc在低频段起重要的作用，所以它是低频传感器电路的主要噪声源。1.7集成电路的噪声集成电路的噪声干扰一般有两种：一种是辐射式，一种是传导式。这些噪声尖刺对于接在同一沟通

7、电网上的其他电子设备会产生较大影响。噪声频谱扩展至100MHz以上。在实验室中，可以用高频示波器(100MHz以上)观察一般单片机系统板上某个集成电路电源与地引脚之间的波形，会看到噪声尖刺峰-峰值可达数百毫伏甚至伏级。2传感器电路的外部干扰2.1电源的干扰大多数电子电路的直流电源是由电网沟通电源经滤波、稳压后提供的。假如电源系统没有经过净化，会对测试系统产生干扰。同时，在传感器测试系统附近的大型沟通电力设备的启停将产生频率很高的浪涌电压叠加在电网电压上。此外，雷电感应也会在电网上产生幅值很高的高频浪涌电压。假如这些干扰信号沿着沟通电源线进入传感器接口电路内部，将会干扰其正常工作，影响系统的测试

8、精度。2.2地线的干扰传感器接口各电路往往共用一个直流电源，或固然不共用一个电源，但不同电源之间往往共一个地，因此，当各局部电路的电流均流过公共地电阻(地线导体阻)时便会产生电压降，该电压降便成为各局部之间互相影响的噪声干扰信号。同时，在远间隔测量中，传感器和检测仪表在两处分别接地，于是在两地之间就存在较大的接地电位差，在仪表的输入端易形成共模干扰电压。共模干扰的;一般是设备对地漏电、地电位差、线路本身具有对地干扰等。由于线路的不平衡状态，共模干扰会转换成常模干扰，较难除掉。通常传感器设在消费现场，而显示、记录等测量装置安装在离现场有一定间隔的控制室内，这样需要很长的信号传输线，信号在传输的经

9、过中很轻易受到干扰，导致所传输的信号发生畸变或者失真。长线信号传输所碰到的干扰有：(1)四周空间电磁场对长线的电磁感应干扰。(2)信号线间的串扰。当强信号线(或者信号变化速度很快的线)与弱信号线靠得很近时，通过线间分布电容和互感产生线间干扰。(3)长线信号的地线干扰。信号线越长，那么信号地线也越长，即地线电阻较大，形成较大的电位差。2.4空间电磁波的干扰空间电磁波干扰主要有：(1)雷电、大气层的电场变化、电离层变化及太阳黑子的电磁辐射等;(2)区域空间中通讯设备、电视、雷达等通过天线发射强烈的电磁波;(3)部分空间电磁波对电路、设备产生的干扰，如氖灯、荧光灯等气体放电设施产生的辉光放电干扰，弧

10、光放电产生的电波形成的干扰。上海三广主要经营集成电路、偏冷们芯片、进口、和电流感应开关、以及各种常用电子元件，下设一独资子公司，三广景芮，主要从事工业设备的维修：、电源维修已经医疗设备的维修、和。3抑制传感器电路噪声的措施3.1根据不同工作频率公道选择噪声低的半导体元器件在低频段，晶体管由于存在势垒电容和扩散电容等问题，噪声较大。而结型场效应管由于是多数载流子导电，不存在势垒区的电流不均匀问题。而且栅极与导电沟间的反向电流很小，产生的散粒噪声很小。故在中、低频的前级电路中应采用场效应管，不但可以降低噪声还可以有较高的输入阻抗。另外假如需要更换晶体管等半导体元件，一定要经过比照选择，即使型号一样

11、的半导体器件参数也是有差异的。同样，电路中的碳膜电阻与金属膜电阻的噪声系数也是不一样的，金属膜电阻的噪声比碳膜的要小，十分是在前级小信号输入时，可以考虑用噪声小的金属膜电阻。3.2根据不同的工作频段、参数选择适当的放大电路选择适当的放大电路不仅对本级电路有直接影响，对整个电路的工作参数、工作状态都会产生重要影响。如共射组态连接时，电路有较高的放大增益，同时它的噪声对后级的影响较小。而共集组态时有较高的输入阻抗同时也有较好的频响。因此根据不同的电路对参数应有不同要求，选择好的电路，不仅可以简化线路构造，同时也可以减少噪声对整个电路的干扰。在电路性能参数允许的条件下，尽可能采用抗干扰才能较好的数字电路。