傳感器電路的噪聲及其抗干擾技術(shù)研究
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3．2 根據(jù)不同的工作頻段、參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)姆糯箅娐?br /> 選擇適當(dāng)?shù)姆糯箅娐凡粌H對(duì)本級(jí)電路有直接影響，對(duì)整個(gè)電路的工作參數(shù)、工作狀態(tài)都會(huì)產(chǎn)生重要影響。如共射組態(tài)連接時(shí)，電路有較高的放大增益，同時(shí)它的噪聲對(duì)后級(jí)的影響較小。而共集組態(tài)時(shí)有較高的輸入阻抗同時(shí)也有較好的頻響。因此根據(jù)不同的電路對(duì)參數(shù)應(yīng)有不同要求，選擇好的電路，不僅可以簡(jiǎn)化線路結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以減少噪聲對(duì)整個(gè)電路的干擾。在電路性能參數(shù)允許的條件下，盡可能采用抗干擾能力較好的數(shù)字電路。
3．3 傳感器電路中加入濾波環(huán)節(jié)
在放大電路中，頻帶越寬，噪聲也越大，而有用信號(hào)的頻率往往在一定范圍內(nèi)，故可在電路中加入濾波環(huán)節(jié)，濾除或盡可能衰減干擾信號(hào)，以達(dá)到提高信噪比抑制干擾的目的。濾波技術(shù)對(duì)抑制經(jīng)導(dǎo)線耦合到電路的干擾特別有效，將相應(yīng)頻帶的濾波器接入信號(hào)傳輸通道中，各種濾波器是抑制差模干擾的有效措施之一。在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中常用的濾波器有：
(1)RC濾波器。當(dāng)信號(hào)源為熱電偶、應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí)，利用小體積、低成本的無(wú)源RC濾波器將會(huì)對(duì)串模干擾有較好的抑制效果。
(2)交流電源濾波器。電源網(wǎng)絡(luò)吸收了各種高、低頻噪聲，對(duì)此常用LC濾波器來(lái)抑制混入電源的噪聲，例如100μH的電感、0．1 μF的電容組成的高頻濾波器能吸收中短波段的高頻噪聲干擾。
(3)直流電源濾波器。直流電源往往為幾個(gè)電路所共用，為了避免通過(guò)電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路間相互干擾，應(yīng)該在每個(gè)電路的直流電源上加上RC或LC退耦濾波器，用來(lái)濾除低頻噪聲。
3．4 通過(guò)負(fù)反饋電路來(lái)抑制噪聲
負(fù)反饋電路可以通過(guò)反饋信號(hào)的取樣、控制來(lái)穩(wěn)定電路，提高放大器的信噪比，使放大電路的動(dòng)態(tài)性能獲得多方面的改善。負(fù)反饋信號(hào)可以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而穩(wěn)定電路的溫度、電流、電壓等多項(xiàng)參數(shù)。在多級(jí)電路中，第一級(jí)電路因?yàn)槭窃夹⌒盘?hào)，因此經(jīng)常采用的是有較大增益的共射電路組態(tài)。除非是特殊需要，共射組態(tài)電路往往是不加負(fù)反饋的。所以第一級(jí)電路產(chǎn)生的噪聲只能通過(guò)后級(jí)的負(fù)反饋電路來(lái)抑制。對(duì)于多級(jí)電路而言，通過(guò)負(fù)反饋信號(hào)穩(wěn)定本級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，可以抑制本級(jí)電路噪聲的產(chǎn)生和傳播。因此在多級(jí)電路中，負(fù)反饋電路是抑制噪聲的一個(gè)重要手段。
3．5 抑制和減少輸入端偏置電路的噪聲
輸入端偏置電路噪聲一般是由輸入端偏置分流電阻產(chǎn)生的。當(dāng)流過(guò)偏置電阻的直流電流過(guò)大時(shí)就會(huì)使能量過(guò)剩從而產(chǎn)生電流噪聲。如果選擇合適的偏置電路，噪聲就可以通過(guò)旁路電容短接入地，可以抑制噪聲輸出，減小對(duì)下一級(jí)電路的影響。另外優(yōu)質(zhì)的信號(hào)源也是電路抗干擾的重要保證。
4 減少傳感器電路干擾的措施
4．1 合理布局
合理的電路布局可以減少不同工作頻段電路之間的相互干擾，同時(shí)也使對(duì)干擾信號(hào)的濾除變得相對(duì)簡(jiǎn)單。
4．1．1 地線布置的抗干擾措施
為克服這種由于地線布設(shè)不合理而造成的干擾，在設(shè)計(jì)印制電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量避免不同回路的電路同時(shí)流經(jīng)某一段共用地線。特別是在高頻電路和大電流回路中，更要講究地線的接法。把“交流地”和“直流地”分開(kāi)，是減少噪聲通過(guò)地線串?dāng)_的有效方法。
4．1．2 電源布線的抗干擾措施
在布線時(shí)，首先要將交流電源部分與直流電源部分分開(kāi)，不要共用接地導(dǎo)線，就是把“交流地”和“直流地”分開(kāi)，減少噪聲通過(guò)地線串?dāng)_。另外，在直流電源回路中，負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲。配置去耦電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲。具體配置方法是在電源輸入端接一個(gè)10～100μF的電解電容，如果印制電路板的位置允許，采用100μF以上的電解電容的抗干擾效果會(huì)更好。在電源線布線時(shí)，根據(jù)印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)，使電源線、地線的走線和數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞的方向一致，有助于增強(qiáng)抗干擾能力。
4．1．3 元器件布局的抗干擾措施
(1)抑制電磁干擾。相互可能產(chǎn)生影響或干擾的元器件，應(yīng)當(dāng)盡量分開(kāi)或采取屏蔽措施。要設(shè)法縮短高頻部分元器件之間的連線，減小它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾(如果需要對(duì)高頻部分使用金屬屏蔽罩，還應(yīng)該在板上留出屏蔽罩占用的面積)。易受干擾的元器件不能離得太近。強(qiáng)電部分(220 V)和弱電部分(直流電源供電)、輸入級(jí)和輸出級(jí)的元件應(yīng)當(dāng)盡量分開(kāi)。直流電源引線較長(zhǎng)時(shí)，要增加濾波元件，防止50 Hz干擾。揚(yáng)聲器、電磁鐵、永磁式儀表等元件會(huì)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，高頻變壓器、繼電器等會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)不僅對(duì)周?chē)a(chǎn)生干擾，同時(shí)對(duì)周?chē)挠≈茖?dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生影響。這類(lèi)干擾要根據(jù)情況區(qū)別對(duì)待，一般應(yīng)該注意幾點(diǎn)：減少磁力線對(duì)印制導(dǎo)線的切割，確定兩個(gè)電感類(lèi)元件的位置時(shí)，盡量使它們的磁場(chǎng)方向相互垂直，減少彼此間的耦合；對(duì)干擾源進(jìn)行磁屏蔽，屏蔽罩要良好接地；使用高頻電纜直接傳輸信號(hào)時(shí)，電纜的屏蔽層應(yīng)一端接地。
(2)抑制熱干擾。溫度升高造成的干擾，在印制板設(shè)計(jì)中也應(yīng)該引起注意。在排版設(shè)計(jì)印制板的時(shí)候，應(yīng)采取措施進(jìn)行元器件之間的熱隔離。比如對(duì)于溫度敏感的元器件，如晶體管、集成電路和其他熱敏元件、大容量的電解電容器等，不宜放在熱源附近或設(shè)備內(nèi)的上部。電路長(zhǎng)期工作引起溫度升高，會(huì)影響這些元器件的工作狀態(tài)及性能。
4．2 屏蔽技術(shù)
采用屏蔽技術(shù)可以有效防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的干擾。屏蔽又可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等。
4．2．1 靜電屏蔽
用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料，制作密閉的金屬容器，并與地線連接，把需要保護(hù)的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)不影響其內(nèi)部電路，反過(guò)來(lái)，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電場(chǎng)也不會(huì)影響外電路。例如傳感器測(cè)量電路中，在電源變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間插入一個(gè)留有縫隙的導(dǎo)體，并把它接地，可以防止兩繞組之間的靜電耦合。
評(píng)論