元器件选型中的输入电压噪声要求

元器件选型中的输入电压噪声要求

定义：输入电压噪声指传感器供电电源中的直流电压波动，包括工频纹波、高频开关噪声及随机热噪声。对于电阻式传感器（如应变片、热敏电阻），激励电压噪声通过电桥或分压电路传递至输出。

作用：噪声会叠加在输出信号上，导致分辨率下降和读数波动。在微小信号测量（如微应变、温度小变化）中，噪声可能淹没有效信号。

工程理解：

1. 噪声传递：设传感器灵敏度为 $S$（单位输出/单位输入），输入噪声 $V_n$ 对应输出噪声 $V_{no}=S·V_n$。
2. 选型准则：根据所需最小可分辨信号 $V_{min}$，要求 $V_{no}\le \frac{1}{5\sim 10}{V}_{min}$。
3. 常见方法：

• 选择低噪声线性稳压电源（LDO）替代开关电源。
• 在电源输入端加LC或π型滤波器，截止频率设为传感器带宽的1/10以下。
• 采用差分输入或电桥结构抑制共模噪声。
• 增加去耦电容（0.1μF+10μF）靠近传感器引脚。

公式示例：
若应变片灵敏度 $k=2$，激励电压 $E=5\text{V}$，应变 $\epsilon =100\mu \epsilon$ 时输出 $V_{out}=\frac{k\epsilon E}{4}=0.25\text{mV}$。若电源纹波 $V_n=1\text{mV}$，则输出噪声为 $V_{no}=\frac{k{V}_n}{4}=0.5\text{mV}$，远超信号，必须滤波或换用低噪声电源。