[發明專利]一種極低噪聲電荷放大器前置電路板的設計

在審

• 申請號: 201410292690.2
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN105281677A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 忻林路;曹雷;劉蘇英;許海陸;楊國建;李亞輝
• 申請（專利權）人: 上海力構傳感器科技有限公司
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是對測量振動壓電傳感器輸出的電荷信號，轉換為電壓信號的電荷放大器的噪聲抑制技術措施，屬于電子產品抗噪聲干擾電路設計技術領域。

背景技術

電荷放大器作為一種將電荷信號轉換成電壓信號的放大器，用作壓電傳感器的轉換電路，被廣泛地應用在自動控制測量領域，隨著傳感器技術的不斷發展，越來越多的高輸入阻抗，低噪聲的芯片不斷面世，使目前電荷放大器的產品性能指標大大提高，特別電荷放大器的噪聲指標有明顯提高。國內多家廠商生產了各種類型的電荷放大器，比較相同指標電荷放大器，噪聲指標各不相同，一般輸出端都在15mv到5mv，個別產品達到2mv。對于噪聲大于5mv的電荷放大器，在測量振動本身就弱的信號，精度就無法保證，甚至無法測量出振動信號，這就體現了電荷放大器產品性能指標優劣，也是電荷放大器電路設計的難點。電荷放大器噪聲的干擾，重要地要知道產生噪聲的來源，那些因素是造成噪聲無法有效抑制，采用怎樣的電路設計，能夠達到更好噪聲指標是電荷放大器設計成功的關鍵。

發明內容

為了使電荷放大器的噪聲指標在國內同類型產品中處于領先優勢，本發明是針對電荷放大器產生噪聲源的幾種因素，在電路板的設計上，采取了元件的布置及各種干擾的與眾不同的屏蔽隔離PCB電路板設計。

電荷放大器產生噪聲源主要來至于以下幾方面；

放大器內部各種元器件引起的噪聲，在電荷放大器中通常選用帶有場效應管JFET的運算放大器或應用分立元件的雙結型場效應管JFET，如摘要附圖所示原理圖就是采用雙結型場效應管，來提高放大器的輸入阻抗，它的輸入阻抗可達10¹³Ω，場效應管會產生溝道熱噪聲、柵極漏極電流產生的散粒噪聲、閃爍噪聲，這些是場效應管產生的噪聲，由于場效應管的生產制作工藝不斷改進，場效應管產生的這些噪聲，對搭建成電荷放大器產生的噪聲可以忽略不計。

電荷放大器的偏置電阻，如摘要附圖所示中1R7、1R8、1R10等，反饋電阻1R2、1R3、1R4、1R5等產生的熱噪聲，運算放大器及功放電路的元器件等產生的噪聲。這些噪聲通常在設計選型時已給予考慮，是硬性指標，可以做到選用噪聲最小的元器件，所以上述這些噪聲相對其它因素產生的噪聲影響電荷放大器噪聲指標也可以忽略不計。

實際測試中發現影響電荷放大器噪聲，電路工藝設計、元件布置布線的不合理，元件的互相干擾和外來干擾沒有采用有效的抗干擾措施，是使電荷放大器噪聲指標大多數同類產品都在小于15mv到5mv之間起主要原因和因素。

電容耦合噪聲，兩導體間存在著分布電容，當變化的靜電場（電位差）時，則通過某些雜散電容耦合產生噪聲就成為電荷放大器中的主要噪聲源之一。電荷放大器中的四檔增益的反饋電容，電接頭的兩點就相當于電容的兩個極板，安裝絕緣子就相當于電介質。反饋電容周圍的電磁干擾信號對它的影響尤為明顯，如果缺乏屏蔽它就很容易引入噪聲，這將是電路板設計所要具體實施的內容。

寄生電流噪聲，電荷放大器有很高的輸入阻抗和開環放大倍數，在它的輸入端只要有非常小的寄生電流流入，就會產生噪聲。寄生電流的噪聲源主要電路板布線所產生，如漏電阻、電容以及布線產生的電感。從電路圖轉成實際電路板時，所有寄生組件都會干擾電路性能，產生噪聲。寄生電流對電荷放大器輸入端的影響，是電路板設計所要具體采取措施的內容之一。

共阻抗耦合噪聲，共阻抗耦合干擾的產生是由于兩個以上的電路有共阻抗，當一個電路中的電流流經共阻抗產生電壓降時，就會成為其它電路的干擾電壓，其大小與共阻的阻值及干擾源電流大小成正比。電荷放大器電路通過公共地線也會產生共阻抗耦合干擾，在測量時，各單元都有各自回路的地線，如果這些地線不是在同一點接地，各級電流流經公共地時，在地線上產生電壓降，該電壓就會產生干擾信號，產生接地噪聲。電荷放大器的單端輸入的接地點就顯得尤為重要，也是電荷放大器產生噪聲的主要來源之一，是電荷放大器電路板設計時所要采取的實施內容。

電磁噪聲，電磁干擾無處不在，任何地方均存在著電磁干擾，問題是了解電磁干擾對電荷放大器電路中，那些元件影響最大，最容易被干擾。無疑電荷放大器的輸入端的雙結場效應管JFET干擾最為敏感，最易被產生的噪聲。場效應管周圍的電磁干擾信號，在場效應的輸入端的引線會感應出電流，此電流就會引起電荷放大器的噪聲，而且此噪聲隨周圍環境的變化而改變，這一現象在電荷放大器的測試中已得到了驗證。因此要使電荷放大器的噪聲指標優越于同類產品，電路板的設計上采取實質的措施內容。

附圖說明