微弱信号的检测方案设计要点.docx

微弱信号的检测方案设计

一、原理分析针对微弱信号的检测的方法有很多，比如滤波法、取样积分器、锁相放大器等。下面就针对这几种方法做一简要说明。方案一：滤波法。在大部分的检测仪器中都要用到滤波方法对模拟信号进行一定的处理，例如隔离直流分量，改善信号波形，防止离散化时的波形混叠，克服噪声的不利影响，提高信噪比等。常用的噪声滤波器有：带通、带阻、高通、低通等。但是滤波方法检测信号不能用于信号频谱与噪声频谱重叠的情况，有其局限性。虽然可以对滤波器的通频带进行调节，但其噪声抑制能力有限，同时其准确性与稳定性将大打折扣。方案二：取样积分器取样积分法是利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便呈现出待测信号的真实波形。由于信号的取样是在多个周期内重复进行的，而噪声在多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的波形。其系统原理图如图23。Vs（t） Vn（t带通滤波鉴相器低通滤波器Vo本地振荡器移相器锁相放大器的核心部件是鉴相器，它实现了被测信号与参考信号的互相关运算。它把输入信号与参考信号进行比较，当两个信号相位完全相同时，即相位差为。时经低通滤波后，输出信号的直流分量达到最大，其正比于输入信号中某一特定频率（参考输入频率）的信号幅值。锁相放大器具有很多优点：信号通过调制后交流放大，可以避免噪声的不利影响；利用相敏检波器实现对调制信号的解调，同时检测频率和相位，噪声同频又同相的概率很小；利用低通滤波器来抑制噪声，低通滤波器的频带可以做得很窄，并且其频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也大大提高。但是值得注意的是适合于锁相放大器的检测信号应该是单频的，或者传导频谱所占频带是较窄的。综合考虑，尤其根据是手头现有器件的情况，我们选择了利用锁相放大器作为本次的检测方案，并达到了预期的效果。

二、总体方案设计本设计系统框图如图42所示，并在适当位置预留了测试端口：仿真）（protel前置放大器：该电路用于对信号进行预放大处理,使其输入到后级锁相放大器的信号有个适当的幅度。其电路如图54所示。移相网络：该移相网络用于对参考信号进行移相，其原理是RC相移，通过跳线选择不同的接口，调整可变电阻来实现不同的相移。通过使用一片OPA2227实现对参考信号进行的相移。其中上方为0900的相移，下方的模块实现901800相移。必须在下方的移相模块中加入饱和电阻，否则频率过低时容易出现输出信号饱和。其电路设计如图56所示。AD630是一款高精度的平衡调制器，具有出色的精度与温度稳定性，非常低的通道串扰，高的共模抑制比和增益调节，同时还可以在外部加入反馈来实现所需增益与开关反馈布局，它可以从100dB噪声中恢复信号，频带宽度达到2MHz其信号处理应用包括：平衡调制与解调、同步检波、相位检测、正交检波、相敏检测、锁定放大以及方波乘法等。实际上锁相放大器与调制解调有些类似，只不过频率更低。使用本芯片可以减少鉴相器与噪声方面的许多考虑，大大减小开发难度与开发周期。低通滤波电路：本滤波电路采用TI的LF353运放设计，当锁相放大电路输出的信号经过低通滤波器之后可得到一个直流信号，其幅值与输入信号中某一特定频率（参考输入信号的频率）的信号幅值成正比。四：软件部分本设计以TI提供的MSPEP430G2LaunchPad已有f6638）

七、电源设计各种电路共用一个电压源，干扰信号会通过电源回路耦合到电路中，在各个电路的电源端加退耦电容，使干扰信号接地。电路模块中有三级放大器，每一级与电源的连接之间都需要去耦,去耦电路拟设计如下:IOuN云本出La齐防自激：1：保证电源供电稳定，无纹波，可以加大滤波电容提高稳定，当然有条件的话采用CC滤波网络滤波效果更好。2:电路连接线走线都尽可能短，如果是自己做PC琳电路，空余部分都保留铜箔，并和地线相连。3:对于放大电路来说，放大倍数太大也容易引起自激，所以尽量减少放大倍数，加大负反馈力度。4:选取运算放大芯片，或者晶体管时，尽量选取带宽较宽，负载能力较强的元件，这样电路实现功能会比较容易八：小组分工硬件：尤X、杨XX（主要负责PCB软件：姚XX