浅析微弱信号检测装置设计

2019-03-21孙霖陈玉玲沈阳工学院信息与控制学院

传播力研究 2019年3期

孙霖陈玉玲沈阳工学院信息与控制学院

一、前言

结构的噪声源由标准噪声产生。当输入正弦信号的频率为1 kHz 时，最大幅度在200 mV～2 V 范围内，系统中的设置要求其精度控制在5%以内。

二、设计方案

该设计使用滤波方法，因为滤波器本身是用于消除不需要的噪声的设备。对输入和输出信号进行滤波以获得干净的信号，并有效地过滤某一频率的频率或频率，并且功能是获得特定频率或消除某些频率。本文采用多阶的带通滤波器，中心频率是1KHZ，过滤除信号之外的其他AC 信号。过滤器是借助过滤器设计的，方便简单，而且还基本可以实现设计要求。

三、器件选择

微控制器MSP430G2551 是一款处理器，具有极低功率的混合信号。它结合了芯片内的许多外围模拟电路和通用数字模块。OPA2134 双音频运放特点为频带宽、转换速率高、并且在超低噪声情况下有超低失真、该驱动器的高功率输出使其成为噪声和信号的理想选择，具有高扫描速度的低失真差分运算放大器，在恶劣的环境中，可以使用出色的动态响应，高输出电压变化和高输出功率。附加部件可实现强化且一般与OPA2134 可进行兼容；OPA2227 是一款具有低噪声和高精度功能的精密放大器、噪声小，准确放大信号电压；OP07 运算放大器是一种广泛使用的运算放大器，低噪声，极低的输入失调电压，极低的温度漂移，输入噪声时的极低电压幅度，宽电压范围和高输入阻抗。可广泛用于集成电路，绝对值精密电路，比较器和弱信号精密增益电路；TL431 稳压器用于系统设计，使用精密直流电源产生2.5V 参考电压参考设计。TL431 是标准分流器，带有可调节的3 个端子，具有良好的耐热性。系统设定输出电压可以为3V 至36V 之间任意的值。该器件与其他产品相比噪声低，价格较为便宜的TL431，TL431 就是这样设计的，使用系统电压作为参考器件。

四、系统框图

系统中的MSP430G2553 是MCU 系统的主要组成部分。这包括读取MC14433转换，控制和显示1602LCD 的结果。输入电压信号可用于CAN 模拟输入可正确采样的电压。MC14433 模块具有执行模数转换的功能。转换后的数字值由微控制器读取并发送到模块的显示器以供显示。

五、功能接口设计

关于电源电路的设计，系统使用低功率模式，系统会在单片机控制下自动关闭一些电路的工作电源。在电源管理方案中，电池的正极分为两种方式：第一路径直接连接到输入端子SPX1117。SPX1117是一款三引脚集成电路芯片稳压器，其输出端提供3.3 V 的恒定电压，可用作单芯片系统的电源。可以切换和控制通过晶体管9012 的另一种方式。在该设计中，当系统处于正常操作状态时，微控制器的控制端口提供高电平，9011 饱和。输出端提供5V 的稳定电压。7660S 负压注入泵产生-5V 电压。当系统处于“低功耗”状态时，微控制器控制端口的输出为低。9011 处于关闭状态，9012 的参考电压为9V。并且它也处于关断状态，并且电源电压的模拟部分为零。微控制器将始终处于不同的操作模式。

加法器电路是信号的输入，是信号的初始处理。如果这里的失真很大，这将对以下电路产生重大影响。因此，OPA2134在加法电路的前面充当两个缓冲器，进入加法器的正弦和噪声信号在第一阶段被缓冲，并且信号源和加法器电路是隔离的。加法器使用INA2134 添加正弦和噪声信号。根据加法电路可以很好地实现两个信号的连接，并且失真很小。

由于信号本身相对较小并且通过衰减网络衰减了100 倍，因此OPA2227 用于在检测到信号之前预先放大弱信号。OPA2227 是一款双通道低噪声，高精度双运算放大器，信号经过放大。前置放大器网络将小信号放大100 倍以便于电路的后续测量。弱信号检测电路使用中心频率为1kHz 的六阶带通滤波器来滤除除正弦信号之外的各种噪声信号。

交流电压测量实际均方根转换电路是测量交流电压的重要部分，该设计系统对交流电压信号的测量精度有直接影响。在本设计中，我们选择使用AD637 将交流信号转换为直流信号。该电路完成从AC到DC 的转换，效果良好。

我们使用MC14433 作为电压转换器AD，然后ADC 将测量数据发送到微控制器。最后MCU 控制LCD 显示器显示测量的正弦值。