傳感器作為自控系統(tǒng)的前沿哨兵，猶如電子眼一般將被測(cè)信息接收并轉(zhuǎn)換為有效的電信號(hào)，但同時(shí)，一些無用信號(hào)也攙雜在其中。這些無用信號(hào)我們統(tǒng)稱為噪聲。
應(yīng)該說，噪聲存在于任何電路之中，但它對(duì)傳感器電路的影響卻尤為突出。這是因?yàn)?，傳感器的輸出阻抗一般都很高，使其輸出信?hào)衰減厲害，同時(shí)，傳感器自容易被噪聲信號(hào)淹沒。因此，噪聲的存在必定影響傳感器的精度和分辨率，而傳感器又是檢測(cè)自控系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，
于是勢(shì)必影響整個(gè)自控系統(tǒng)的性能。
由此，噪聲的研究是傳感器電路設(shè)計(jì)中必須考慮的重要環(huán)節(jié)，只有有效地抑制、減少噪聲的影響才能有效利用傳感器，才能提高系統(tǒng)的分辨率和精度。
但噪聲的種類多，成因復(fù)雜，對(duì)傳感器的干擾能力也有很大差異，
于是抑制噪聲的方法也不同。下面就傳感器的噪聲問題進(jìn)行較全面的研究。
2 傳感器的噪聲分析及對(duì)策
傳感器噪聲的產(chǎn)生根源按噪聲源分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。
2．1 內(nèi)部噪聲——來自傳感器件和電路元件的噪聲
2．1．1 熱噪聲
熱噪聲的發(fā)生機(jī)理是，電阻中自由電子做不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電位差的起伏，
它由溫度引發(fā)且與之呈正比，由下面的奈奎斯特公式表示：
其中，Vn：噪聲電壓有效值；K：波耳茲曼常數(shù)（1．38×10－23J〃K－1）；T：絕對(duì)溫度（K）；B：系統(tǒng)的頻帶寬度（Hz）；R：噪聲源阻值（Ω）。 噪聲源包括傳感器自身內(nèi)阻，電路電阻元件等。 由公式（1）可見，熱噪聲由于來自器件自身，從而無法根本消除，宜盡可能選擇阻值較小的 電阻.
同時(shí)，熱噪聲與頻率大小無關(guān)，但與頻帶寬成正比，即，對(duì)應(yīng)不同的頻率有均勻功率分布，
故，也稱白噪聲。因此，選擇窄頻帶的放大器和相敏檢出器可有效降低噪聲。
2．1．2 放大器的噪聲
2．1．3 散粒噪聲
散粒噪聲的噪聲源為晶體管，其機(jī)理是由到達(dá)電極的帶電粒子的波動(dòng)引起電流的波動(dòng)形成的。噪聲電流In與到達(dá)電極的電流I及頻帶寬度B成正比，可表示為：
由此可見，使用雙極型晶體管的前置放大器來放大傳感器的輸出信號(hào)的場(chǎng)合，選Ic取值盡可能小。同時(shí)，也可選擇窄頻帶的放大器降低散粒噪聲電流。
2．1．4 1／f噪聲
1／f噪聲和熱噪聲是傳感器內(nèi)部的主要噪聲源，但其產(chǎn)生機(jī)理目前還有爭(zhēng)議，一般認(rèn)為它是一種體噪聲，而不是表面效應(yīng)，源于晶格散射引起。在晶體管的P－N附近是電子－空穴再?gòu)?fù)合的不規(guī)則性產(chǎn)生的噪聲，該噪聲的功率分布與頻率成反比，并由此而得名。其噪聲電壓表示為：
Hooge還在1969年提出了一個(gè)解釋1／f噪聲的經(jīng)驗(yàn)公式：
式中，SRH和SVH為相應(yīng)于電阻起伏和電壓起伏的功率噪聲密度，V為加在R上的偏壓，N為總的自由載流子數(shù)，α叫Hooge因子，是一個(gè)與器件尺寸無關(guān)的常數(shù)，它是一個(gè)判斷材料性能的重要參數(shù)。 對(duì)于矩形電阻，總的自由載流子數(shù)N＝PLWH，其中，P為載流子濃度，L、W、H為電阻的長(zhǎng)、寬、厚。
因此，我們可以得出：1／f
噪聲與力敏電阻的幾何參數(shù)有關(guān)，一般對(duì)某確定的材料，擴(kuò)大電阻面積可以使N增加、減小1／f
噪聲。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明：一味增加尺寸將降低靈敏度，增加噪聲譜振動(dòng)幅度，而選L／W＝10，L在100μm～200μm較合適。
同時(shí)，1／f噪聲與材料也有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明：?jiǎn)尉Ч杳黠@好于微晶硅，
而微晶硅略好于多晶硅。主要原因在于，單晶硅具有較完整的晶格結(jié)構(gòu)。材料因數(shù)引起的1／f
噪聲除了晶格缺陷外，材料中的氫原子或原子團(tuán)的移動(dòng)和晶粒的邊界也是引起1／f噪聲的另一個(gè)主要原因。
由以上公式可知，載流子濃度與1／f
噪聲成反比，而不同的摻雜濃度對(duì)應(yīng)著不同的載流子濃度，因此摻雜濃度也是影響1／f噪聲的因數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，摻雜濃度每增加10倍，1／f
噪聲降低36％～50％，但攙雜濃度一般選為5×1015cm－2。
2．1．5 開關(guān)器件產(chǎn)生的噪聲
一般在使用模擬多路開關(guān)使眾多的傳感器輸出交替使用一個(gè)放大器電路的場(chǎng)合（如MOS
型圖像傳感器），開關(guān)的開、合產(chǎn)生相應(yīng)的噪聲干擾，而疊加到輸出信號(hào)中。
對(duì)開關(guān)噪聲的抑止通常用設(shè)置相應(yīng)的偽傳感器電路的方法。
2．2 外部噪聲
外部噪聲是由傳感器電路外的人為或自然干擾造成的。主要原因就是電磁輻射。
其噪聲源十分
廣泛，幾乎包括所有的電氣、電力機(jī)械，還有雷電、大氣電離等自然現(xiàn)象，同時(shí)，系統(tǒng)中的模數(shù)部分有公共接地、公共電源時(shí)，數(shù)字信號(hào)的頻繁電流變化在模擬電路中產(chǎn)生噪聲，
它們通過靜電耦合、電磁耦合和漏電電流等形式存在于傳感器的電路中，如圖1所示.
針對(duì)以上成因，需要對(duì)傳感器電路采取靜電屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽，從而減少噪聲源與傳感電路間的靜電和磁的耦合度，達(dá)到抑制外來噪聲的目的。通常采取的措施有： 2．2．1 模數(shù)混合電路的處理 要求將模擬電路和數(shù)字電路的電源、地線分別獨(dú)立開來，并使數(shù)字電路的直流電源的內(nèi)阻盡可能小些，以減少數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬回路的影響。
