信号检测电路策画.docxVIP

信号检测电路设计 所买芯片：ADR430ARZ（基准电压源，2.048V，给ADC提供基准电压），AD8022（放大器，用于搭建二阶压控带通滤波器电路和方向器电路），AD7687BCPZ（14位ADC转换芯片），KF50BD（5v稳压芯片，给放大器提供电源），HCNR200（光隔离器）各一片 实验室原有芯片：INA114AP一片，仪用放大器 同学给的芯片：LD1117-3.3两片，电压转换芯片，用于提供ADC输出电源 芯片用途：搭建信号检测电路 设计思路 由热释电探测器PYD-1113输出的信号十分微弱，且被噪声严重覆盖，要检测出其中的有用信号，必须采用微弱信号检测的方法，这里选择了锁定放大的方法。如下是锁定放大器的基本框图： GAC 触发 移相 方波驱 动 PSD LPF 滤波 GAC GDC 信号 参考 输出 信号通道 参考通道 图1 锁定放大器的基本组成 模拟电路复杂，信号不易控制，且容易引入噪声，在设计锁定放大器电路时采用了微机化数字式相敏检测器（DPSD），也就是在信号通道之后，加上一个AD转换器，将模拟信号转换为数字信号，在FPGA内部处理。PSD、参考信道、LPF都在FPGA内部实现，这在一定程度上减小了电路的复杂度，并避免了外部噪声的干扰。 前置放大器用了低噪声仪用放大器INA114。为了更大程度降低噪声，这里采用差分的输入方式，采用两个探测器PYD-1113，一个作为工作探测器，另一个作为参照探测器，这两个探测器的输出信号分别送到放大器差分输入的两端。 对于滤波电路，它的带宽并不要求非常窄，所以这里用了压控电压源二阶带通滤波电路。 DPSD算法验证 DPSD具有以下特点，用存储器来保存信息，滤波器的时间常数可以有很大的变化范围，数字式的滤波器的等效噪声带宽可以做的很窄；锁定放大器的灵敏度、积分时间常数、相位工作频率、动态储备都可以灵活控制。在这里运用MATLAB对DPSD算法进行了验证，由以下各图可以看出DPSD具有较好的效果。图2是原始信号，图3是加载了噪声并经过正弦信号调制的信号，图4是经过DPSD检测出来的信号。 图2原始信号 图3 加载了噪声并经过正弦信号调制的信号 图4 经DPSD检测出来的信号 基本电路 前置放大电路 图5 前置放大电路 前置放大器采用低噪声仪用放大器INA114，它的两个差分输入端分别接工作探测器和参考探测器的输出信号。对于INA114的电源这里采用纹波为2%的线性电源KF50BD，放大器采用（AD8022）由于采用双电源供电Vcc和Vss，这里采用了如下方式： 图6 放大器电源 二阶压控带通滤波器（放大器采用AD8022） 图7 二阶压控带通滤波器 3）AD转换电路 AD转换采用AD7687，16bit，250kSPS，SPI接口。工作电路如图8，它要求比精度较高的参考电压，这里采用了ADR430作为稳压芯片，稳压2.048v，精度为±3mv，输出电压电源由LD1117-3.3V提供。 图8 AD转换电路