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传感器电路的噪声及其抗干扰技术研究
发布时间:2015-09-20 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
式中：I为流过电阻的电流均方值；f为中心频率；k是与材料的几何形状有关的常数。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。
1．6 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则的热运动通过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。
通常所说的BJT中的电流，只是一个平均值。实际上通过发射结注入到基区的差模电感器载流子数目，在各个瞬时都不相同，因而发射极电流或集电极电流都有无规则的波动，会产生散粒噪声。
由于半导体材料及制造工艺水平使得晶体管表面清洁处理不好而引起的噪声称为闪烁噪声。它与半导体表面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。
1．7 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，一种是传导插件电感式。这些噪声尖刺对于接在同一交流电网上的其他电子设备会产生较大影响。噪声频谱扩展至100 MHz以上。在实验室中，风华高科系列电感器可以用高频示波器(100 MHz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电感器厂家之间的波形，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交流电源经滤波、稳压后提供的。如果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交流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。如果这些干扰信号沿着交流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，或者虽然不共用一个电源，但不同电源之间往往共一个地，因此，当各部分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，该电压降便成为各部分之间相互影响的噪声干扰信号。同时，在远距离测量中，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。共模干扰的来源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。
2．3 信号通道的干扰
通常传感器设在生产现场，而显示、记录等测量装置安装在离现场有一定距离的控制室内，这样需要很长的信号传输线，信号在传输的过程中很容易受到干扰，导致所传输的信号发生畸变或失真。长线信号传输所遇到的干扰有：
(1)周围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功率电感器生线间干扰。
(3)长线信号的地线干扰。信号线越长，则信号地线也越长，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)区域空间中通信设备、电视、雷达等通过天线发射强烈的电磁波；
(3)局部空间电磁波对电路、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，弧光放电产生的电波形成的干扰。
3 抑制传感器电路噪声的措施
3．1 根据不同工作频率合理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。而结型场效应管因为是多数载流子导电，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。另外如果需要更换晶体管等半导体元件，一定要经过对比选择，即使型号相同的半导体器件参数也是有差别的。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，特别是在前级小信号输入时，可以考虑用噪声小的金属膜电阻。运用 Silent Switcher™ 设计降低 EMI 并在重视热耗散和效率的场合中，人们会用开关稳压器替代线性稳压器。开关稳压器通常是输入电源总线线路上的首个有源组件，因此对于整个转换器电路的 EMI 性能具有重大的影响。相比于通孔元件，表面贴装技术中的新
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