半導(dǎo)體傳感器響應(yīng)速度的提高

所有的環(huán)境參數(shù)若要進(jìn)行分析必須使用傳感器，而傳感器性能的優(yōu)劣將決定了對(duì)環(huán)境參數(shù)的認(rèn)知度，要了解傳感器的零點(diǎn)漂移，首先要了解傳感器的噪聲。目前大多數(shù)的傳感器原理都為半導(dǎo)體傳感器，考慮一般性，我們僅討論半導(dǎo)體傳感器的特性。

半導(dǎo)體傳感器的噪聲源可以分為三類：并聯(lián)電阻的熱噪聲、串聯(lián)電阻的熱噪聲和半導(dǎo)體漏電流引起的噪聲。

并聯(lián)電阻的熱噪聲和傳感器外圍電路的偏置電阻相比，比較大，在特性分析中一般可以忽略不計(jì)。

串聯(lián)電阻的熱噪聲不能忽略，但若一個(gè)設(shè)計(jì)良好的傳感器的串聯(lián)電阻和傳感器自身比較可以小到忽略不計(jì)。

傳感器自身的漏電流噪聲分幾種，其中一種低頻噪聲可以通過(guò)傳感器的工藝可以極大地降低，由于還沒(méi)有合適的理論解釋這種噪聲，可以暫且忽略。漏電流的其他部分和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)有關(guān)，可以認(rèn)為就是一個(gè)純粹的散彈噪聲，其和通過(guò)的電流關(guān)系為：

in = 2Isqf;

其中，Is是傳感器的漏電流，f是測(cè)量噪聲的頻率間隔。一個(gè)良好的傳感器的噪聲僅和漏電流有關(guān)。

使用中的傳感器，必定存在放大電路和偏置電路，這些電路的輸入電阻和傳感器的內(nèi)電阻是個(gè)并聯(lián)關(guān)系。當(dāng)傳感器沒(méi)有外力施加時(shí)，其噪聲的頻譜密度和等效電容有關(guān)，其熱噪聲電壓的均方值不變，所以，在一些情況下可以通過(guò)降低輸入電阻來(lái)降低傳感器的熱噪聲。

傳感器對(duì)環(huán)境變量的響應(yīng)可以等效為一個(gè)沖擊響應(yīng)，若傳感器對(duì)沖擊響應(yīng)的通頻帶是個(gè)被一個(gè)微分器和一個(gè)積分器所限制的沖擊響應(yīng)，那么，僅在沖擊脈沖成形后的最大值時(shí)測(cè)量傳感器的信號(hào)噪聲才有意義。當(dāng)微分器的時(shí)間常數(shù)T1等于積分器的時(shí)間常數(shù)T2時(shí)，得到的傳感器的信噪比最大。

傳感器對(duì)環(huán)境變量的沖擊撤銷后的的返回到基線時(shí)，若基線發(fā)生變化，則沖擊脈沖就會(huì)產(chǎn)生堆積效應(yīng)。若不對(duì)這樣一個(gè)脈沖進(jìn)行擬制，那么這個(gè)脈沖的高度可達(dá)脈沖高度的百分之幾，因此，為了提高傳感器的響應(yīng)速度必須減小這種效應(yīng)的影響。

有兩種方法可以減小這種效應(yīng)的影響：

1、添加一個(gè)微分器。

2、采用直流恢復(fù)電路。

好了，今天就說(shuō)到這里，上傳兩張實(shí)際圖片來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，這幾張圖片是在現(xiàn)場(chǎng)拍攝的，水平不行，還望諒解。

說(shuō)明：這是3個(gè)傳感器采集的示意圖，紅線和綠線分別代表同一品牌的傳感器；紫線代表另個(gè)品牌的傳感器。紫傳感器沒(méi)有觸發(fā)時(shí)，基線基本為零；而紅、綠兩個(gè)傳感器的零位漂移都非常嚴(yán)重，特別是紅傳感器。

說(shuō)明：傳感器和上張圖片類似，不同的是3個(gè)傳感器都受到?jīng)_擊，紫色傳感器的響應(yīng)速度明顯大于紅、綠傳感器。