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传感器电路内部有哪些噪声?

2019-02-16 15:57:20

  电路设计是传感器性能是否优越的关键因素,因为传感器输出端都是很细小的信号,假如因为噪声导致有用的信号被吞没,那就得不偿失了,所以加强传感器电路的抗搅扰设计尤为重要。在这之前,咱们有必要了解传感器电路噪声的来历,以便找出更好的方法来下降噪声。总的来说,传感器电路噪声首要有一下七种:

  低频噪声,

  低频噪声首要是因为内部的导电微粒不接连造成的。特别是碳膜电阻,其碳质资料内部存在许多细小颗粒,颗粒之间是不接连的,在电流流过期,会使电阻的导电率发生改变引起电流的改变,发生类似触摸不良的闪爆电弧。别的,晶体管也或许发生类似的爆裂噪声和闪耀噪声,其发生机理与电阻中微粒的不接连性相近,也与晶体管的掺杂程度有关。

  半导体器件发生的散粒噪声

  因为半导体PN结两头势垒区电压的改变引起累积在此区域的电荷数量改变,然后显现出电容效应。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,耗尽区的改变相反。当电流流经势垒区时,这种改变会引起流过势垒区的电流发生细小动摇,然后发生电流噪声。其发生噪声的大小与温度、频带宽度△f成正比。

  高频热噪声

  高频热噪声是因为导电体内部电子的无规则运动发生的。温度越高,电子运动就越剧烈。导体内部电子的无规则运动会在其内部构成许多细小的电流动摇,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(或作为电路的一部分)被接入扩大电路后,其内部的电流就会被扩大成为噪声源,特别是对作业在高频频段内的电路高频热噪声影响尤甚。

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  一般在工频内,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1kΩ的电阻为例,假如电路的通频带为1MHz,则呈现在电阻两头的开路电压噪声有效值为4μV(设温度为室温T=290K)。看起来噪声的电动势并不大,但假定将其接入一个增益为106倍的扩大电路时,其输出噪声可达4V,这时对电路的搅扰就很大了。

  电路板上的电磁元件的搅扰

  许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周围辐射能量,其能量会对周围的电路发生搅扰。像继电器等元件其反复作业,通断电时会发生瞬间的反向高压,构成瞬时浪涌电流,这种瞬间的高压对电路将发生极大的冲击,然后严重搅扰电路的正常作业。

  晶体管的噪声

  晶体管的噪声首要有热噪声、散粒噪声、闪耀噪声。

  热噪声是因为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发生。其中所发生的噪声是首要的。

  一般所说的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动摇,会发生散粒噪声。

  因为半导体资料及制造工艺水平使得晶体管外表清洁处理欠好而引起的噪声称为闪耀噪声。它与半导体外表少量载流子的复合有关,表现为发射极电流的崎岖,其电流噪声谱密度与频率近似成反比,又称1/f噪声。它首要在低频(kHz以下)范围起首要效果。

  电阻器的噪声

  电阻的搅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。一般来说,寄生电容为0.1~0.5pF,寄生电感为5~8nH。在频率高于1MHz时,这些寄生电感电容就不行忽视了。

  各类电阻都会发生热噪声,一个阻值为R的电阻(或BJT的体电阻、FET的沟道电阻)未接入电路时,在频带宽度B内所发生的热噪声电压为:

  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改变的时间函数,因而,它的频率范围是很广大的。所以宽频带扩大电路受噪声的影响比窄频带大。

  别的,电阻还会发生触摸噪声,其触摸噪声电压为:

  式中:I为流过电阻的电流均方值;f为中心频率;k是与资料的几何形状有关的常数。因为Vc在低频段起重要的效果,所以它是低频传感器电路的首要噪声源。

  集成电路的噪声

  集成电路的噪声搅扰一般有两种:一种是辐射式,一种是传导式。这些噪声尖刺对于接在同一交流电网上的其他电子设备会发生较大影响。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)观察一般单片机体系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。

  文章源自 广州加速度传感器 http://www.tdxck.com

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