盤點(diǎn)：七大傳感器電路噪聲

　　電路設(shè)計(jì)，決定了傳感器性能優(yōu)越，由于傳感器輸出端都是很微小的信號，如果因?yàn)樵肼晫?dǎo)致有用的信號被淹沒，得不償失，因此加強(qiáng)傳感器電路的抗干擾設(shè)計(jì)尤為重要。了解傳感器電路噪聲的來源，以便找出更好的方法來降低噪聲，傳感器的電路噪聲主要有：

　　1、低頻噪聲

　　低頻噪聲主要是由于內(nèi)部的導(dǎo)電微粒不連續(xù)造成的，尤其是碳膜電阻，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，在電流經(jīng)過時電阻的導(dǎo)電率會發(fā)生變化，產(chǎn)生類似接觸不良的閃爆電弧。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(jī)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)。

　　2、散粒噪聲

　　由于半導(dǎo)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(dāng)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(yùn)動，相當(dāng)于對電容充電。當(dāng)正向電壓減小時，它又使電子和空穴遠(yuǎn)離耗盡區(qū)，相當(dāng)于電容放電。當(dāng)外加反向電壓時，耗盡區(qū)的變化相反。當(dāng)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。

　　3、高頻熱噪聲

　　高頻熱噪聲是由于導(dǎo)電體內(nèi)部電子的無規(guī)則運(yùn)動產(chǎn)生的。溫度越高，電子運(yùn)動就越激烈。導(dǎo)體內(nèi)部電子的無規(guī)則運(yùn)動會在其內(nèi)部形成很多微小的電流波動，因其是無序運(yùn)動，平均總電流為零，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。以一個1kΩ的電阻為例，如果電路的通頻帶為1MHz，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=290K)?？雌饋碓肼暤碾妱觿莶⒉淮?，但假設(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(dá)4V，對電路的干擾很大。

　　4、電磁元件干擾

　　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(fù)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(yán)重干擾電路的正常工作。

　　5、晶體管噪聲

　　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(guī)則的熱運(yùn)動通過BJT內(nèi)3個區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線電阻時而產(chǎn)生。

　　通常所說的BJT中的電流，只是一個平均值。實(shí)際上通過發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時都不相同，因而發(fā)射極電流或集電極電流都有無規(guī)則的波動，會產(chǎn)生散粒噪聲。

　　由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平有限，晶體管表面清潔處理不好，而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。與半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)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1/f噪聲。主要在低頻(kHz以下)范圍起主要作用。

　　6、電阻器噪聲

　　電阻的干擾來自電阻中的電感、電容效應(yīng)和電阻本身的熱噪聲。一般來說，寄生電容為0.1～0.5pF，寄生電感為5～8nH。在頻率高于1MHz時，寄生電感電容不可忽視。

　　7、集成電路噪聲

　　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(dǎo)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(shè)備會產(chǎn)生較大影響。噪聲頻譜擴(kuò)展至100MHz以上。在實(shí)驗(yàn)室中，可以用高頻示波器觀察一般單片機(jī)系統(tǒng)板上某個集成電路電源與地引腳之間的波形，會看到噪聲尖刺峰-峰值可達(dá)數(shù)百毫伏甚至伏級。