傳感器電路抗干擾技術(shù)設(shè)計及研究

傳感器電路的內(nèi)部噪聲突出點：

1、高頻熱噪聲
高頻熱噪聲是由于導電體內(nèi)部電子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。溫度越高，電子運動就越激烈。導體內(nèi)部電子的無規(guī)則運動會在其內(nèi)部形成很多微小的電流波動，因其是無序運動，故它的平均總電流為零，但當它作為一個元件(或作為電路的一部分)被接入放大電路后，其內(nèi)部的電流就會被放大成為噪聲源，特別是對工作在高頻頻段內(nèi)的電路高頻熱噪聲影響尤甚。
通常在工頻內(nèi)，電路的熱噪聲與通頻帶成正比，通頻帶越寬，電路熱噪聲的影響就越大。在通頻帶△f內(nèi)，電路熱噪聲電壓的有效值：。以一個1 kΩ的電阻為例，如果電路的通頻帶為1 MHz，則呈現(xiàn)在電阻兩端的開路電壓噪聲有效值為4μV(設(shè)溫度為室溫T=290 K)?？雌饋碓肼暤碾妱觿莶⒉淮螅僭O(shè)將其接入一個增益為106倍的放大電路時，其輸出噪聲可達4 V，這時對電路的干擾就很大了。

2、低頻噪聲
低頻噪聲主要是由于內(nèi)部的導電微粒不連續(xù)造成的。特別是碳膜電阻，其碳質(zhì)材料內(nèi)部存在許多微小顆粒，顆粒之間是不連續(xù)的，在電流流過時，會使電阻的導電率發(fā)生變化引起電流的變化，產(chǎn)生類似接觸**的閃爆電弧。另外，晶體管也可能產(chǎn)生相似的爆裂噪聲和閃爍噪聲，其產(chǎn)生機理與電阻中微粒的不連續(xù)性相近，也與晶體管的摻雜程度有關(guān)。

3、半導體器件產(chǎn)生的散粒噪聲
由于半導體PN結(jié)兩端勢壘區(qū)電壓的變化引起累積在此區(qū)域的電荷數(shù)量改變，從而顯現(xiàn)出電容效應(yīng)。當外加正向電壓升高時，N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴向耗盡區(qū)運動，相當于對電容充電。當正向電壓減小時，它又使電子和空穴遠離耗盡區(qū)，相當于電容放電。當外加反向電壓時，耗盡區(qū)的變化相反。當電流流經(jīng)勢壘區(qū)時，這種變化會引起流過勢壘區(qū)的電流產(chǎn)生微小波動，從而產(chǎn)生電流噪聲。其產(chǎn)生噪聲的大小與溫度、頻帶寬度△f成正比。

4、電路板上的電磁元件的干擾
許多電路板上都有繼電器、線圈等電磁元件，在電流通過時其線圈的電感和外殼的分布電容向周圍輻射能量，其能量會對周圍的電路產(chǎn)生干擾。像繼電器等元件其反復工作，通斷電時會產(chǎn)生瞬間的反向高壓，形成瞬時浪涌電流，這種瞬間的高壓對電路將產(chǎn)生極大的沖擊，從而嚴重干擾電路的正常工作。

5、電阻器的噪聲
電阻的干擾來自于電阻中的電感、電容效應(yīng)和電阻本身的熱噪聲。例如一個阻值為R的實芯電阻，可等效為電阻R、寄生電容C、寄生電感L的串并聯(lián)。一般來說，寄生電容為0．1～0．5 pF，寄生電感為5～8 nH。在頻率高于1 MHz時，這些寄生電感電容就不可忽視了。

傳感器電路通常用來測量微弱的信號，具有很高的靈敏度，但也很容易接收到外界或內(nèi)部一些無規(guī)則的噪聲或干擾信號，如果這些噪聲和干擾的大小可以與有用信號相比較，那么在電路的輸出端有用信號將有可能被淹沒，或由于有用信號分量和噪聲干擾分量難以分辨，則必將妨礙對有用信號的測量。所以在傳感器電路的設(shè)計中，往往抗干擾設(shè)計是傳感器電路設(shè)計是否成功的關(guān)鍵。