智能测控系统设计.ppt

《智能测控系统设计.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第四章微弱信号放大与电路抗干扰4.1噪声与干扰4.2微弱信号的锁定放大器4.3微弱信号的取样积分4.4干扰的耦合方式及抑制措施4.5干扰的叠加方式及抑制措施4.1噪声与干扰噪声：电路中出现的非期望的电信号称为噪声。噪声可能是无规律的信号，也可能是有规律的信号；噪声可能来自系统的外部，也可能来自系统的内部。干扰：噪声从一个地方（噪声源）耦合到另一个地方（接收电路、测量电路），这个过程称为干扰。电子噪声来源外部干扰：电磁干扰、机械干扰、热干扰、光干扰、湿度干扰、化学干扰，……内部干扰：测量电路寄生电容、寄生电感导致的交叉干扰；绝缘不良导致的漏电；电路元器件（电阻、晶体管、FET等）

2、本身产生的固有噪声；……信噪比（S/N）：衡量电路受干扰程度的指标。信噪比越高，则检测系统的性能越好。单位dB式中，Ps，Us——有用信号的功率和电压；Pn，Un——噪声成份的功率和电压。人为噪声来源电源干扰电子器件的固有噪声一、热噪声：任何电阻既使不与电源相连，在它的两端也存在微弱的电压。这种电压是由电阻中电子的热运动形成的，故称为热噪声。热噪声是白噪声。噪声电平：式中k——玻尔兹曼常数，其值为1.3810-23J/K；T——绝对温度（K）；R——电阻值（Ω）；B——频带宽度（Hz）。噪声电平密度：例如：某电阻R=750kΩ，带宽B=105Hz，环境温度T=300K，则噪声

3、电平为35.1V，噪声密度为111nV/Hz。电子器件也可以用噪声电压密度来评价，如OP07的噪声电压密度通过实验测定为10nV/Hz。二、散粒噪声：晶体管基区载流子的随机扩散以及电子—空穴对的随机发生及复合形成的。噪声电流：式中q——单个载流子所带电荷量的绝对值（1.610-19C）；I——平均电流（A）；B——频带宽度（Hz）。噪声电流密度：FET不产生散粒噪声，这是CMOS器件噪声低的原因。三、闪烁噪声：与材料表面状态及工艺有关，与频率成反比，又称1/f噪声。特点：1°在低频中，半导体的噪声主要由它决定（比热噪声大）。2°与半导体器件的制造工艺有关，不同型号器件的

4、噪声电压不同，同一型号器件的噪声也不相同。3°不仅存在于BJT和FET中，还存在于电阻等其它元件中。4°线绕电阻的1/f噪声比金属膜电阻小；碳膜电阻的1/f噪声最大。四．接触噪声：两种材料不完全接触形成电导率起伏而产生的，如继电器的接点、电位器的滑动触点。噪声电流密度：特点：1°接触噪声正比于直流电流，其功率密度正比于频率f的倒数。2°高频时，分布电容和分布电感补偿接触阻抗，减少接触噪声。式中I——平均直流电流（A）；K——由材料和几何形状确定的常数；B——用中心频率f表示的带宽（Hz）。前置放大器的噪声与噪声因子前置放大器的联接～使用带宽信号源噪声源有噪声的放大器输出A0Rs

5、～源电阻含传感器输出电阻和放大器输入电阻等效噪声图Es2低通滤波信号源4KTRs无噪声的放大器输出A0Rs～en2in2源电阻噪声噪声电压源噪声电流源输出端总噪声电压为带宽输出端信噪比为定义噪声因子NF为则可得NF与Rs有关，与频率f有关（因en、in是f的函数）NF一般测量得到。某放大器的NF图如下利用NF图可以：1.选择NF最小的Rs和f；2.计算Eini；3.根据检测对象选择放大器或进行阻抗匹配。利用NF计算输入端噪声电压：4.2微弱信号的锁定放大自相关检测原理互相关检测原理相敏检波器（PSD）锁定放大器（LIA）自相关检测框图信号和噪声的自相关互相关检测框图相敏检波器原

6、理相敏检波器的数学关系1.Vi与VR是正弦波则同步时f1=f2，则低通滤除相敏检波器的数学关系2.信号中有噪声则低通滤除PSD的频谱迁移特性低通滤除四开关电路的基本结构其中，R=R1=R2UT226mV，为温度电压当量。实际上是一个双差分对模拟相乘器斩波型PSD的基本结构接C1、C2的输出锁定放大器LIA,Lock-inAmplifierLIA的基本框图LIA的基本结构正交型LIA同相输出正交输出幅度信息相位信息4.3微弱信号的取样积分基本原理（定点式取样积分）扫描式取样积分原理数字式多点取样平均BOXCAR板卡介绍基本原理（定点式取样积分）扫描式取样积分数字式多点取样平均

7、PCS_150BOXCAR板卡触发频率：0~500MHz；门宽150ps；幅度分辨率16位；延迟时间10ns~20s；总线：PCISAPCS_150基本原理采样方式BOXCAR方式定点测量BOXCAR板卡应用1BOXCAR板卡应用24.4干扰的耦合方式及抑制措施电容性耦合（静电耦合）干扰及抑制措施互感耦合（电磁耦合）干扰及抑制措施共阻抗耦合干扰及抑制措施漏电流耦合干扰及抑制措施电容性耦合干扰及抑制措施又称静电耦合，由二个电路之间的寄生电容引起。AB干扰CmZi电路①与寄生电容Cm成正比,应