噪声的定义与分类
最初人们把导致收音机这类音响设备所发出噪音的那些随机电子信号，称为噪声。后来人们逐步扩大了噪声的概念，将随机电子信号和外部干扰信号一起称作噪声，指目标信号以外的所有信号，即不期望在系统中存在的信号的总称。之后人们发现，在一些存在着周期性激励信号的系统中，系统的参数会随着时变激励信号发生一定程度的改变，导致寄生于激励信号频率附近的噪声，这种噪声被称为时域抖动或者相位噪声。通常我们讲的噪声指的是狭义噪声，即噪声源自于系统本身的随机电子信号，又称随机噪声，属于系统的本征噪声。来源于系统参数与外部周期激励源相互作用的噪声，属于系统的非本征噪声，与随机噪声一起被称为系统的内部噪声。对应于内部噪声，系统外部干扰被称为环境噪声或者外部噪声，指的是噪声源于系统外部，但作用于系统，并直接对系统中的信号或者对系统的参数产生显著影响的变量。各种噪声的存在降低了被测信号的质量和可信度，因此通过抑制干扰、降低噪声等手段提高信号质量是信号探测、处理与传输中的重要研究内容。

去除噪声的方法

噪声测试是鉴定信号探测、处理及传输系统性能的一种有效方法，能够用于优化系统各环节的设计。分离各类噪声之后，通过对系统内部不同元件、材料在不同条件下的噪声测试，比较各项特性参数的变化，可以分析噪声来源和强度，进而选择合适的材料、元件和设计方法，降低系统噪声水平，提高系统总体性能。

√对干扰可以采取屏蔽、双绞、差分、滤波等方法抑制

a.屏蔽可以通过电磁屏蔽、数模地分离、地线隔离等方法实现；

b.四阶差分法算法可以通过差分和滤波分别从时域和频域有效降低干扰。

√对于系统中各环节的电子噪声，可以建模计算等方式分类，针对各项噪声的起源，分别优化。

噪声是影响传感器精度的关键指标

我们以非晶丝为敏感元件、巨磁阻抗（GMI）效应为原理的传感器为例，阐述从材料出发优化敏感元件本征噪声对于制作高精度磁场传感器的重要性。

精度是指传感器测量值与真实值之间的差值。

灵敏度一般是指传感器在稳定工作时，输出量变化，，与输入量变化，，的比值。以电压作为输出的磁场传感器的灵敏度的单位通常是伏特每特斯拉，V/T。传感器将磁场变化转换为电信号的这种能力通常被称为转换系数Tr。

分辨率是指传感器可探测到的物理量的最小变化数值，即被测量变化多少才能引起传感器敏感元件的输出响应。对于磁场传感器，如果被测磁场的变化量小于磁敏元件自身的噪声，磁敏元件是无法输出响应信号的。因此可以说磁敏元件的本征噪声决定了传感器对最小磁场变化量的分辨能力。基于非晶软磁合金材料的磁敏元件的本征噪声与材料中的多个物理参数有关，这些物理参数在材料生产制备过程中，可以通过适当的退火方法进行优化。

提高分辨率是提升精度的必要条件。如果噪声是传感器的本征噪声，那么分辨率低，但是精度高的这种情况是不可能发生的。因此对磁敏元件本征噪声的测试与优化是制作高精度磁场传感器的最关键步骤。同时，传感器中敏感元件后端的信号调理电路中的系统误差（电路噪声）也需要分析并优化，使其远低于敏感元件的噪声水平。信号调理电路中元器件电子噪声的优化主要通过选择正确的型号以及器件类型实现。

非晶丝GMI敏感元件的转换系数Tr

非晶材料（丝、带、薄膜）在交变励磁场的作用下，其磁特性会随外磁场发生变化。巨磁阻抗效应，是指磁敏元件两端的阻抗随磁场的变化的一种现象。因为磁敏元件受到一个幅值恒定的交流激磁电流iac的驱动，我们可以将磁敏元件的转换系数Tr定义为磁敏元件两端的电压随被测磁场的变化。随后经过信号调理电路的滤波、检波、整形、放大等环节，得到传感器的输出信号VOUT，这个输出信号可以表征被测磁场的幅值及相角等信息。在开环状态下工作的GMI传感器中非晶软磁合金材料的阻抗随直流场的变化通常是非线性的，因此需要施加一个偏置磁场H_φ0使其工作在最佳工作点处。工作在开环状态下的传感器的电路具有以下优点：

√可以直观的观察与测试磁敏元件的转换系数Tr

√可以测试磁敏元件本征噪声随非晶丝各项参数变化的情况

基于非晶丝磁敏材料的巨磁阻抗磁场传感器的转换系数Tr与激励电压Vac，材料的饱磁感应强度MS，线径a，有效磁导率uT(HZ0，Hk ，β，θ，ω), 交流螺旋各向异性场 Hk ，Hk轴向夹角β, 直流磁化方向与轴向的夹角θ（Hz0）有关。根据计算，激磁频率f0~10MHz时，钴基非晶线的转换系数Tr的量级在5~15kV/T。具体计算可参考附件1。

非晶丝GMI敏感元件的本征噪声

本征噪声由两部分组成：

√等效电阻的热噪声：

√磁化过程中的热扰动引起的热磁噪声 ：

通常情况下，热磁噪声与转换系数Tr，饱和磁感应强度MS, 线径a, 线长l, 有效磁导率uT(HZ0 ，Hk，β, θ, ω), 交流螺旋各向异性场Hk , β, θ(Hz0)有一定关系。在一定条件下，转换系数增大，同时非晶丝GMI敏感元件中的热磁噪声也会增大。

具体计算参考附件2。

文章转载自《非晶中国》