频率补偿报告--竞赛-电子设计.docVIP

目 录 一、系统方案论证与比较 1 1、模拟模块运放方案选择 1 2、滤波器方案选择 1 3、频率补偿电路方案选择 2 4、系统整体框 2 二、理论分析 2 1、滤波器分析 2 2、补偿模块分析 2 三、电路设计与软件设计 3 1、滤波器电路 3 2、频率补偿电路 4 3、软件工作流程图 4 四、测试方案与测试结果 5 1、测试仪器 5 2、测试方案及测试结果 5 3、总结 5 五、参考文献 5 摘 要 本系统基于高精度低噪放大器OPA2227，设计了噪声抑制比较好的频率补偿电路。系统中采用巴特沃斯低通滤波器，有效滤除高频噪声干扰并实现带宽内的最大平坦度。本系统实现了0到75KHz电压波动小于10%，将补偿后 ?3dB高频截止频率扩展到104kHz，输入接地时输出噪声均方根电压Vn ≤10 mV，完全满足题目要求。 关键字：频率补偿，低噪声，巴特沃斯滤波器; Abstract The system is based on high-precision low-noise amplifier OPA2227, designed a better noise suppression frequency compensation circuit. System used in Butterworth low-pass filter, effectively filter out high frequency noise interference and achieve maximum bandwidth flatness. The system achieved a 0 to 75KHz voltage fluctuation is less than 10%, the compensated frequency-3dB cutoff frequency extension to 104kHz, input grounded rms output noise voltage Vn ≤ 10 mV, fully meet the requirements of the subject. Keywords: frequency compensation, low noise, Butterworth filter; 一、系统方案论证与比较 1、模拟模块运放方案选择 方案一：OPA2134音频运算放大器，最低噪声8nV/，通频带宽8MHz，输入电源范围±2.5V～±18V，输入偏置电流最大值100pA，输入失调电压最大值2mV。 方案二：OPA2227P高精度低噪声运算放大器，双通道运放，最低噪声3nV/，通频带宽8MHz，输入电源范围±2.5V～±18V,输入偏置电流最大值10nA，输入失调电压最大值75uV。 方案选择：综合考虑频带要求，直流特性和外部元件参数，尽量减小放大器本身噪声造成的干扰，采取低噪运放，即需要所选运放具有：高阻，高频，低失调电流的特点，所以采取方案二，即OPA2227作为模拟模块的运算放大器。 2、滤波器方案选择 方案一：用R无源滤波器。RC无源滤波器电路简单，参数计算也比较简单；但其增益有一定衰减，对于100KHz截止频率的滤波不大合适。 方案二：LC无源滤波器。对于100KHz左右的频率用LC滤波器和RC滤波器都没有太大差别，但是LC滤波器要求很好的阻抗匹配，而且在理想情况下输出信号衰减一半。对于前级输出电阻比较大的或输出电阻不确定的电路就不适合用LC无源滤波器。 方案三：RC有源滤波器。对于要求信号在通频带内要平坦的电路，用RC有源滤波器是最好的选择，因为其可控增益，可引入电压反馈，进一步保持了通频带内信号的平坦。 方案选择：经过以上充分考虑，我们选择方案三——RC有源 方案一：采用比例微分（PD）电路进行反馈补偿，实现增益不变的要求，但PD在完成补偿后仍能实现增益增长，容易长生自己现象，且不满足发挥部分截至频率扩展到100KHz±5KHz的要求。 方案二：由AD实时采样后用MCU处理数据并通过DA输出。此方案要求MCU能够非常快的处理数据并输出，对MCU要求严格，同时算法也比较复杂。 方案三：根据“模拟模块”的传递函数： 同时考虑到系统整体增益不变的条件，得出频率补偿电路的传递函数。两者模的乘积等于常熟“1”实现频率补偿。增益贷款足够大，满足频率扩展增益不变的要求。 方案选择：经过对比考虑，决定选用方案三，其电路较为简单，调试方便。 4、系统整体框 图1 系统总体设计框图 二、理论分析 1、滤波器分析 巴特沃思滤波器的特性是在其通带内有最佳的平坦度，所以巴特沃思滤波器亦称为最佳平坦度滤波器；但其在截止带内会有纹波的现象，且过渡频带的衰减变化也不够陡峭。 切比