关于SPM噪声分析以及减少噪声的方法

关于SPM噪声分析以及减少噪声的方法

噪声干扰来源种类

噪声干扰有非常多的种类，但从来源看可以分两大类:外部噪声干扰和系统内部自身产生的噪声干扰。

(l)外部噪声干扰

外部噪声干扰主要就是电磁干扰(Electro一MagneticInterference，简称EMI)。随着电子设备的种类和数量的日益增多，电磁干扰对仪器仪表系统的影响越来越大。从传播途径来看，电磁干扰主要有两种:空间电磁干扰和电磁传导干扰。 空间电磁干扰的产生有两个前提条件:有干扰源、有敏感接收元件。各种电子仪器都可能成为干扰源，另外还有无所不在的空间电磁波等。敏感接收元件在我们的电路系统中也存在，如传输耦合线圈。电磁传导干扰是通过电源线、控制电缆、信号线等传入的噪声干扰信号。这种噪声干扰大多是以共模信号的形式通过信号线、地线串入电路，影响其工作。在SPM系统中，上位机、DSP数字电路等模块都可能通过控制线和电源线等途径将高频电磁噪声干扰传入信号接收电路系统中。这里面以电源噪声干扰最为突出。

(2)系统自身内部噪声干扰

这种噪声干扰主要是由于电路设计、器件选择、电路布板等原因造成的，对于我们的电路系统，主要有以下几种: a.器件性能引起的噪声干扰

如前置放大器中的放大元件，由于工作发热，会产生温漂噪声。 b内部地噪声干扰

在电路系统中，当流过地的“地电流”发生变化时，这个变化的电流流过跨接在地回路的阻抗上时，就会在这个局部的地线上引起一个相对于电源附近的系统基准“地”的电压变化，这样局部地线相对于基准地线之间就存在电压差，形成地线上的噪声。这一现象在高频电路中尤为突出。 c.空间布局引起的内部高频噪声干扰 由于元件布局不合理、引脚过长或电路布板杂乱等原因都可能产生高频耦合干扰噪声，这种噪声在射频信号放大电路系统中尤为突出。它几乎无法杜绝，只能采取一些措施将其减小到最小。

降低噪声干扰的措施

以上分析了SPM系统中的主要噪声干扰的种类和来源。由于我们的电路灵敏度很高，接收放大的信号幅值非常微弱，很容易被噪声干扰湮没。所以针对不同的噪声干扰必须采取相应的措施来抑制，以便系统能正常工作。具体措施如下:

(l)系统屏蔽

针对空间电磁干扰的最有力工具就是采取系统屏蔽。将整体电路系统按模块划分，分别装入封闭的金属盒内，然后将金属屏蔽与大地相连，这样就可有效地阻挡空间电磁干扰。由于反馈系统是一种高增益电路，隧道电流又是在纳安数量级，因此很容易受到外界噪音干扰。对于这种微弱信号的检测，信号线和控制线的屏蔽是需要认真对待的问题。 (2)合理应用铁氧体磁珠

铁氧体磁珠(FerriteBead)，又名屏蔽珠或抗干扰珠，是目前应用发展很快的一种抗干扰元件，它能有效抑制高频电磁传导干扰。具有廉价易用、滤除高频噪声效果显著的特点。铁氧体磁珠可广泛应用于控制电缆、信号线的高频噪声的滤除。它的原理是当导体中有电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频的电流会产生较大的衰减作用。磁珠的阻抗特性土要取决于铁氧体材料。在选择时，通过磁珠的阻抗与频率的关系曲线，根据高频噪声的频率，选取对这个频率抑制性能最好的材料制成的磁珠即可。 在数字电路中，由于脉冲信号含有很高的高次谐波，是电路高频辐射的主要根源，磁珠可以在这种场合发挥作用。 (3)降低电源噪声

首先要选择高频噪声成份小的高品质电源，在必要时甚至可采取电池给前置放大电路供电。在电源接入点还要并联旁路电容，其容值一般为0.01一0.luF，以吸收高频噪声。另外在电路内部线路上还要加大电源线宽，以减少环路电阻，同时使电源线、地线的走向和信号传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。 (4)合理选择器件

前置放大电路部分要选择工作温度范围宽，温漂小的元件，减小温度等环境变化对电路性能的影响。 (5)抑制地噪声

在低频电路中，布线和元件间的寄生电感影响不大，因而常采用二点接地，以减少地线造成的地环路。在高频电路中，布线和元件间的寄生电感及分部电容将造成各线间的祸合，影响比较突出，故一般采用多点接地。在降低电源噪声方面，还应在离电源很近的地方对地接一个几十到几百uF的电解电容，用来降低电 源波动造成的电路系统不稳定。另外，模拟地和数字地应该分开。 (6)降低系统内部高频噪声

这种噪声产生的原因很多，除了元器件分布不合理、引脚过长外，最主要的因素就是电路板设计质量。下面列出几项布板规则可有效降低系统内部产生的高频噪声干扰。

a.首先合理地选择电路板层数能人幅度减小电路板尺寸，使电路紧凑。可利用中间层设置屏蔽，能更好地实现就近接地，减小地噪声;能有效地降低寄生电感能有效地缩短信号传输的长度，大幅度降低信号间的交叉干扰等。对于同种材料，四层板要比双面板的噪声低20dB。

b电路器件管脚间的引线弯折尽量少，布线最好采用直线，转折处要利用直线或圆弧转折，这种要求在一般的低频电路中仅用于提高铜箔的粘着强度，而在高频电路中却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。 c.电路器件管脚的引线越短越好，可利用Protell软件的布线最大长度定义来限制。

d器件管脚间的引线层交义越少越好，体现在电路板设计上的主要就是过孔要尽

量少，有资料表明，一个过孔可带来约0.5F的分部电容，同样也可利用软件布线规则来限制过孔数量

e.最后还要注意信号线近距离平行引入的交义干扰，在无法避免平行分布时，一可在平行信号线的反面布置大面积的地来大幅度减少干扰。

a.印刷电路板做成多层，地线单独占一层，电源线也尽量单占一层。 b重要的信号线避免并行，要尽量短。 C.现在为了实验方便，我们把贴片元件大都通过双列直插插座焊在电路板上，但这样带来了干扰。今后改成直接焊在电路板上。

2可选用自带调幅的直接数字集成器(DDS)，省去部分硬件外围电路。 3用CPLD取代74LS374、74LS244等门电路，进一步提高系统集成度。

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