淺析電路設(shè)計(jì)中傳感器電路內(nèi)部的七大噪聲

        電路設(shè)計(jì)是傳感器性能是否優(yōu)越的關(guān)鍵因素，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，那就得不償失了，所以加強(qiáng)傳感器電路的抗干擾設(shè)計(jì)尤為重要。在這之前，我們需要了解傳感器電路噪聲的來源，以便找出好的方法來降低噪聲?？偟膩碚f，傳感器電路噪聲主要有一下七種：

低頻噪音

        低頻噪聲主要是由內(nèi)部導(dǎo)電顆粒的不連續(xù)性引起的。特別是對于碳膜電阻器，碳質(zhì)材料內(nèi)部有許多微小的顆粒，并且這些顆粒不是連續(xù)的。當(dāng)電流流動時(shí)，電阻器的電導(dǎo)率將發(fā)生變化，并且電流將發(fā)生變化，從而產(chǎn)生類似于接觸不良的閃光電弧。。另外，晶體管還可能產(chǎn)生類似的爆裂噪聲和閃爍噪聲，其機(jī)理類似于電阻器中顆粒的不連續(xù)性，并且還與晶體管的摻雜程度有關(guān)。

半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的散粒噪聲

        半導(dǎo)體PN結(jié)兩端的勢壘區(qū)的電壓變化導(dǎo)致該區(qū)域中累積的電荷量變化，從而表現(xiàn)出電容效應(yīng)。當(dāng)施加的正向電壓增加時(shí)，N區(qū)中的電子和P區(qū)中的空穴移動到耗盡區(qū)，這相當(dāng)于給電容器充電。當(dāng)正向電壓降低時(shí)，它將使電子和空穴遠(yuǎn)離耗盡區(qū)，這等效于電容器放電。當(dāng)施加反向電壓時(shí)，耗盡區(qū)沿相反方向變化。當(dāng)電流流過勢壘區(qū)時(shí)，此變化將導(dǎo)致流過勢壘區(qū)的電流產(chǎn)生較小的波動，從而產(chǎn)生電流噪聲。產(chǎn)生的噪聲的大小與溫度和頻率帶寬△f成正比。

高頻熱噪聲

        高頻熱噪聲是由導(dǎo)體內(nèi)部電子的不規(guī)則運(yùn)動引起的。溫度越高，電子運(yùn)動越劇烈。電子在導(dǎo)體內(nèi)部的不規(guī)則運(yùn)動將在導(dǎo)體內(nèi)部形成許多小的電流波動。因?yàn)樗菬o序運(yùn)動，所以平均總電流為零，但是當(dāng)將其用作組件（或作為電路的一部分）時(shí)，將其連接并放大。電路完成后，內(nèi)部電流將被放大并變?yōu)樵肼曉矗绕涫窃诟哳l頻段工作的電路的高頻熱噪聲。

        通常在電源頻率中，電路的熱噪聲與通帶成正比。通帶越寬，電路熱噪聲的影響越大。以一個(gè)1kΩ的電阻為例，如果電路的通帶為1MHz，則電阻兩端出現(xiàn)的開路電壓噪聲的好值為4μV（將室溫設(shè)置為室溫T=290K）。噪聲的電動勢似乎并不大，但是如果將其以106倍的增益連接到放大器電路，則其輸出噪聲可以達(dá)到4V，這對電路產(chǎn)生了很大的干擾。

電路板上電磁元件的干擾

        許多電路板具有電磁元件，例如繼電器和線圈。當(dāng)電流通過時(shí)，線圈的電感和外殼的分布電容將能量輻射到周圍環(huán)境，該能量將干擾周圍的電路。繼電器等組件反復(fù)工作，打開和關(guān)閉電源時(shí)會立即產(chǎn)生反向高壓，從而形成瞬時(shí)浪涌電流。瞬間的高電壓將對電路產(chǎn)生很大影響，并嚴(yán)重干擾電路的正常運(yùn)行。

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(guī)則的熱運(yùn)動通過BJT內(nèi)3個(gè)區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線電阻時(shí)而產(chǎn)生。其中rbb所產(chǎn)生的噪聲是主要的。

        通常所說的BJT中的電流，只是一個(gè)平均值。實(shí)際上通過發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)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規(guī)則的波動，會產(chǎn)生散粒噪聲。

        由于半導(dǎo)體材料和制造工藝水平的原因，由于晶體管表面清潔不良而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。它與半導(dǎo)體表面上少數(shù)載流子的重組有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的波動，其電流噪聲頻譜密度與頻率近似成反比，也稱為1/f噪聲。它主要在低頻（低于kHz）范圍內(nèi)發(fā)揮重要作用。

電阻噪聲

        電阻的干擾來自電阻本身的電感，電容效應(yīng)和熱噪聲。例如，電阻值為R的實(shí)心電阻可以等效于電阻R，寄生電容C和寄生電感L的串聯(lián)并聯(lián)連接。通常，寄生電容為0.1至0.5pF，而寄生電感為5至8nH。當(dāng)頻率高于1MHz時(shí)，這些寄生電感和電容將不容忽視。

集成電路噪聲

        集成電路產(chǎn)生的噪聲干擾通常有兩種類型：一種是輻射型，另一種是傳導(dǎo)型。這些噪聲尖峰將對連接到同一交流電網(wǎng)的其他電子設(shè)備產(chǎn)生更大的影響。噪聲頻譜超過100MHz。在實(shí)驗(yàn)室中，您可以使用高頻示波器（高于100MHz）觀察通用單芯片系統(tǒng)板上集成電路的電源和接地引腳之間的波形，并且您會看到高達(dá)數(shù)百毫伏的噪聲尖峰。