微弱信號檢測裝置設(shè)計

1、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計摘 要“微弱信號”不僅意味著信號的幅度很小，而且主要指的是被噪聲淹沒的信號，微弱是相對于噪聲而言的。微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號, 或用一些新技術(shù)和新儀器來提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。微弱信號檢測技術(shù)的首要任務(wù)是提高信噪比。由于被測量的信號微弱，傳感器、放大電路和測量儀器的固有噪聲以及外界的干擾噪聲往往比有用信號的幅度大的多，放大被測信號的同時也放大了噪聲，而且必然會附加一些額外的噪聲，因此只靠放大是不能把微弱信號檢測出來的。本文研究了一套微弱信號檢測的裝置。ad524作為前置放大電路對信號進行初步放大，再利用max267程控濾波器對信號進行濾波以獲取有用信

2、號，tlc2652作為二次放大；然后再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，同時使用增強型8051 內(nèi)核的usb 控制器cy7c68013a作為主控器，將采集數(shù)據(jù)通過usb2.0接口與pc機實現(xiàn)高速實時傳輸，還設(shè)計了電源模塊和單片機擴展模塊。在背景噪聲中檢測有用信號的儀器，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了強有力的測試手段，應(yīng)用范圍遍及幾乎所有的科學(xué)領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代科技必備的常用儀器。關(guān)鍵詞：微弱信號，噪聲，信噪比，檢測裝置abstract "weak signal" means not only signal amplitude is small, and refers to the

3、 flooded signal by noise,weak signal is relative to noise.the purpose of the weak signal detection extracted useful signal from strong noise,or with some new technology and new instruments to improve the snr of output signal detection system. primary mission of weak signal detection is to improve sn

4、r. due to the measured weak signal is small, sensors,amplifying circuit and the inherent noise of measurement instrument and outside disturbance noise are larger than the useful signal amplitude of the often.enlarging the measured signal means also enlarging noises and will add some extra noise,so o

5、nly by the amplifier can not detection the weak signal.only in effective noise conditions suppressing amplitude of weak signal can extract useful signal. this paper studies a set device of weak signal detection. ad524 as preamplifier is primarily to amplifier signal, then uses max267 to filter signa

6、l to get the useful signal, and uses tlc2652 as second to amplifier; then the adc converts a analogue signal to a digital signal, also uses the usb controller cy7c68013a of enhanced 8051 kernel as the main controller and collected data will transmit through usb2.0 implementing high-speed real-time w

7、ith the pc; and devises a power supply module and microcomputer expansion module. detection equipment of useful signal in the background noise,which provides a strong means testing for modern science and technology, and the industry and agriculture production, application scope is throughout almost

8、all the fields of science.it has become the common instrument for modern science and technology.keywords: weak signal，noise,signal-to-noise ratio,detection device目 錄摘要iabstractii第1章 緒 論11.1 微弱信號檢測裝置研究的意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展概況21.2.1 國內(nèi)檢測儀器的發(fā)展21.2.2 國外檢測儀器的發(fā)展21.3設(shè)計內(nèi)容3第2章 噪聲概述42.1 噪聲種類及其特性42.2 干擾的抑制方法5第3章 微弱信號檢測

9、的原理和常用檢測理論83.1 微弱信號檢測的原理83.2 微弱信號檢測的方法8第4章 檢測電路總體設(shè)計124.1 信號調(diào)理模塊124.2 數(shù)據(jù)采集模塊134.3 檢測電路圖13第5章 微弱信號的采集與調(diào)理155.1 信號拾取和低噪聲前置放大器155.2 程控濾波器175.3 tlc2652放大器20第6章 基于usb2.0協(xié)議的數(shù)據(jù)采集裝置236.1 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇236.2 usb 20特點276.3 cy7c68013a單片機286.4 cy7c68013a單片機的外部擴展電路306.5 單片機軟件編程356.6 電源的設(shè)計376.6.1 穩(wěn)壓電源設(shè)計376.6.2 各器件的電源39第

10、7章 cy7c68013a與上位機的通信417.1 cy7c68013a固件程序417.2 usb驅(qū)動程序417.3 動態(tài)鏈接庫dll427.4 labview界面應(yīng)用程序42第8章 結(jié) 語44參考文獻45致 謝4650河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第1章 緒 論微弱信號檢測是測量技術(shù)中的一個綜合性的技術(shù)分支，它利用電子學(xué)、信息論和物理學(xué)的方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測信號的特征和相關(guān)性，檢出并恢復(fù)被背景噪聲掩蓋的微弱信號。微弱信號檢測技術(shù)研究的重點是如何從強噪聲中提取有用信號，探索采用新技術(shù)和新方法來提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。微弱信號檢測理論的研究是探索新的微弱信號檢測方法。分析噪聲產(chǎn)生

11、的原因和規(guī)律,以及被測信號的特征,采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段和方法,把有用信號從噪聲中提取出來,即研究其檢測方法1。1.1 微弱信號檢測裝置研究的意義微弱信號處理主要是解決伴有噪聲信號的檢測，降噪和分離等問題。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，噪聲干擾隨處可見，它常常與有用信號共存，并且普通方法難以將分離，從而嚴重影響系統(tǒng)的運行和目標信號的正常檢測。因此在信號處理領(lǐng)域，是想方設(shè)法去除干擾噪聲以獲取有用信號。而在目前一些科學(xué)研究和工程實踐中，我們經(jīng)常會遇到噪聲很強的情況，就是在強噪聲中檢測微弱信號(毫微伏數(shù)量級的問題，這無疑更增加了信號檢測的難度，比如測定材料分析時測量熒光光強、震的波形和波速、紅外探測以及生物電信號測

12、量、衛(wèi)星信號的接收等，這些問題歸結(jié)為噪聲中微弱信號的檢測2。所以微弱信號主要是指被強噪聲淹沒的小幅度號，微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號，或用一些新技術(shù)和新方法提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。微弱信號檢測作為一門新興的技術(shù)學(xué)科，應(yīng)用范圍遍及光、電、磁、聲、熱、生物、力學(xué)、地質(zhì)、環(huán)保、醫(yī)學(xué)、激光、材料等領(lǐng)域，對微弱信號檢測理論的研究探索新的微弱信號檢測方法，研制新的微弱信號檢測設(shè)備是當(dāng)今檢測技術(shù)領(lǐng)域的個熱點。目前，微弱信號檢測技術(shù)主要采用電子學(xué)、信息論、計算機及物理學(xué)的段，分析噪聲產(chǎn)生的原因和統(tǒng)計特性，研究被測信號的特點與相關(guān)性，從而檢測噪聲淹沒的微弱有用信號。常用的檢測方法有窄帶濾波、

13、取樣積分、相關(guān)檢測、重相關(guān)匹配、隨機共振、渾沌振子、小波變換等方法，其宗旨都是研究如何從強聲中提取有用信號，任務(wù)是研究微弱信號檢測的理論、探索新方法和新技術(shù)，從而其應(yīng)用于各個學(xué)科領(lǐng)域當(dāng)中3。在本文所涉及的自動化測量控制領(lǐng)域中，各種參數(shù)的測量將直接關(guān)系到工業(yè)產(chǎn)的質(zhì)量，尤其對超精密儀器儀表的測量，測量精度的要求非常嚴格。如果測量裝置工作在電源變壓器或輸電線路附近，采集信號往往會受到工頻電磁場及其諧波的干擾，從而增加了獲取精準信號的難度。傳統(tǒng)傳感器測量技術(shù)的噪聲抑制能力和溫度特性相對都比較差，不能滿足高精度測量對抗干擾能力的要求。因此，在對低頻微弱信號的智能數(shù)據(jù)采集中，具有抗工頻干擾的微弱信號檢測系

14、統(tǒng)也成為關(guān)鍵技術(shù)之一。1.2 國內(nèi)外發(fā)展概況儀器科技產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是微型化、數(shù)字化、智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化進一步向縱深發(fā)展，并在產(chǎn)品性能上向高精度、高可靠性、高環(huán)境適用性目標前進，在人機界面上更便于人的操作、使用，以及與人類生活、健康有關(guān)的各類儀器科技產(chǎn)品有望得到較大的發(fā)展并進入家庭，通過家庭、社區(qū)、醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)使保健、疾病診治從醫(yī)院象社區(qū)、家庭發(fā)展。 1.2.1 國內(nèi)檢測儀器的發(fā)展要提高信號的信噪比，這就需要采用電子學(xué)、信息論、計算機和物理學(xué)的方法，以便從強噪聲中檢測出有用的微弱信號，從而滿足現(xiàn)代科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的需要。微弱信號檢測技術(shù)不同于一般的檢測技術(shù)，它注重的不是傳感器的物理模型和傳感原

15、理、相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換電路和儀表的實現(xiàn)方法，而是如何抑制噪聲和提高信噪比，因此可以說，微弱信號檢測是一門專門抑制噪聲的技術(shù)。為此，人們開始研究新的檢測理論、方法和設(shè)備，以滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究之需。微弱信號檢測這門新興的信號檢測與處理的技術(shù)科學(xué)就是在這種情況下產(chǎn)生并得到迅速發(fā)展。自60年代初到現(xiàn)在已取得重大進展，應(yīng)用范圍很廣，其儀器已成為現(xiàn)代科學(xué)研究中不可缺少的設(shè)備了。微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號，或用一些新技術(shù)和新方法來提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。對微弱信號檢測理論的研究，探索信的微弱信號檢測方法，研制新的微弱信號檢測設(shè)備是目前檢測技術(shù)領(lǐng)域的一個熱點。根據(jù)微弱信號檢測理論，許多機構(gòu)

16、研制出了微弱信號檢測儀。目前常見的微弱信號檢測設(shè)備有低噪聲放大器、濾波器和鎖相放大器等。低噪聲放大器對于微弱信號檢測儀器或設(shè)備，低噪聲放大器是引入噪聲的主要部件之一。根據(jù)多年的經(jīng)驗和公式推導(dǎo)，整個檢測系統(tǒng)的噪聲系數(shù)主要取決于前置放大器的噪聲系數(shù)。因此，儀器可檢測的最小信號主要取決于低噪聲放大器的噪聲。低噪聲放大器是任何一個微弱信號檢測儀器及裝置中的關(guān)鍵部件之一。隨著半導(dǎo)體工藝與技術(shù)的發(fā)展，低噪聲放大器的性能得到了極大的提升。鎖相放大器完成正弦信號幅度及相位檢測的相關(guān)檢測裝置，自1962年第一臺儀器問世后，在科學(xué)研究的各個領(lǐng)域有很廣泛的用途。目前，這種儀器是微弱信號檢測儀器中一個十分重要的品種。

17、已經(jīng)有很多廠家生產(chǎn)這種儀器，并在世界各地得到廣泛應(yīng)用。 1.2.2 國外檢測儀器的發(fā)展發(fā)達國家為了保持產(chǎn)品在國際上的競爭力，都十分重視產(chǎn)品開發(fā)，各企業(yè)都設(shè)有試驗研究、設(shè)計結(jié)構(gòu)，有相應(yīng)的實驗室。大型公司還有試制車間，對新開發(fā)的產(chǎn)品精益求精，力求投入市場的新產(chǎn)品能為客戶所信賴。為了加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，企業(yè)非常重視科技進步，盡量在新產(chǎn)品中采用各種高新技術(shù)及其形成的新型傳感器、新型器件（特別是超大規(guī)模集成專用電路）及新材料，并采用計算機輔助設(shè)計（cad）和計算機輔助制造（cam）以縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期。微弱信號檢測儀器科技產(chǎn)品的微型化發(fā)展趨勢，主要依托于微機電系統(tǒng)(mems）微米/納米制造技術(shù)和微電子ic

18、制造技術(shù)，使儀器科技產(chǎn)品集機械、傳感、測控等部件于一個芯片上，并能按微電子ic批量加工工藝制造。微弱信號檢測儀器科技產(chǎn)品的數(shù)字化、智能化發(fā)展趨勢，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展而進步，它使儀器科技產(chǎn)品與數(shù)字處理器，超大規(guī)模專用集成電路、pc技術(shù)、人工智能技術(shù)進一步融合在一起。國際上目前先進的數(shù)字化、智能化儀器儀表系統(tǒng)構(gòu)成，以數(shù)字信號處理系統(tǒng)（dsps）為代表，它以dsp為核心，配合先進的混合信號電路，專用系統(tǒng)集成電路、元件及開發(fā)工具等組成對整個應(yīng)用系統(tǒng)的完整解決方案。在數(shù)字化和智能化發(fā)展的趨勢中，硬件和軟件處于同樣重要的地位，旦硬件是基礎(chǔ)，儀器使用新器件、新工藝，特別是超大規(guī)模

19、集成的新器件，能使原來不能實現(xiàn)的指標成為可能，因此新器件的采用能成為產(chǎn)品競爭的重要籌碼。另一方面軟件在智能儀表的發(fā)展中起著越來越重的作用，現(xiàn)代儀器儀表設(shè)計中軟件工作量已占到70%80%，這在某種程度上決定著儀器的功能和性能。軟件能完成性能指標補償、自動測試，自檢、自診斷、數(shù)據(jù)采集、控制、傳輸、顯示等功能。有的如計算機、光盤等的評估測試，主要由軟件完成。軟件將成為今后智能儀表發(fā)展的重要方向。未來10年，更高程度的智能化應(yīng)包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，是數(shù)值、邏輯與知識的結(jié)合分析結(jié)果，智能化的標志是知識的表達與應(yīng)用。微弱信號檢測儀器科技產(chǎn)品的集成化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢，以總線技術(shù)、儀表及其模

20、塊開放式互聯(lián)標準及通信技術(shù)為基礎(chǔ)，包括測試軟件的規(guī)范化、標準化，使自動測試系統(tǒng)的構(gòu)成向大生產(chǎn)領(lǐng)域和軍事工程領(lǐng)域擴展，并能提供所需要測試的系統(tǒng)方案或系統(tǒng)集成力。微弱信號檢測儀器科技產(chǎn)品在生物、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等有關(guān)人的生存、發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用日新月異，現(xiàn)代高科技軍事方面的發(fā)展也促進了儀器科技產(chǎn)品的應(yīng)用拓展，靈敏、準確的現(xiàn)場毒物檢測、生命保障任務(wù)也大大擴大了儀器科技產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。1.3設(shè)計內(nèi)容（1）研究噪聲特點和常用微弱信號檢測理論。（2）設(shè)計針對不同目標的微弱信號拾取探頭。（3）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及硬件電路設(shè)計。包含電源電路、前置放大電路、二次放大電路、陷波電路、光電隔離電路。（4）確定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案。

21、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計： usb2.0接口模塊設(shè)計，a/d轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計，數(shù)字i/o模塊設(shè)計，復(fù)雜大規(guī)模可編程集成電路(cpld)設(shè)計，電源設(shè)計等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計：firmware固件設(shè)計，驅(qū)動程序設(shè)計，應(yīng)用程序設(shè)計。第2章 噪聲概述論文中分兩種噪聲討論，電路內(nèi)部的固有噪聲和外部的干擾噪聲5。由組成檢測電路的元件產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲稱之為固有噪聲，它是由電荷載體的隨機運動所產(chǎn)生的。例如，散彈噪聲就是流過勢壘（如半導(dǎo)體pn結(jié)）的電流的隨機部分，它是由載流子隨機越過勢壘所造成的。熱力引起的載流子的隨機運動是熱噪聲的根源，其幅度取決于溫度，也與導(dǎo)體的電阻值有關(guān)，即使沒有電流流過導(dǎo)體，熱噪聲依然存在。固有

22、噪聲包括電阻的熱噪聲，pn結(jié)的散彈噪聲，1/f噪聲和爆裂噪聲。（1/f噪聲是由兩種導(dǎo)體的接觸點電導(dǎo)的隨機漲落引起的凡是有導(dǎo)體接觸不理想的期間都存在1/f噪聲，所以1/f噪聲又叫接觸噪聲）。外部干擾噪聲的種類很多，例如，音頻系統(tǒng)中的50hz及其諧波交流聲，就是經(jīng)過電源線和音頻線之間的互感或分布電容引入到音頻通道中的，這是一種確定性的干擾噪聲。另一個例子是部分電路可能扮演天線的角色，從而接受廣播信號。在這兩個例子中，在一個電路中有用的信號，如果引入到其他電路中就成為噪聲。2.1 噪聲種類及其特性干擾噪聲種類有很多種，它可能是電子噪聲，通過電場，磁場，電磁場或直接的電氣連接耦合到敏感的檢測電路，這些

23、都是電磁兼容性所涉及的領(lǐng)域；干擾噪聲的本源也可能是機械性的，例如，通過壓電效應(yīng)，機械振動會導(dǎo)致電噪聲；甚至溫度的隨機波動也可能導(dǎo)致隨機的熱電勢噪聲。工頻噪聲是影響電路的主要噪聲, 通?？赏ㄟ^電路的電源傳遞到電路中。為了減少這種影響,在電路設(shè)計時應(yīng)在連接電源處增加旁路電容,隔離電源的交流噪聲。除了這些措施外,為了濾除50hz 的工頻干擾,還可以在模數(shù)轉(zhuǎn)換時采用具有50hz陷波的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。另外, 數(shù)字電路部分與模擬電路部分分別接地, 盡量減少模擬電路的接地點同時采用畫圈接地的方法都可以有效的隔離噪下聲。下面列舉出常見的噪聲源：（1） 電力線噪聲隨著工業(yè)電氣化的發(fā)展，工頻（50hz）電源幾乎無處不

24、在，因此工頻電力線干擾也普遍存在。電力線干擾噪聲主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 尖峰脈沖：由于電網(wǎng)中大功率開關(guān)的通斷，電機，變壓器和其他大功率設(shè)備的啟停以及電焊機等的原因，工頻電網(wǎng)中頻繁出現(xiàn)干擾脈沖。這種尖峰脈沖的幅度可能是幾伏，幾百伏有時甚至是幾千伏，持續(xù)時間一般較短，多數(shù)在微妙數(shù)量級。這種尖峰干擾脈沖的高次諧波分量很豐富，而且出現(xiàn)得頻繁，幅度高，是污染低壓工頻電網(wǎng)的一種主要噪聲，對交流供電的電子系統(tǒng)會帶來很多不利的影響。多數(shù)檢測儀表都是由工頻電路線供給能源，電網(wǎng)的尖峰脈沖干擾一般是通過電源系統(tǒng)引入到檢測電路中。如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧┮种齐娫吹酿I尖峰脈沖干擾，就有可能導(dǎo)致檢測波形的畸變，嚴重時甚至?xí)?/p>

25、導(dǎo)致信號處理計算機的程序跑飛和死機。工頻電磁場：在由工頻電力線供電的實驗室，工廠車間和其他生產(chǎn)現(xiàn)場，工頻電磁場幾乎是無處不在。在高電壓，小電流的工頻設(shè)備附近，存在著較強的工頻電場；在低電壓，大電流的工頻設(shè)備附近，存在著較強的工頻磁場；即使在一般的電器設(shè)備和供電線的相當(dāng)距離之內(nèi)，都會存在一定強度的50hz電磁輻射波。工頻電壓的波動就有可能串入到檢測信號中。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和供電設(shè)備還有可能產(chǎn)生射頻噪聲。（2） 電氣設(shè)備噪聲電氣設(shè)備必然產(chǎn)生工頻電磁場，而且在開關(guān)時還會在電網(wǎng)中產(chǎn)生尖峰脈沖。某些特殊的電氣設(shè)備還有可能產(chǎn)生射頻噪聲，例如高頻加熱電器和逆變電源。此外，某些電氣設(shè)備還會產(chǎn)生放電干擾，包括

26、輝光放電，弧光放電，火花放電和電暈放電。2.2 干擾的抑制方法外部干擾源產(chǎn)生的噪聲影響到檢測系統(tǒng)的正常工作，是經(jīng)由某種傳播途徑被耦合到了檢測系統(tǒng)之中。抑制干擾噪聲有3種方法：消除或削弱干擾源；設(shè)法使檢測電路對干擾噪聲不敏感；使噪聲傳輸通道的耦合作用最小化。在多數(shù)情況下，對于產(chǎn)生噪聲的外部干擾源很難采取有效措施將其消除或隔離，但是如果能夠切斷或削弱干擾耦合途徑的傳播作用，則可以有效地削弱干擾噪聲對檢測系統(tǒng)的不利影響。在各種干擾耦合途徑中，場耦合是最普遍的耦合方式，也是最難于計算的一種耦合方式。通常，載有時變電流的電路總要向外部發(fā)射電場和磁場，其強度可以利用麥克斯韋方程來計算。從理論上來說，給定發(fā)

27、射源電流的特性，并給定敏感接受電路以及與其相耦合的電路結(jié)構(gòu)，利用麥克斯韋方程可以計算出接收電路各部分的感生電壓和電流。但是實際上，即使是在簡單的情況下，邊界條件往往是非常復(fù)雜的，為了把實際問題轉(zhuǎn)換為可以求解的問題，總要進行一些粗略的簡化。除了場耦合方式外，常見的干擾噪聲耦合方式還有傳導(dǎo)耦合和公共阻抗耦合方式。此外，檢測電路的供電電源有可能將工頻電網(wǎng)上的各種噪聲耦合到檢測電路中。 噪聲源和檢測電路之間的電氣連接是噪聲耦合的直接途經(jīng)，人們也許會認為這種耦合很容易避免，而事實上并非如此。在很多實踐情況中，對噪聲敏感的檢測電路與噪聲源的連接又是必要的。解決傳導(dǎo)耦合的一種方法是使信號線盡量遠離噪聲源，另

28、一種方法是在干擾噪聲傳導(dǎo)檢測系統(tǒng)之前，采取有效的去耦和濾波措施。電路接地方法，設(shè)計檢測設(shè)備的接地系統(tǒng)基于3個目的：一是減少多個電路的電流經(jīng)公共阻抗產(chǎn)生的噪聲電壓；二是減縮信號回路感應(yīng)電磁噪聲的感應(yīng)面積；三是減除地電位差對信號回路的不利影響。（1）50hz限波器的設(shè)計濾波的目的是從所要測量的信號中除去干擾信號。在實際應(yīng)用中，幾乎所有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都會不同程度地受到來自電源線的5ohz的噪聲干擾。50hz的工頻電源干擾經(jīng)過信號放大后，其幅度也相對較大。因此，該模塊對抑制50hz的工頻干擾尤其重要。濾除工頻干擾的主要方法是使用sinc3型fir濾波器，其主要優(yōu)點是它具有陷波特性，因此可以將sinc3

29、的陷波點設(shè)定在工頻附近抑制干擾。本系統(tǒng)中sinc3型數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)取決于一型ad7718芯片的采樣速率fadc(32.768khz)和寄存器設(shè)置sf。它們決定了adc的更新速率廠adc(通道轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù))，頻率響應(yīng)中的陷波位置和adc的轉(zhuǎn)換噪聲。陷波位置直接相關(guān)于adc的更新速率fadc。ad7718芯片的工作方式有斬波(chop)和非斬波兩種，在非斬波方式時sinc3濾波器的頻率響應(yīng)公式為: （2-1） 此時adc的更新速率為 （2-2）通道轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定時間三倍于通道轉(zhuǎn)換時間，即 （2-3）通過公式(2-1)，(2-2)，(2-3)，我們就可以計算特定的sf值與陷波點頻率以及穩(wěn)定時間的

30、關(guān)系。表l所示為ad7718芯片陷波頻率、穩(wěn)定時間與50hz、60hz頻率抑制的關(guān)系。當(dāng)陷波點設(shè)在50hz時，穩(wěn)定時間t=3/50hz=60ms。因此若采用sinc3濾波器，則當(dāng)輸入信道改變后，最先采樣輸出的3個數(shù)據(jù)不能使用，應(yīng)該拋棄；只有從第4個輸出數(shù)據(jù)開始才是可用的，這一點在實際應(yīng)用中至關(guān)重要。當(dāng)工作在斬波方式時，ad轉(zhuǎn)換器具有非常低的偏移誤差和漂移，此時各項性能都趨于最佳。頻率響應(yīng)公式為(2-4)，(2-5)所示: （2-4） （2-5）在寄存器設(shè)置的sf值相等時，adc的更新速率是非斬波時的1/3，穩(wěn)定時間為2個輸出數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換時間。如表4-1所示，分別設(shè)置sf=82或68時，對率的抑制

31、會大于1o0db。（2）光電隔離的設(shè)計信號采集系統(tǒng)通常是模擬電路和數(shù)字電路的混合體，其中模數(shù)變換是不可缺少的。從信號通路來說，ad變換之前是模擬電路，之后是數(shù)字電路。模擬電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路決定了硬件系統(tǒng)輸出信號的信噪比。為了提高信噪比，要想辦法抑制系統(tǒng)中噪聲對模擬電路和數(shù)據(jù)采集卡的干擾。在各種噪聲當(dāng)中，由數(shù)字電路產(chǎn)生并串入模擬及ad電路的噪聲普遍存在且較難克服。數(shù)字電平上下跳變時集成電路耗電發(fā)生突變，引起電源產(chǎn)生毛刺。數(shù)字電路越復(fù)雜，數(shù)據(jù)速率越高，高頻干擾分量越多。而普通印刷電路的分布電感較大，使地線不能完全吸收邏輯電平跳變產(chǎn)生的電流高頻分量，產(chǎn)生電壓的毛刺，而這種毛刺進入地線后就不能靠旁路電

32、容吸收，而且還會通過共同的地線干擾模擬電路和數(shù)據(jù)采集卡中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，從而影響了數(shù)據(jù)采集卡準確地進行數(shù)據(jù)采集。因此，這種情況下需要使用光電隔離電路將輸入和輸出電路進行隔離，以有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾。設(shè)計可選用響應(yīng)速度較快的光電隔離芯片6n137。 表4-1 sf既定后陷波頻率、穩(wěn)定時間與50hz、60hz頻率抑制的關(guān)系第3章 微弱信號檢測的原理和常用檢測理論3.1 微弱信號檢測的原理下面我從信號處理系統(tǒng)的信噪比改善來簡單地論述一下微弱信號檢測的原理。信噪比改善的定義為: snir=snro/ snri。現(xiàn)在以輸入系統(tǒng)的噪聲為白噪聲( 電阻噪聲) 時來討論snir 的表達式。

33、圖3-1推導(dǎo)snir 的示意圖在圖3-1中設(shè)信號處理系統(tǒng)的輸入信號電壓和輸出信號電壓分別為vsi 和vso,輸入噪聲為帶寬白噪聲,其噪聲帶寬為bi,噪聲功率譜密度為sni,則輸入噪聲的均方值為v2ni= sni·bi,若系統(tǒng)的電壓增益為kv(f),系統(tǒng)的噪聲等效帶寬為be,則輸出噪聲的均方值為其中, 于是可得到系統(tǒng)的snir 為:由上式可以看到,信號處理系統(tǒng)的信噪比改善等于輸入(白)噪聲帶寬與系統(tǒng)的噪聲等效帶寬之比。因此,減少系統(tǒng)的噪聲等效寬度便可以提高系統(tǒng)的輸出信噪比。對于信噪比小于1的被噪聲淹沒的信號, 只要信號處理系統(tǒng)的噪聲等效帶寬做得很小,就可以將信號(或信號攜帶的信息)從噪

34、聲中提取出來。3.2 微弱信號檢測的方法 要檢測種類繁多的信號,只有根據(jù)不同信號、不同的要求、不同的條件采用不同的檢測方法,這才是一種正確的選擇。下面我們給出幾種方法6。（1） 窄帶濾波法使用窄帶濾波器,濾掉寬帶噪聲只讓窄帶寬信號通過(僅有極少量窄帶噪聲通過)。白噪聲上面已分析,下面我對1/f噪聲的情況進行簡單分析。設(shè)1/f噪聲通過一個帶寬b= f2- f1的濾波器后。1/f噪聲的功率譜密度為k0·1/f,則輸出噪聲電壓均方值:上式可看出b越小,即通頻帶愈窄,噪聲電壓均方值愈小,抑制噪聲能力愈強?？砂研盘枡z測出來,對于任何單個脈沖信號(方波、正弦波等) 可認為它的帶寬為t,為了檢測單

35、次信號,濾波器bf =1/t, 且信噪比改善snirfm·t(fm為噪聲帶寬) 。窄帶濾波法能減少噪聲對有用信號的影響。濾除掉通頻帶以外噪聲, 提高信號的信噪比。但是,由于一般濾波器的中心頻率不穩(wěn)定, 不能滿足更高的濾除噪聲的要求。(2）雙路消噪聲由于信號與噪聲性能完全不同,信號一般為一些變化規(guī)律已知的量, 而噪聲是一些隨機量滿足統(tǒng)計規(guī)律。根據(jù)這個條件我們設(shè)計出了一種雙路消噪法的原理圖,如圖3-2 。當(dāng)隨機性的噪聲從兩路到達加法器時, 極性正好相反,經(jīng)過加法器相加后把噪聲消掉。只有少數(shù)強噪聲才通過閥值電路而產(chǎn)生本底計數(shù),根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律。本底計數(shù)時間較長時為恒定值。故可以先測出它,然后從

36、總計數(shù)中把它減掉得到信號計數(shù)。這種方法只能檢測到微弱的正弦信號是否存在,而不能復(fù)現(xiàn)信號波形。圖3-2 雙路消噪法的原理圖（3）同步累積法 利用信號的重復(fù)性,噪聲的隨機性,對信號進行重復(fù)累積(幾次), 使snir 提高,但需耗費時間。下面給出詳細的分析:重復(fù)累積幾次后輸出信號與噪聲分別為噪聲: 信號: 則 由上式可知,累計次數(shù)n越大,則snir 越大。下面給出同步累積器的原理框圖,如圖3-3。圖3-3 同步累積法的原理圖（4）鎖定接收法( 頻域分析法)鎖定檢測法是利用互相關(guān)原理,使輸入待測的周期信號與頻率相同的參考相關(guān)器中實現(xiàn)互相關(guān),從而將深埋在噪聲中的周期信號攜的信息檢測出來,它的原理框圖如圖

37、4-4。 圖3-4 鎖定接收法原理圖考慮最簡單情況,只有信號無噪聲 輸入信號: 參考信號: 令, 則乘法: 積分: 積分時間常數(shù)為t=rc;令t=p/x, 則，輸出是直流量。 只有噪聲輸入時 設(shè) q(t),u(t)均為隨機變量，則，t, vn0(t) = 0 當(dāng)輸入為信號與噪聲之和時, 可將上面的結(jié)果相加起來, 可以將積分時間取的較長, 就可將噪聲抑制, 將信號檢測出來。（5） 相關(guān)檢測法 相關(guān)檢測技術(shù)是應(yīng)用信號周期性和噪聲隨機性的特點, 通過自相關(guān)或互相關(guān)運算, 達到去除噪聲檢測出信號的一種技術(shù)。 由于信號和噪聲是相互獨立的過程, 根據(jù)相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的定義, 信號只與信號本身相關(guān)與噪聲

38、不相關(guān)。而噪聲之間一般也是不相關(guān)。 自相關(guān)檢測法如圖3-5圖3-5 自相關(guān)檢測法原理圖則輸出的 ,根據(jù)互相關(guān)函數(shù)的性質(zhì),由于信號s(t)與噪聲n(t)不相關(guān), 并且噪聲的平均值為零,得到rsn=0,rns=0,則,隨s的增大,rnn(s)0則對充分大的s,可得rxx(s)=rss(s)就得到了信號s(t)的自相關(guān)函數(shù)rss(s),它將包含著s(t)所攜帶的某些信息。 互相關(guān)檢測圖6是實現(xiàn)互相關(guān)檢測的原理框圖4-6。設(shè)輸入x(t)為: x(t)=s(t)+n(t)圖3-6 互相關(guān)檢測原理圖s(t)為待測信號,n(t)為信號s(t)中混入的噪聲,y(t)為已知參考信號,則互相關(guān)輸出rxy(s)為:

39、 如果參考信號y(t)與信號s(t)有某種相關(guān)性,而y(t)與噪聲n(t)沒有相關(guān)性,且噪聲的平均值為零,則:rxy(s)=rsy(s),rsy(s)中包含了信號s(t)所攜帶的信號,這樣就把待測的信號s(t) 檢測出來。（6)取樣積分法(時域分析法) 工作原理,取樣積分器原理框圖(圖4-8)。圖3-8 取樣積分法原理圖取樣積分(或信號平均)法是將待測的重復(fù)信號逐點多次取樣并進行同步積累,從而達到從噪聲中恢復(fù)信號波形的方法。取樣積分也采用同步相關(guān)檢測的原理和方法,實現(xiàn)從噪聲中提取信號,但它的參考信號只在窗口持續(xù)期間與被測信相關(guān),每周相關(guān)時間很短,此外它的相移也是在很慢的變化。第4章 檢測電路總

40、體設(shè)計由于信號與噪聲之和往往比較微弱，所以需要對信號和噪聲進行放大調(diào)理。系統(tǒng)從整體上可由信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和顯示執(zhí)行模塊構(gòu)成。系統(tǒng)框圖4-1如下所示:圖4-1系統(tǒng)組成框圖4.1 信號調(diào)理模塊信號調(diào)理模塊主要完成信號的前置放大、濾波、50hz陷波電路、二次放大及光電隔離的功能。由于微弱信號幅度很小，所以信號調(diào)理電路必須具有一些必備的性能。首先，電路必須具有很高的共模抑制比，能抑制工頻干擾以及其它可能的干擾。從數(shù)字平均法的原理知，若微弱信號受到外界周期性的外界干擾，那么將嚴重地影響信號波形的復(fù)原，所以，濾波環(huán)節(jié)、抑制共模干擾非常重要。同時電路的輸入阻抗也是一個很重要的參數(shù)。高輸入阻抗可以有

41、效地減小信號源內(nèi)阻的影響，這就要求設(shè)計的電路的輸入阻抗較大。此外，調(diào)理電路的低噪聲、低漂移等指標也是極為重要的因素。前置放大采用ad524，濾波器采用兩片max267構(gòu)成的8階濾波器，二級放大采用tlc2652放大器。（1） 前置放大器的設(shè)計前置放大器是指置于信源與放大器級之間的電路或電子設(shè)備，例如置于光盤播放機與高級音響系統(tǒng)功率放大器之間的音頻前置放大器。前置放大器是專為接收來自信源的微弱電壓信號而設(shè)計的，已接收的信號先以較小的增益放大，有時甚至在傳送到功率放大器級之前便先行加以調(diào)節(jié)或修正。無論為家庭音響系統(tǒng)還是pda 設(shè)計前置放大器，都要面對一個十分頭疼的問題。本文采用ad524作為前置放

42、大器，由于它集成電路體積小巧、性能卓越，精度高，共模抑制比高、非線性誤差小、輸入阻抗高、低噪聲、低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移，并帶差動輸入，可變增益輸出。（2） 濾波器的設(shè)計集總低通原型濾波器是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計濾波器的基礎(chǔ)，各種低通、高通、帶通、帶阻濾波器大都是根據(jù)此特性推導(dǎo)出來的。正因如此，才使得濾波器的設(shè)計得以簡化，精度得以提高。 “巴特沃斯響應(yīng)”帶通濾波器具有平坦的響應(yīng)特性，而“切比雪夫響應(yīng)”帶通濾波器卻具有更陡的衰減特性。所以具體選用何種特性，需要根據(jù)電路或系統(tǒng)的具體要求而定。但是，“切比雪夫響應(yīng)”濾波器對于元件的變化最不敏感，而且兼具良好的選擇性與很好的駐波特性（位于通帶的中部），所以

43、在本文中使用“切比雪夫響應(yīng)”濾波器。濾波器的階數(shù)是指在濾波器的傳遞函數(shù)中有幾個極點，階數(shù)同時也決定了轉(zhuǎn)折區(qū)的下降速度，一般每增加一階(一個極點)，就會增加-20dbdec(-20db每十倍頻程)。綜上所述：本文采用max267程控帶通“切比雪夫響應(yīng)”，兩片max267并聯(lián)的8階濾波器。（3） 主放大電路的設(shè)計tlc2652具有優(yōu)異的直流特性，失調(diào)電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變化等對運算放大器的影響被降低到了最小，tlc2652非常適合用于微信號的放大。4.2 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集分為三個模塊：10通道一型模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、cy7c68013a單片機控制模塊、usb接口模塊、數(shù)字顯示、

44、鍵盤和電源模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ad7718是一個5對差分輸入24bits分辨率的數(shù)據(jù)采集芯片。應(yīng)用比較簡單，模擬輸入可直接與傳感器相連，數(shù)字接口（標準的spi 接口）直接與單片機相連。 cy7c68013a單片機功能強大，包含增強型8051內(nèi)核和智能usb接口優(yōu)良的性價比，價格便宜；開發(fā)簡單，cypress公司提供了完整開發(fā)方案，如調(diào)試界面和固件框架；真正體現(xiàn)usb2.0傳輸速度，增強型8051的指令周期只有4時鐘周期。 usb2.0是一種高效、快速、價格低廉、體積小的新型串行通信接口，其最大的特點是支持熱插拔，可以在不重新啟動計算機的情況下直接將usb外部設(shè)備連接到計算機并開始通信。在單片機

45、系統(tǒng)中，通常用led數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號，由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。常用的led7顯示器有七段和“米”字段之分，有小數(shù)點位的7段顯示器的字形碼為八位二進制，正好一個字節(jié)，“米”字顯示器有15個發(fā)光二極管，所以其字形碼需兩個字節(jié)。本文數(shù)字顯示部分采用了七段數(shù)碼管顯示，循環(huán)動態(tài)顯示6位字符。鍵盤采用4×4鍵盤輸入，按鍵數(shù)目較少，可根據(jù)實際情況靈活編碼。直流穩(wěn)壓電源是常用的電子設(shè)備，它能保證在電網(wǎng)電壓波動或負載發(fā)生變化時，輸出穩(wěn)定的電壓。在此次設(shè)計中，我們采用的電源通過市電電網(wǎng)的交流電經(jīng)變

46、壓，整流，濾波，穩(wěn)壓后得到系統(tǒng)所需的直流電源。電源部分采用w78，w79系列的穩(wěn)壓器。基于w78，w79系列設(shè)計了個元器件所需電源。4.3 檢測電路圖 檢測電路圖（如圖4-2）圖4-2 系統(tǒng)總電路圖第5章 微弱信號的采集與調(diào)理信號調(diào)理的基本流程：將傳感器采集到的信號通過前置放大，程控濾波后，再進行最終放大。5.1 信號拾取和低噪聲前置放大器對于微弱信號檢測儀器或設(shè)備，前置放大器是引入噪聲的主要部件之一。根據(jù)弗里斯公式，整個檢測系統(tǒng)的噪聲系數(shù)主要取決于前置放大器的噪聲系數(shù)。因此，儀器可檢測的最小信號也主要取決于前置放大器的噪聲7。 設(shè)計低噪聲前置放大器的內(nèi)容包括選擇低噪聲半導(dǎo)體器件，確定電路級數(shù)

47、和電路組態(tài)，確定低噪聲工作點，進行噪聲匹配等工作。在實現(xiàn)噪聲指標的基礎(chǔ)上，還要根據(jù)放大器要求的總增益，頻率響應(yīng)，輸入輸出阻抗，動態(tài)范圍，穩(wěn)定性等指標，確定整體電路的級數(shù)，組態(tài)，反饋和頻率補償方法等。此外，低噪聲設(shè)計還要確定抑制外來干擾的技術(shù)措施，這對于前置放大器尤其重要。所以要求前置放大電路不僅要有較大的輸入阻抗，高的共模抑制比，而且噪音要低，并滿足檢測頻帶寬度，具有一定的放大倍數(shù)。（1）ad524及其特點儀表放大器是一種閉環(huán)增益組件，它具有一對差分輸入和一個單端輸出。它與運算放大器相比，不同點是運算放大器的閉環(huán)增益是由其反相輸入端與輸出端之間連接的外部電阻決定，而儀表放大器則是由與輸入隔離的

48、內(nèi)部反饋電阻決定。儀表放大器兩個輸入端的阻抗完全匹配，而且數(shù)值很高，典型值為109-1013。如果在它的兩個差分輸入端輸入信號時，則增益既可以由內(nèi)部預(yù)置，也可以由用戶通過引腳內(nèi)部設(shè)置或通過與輸入信號隔離的外部增益電阻設(shè)置。由于儀表放大器是一種經(jīng)過優(yōu)化處理，專門設(shè)計的精密差分電壓放大器，所以它具有很多優(yōu)點，如共模抑制比高、非線性誤差小、輸入阻抗高、低噪聲、低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移，并帶差動輸入，可變增益輸出。從儀表放大器的特點來看，非常適合對微弱的電壓信號進行放大，因此本文利用儀表放大器來放大微弱電信號。通過比較，我們選用美國ad公司的精密儀表放大器ad524作為前置放大。ad524采用雙電源供

49、電，供電電壓最高可達士15v9。它具有低的增益誤差和高的共模抑制比，當(dāng)增益為1時，共模抑制比大于90db，增益誤差最大為0.05%；當(dāng)增益為1000時，共模抑制比可達120db，且增益誤差最大為士2%。 ad524的非線性誤差在士0.01%之內(nèi)(增益為1000)；輸入失調(diào)電壓50v,輸入失調(diào)電壓漂移士0.5v/。ad524兩個差動輸入端的阻抗完全匹配，而且數(shù)值很高，典型值為109，既可以差動輸入也可以單端輸入。ad524內(nèi)置輸入電源保護電路，適應(yīng)上電和掉電時各種惡劣的工作環(huán)境。同時，它還提供較寬的增益帶寬、高的輸出轉(zhuǎn)換速率和低的階躍響應(yīng)建立時間等優(yōu)越的動態(tài)待性。ad524可以通過改變外圍接線來

50、設(shè)置增益，增益倍數(shù)分別為1,10,100，1000。當(dāng)需要歸至1到1000之間其它增益時，可通過外接電阻來設(shè)置所需增益。ad524的引腳圖如圖5-1所示圖5-1 引腳圖各引腳的功能：1輸入負，2輸入正，4、5輸入零，6基準電壓，7電源負，8電源正，9輸出，10檢測，11、12、13 g是設(shè)計增益短接到rg2，14、15輸出零。將毫伏級電壓信號接到儀表放大器ad524的差動輸入端，這里選取設(shè)置片內(nèi)增益的方法，將3腳與12腳短接，選取增益倍數(shù)為100。輸入偏置電流和輸入失調(diào)電流是引起輸入誤差的來源之一8。盡管儀表放大器采用差動輸入，仍需在輸入端和地之間為偏置電流提供一條直流通路，避免偏置電流通過寄

51、生電容引起輸出的不可控漂移或飽和現(xiàn)象。本文通過在兩個輸入端接入阻值相同的接地電阻，消除了偏置電流的影響，見圖5-2。 圖5-2 ad524的電路圖5.2 程控濾波器濾波是信號處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等領(lǐng)域必不可少甚至是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。最常用的濾波器是rc有源濾波器,它是由電阻、電容以及運算放大器構(gòu)成，并通過模擬開關(guān)選取不同的r，c的值來改變?yōu)V波器的頻率特性。對于高階有源濾波器，由于所需模擬開關(guān)很多，電路復(fù)雜，分布參數(shù)較大，截止頻率精度不高。而采用頻率特性可變的程控開關(guān)電容濾波器，用程控方法對帶寬大的信號進行濾波的方法可以克服以上的缺點。由于maxim公司生產(chǎn)的開關(guān)電容程控濾波器性價比較高，且易

52、于程控，本文在微弱信號檢測系統(tǒng)中采用了max267帶通有源濾波器。(1) max267概述10 max267是一種應(yīng)用非常廣泛的4階開關(guān)電容濾波器。這款芯片不需要外部元件就能做成契比雪夫、巴特沃斯、貝塞爾等帶通濾波器。所設(shè)計濾波器的中心頻率與q值均可通過芯片引腳方便地選擇。芯片有外部時鐘的輸入引腳，可精確地設(shè)定濾波器的中心頻率與截止頻率的比值。max267部有2個二階濾波器，每個濾波器均由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)組成，性能相同，參數(shù)也相同，可以級聯(lián)成4階、6階或8階等更高級的濾波器使用。在芯片的外部增加電阻和電容可組成多級反饋帶通濾波器。max267的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖l，其時鐘信號的頻率范圍為40hz4mhz

53、，中心頻率的選擇范圍為0.4hz40khz，時鐘頻率與中心頻率之比由芯片引腳f0f4決定，q值由芯片引腳qoq6決定。max267的結(jié)構(gòu)主要由兩個獨立的濾波單元、分頻單元、f0 邏輯單元、q邏輯單元及模式設(shè)置單元等電路組成。主要特性描述如下: 濾波器設(shè)計軟件化；中心頻率32階可控；q值128階可控；q值與f0獨立可編程；f0可達140khz；支持正負5v供電方式。max267內(nèi)部含有2個獨立的二階開關(guān)電容帶通濾波器，它有12個可編程輸入端，其中5個用來設(shè)置濾波器中心頻率，另外7個用來設(shè)置濾波器的品質(zhì)因數(shù)q。因此，不需要外加任何元件，僅需要外部時鐘就可以實現(xiàn)帶通濾波功能，使用極為方便。max26

54、7采用24腳窄dip封裝，各主要引腳功能如圖5-3所示。圖5-3 max267引腳圖ina，inb(5,1)分別為兩路帶通濾波器的信號輸入端；bpa,bpb(2,24)分別為兩路帶通濾波器的信號輸出端；q0q6(13,14,19,20,23,6,7)為品質(zhì)因數(shù)設(shè)置輸入端，分別接低電平或高電平,可以在 0.564之間設(shè)置濾波器的品質(zhì)因數(shù)； f0f4(22,15,21,10,9)為濾波器中心頻率設(shè)置輸入端，分別接低電平或高電平， 可以將中心頻率設(shè)置為時鐘頻率的1/197.921/100.53；clka,clkb(11,12)分別為兩路帶通濾波器的時鐘輸入端；osc out(18)連接至晶振，當(dāng)使用

55、外部時鐘時，該端子懸空；op in(4)為片上獨立運放的反相輸入端，同相輸入端內(nèi)部連接至地；op out(3)為獨立運放的輸出端。(2) 帶通濾波器的設(shè)計契比雪夫型濾波器與貝塞爾型和巴特沃斯型濾波器相比，其通帶邊界下降較快，與橢圓型濾波器相比具有較平的通帶幅頻特性。根據(jù)所需信號的處理要求，確定濾波器的類型，據(jù)此可以確定濾波參數(shù)f及q值。將f值和q值轉(zhuǎn)化為濾波芯片所需要的數(shù)字系數(shù)，進而確定芯片的f系列引腳與q系列引腳的輸入。用外部電阻和電容將濾波器級聯(lián)起來，形成所需要的8階濾波器。(3) max264原理及設(shè)計。對m0、m1兩個管腳編程可使芯片工作于模式1、2、3、4幾種方式,對應(yīng)的功能如表1所

56、示,時鐘與中心頻率比值與編碼對應(yīng)。模式2用于實現(xiàn)全極點低通和帶通濾波器,該模式下fclk/f0是模式1的2倍，這樣就延寬了截止頻率。max267只有在這種模式下，帶通濾波器的中心頻率只與外部輸入時鐘及f0f4的設(shè)置有關(guān)，因此，中心頻率的控制十分方便。其中心頻率處的增益(g0 )僅由品質(zhì)因數(shù)q決定，品質(zhì)因數(shù)由引腳q0-q6設(shè)置。(4) 例如： 8階契比雪夫帶通濾波器設(shè)計信號需要進行的截止頻率定為fp1=0.4hz、fp2=l5hz的帶通濾波。確定濾波輸入信號需要進行4階以上契比雪夫帶通濾波，為確保信號正確性，系統(tǒng)采用8階契比雪夫帶通濾波。 8階契比雪夫帶通濾波器設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求進行計算11：帶寬

57、：bw=fp2-fp1 =15-0.4=14.6hz；中心頻率：f0=fp1fp2=15x0.4=2.4495；取時鐘輸入頻率fclk為400 hz，則：fclk:f0 =400: 2.4495=163.3通過查芯片的數(shù)據(jù)手冊確定芯片的f系列引腳,f0f4的值為o0101；品質(zhì)因數(shù)為：q=f0:bw=2.4495:14.6=0.1678系統(tǒng)采用的是8階契比雪夫帶通濾波，帶通波紋取1.0db，查max267芯片的數(shù)據(jù)手冊， kq=4.1981；k0=o.1869；k2=o.2038；k3=0.6840；k4=0.3002；修正由4個2階濾波器所構(gòu)成的8階濾波器的品質(zhì)因數(shù)q=q×kq=0.1678×4.1981=0.7044；另外,max267只能用于模式1，所以由芯片數(shù)據(jù)手冊可確定芯片的q系列引腳q0q6的值為101