如何(he)處(chu)理KEYENCE接(jie)近傳(chuan)感器噪聲(sheng)問題

　　KEYENCE接近傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)性能是(shi)否*的(de)(de)(de)關鍵因素，由于傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)輸(shu)出端都是(shi)很(hen)微小(xiao)的(de)(de)(de)信(xin)號(hao)，如果因為(wei)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)導致有用的(de)(de)(de)信(xin)號(hao)被(bei)淹沒(mei)，那就得不償(chang)失了，所以加(jia)強傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)電路(lu)的(de)(de)(de)抗干擾設計尤(you)為(wei)重要(yao)。在(zai)這之(zhi)前，我(wo)們必(bi)須了解傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)電路(lu)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)來(lai)源，以便找(zhao)出更(geng)好的(de)(de)(de)方法來(lai)降(jiang)低噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)。總的(de)(de)(de)來(lai)說，傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)電路(lu)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)主要(yao)有一(yi)下七種：

　　KEYENCE接(jie)近(jin)傳感(gan)器主要是(shi)由于內(nei)部的(de)(de)(de)導電(dian)(dian)微(wei)粒不連續造成的(de)(de)(de)。特別是(shi)碳膜電(dian)(dian)阻，其碳質材料內(nei)部存(cun)在(zai)許多(duo)微(wei)小顆(ke)粒，顆(ke)粒之間(jian)是(shi)不連續的(de)(de)(de)，在(zai)電(dian)(dian)流流過時，會使電(dian)(dian)阻的(de)(de)(de)導電(dian)(dian)率發生(sheng)變化引起電(dian)(dian)流的(de)(de)(de)變化，產(chan)生(sheng)類似(si)接(jie)觸(chu)不良的(de)(de)(de)閃爆(bao)電(dian)(dian)弧。另外，晶體管也(ye)可能產(chan)生(sheng)相似(si)的(de)(de)(de)爆(bao)裂(lie)噪聲和閃爍噪聲，其產(chan)生(sheng)機理(li)與電(dian)(dian)阻中微(wei)粒的(de)(de)(de)不連續性相近(jin)，也(ye)與晶體管的(de)(de)(de)摻(chan)雜程度有(you)關。

　　KEYENCE接(jie)近傳感器由(you)于半導體PN結兩(liang)端勢(shi)壘區電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)變(bian)化(hua)引起累(lei)積在此區域(yu)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷數量改變(bian)，從而顯現(xian)出電(dian)(dian)(dian)容效應。當(dang)外加正向(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)升高時(shi)(shi)(shi)，N區的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子和P區的(de)(de)空穴向(xiang)(xiang)(xiang)耗(hao)盡(jin)區運動，相(xiang)當(dang)于對電(dian)(dian)(dian)容充電(dian)(dian)(dian)。當(dang)正向(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)減(jian)小(xiao)時(shi)(shi)(shi)，它又使電(dian)(dian)(dian)子和空穴遠離耗(hao)盡(jin)區，相(xiang)當(dang)于電(dian)(dian)(dian)容放電(dian)(dian)(dian)。當(dang)外加反向(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)時(shi)(shi)(shi)，耗(hao)盡(jin)區的(de)(de)變(bian)化(hua)相(xiang)反。當(dang)電(dian)(dian)(dian)流(liu)流(liu)經勢(shi)壘區時(shi)(shi)(shi)，這種變(bian)化(hua)會引起流(liu)過勢(shi)壘區的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)產(chan)生(sheng)微小(xiao)波(bo)動，從而產(chan)生(sheng)電(dian)(dian)(dian)流(liu)噪(zao)聲(sheng)。其(qi)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)的(de)(de)大小(xiao)與溫度、頻帶寬度△f成(cheng)正比。

　　KEYENCE接近傳感(gan)器是由于導電(dian)體(ti)內部(bu)電(dian)子(zi)的(de)無(wu)規(gui)則運動產生(sheng)的(de)。溫度越(yue)高(gao)，電(dian)子(zi)運動就越(yue)激烈。導體(ti)內部(bu)電(dian)子(zi)的(de)無(wu)規(gui)則運動會(hui)在(zai)其內部(bu)形成很多微小的(de)電(dian)流波動，因(yin)其是無(wu)序(xu)運動，故它的(de)平均總電(dian)流為零，但當它作(zuo)為一個元(yuan)件(或作(zuo)為電(dian)路(lu)(lu)的(de)一部(bu)分)被(bei)接入放大(da)電(dian)路(lu)(lu)后(hou)，其內部(bu)的(de)電(dian)流就會(hui)被(bei)放大(da)成為噪(zao)聲源(yuan)，特別是對(dui)工作(zuo)在(zai)高(gao)頻頻段內的(de)電(dian)路(lu)(lu)高(gao)頻熱噪(zao)聲影(ying)響尤甚。

　　通常在(zai)工頻(pin)內，電(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)(de)熱噪(zao)(zao)聲與通頻(pin)帶(dai)成正(zheng)比，通頻(pin)帶(dai)越寬，電(dian)(dian)(dian)(dian)路熱噪(zao)(zao)聲的(de)(de)(de)影(ying)響就越大。以(yi)一個1kΩ的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻為例(li)，如果電(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)(de)通頻(pin)帶(dai)為1MHz，則呈(cheng)現(xian)在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻兩端的(de)(de)(de)開路電(dian)(dian)(dian)(dian)壓噪(zao)(zao)聲有效值為4μV(設(she)(she)溫度為室溫T=290K)。看(kan)起來噪(zao)(zao)聲的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)動勢并不大，但假設(she)(she)將其接入一個增(zeng)益為106倍的(de)(de)(de)放大電(dian)(dian)(dian)(dian)路時，其輸出(chu)噪(zao)(zao)聲可達4V，這時對電(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)(de)干擾就很大了。

　　電(dian)路板上(shang)的電(dian)磁元(yuan)件(jian)的干擾

　　許多電(dian)(dian)路(lu)板(ban)上都有繼電(dian)(dian)器(qi)(qi)、線圈(quan)等(deng)電(dian)(dian)磁元件，在(zai)電(dian)(dian)流(liu)通(tong)過時其(qi)線圈(quan)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)感和外殼的(de)(de)(de)分布電(dian)(dian)容向(xiang)周(zhou)圍輻射能量(liang)，其(qi)能量(liang)會(hui)對周(zhou)圍的(de)(de)(de)電(dian)(dian)路(lu)產(chan)(chan)生干擾(rao)。像繼電(dian)(dian)器(qi)(qi)等(deng)元件其(qi)反復(fu)工作(zuo)(zuo)，通(tong)斷電(dian)(dian)時會(hui)產(chan)(chan)生瞬(shun)(shun)間的(de)(de)(de)反向(xiang)高壓(ya)，形成(cheng)瞬(shun)(shun)時浪(lang)涌電(dian)(dian)流(liu)，這(zhe)種瞬(shun)(shun)間的(de)(de)(de)高壓(ya)對電(dian)(dian)路(lu)將產(chan)(chan)生極大的(de)(de)(de)沖擊，從(cong)而嚴重干擾(rao)電(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)正(zheng)常工作(zuo)(zuo)。

　　KEYENCE接近傳感(gan)器(qi)的(de)噪(zao)聲(sheng)主要(yao)有熱噪(zao)聲(sheng)、散粒噪(zao)聲(sheng)、閃(shan)爍(shuo)噪(zao)聲(sheng)。

　　熱(re)噪(zao)聲(sheng)是由于載流子(zi)不規則的(de)熱(re)運動通過BJT內3個區的(de)體電(dian)(dian)阻(zu)及相應的(de)引線電(dian)(dian)阻(zu)時而產生。

　　通常所說的BJT中的電流(liu)，只(zhi)是(shi)一個平均值(zhi)。實際上(shang)通過(guo)發射(she)結(jie)注入到基區(qu)的載(zai)流(liu)子數目(mu)，在(zai)各個瞬(shun)時都(dou)不相同，因而發射(she)極電流(liu)或集電極電流(liu)都(dou)有(you)無(wu)規則(ze)的波(bo)動，會產生散粒噪(zao)聲。

　　由于半導(dao)體(ti)材(cai)料及制(zhi)造工藝(yi)水(shui)平使得晶體(ti)管表面(mian)清潔處理(li)不(bu)好而(er)引起的噪(zao)聲稱為(wei)閃爍噪(zao)聲。它與半導(dao)體(ti)表面(mian)少數載流(liu)(liu)子的復(fu)合有關，表現為(wei)發射極電(dian)(dian)流(liu)(liu)的起伏，其電(dian)(dian)流(liu)(liu)噪(zao)聲譜密度與頻率近(jin)似成反比，又稱1/f噪(zao)聲。它主要在(zai)低(di)頻(kHz以(yi)下(xia))范圍起主要作(zuo)用。

　　電阻器的噪聲

　　電(dian)阻(zu)的(de)(de)干(gan)擾來自于(yu)電(dian)阻(zu)中的(de)(de)電(dian)感(gan)、電(dian)容(rong)效應和電(dian)阻(zu)本身的(de)(de)熱噪聲(sheng)。例如一(yi)(yi)個阻(zu)值為(wei)R的(de)(de)實芯(xin)電(dian)阻(zu)，可(ke)等(deng)效為(wei)電(dian)阻(zu)R、寄生(sheng)(sheng)電(dian)容(rong)C、寄生(sheng)(sheng)電(dian)感(gan)L的(de)(de)串并(bing)聯(lian)。一(yi)(yi)般來說，寄生(sheng)(sheng)電(dian)容(rong)為(wei)0.1～0.5pF，寄生(sheng)(sheng)電(dian)感(gan)為(wei)5～8nH。在(zai)頻(pin)率(lv)高于(yu)1MHz時，這些(xie)寄生(sheng)(sheng)電(dian)感(gan)電(dian)容(rong)就不(bu)可(ke)忽視(shi)了。

　　各類電(dian)阻(zu)都會產生熱(re)噪聲(sheng)，一個阻(zu)值為R的電(dian)阻(zu)(或BJT的體電(dian)阻(zu)、FET的溝(gou)道電(dian)阻(zu))未(wei)接入電(dian)路時(shi)，在(zai)頻帶寬度B內所產生的熱(re)噪聲(sheng)電(dian)壓(ya)為：

　　k為(wei)玻爾茲曼常數；T是(shi)絕對溫度(單位：K)。熱噪聲電壓本身是(shi)一(yi)個非(fei)周期變化的時(shi)間函數，因此，它(ta)的頻率范圍(wei)是(shi)很寬廣的。所以寬頻帶放大(da)電路受(shou)噪聲的影響比窄頻帶大(da)。

　　另外，電阻還會產生接觸(chu)噪(zao)聲，其接觸(chu)噪(zao)聲電壓為(wei)：

　　為流過電(dian)阻的(de)電(dian)流均方值(zhi)；f為中心頻率；k是(shi)與(yu)材料的(de)幾(ji)何形狀(zhuang)有關的(de)常數。由于Vc在低頻段起重要的(de)作(zuo)用(yong)，所以它是(shi)低頻傳感器電(dian)路的(de)主要噪(zao)聲源。

　　KEYENCE接(jie)近傳感器(qi)的(de)噪(zao)聲干擾一般有兩(liang)種(zhong)(zhong)：一種(zhong)(zhong)是(shi)輻射式，一種(zhong)(zhong)是(shi)傳導式。這(zhe)些噪(zao)聲尖刺對于(yu)接(jie)在同一交(jiao)流電(dian)網(wang)上的(de)其他(ta)電(dian)子設備會產(chan)生較(jiao)大影響。噪(zao)聲頻譜擴(kuo)展至100MHz以(yi)上。在實(shi)驗室中，可(ke)以(yi)用(yong)高(gao)頻示(shi)波器(qi)(100MHz以(yi)上)觀(guan)察一般單(dan)片機系統板(ban)上某個集(ji)成電(dian)路電(dian)源與(yu)地引腳之(zhi)間的(de)波形，會看到噪(zao)聲尖刺峰(feng)-峰(feng)值可(ke)達數百毫伏甚(shen)至伏級。

　　抑(yi)制傳(chuan)感器電路噪聲的措施

　　1.根據不同(tong)工(gong)作頻(pin)率(lv)合(he)理選擇噪聲低的半導體元器(qi)件

　　在(zai)低頻(pin)段，晶體管由于(yu)存在(zai)勢壘電(dian)(dian)(dian)(dian)容和擴散電(dian)(dian)(dian)(dian)容等問題(ti)，噪(zao)聲較大。而結型(xing)場效應管因(yin)為是(shi)多數載流(liu)子導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)，不(bu)存在(zai)勢壘區的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)不(bu)均勻問題(ti)。而且柵極與導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)溝間(jian)的(de)反向電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)很(hen)小(xiao)，產生的(de)散粒噪(zao)聲很(hen)小(xiao)。故在(zai)中(zhong)(zhong)、低頻(pin)的(de)前級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)中(zhong)(zhong)應采用場效應管，不(bu)但可以降低噪(zao)聲還可以有較高的(de)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗。另外如果需要更換晶體管等半(ban)導(dao)(dao)體元件(jian)，一定要經過對比選擇(ze)，即使型(xing)號相同的(de)半(ban)導(dao)(dao)體器件(jian)參數也是(shi)有差別(bie)的(de)。同樣，電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)中(zhong)(zhong)的(de)碳膜(mo)(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)與金屬膜(mo)(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)的(de)噪(zao)聲系數也是(shi)不(bu)一樣的(de)，金屬膜(mo)(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)的(de)噪(zao)聲比碳膜(mo)(mo)的(de)要小(xiao)，特別(bie)是(shi)在(zai)前級(ji)小(xiao)信(xin)號輸(shu)入(ru)時，可以考慮用噪(zao)聲小(xiao)的(de)金屬膜(mo)(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)。

　　2.根據不同的(de)工(gong)作頻段、參數選擇適當的(de)放(fang)大電路

　　選擇適當的(de)放大電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)不僅對本級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)有(you)(you)直(zhi)接影響(xiang)，對整個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)工(gong)(gong)作(zuo)參(can)(can)數(shu)、工(gong)(gong)作(zuo)狀態都會產生重要影響(xiang)。如共(gong)射組(zu)態連(lian)接時(shi)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)有(you)(you)較高(gao)的(de)放大增益，同(tong)時(shi)它的(de)噪聲對后級(ji)的(de)影響(xiang)較小(xiao)。而共(gong)集組(zu)態時(shi)有(you)(you)較高(gao)的(de)輸入(ru)阻抗(kang)同(tong)時(shi)也(ye)有(you)(you)較好(hao)的(de)頻響(xiang)。因(yin)此根據不同(tong)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)對參(can)(can)數(shu)應有(you)(you)不同(tong)要求，選擇好(hao)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，不僅可(ke)以簡化線路(lu)結構，同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)以減少噪聲對整個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)干擾。在電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)性能參(can)(can)數(shu)允(yun)許(xu)的(de)條件(jian)下，盡可(ke)能采用抗(kang)干擾能力較好(hao)的(de)數(shu)字(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)。