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低频微弱信号的模拟预处理

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作者:时间:2010-01-13来源:电子产品世界收藏

  引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/104855.htm

  微弱信号检测是随着工程应用而不断发展的一门学科,是利用电子学、信息论和物理的方法,分析噪声产生的原因和规律,研究被测信号的特点与相关性,采用一系列的方法,检测被噪声背景淹没的微弱信号。强噪声背景下微弱是现代技术中的一项综合技术和尖端领域,运用这种技术使得微弱量(如弱光、小位移、微振动、弱声及微电流等)的检测成为可能,大大提高了微弱信号检测的精度。

  对信号的预滤波处理则成为了提高其准确度的关键要素,本文就是基于这样的思想,利用MAX260设计出具有良好效果的预滤波器。

  模拟信号处理系统

  假定接收到的信号已经通过频率转换变为基带信号。为了防止未知的噪声信号使饱和,通常进行多级放大。先将输入的基带信号通过滤波器提取出我们感兴趣的频段,并抑制一定的噪声。通过两级滤波放大,已经将隐藏在噪声中的微弱信号变为适当幅度的平稳信号,为后续的A/D变换、LCD显示等信号处理打下良好的基础。这个过程就构成了信号滤波放大系统,原理框图如图1所示。

  

 

  图1 模拟信号处理系统框图

  器件的选择与应用

  很多情况下我们要处理频率接近于零频的微弱信号,比如人体呼吸及心跳所产生的频率(0.03Hz~3.3Hz),因此在选择滤波器件时,要求该滤波器具有很低的中心频率范围以及陡峭的过渡带,这就对器件提出了很高的要求。

  可编程开关电容滤波器MAX260

  MAX260是Maxim公司的CMOS双二阶通用开关电容有源滤波器,可以采用微处理器控制其精确滤波器函数,无需外围元件即可构成多种带通、低通、高通、带阻、全通滤波器,其内部含有两个二阶滤波单元,每个单元中心频率、Q值、滤波器工作模式均可由程序设置。MAX260具有如下特点:微处理器接口、64步中心频率控制、128步品质因数控制、独立的中心频率和品质因数编程、保证时钟频率f0对比值精度为1%、单+5V或?V电源电压工作以及0.01Hz到7.5kHz的中心频率范围。并且与数字滤波器相比,处理速度快、整体结构简单。

  图2为一个用MAX260设计的带通滤波器。该滤波器由低通滤波器和高通滤波器设计组成。其参数信号(CLKA、CLKB、A1~A0、D3~D0、)的输入均可由CPU控制设置。将滤波器A设置为一个切比雪夫低通滤波器,滤波器B设置为一个切比雪夫高通滤波器,CLKA与CLKB分别为低通滤波器与高通滤波器的时钟输入信号,可根据不同的滤波器参数设置不同的频率,信号引脚控制地址位与数据位的更新。具体参数设计可以利用Maxim的滤波器设计软件,可极大的简化采用MAX260构成多种有源滤波器的设计过程。

  高精度斩波稳零运算TLC2652

  斩波稳零型运算提供了一种解决微弱信号放大问题的廉价方案。TLC2652和TLC2652A是德州仪器公司的高精度斩波稳零运算。在TLC2652中,内部时钟使以450Hz的频率校零。在8引脚封装的芯片中,这个频率是不可调的。这时,电路中的负反馈电阻要选的大些,以使箝位发挥作用时电路的增益下降得更多。当然,使用CLAMP引脚后,电路的输出幅度会略有减小。斩波稳零的工作方式使TLC2652具有优异的直流特性,失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响被降低到了最小。低频信号经过两个放大器放大,电路可以获得极高的增益,这在需要精密高增益放大的电路中是十分有用的。由于使用了LinCMOSTM工艺和低噪声的MOSFET,输入噪声被大大减小。TLC2652非常适合用于微弱信号的放大。



关键词: 信号处理 放大器

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