認清並解決感測器電路內部的七種主要雜訊

電路設計是感測器性能是否優越的關鍵因素，由於感測器輸出端都是很微小的信號，如果因為雜訊導致有用的信號被淹沒，那就得不償失了，所以加強感測器電路的抗干擾設計尤為重要。在這之前，我們必須了解感測器電路雜訊的來源，以便找出更好的方法來降低雜訊。

1、低頻雜訊

低頻雜訊主要是由於內部的導電微粒不連續造成的。特別是碳膜電阻，其碳質材料內部存在許多微小顆粒，顆粒之間是不連續的，在電流流過時，會使電阻的導電率 發生變化引起電流的變化，產生類似接觸不良的閃爆電弧。另外，晶體管也可能產生相似的爆裂雜訊和閃爍雜訊，其產生機理與電阻中微粒的不連續性相近，也與晶 體管的摻雜程度有關。

2、半導體器件產生的散粒雜訊

由於半導體PN結兩端勢壘區電壓的變化引起累積在此區域的電荷數量改變，從而顯現出電容效應。當外加正向電壓升高時，N區的電子和P區的空穴向耗盡區運動，相當於對電容充電。當正向電壓減小時，它又使電子和空穴遠離耗盡區，相當於電容放電。當外加反向電壓時，耗盡區的變化相反。當電流流經勢壘區時，這種變化會引起流過勢壘區的電流產生微小波動，從而產生電流雜訊。其產生雜訊的大小與溫度、頻帶寬度f成正比。

3、高頻熱雜訊

高頻熱雜訊是由於導電體內部電子的無規則運動產生的。溫度越高，電子運動就越激烈。導體內部電子的無規則運動會在其內部形成很多微小的電流波動，因其是無 序運動，故它的平均總電流為零，但當它作為一個元件(或作為電路的一部分)被接入放大電路後，其內部的電流就會被放大成為雜訊源，特別是對工作在高頻頻段內的電路高頻熱雜訊影響尤甚。

通常在工頻內，電路的熱雜訊與通頻帶成正比，通頻帶越寬，電路熱雜訊的影響就越大。以一個1kΩ的電阻為例，如果電路的通頻帶為1MHz，則呈現在電阻兩 端的開路電壓雜訊有效值為4μV(設溫度為室溫T=290K)。看起來雜訊的電動勢並不大，但假設將其接入一個增益為106倍的放大電路時，其輸出雜訊可 達4V，這時對電路的干擾就很大了。

4、電路板上的電磁元件的干擾

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生干擾。像繼電器等元件其反 復工作，通斷電時會產生瞬間的反向高壓，形成瞬時浪涌電流，這種瞬間的高壓對電路將產生極大的衝擊，從而嚴重干擾電路的正常工作。

5、晶體管的雜訊

晶體管的雜訊主要有熱雜訊、散粒雜訊、閃爍雜訊。

熱雜訊是由於載流子不規則的熱運動通過BJT內3個區的體電阻及相應的引線電阻時而產生。

通常所說的BJT中的電流，只是一個平均值。實際上通過發射結注入到基區的載流子數目，在各個瞬時都不相同，因而發射極電流或集電極電流都有無規則的波動，會產生散粒雜訊。

由於半導體材料及製造工藝水平使得晶體管表面清潔處理不好而引起的雜訊稱為閃爍雜訊。它與半導體表面少數載流子的複合有關，表現為發射極電流的起伏，其電流雜訊譜密度與頻率近似成反比，又稱1/f雜訊。它主要在低頻(kHz以下)範圍起主要作用。

6、電阻器的雜訊

電阻的干擾來自於電阻中的電感、電容效應和電阻本身的熱雜訊。例如一個阻值為R的實芯電阻，可等效為電阻R、寄生電容C、寄生電感L的串並聯。一般來說，寄生電容為0.1～0.5pF，寄生電感為5～8nH。在頻率高於1MHz時，這些寄生電感電容就不可忽視了。

7、集成電路的雜訊

集成電路的雜訊干擾一般有兩種：一種是輻射式，一種是傳導式。這些雜訊尖刺對於接在同一交流電網上的其他電子設備會產生較大影響。雜訊頻譜擴展至 100MHz以上。在實驗室中，可以用高頻示波器(100MHz以上)觀察一般單片機系統板上某個集成電路電源與地引腳之間的波形，會看到雜訊尖刺峰-峰值可達數百毫伏甚至伏級。

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