微电流测量中的噪声抑制_贾焕福
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总之，有源放大器的选择最理想的是 ＯＰＡ１２８、ＯＰＡ１２９ 或 ＡＤ５４９。后面的二级放大器，可选用 ＡＤ６２０ 或 ＩＣＬ７６５０。本文的 设计中选用了 ＯＰＡ１２９、ＡＤ６２０。 ２ 线路板低源自文库声技术
２．１ 布线技术 印刷电路板设计中布线是一门技术。在完成电路图的设计
后，我们要把原理图反映在电路板上。本实验采用电路板正反面 双面布线的方式。在布线时，印刷线条间安全间距一定要掌握， 以免发生短路，同时还要考虑到信号的特性，一定要在走线过程 中保持信号的完整性。
对于微电流测量电路，低噪声原则必须要遵守。由于本实验 采用，所以要求有一个接电源点，一个接地点。电路板正反面要 求垂直布线地线，因为平行地线之间会产生平行电容。用金属孔 链接交叉的地线。
在微电流测量中的信号线不能高速继电器线以及大电流线 呈现平行状态。把藕电容连接在电源和地之间可以降低高频噪 声的影响，同时可以收纳和放出电路中开关动作时的充放电能。 在低频时对于公共阻抗由于祸合现象产生的噪声可以采用一点 接地的方式来处理。在布线过程中信号线相对要细一些，但是电 源线和地线理论上是越粗越好。尤其是地线，在 ＰＣＢ 板有空余 的情况下，应该尽量加粗地线。它们大致的关系如下：信号线要 比电源线细，地线要比电源线更粗。地线如果采用添加铜层这种 方式，效果会更好。 ２．２ PCB 版可靠性布局
集成电路的优点是，元件高度集成化，因此大大降低了设计 难度。正因为集成电路的通用性，其在设计上难免追求广泛的应 用，所以在一定程度上限制了系统的部分性能。其抗噪性能与分 立元件相比要差很多。例如，晶体管分立电路与集成元件电路相 比，其抗噪能力要高数倍。
在微弱直流电流信号的检测中，电流源内阻理论上是无穷 大的。在理论上，采集电路的前置放大器元件的最佳源电阻越 大，其抗噪能力就越强。栅极感应噪声以及沟道热噪声是导致结 型场效应管噪声的主要原因，但是栅源 ＰＮ 结对他们的影响并 不明显。因此就白噪声而言，三极管所受的影响要大于结型场效 应管，其在低频中的表现要差的更多。通过上述分析可知，三极 管的抗噪能力要远低于场效应管。所以，考虑到由于场效应管的 最佳源电阻大的同时其等效输入电流噪声很小，因此我们选择 场效应管来作为微电流测量中的前置放大器元件。
所谓 ＰＣＢ 板就是印制电路板，ＰＣＢ 板的设计中布局的成 功与否不但直接影响布线的效果，还会对系统的稳定性产生影 响。在微电流测量的情况下我们需要考虑的因素更多，包括元件 的散热、物理结构、布线的合理性、电磁干扰等。在连接元件时的 原则是：在保证有效连接的同时要求引线达到最短，电路板分区 一定要合理，模拟电路与数字电路之间要用地线把它们分开，以 减少串音的干扰 （相互临近的线与线之间由于产生祸合现象所 导致的引进的噪声干扰），敏感元件与干扰源必须要分开放置， 以免产生无谓的噪声。电路板边缘区域预留给大功率的电子元 件，并且为了尽可能地减少干扰大功率的电子元件，地线要单独 的连接。布线过程中要把大功率地线、模拟地线、数字地线分立， 然后连接到汇总接地点。
放大器的最佳源电阻为：
在此条件下放大系统的噪声系数达到最小，此时的噪声系 数为：
在上式中，前置放大器输入电压噪声的平方根谱密度采用 表示，代表输入电流噪声的平方根谱密度。
如何选择低噪声前置放大器的依据就是根据上两式得到 的。通过上式我们可以知道，为得到最小噪声系数 ，应该是
和 值较小的元件才适合作为低噪声放大器。我们还应该选 择低频抗噪声元件，这是因为 和 都是以频率为变量的函数。
关键词：微电流；测量；噪声；抑制 中图分类号：ＴＭ１３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－８６４６（２０１４）１１－０２５３－０１
单纯的放大采集到的信号不能够很好地区分被测信号，因 此我们致力于提高所采集信号的信噪比。只有在经过消噪后才 能通过增大被测微弱信号的幅度，从而有效地识别被测信号并 加以分析。在信号采集的过程中，噪声主要是由采集设备的一级 设备—— —前置放大器介入的。弗里斯公式如下：
第 ５ 卷 第 １１ 期 ２０１４ 年 １１ 月
黑龙江科学 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖｏ１．５ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１４
微电流测量中的噪声抑制
贾焕福
（龙煤集团鹤岗分公司兴山煤矿，黑龙江 鹤岗 １５４１０５）
摘要：抑制噪声是信号检测领域所共同面对的核心问题，因为采集设备所采集的信号都是含有噪声的。本文主要探讨了有源放 大器的选取和线路板低噪声技术。
由于前置放大器的噪声系数对整个测量电路的噪声系数起 到决定性的作用，所以，前置放大器的噪声系数对采集设备的测 量精度的影响尤为重要。在对采集系统进行设计时，要注意抑噪 性能，因此要使用低噪声元件，还要设计好放大级数和电路组 态，同时做好低噪工作点的选择。 １ 有源放大器的选取
由于采集电路中的各级后续放大器会将前置放大器所引入 的噪声逐级放大，因此整个测量电路的噪声特性都受前置放大 器的噪声系数的影响。另外，必须注意前置放大器的噪声匹配情 况，实际操作过程中被测信号源是与前置放大器链接在一起的。 电路的噪声系数只有在采集电路的前置放大器的最佳源电阻与 信号源的电阻近似相同的时候，产生的噪声才最小。
疏密是否均匀、布线是否完整、排列是否整齐是衡量一个 ＰＣＢ 板布局和合理性的最直观的指标。要求方便更换 ＰＣＢ 板上 的经常会发生耗损的元件，对于需要可调控性能的元件则要预 留调整空间。同时需要控制 ＰＣＢ 板所处的环境湿度，并注意防 尘。 ２．３ 屏蔽和接地设计
由于在微电流测量中的被测信号十分微弱，所以任何微小 的噪声信号都会对测量结果造成很大的影响。电磁场的干扰需 要测量仪器采用外加铁壳的方法来屏蔽。同时在现场操作时可 能电极需要外接很长的引线，从而产生噪声信号。大地具有很高 的电阻，接地过程中，被测电流通向大地，将直接影响前置放大 器的工作效果，但是不接地又会导致信噪比的大幅减小。其他大 功率电器如果在进行微电流检测的时候工作，也会造成较大的 干扰。
参考文献：
［１］ 熊伟林．高输入阻抗检测电路［Ｊ］．电子测试，２０１１，（０６）：９８，１０１． ［２］ 殷铸灵，许良军．小信号放大电路的燥声分析［Ｊ］．机电元件，２０１１，１２（０６）：
１８－２１．
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２．１ 布线技术 印刷电路板设计中布线是一门技术。在完成电路图的设计
后，我们要把原理图反映在电路板上。本实验采用电路板正反面 双面布线的方式。在布线时，印刷线条间安全间距一定要掌握， 以免发生短路，同时还要考虑到信号的特性，一定要在走线过程 中保持信号的完整性。
对于微电流测量电路，低噪声原则必须要遵守。由于本实验 采用，所以要求有一个接电源点，一个接地点。电路板正反面要 求垂直布线地线，因为平行地线之间会产生平行电容。用金属孔 链接交叉的地线。
在微电流测量中的信号线不能高速继电器线以及大电流线 呈现平行状态。把藕电容连接在电源和地之间可以降低高频噪 声的影响，同时可以收纳和放出电路中开关动作时的充放电能。 在低频时对于公共阻抗由于祸合现象产生的噪声可以采用一点 接地的方式来处理。在布线过程中信号线相对要细一些，但是电 源线和地线理论上是越粗越好。尤其是地线，在 ＰＣＢ 板有空余 的情况下，应该尽量加粗地线。它们大致的关系如下：信号线要 比电源线细，地线要比电源线更粗。地线如果采用添加铜层这种 方式，效果会更好。 ２．２ PCB 版可靠性布局
集成电路的优点是，元件高度集成化，因此大大降低了设计 难度。正因为集成电路的通用性，其在设计上难免追求广泛的应 用，所以在一定程度上限制了系统的部分性能。其抗噪性能与分 立元件相比要差很多。例如，晶体管分立电路与集成元件电路相 比，其抗噪能力要高数倍。
在微弱直流电流信号的检测中，电流源内阻理论上是无穷 大的。在理论上，采集电路的前置放大器元件的最佳源电阻越 大，其抗噪能力就越强。栅极感应噪声以及沟道热噪声是导致结 型场效应管噪声的主要原因，但是栅源 ＰＮ 结对他们的影响并 不明显。因此就白噪声而言，三极管所受的影响要大于结型场效 应管，其在低频中的表现要差的更多。通过上述分析可知，三极 管的抗噪能力要远低于场效应管。所以，考虑到由于场效应管的 最佳源电阻大的同时其等效输入电流噪声很小，因此我们选择 场效应管来作为微电流测量中的前置放大器元件。
所谓 ＰＣＢ 板就是印制电路板，ＰＣＢ 板的设计中布局的成 功与否不但直接影响布线的效果，还会对系统的稳定性产生影 响。在微电流测量的情况下我们需要考虑的因素更多，包括元件 的散热、物理结构、布线的合理性、电磁干扰等。在连接元件时的 原则是：在保证有效连接的同时要求引线达到最短，电路板分区 一定要合理，模拟电路与数字电路之间要用地线把它们分开，以 减少串音的干扰 （相互临近的线与线之间由于产生祸合现象所 导致的引进的噪声干扰），敏感元件与干扰源必须要分开放置， 以免产生无谓的噪声。电路板边缘区域预留给大功率的电子元 件，并且为了尽可能地减少干扰大功率的电子元件，地线要单独 的连接。布线过程中要把大功率地线、模拟地线、数字地线分立， 然后连接到汇总接地点。
放大器的最佳源电阻为：
在此条件下放大系统的噪声系数达到最小，此时的噪声系 数为：
在上式中，前置放大器输入电压噪声的平方根谱密度采用 表示，代表输入电流噪声的平方根谱密度。
如何选择低噪声前置放大器的依据就是根据上两式得到 的。通过上式我们可以知道，为得到最小噪声系数 ，应该是
和 值较小的元件才适合作为低噪声放大器。我们还应该选 择低频抗噪声元件，这是因为 和 都是以频率为变量的函数。
关键词：微电流；测量；噪声；抑制 中图分类号：ＴＭ１３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－８６４６（２０１４）１１－０２５３－０１
单纯的放大采集到的信号不能够很好地区分被测信号，因 此我们致力于提高所采集信号的信噪比。只有在经过消噪后才 能通过增大被测微弱信号的幅度，从而有效地识别被测信号并 加以分析。在信号采集的过程中，噪声主要是由采集设备的一级 设备—— —前置放大器介入的。弗里斯公式如下：
第 ５ 卷 第 １１ 期 ２０１４ 年 １１ 月
黑龙江科学 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖｏ１．５ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１４
微电流测量中的噪声抑制
贾焕福
（龙煤集团鹤岗分公司兴山煤矿，黑龙江 鹤岗 １５４１０５）
摘要：抑制噪声是信号检测领域所共同面对的核心问题，因为采集设备所采集的信号都是含有噪声的。本文主要探讨了有源放 大器的选取和线路板低噪声技术。
由于前置放大器的噪声系数对整个测量电路的噪声系数起 到决定性的作用，所以，前置放大器的噪声系数对采集设备的测 量精度的影响尤为重要。在对采集系统进行设计时，要注意抑噪 性能，因此要使用低噪声元件，还要设计好放大级数和电路组 态，同时做好低噪工作点的选择。 １ 有源放大器的选取
由于采集电路中的各级后续放大器会将前置放大器所引入 的噪声逐级放大，因此整个测量电路的噪声特性都受前置放大 器的噪声系数的影响。另外，必须注意前置放大器的噪声匹配情 况，实际操作过程中被测信号源是与前置放大器链接在一起的。 电路的噪声系数只有在采集电路的前置放大器的最佳源电阻与 信号源的电阻近似相同的时候，产生的噪声才最小。
疏密是否均匀、布线是否完整、排列是否整齐是衡量一个 ＰＣＢ 板布局和合理性的最直观的指标。要求方便更换 ＰＣＢ 板上 的经常会发生耗损的元件，对于需要可调控性能的元件则要预 留调整空间。同时需要控制 ＰＣＢ 板所处的环境湿度，并注意防 尘。 ２．３ 屏蔽和接地设计
由于在微电流测量中的被测信号十分微弱，所以任何微小 的噪声信号都会对测量结果造成很大的影响。电磁场的干扰需 要测量仪器采用外加铁壳的方法来屏蔽。同时在现场操作时可 能电极需要外接很长的引线，从而产生噪声信号。大地具有很高 的电阻，接地过程中，被测电流通向大地，将直接影响前置放大 器的工作效果，但是不接地又会导致信噪比的大幅减小。其他大 功率电器如果在进行微电流检测的时候工作，也会造成较大的 干扰。
参考文献：
［１］ 熊伟林．高输入阻抗检测电路［Ｊ］．电子测试，２０１１，（０６）：９８，１０１． ［２］ 殷铸灵，许良军．小信号放大电路的燥声分析［Ｊ］．机电元件，２０１１，１２（０６）：
１８－２１．
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