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傳感器電路的噪聲及其抗干擾技術(shù)研究
作者：
時(shí)間：2011-08-17
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1．6 晶體管的噪聲
晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲。
熱噪聲是由于載流子不規則的熱運動(dòng)通過(guò)BJT內3個(gè)區的體電阻及相應的引線(xiàn)電阻時(shí)而產(chǎn)生。其中rbb'所產(chǎn)生的噪聲是主要的。
通常所說(shuō)的BJT中的電流，只是一個(gè)平均值。實(shí)際上通過(guò)發(fā)射結注入到基區的載流子數目，在各個(gè)瞬時(shí)都不相同，因而發(fā)射極電流或集電極電流都有無(wú)規則的波動(dòng)，會(huì )產(chǎn)生散粒噪聲。
由于半導體材料及制造工藝水平使得晶體管表面清潔處理不好而引起的噪聲稱(chēng)為閃爍噪聲。它與半導體表面少數載流子的復合有關(guān)，表現為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱(chēng)1／f噪聲。它主要在低頻(kHz以下)范圍起主要作用。
1．7 集成電路的噪聲
集成電路的噪聲干擾一般有兩種：一種是輻射式，一種是傳導式。這些噪聲尖刺對于接在同一交流電網(wǎng)上的其他電子設備會(huì )產(chǎn)生較大影響。噪聲頻譜擴展至100 MHz以上。在實(shí)驗室中，可以用高頻示波器(100 MHz以上)觀(guān)察一般單片機系統板上某個(gè)集成電路電源與地引腳之間的波形，會(huì )看到噪聲尖刺峰-峰值可達數百毫伏甚至伏級。
2 傳感器電路的外部干擾
2．1 電源的干擾
大多數電子電路的直流電源是由電網(wǎng)交流電源經(jīng)濾波、穩壓后提供的。如果電源系統沒(méi)有經(jīng)過(guò)凈化，會(huì )對測試系統產(chǎn)生干擾。同時(shí)，在傳感器測試系統附近的大型交流電力設備的啟停將產(chǎn)生頻率很高的浪涌電壓疊加在電網(wǎng)電壓上。此外，雷電感應也會(huì )在電網(wǎng)上產(chǎn)生幅值很高的高頻浪涌電壓。如果這些干擾信號沿著(zhù)交流電源線(xiàn)進(jìn)入傳感器接口電路內部，將會(huì )干擾其正常工作，影響系統的測試精度。
2. 2 地線(xiàn)的干擾
傳感器接口各電路往往共用一個(gè)直流電源，或者雖然不共用一個(gè)電源，但不同電源之間往往共一個(gè)地，因此，當各部分電路的電流均流過(guò)公共地電阻(地線(xiàn)導體阻)時(shí)便會(huì )產(chǎn)生電壓降，該電壓降便成為各部分之間相互影響的噪聲干擾信號。同時(shí)，在遠距離測量中，傳感器和檢測儀表在兩處分別接地，于是在兩“地”之間就存在較大的接地電位差，在儀表的輸入端易形成共模干擾電壓。共模干擾的來(lái)源一般是設備對地漏電、地電位差、線(xiàn)路本身具有對地干擾等。由于線(xiàn)路的不平衡狀態(tài)，共模干擾會(huì )轉換成常模干擾，較難除掉。
2．3 信號通道的干擾
通常傳感器設在生產(chǎn)現場(chǎng)，而顯示、記錄等測量裝置安裝在離現場(chǎng)有一定距離的控制室內，這樣需要很長(cháng)的信號傳輸線(xiàn)，信號在傳輸的過(guò)程中很容易受到干擾，導致所傳輸的信號發(fā)生畸變或失真。長(cháng)線(xiàn)信號傳輸所遇到的干擾有：
(1)周?chē)臻g電磁場(chǎng)對長(cháng)線(xiàn)的電磁感應干擾。
(2)信號線(xiàn)間的串擾。當強信號線(xiàn)(或信號變化速度很快的線(xiàn))與弱信號線(xiàn)靠得很近時(shí)，通過(guò)線(xiàn)間分布電容和互感產(chǎn)生線(xiàn)間干擾。
(3)長(cháng)線(xiàn)信號的地線(xiàn)干擾。信號線(xiàn)越長(cháng)，則信號地線(xiàn)也越長(cháng)，即地線(xiàn)電阻較大，形成較大的電位差。
2．4 空間電磁波的干擾
空間電磁波干擾主要有：
(1)雷電、大氣層的電場(chǎng)變化、電離層變化及太陽(yáng)黑子的電磁輻射等；
(2)區域空間中通信設備、電視、雷達等通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射強烈的電磁波；
(3)局部空間電磁波對電路、設備產(chǎn)生的干擾，如氖燈、熒光燈等氣體放電設施產(chǎn)生的輝光放電干擾，弧光放電產(chǎn)生的電波形成的干擾。
3 抑制傳感器電路噪聲的措施
3．1 根據不同工作頻率合理選擇噪聲低的半導體元器件
在低頻段，晶體管由于存在勢壘電容和擴散電容等問(wèn)題，噪聲較大。而結型場(chǎng)效應管因為是多數載流子導電，不存在勢壘區的電流不均勻問(wèn)題。而且柵極與導電溝間的反向電流很小，產(chǎn)生的散粒噪聲很小。故在中、低頻的前級電路中應采用場(chǎng)效應管，不但可以降低噪聲還可以有較高的輸入阻抗。另外如果需要更換晶體管等半導體元件，一定要經(jīng)過(guò)對比選擇，即使型號相同的半導體器件參數也是有差別的。同樣，電路中的碳膜電阻與金屬膜電阻的噪聲系數也是不一樣的，金屬膜電阻的噪聲比碳膜的要小，特別是在前級小信號輸入時(shí)，可以考慮用噪聲小的金屬膜電阻。
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