本发明专利技术是针对输出增益从0.1mv/ms2-1000mv/ms2可调的电荷放大器极低噪声设计的，电荷放大器的噪声的大小直接影响对微弱振动信号测量精度，也反映了电荷放大器抗干扰性能。抗干扰在电子测量中是一个不容忽视的重要问题。因为干扰不仅影响测量精度，严重时会使仪器法正常工作。电荷放大器特点具有非常高的输入阻抗，为了提高电荷放大器测量精度，在设计选型上都选用高输入阻抗运算放大器或场效应管及高精度电容。如摘要附图所示，典型的设计电路图。这样的设计工作原理和功能上能满足，但在实际制作产品时，不采取有效的抗干扰手段和屏蔽措施，产品性能上很难达到高品质的产品。本发明专利技术根据电荷放大器的特点，采取与众不同的抗干扰措施，达到超出同类型产品的噪声指标。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是对测量振动压电传感器输出的电荷信号,转换为电压信号的电荷放大器的噪声抑制技术措施，属于电子产品抗噪声干扰电路设计
技术介绍
电荷放大器作为一种将电荷信号转换成电压信号的放大器，用作压电传感器的转换电路，被广泛地应用在自动控制测量领域，随着传感器技术的不断发展，越来越多的高输入阻抗，低噪声的芯片不断面世，使目前电荷放大器的产品性能指标大大提高，特别电荷放大器的噪声指标有明显提高。国内多家厂商生产了各种类型的电荷放大器，比较相同指标电荷放大器，噪声指标各不相同，一般输出端都在15mv到5mv，个别产品达到2mv。对于噪声大于5mv的电荷放大器，在测量振动本身就弱的信号，精度就无法保证，甚至无法测量出振动信号，这就体现了电荷放大器产品性能指标优劣，也是电荷放大器电路设计的难点。电荷放大器噪声的干扰，重要地要知道产生噪声的来源，那些因素是造成噪声无法有效抑制，采用怎样的电路设计，能够达到更好噪声指标是电荷放大器设计成功的关键。
技术实现思路
为了使电荷放大器的噪声指标在国内同类型产品中处于领先优势，本专利技术是针对电荷放大器产生噪声源的几种因素，在电路板的设计上，采取了元件的布置及各种干扰的与众不同的屏蔽隔离PCB电路板设计。电荷放大器产生噪声源主要来至于以下几方面； 放大器内部各种元器件引起的噪声，在电荷放大器中通常选用带有场效应管JFET的运算放大器或应用分立元件的双结型场效应管JFET，如摘要附图所示原理图就是采用双结型场效应管，来提高放大器的输入阻抗，它的输入阻抗可达1013Ω，场效应管会产生沟道热噪声、栅极漏极电流产生的散粒噪声、闪烁噪声，这些是场效应管产生的噪声，由于场效应管的生产制作工艺不断改进，场效应管产生的这些噪声，对搭建成电荷放大器产生的噪声可以忽略不计。电荷放大器的偏置电阻，如摘要附图所示中1R7、1R8、1R10等，反馈电阻1R2、1R3、1R4、1R5等产生的热噪声，运算放大器及功放电路的元器件等产生的噪声。这些噪声通常在设计选型时已给予考虑，是硬性指标，可以做到选用噪声最小的元器件，所以上述这些噪声相对其它因素产生的噪声影响电荷放大器噪声指标也可以忽略不计。实际测试中发现影响电荷放大器噪声，电路工艺设计、元件布置布线的不合理，元件的互相干扰和外来干扰没有采用有效的抗干扰措施，是使电荷放大器噪声指标大多数同类产品都在小于15mv到5mv之间起主要原因和因素。电容耦合噪声，两导体间存在着分布电容，当变化的静电场(电位差)时，则通过某些杂散电容耦合产生噪声就成为电荷放大器中的主要噪声源之一。电荷放大器中的四档增益的反馈电容，电接头的两点就相当于电容的两个极板，安装绝缘子就相当于电介质。反馈电容周围的电磁干扰信号对它的影响尤为明显，如果缺乏屏蔽它就很容易引入噪声，这将是电路板设计所要具体实施的内容。寄生电流噪声，电荷放大器有很高的输入阻抗和开环放大倍数，在它的输入端只要有非常小的寄生电流流入，就会产生噪声。寄生电流的噪声源主要电路板布线所产生，如漏电阻、电容以及布线产生的电感。从电路图转成实际电路板时，所有寄生组件都会干扰电路性能，产生噪声。寄生电流对电荷放大器输入端的影响，是电路板设计所要具体采取措施的内容之一。共阻抗耦合噪声，共阻抗耦合干扰的产生是由于两个以上的电路有共阻抗，当一个电路中的电流流经共阻抗产生电压降时，就会成为其它电路的干扰电压，其大小与共阻的阻值及干扰源电流大小成正比。电荷放大器电路通过公共地线也会产生共阻抗耦合干扰，在测量时，各单元都有各自回路的地线，如果这些地线不是在同一点接地，各级电流流经公共地时，在地线上产生电压降，该电压就会产生干扰信号，产生接地噪声。电荷放大器的单端输入的接地点就显得尤为重要，也是电荷放大器产生噪声的主要来源之一，是电荷放大器电路板设计时所要采取的实施内容。电磁噪声，电磁干扰无处不在，任何地方均存在着电磁干扰，问题是了解电磁干扰对电荷放大器电路中，那些元件影响最大，最容易被干扰。无疑电荷放大器的输入端的双结场效应管JFET干扰最为敏感，最易被产生的噪声。场效应管周围的电磁干扰信号，在场效应的输入端的引线会感应出电流，此电流就会引起电荷放大器的噪声，而且此噪声随周围环境的变化而改变，这一现象在电荷放大器的测试中已得到了验证。因此要使电荷放大器的噪声指标优越于同类产品，电路板的设计上采取实质的措施内容。【附图说明】图1为本专利技术电路板反馈电容隔离铺铜布线示意图。图2为本专利技术电路板放大器输入端信号点屏蔽环铺铜布线示意图。图3为本专利技术电路板反馈电容隔屏蔽环铺铜布线示意图。图4为本专利技术电路板双结型场效应管JFET栅极端单独接地铺铜布线示意图。图5为本专利技术电路板高输入阻抗双结场效应管的屏蔽隔离铺铜布线示意图。图6为本专利技术电路板上正面四周铺铜布线示意图。图7为本专利技术电路板上背面四周铺铜布线示意图。图8为本专利技术电路示意图。【具体实施方式】反馈电容上的互相屏蔽隔离 电荷放大器的反馈电容和并联的反馈电阻，说明书附图4中的1C3、1C4、1C5、1C6、和1尺2、11?3、11?4、11?5，分别把103与 1R2、1C4 与 1R3、1C5 与 1R4、1C6 与 1R5 为一组，在电路 PCB正面板上设计布置为互相隔离，见附图1所示，按各电容电阻的实际封装尺寸布置，每组屏蔽内的电容和电阻不要互相紧贴，保持有大与3_的间隔。屏蔽罩的制作尺寸，长宽按每组铺铜内径大1_，高度安电容和电阻安装高度多出5_。每组四周铺铜的两边放置长方形的焊盘，X设置为2_，Y设置为4_，用作焊接固定屏蔽罩。这样的设计既使反馈电容互相干扰被隔离，同时对周围的其它干扰也被排除在外。验证测试实际效果明显，大大削弱了耦合噪声。放大器输入端信号点的屏蔽环 电荷放大器输入回路各点最容易受寄生电流的干扰，从说明书附图4所示的原理图可知，输入电阻1R1、电容1C1、耦合电容1C2，反馈电容1C3、1C4、1C5、1C6、和1R2、1R3、1R4、1R5，以及场效应管1U1的栅极1。输入信号的回路点，都要防止寄生电流的流入。如附图2所示，在上述元件的输入接点,用一条保护布线将敏感结点完全包围起来，布线保持或者迫使它保持与敏感结点相同的电势，因此使吸收的寄生电流远离了敏感结点，设计成屏蔽环。见附图2所示，电压信号输入端1C1接点布置屏蔽环，它的内径壁到接点外径壁30mil左右，电荷输入端1R1接点与耦合电当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
电荷放大器产生噪声源的几种因素，在电路板的设计上，采取了元件的布置及各种干扰与众不同的屏蔽隔离电路板PCB设计，使放大器的输出噪声超越同类产品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：忻林路，曹雷，刘苏英，许海陆，杨国建，李亚辉，
申请(专利权)人：上海力构传感器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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