微功率冲击雷达系统接收信号处理电路设计

2．3 放大滤波电路设计
放大滤波电路可对UWB冲击雷达的前端输出信号进行放大、滤波，并为人体生命参数检测及距离信息的探测提供硬件平台。针对UWB雷达输出 信号特点，该放大滤波电路设计时必须注意电路的低频响应，电路对弱信号的放大，高倍数放大器的直流偏移量等问题。以上问题中，电路的低频响应可通过精确设 计滤波器的参数来解决。放大弱信号，则电路的放大倍数必须要高，但是放大倍数过大就会使电路产生直流量，使得基线发生漂移或产生失真；在电路中设置阻容耦 合电路，为各级电路的累积直流偏置电压提供泄放回路。
放大滤波电路是根据人体的呼吸率范围(15～20次／min)和心率范围(50～100次／min)，经相关检测电路的信号分为两路，分别检测呼吸和心跳 信号，具体结构框图如图4所示。其中放大电路主要包括前置放大电路、中间级放大电路和后级放大电路3部分。滤波电路主要有低通滤波、高通滤波和带阻滤波。 其分别组成0．6 Hz的低通滤波器(CPF)、0．7 Hz的高通滤波器(HPE)及50 Hz的陷波器(BEF)。

放大电路设计时，考虑到提高前级增益，有利于提高电路的共模抑制比，但前级的增益过高后，当输入端引入极低频率的信号、前级“零”点漂移或强信号引入时，易使后级电路饱和而引起“阻塞”现象。因此电路的增益设计如下：前置级放大增益为30 dB，中间级放大增益为10～100 dB，后级放大增益为30 dB，总增益范围为300～30 000 dB。
滤波电路在信号预处理器中起着重要作用，它决定了信号的通频带，同时也具有滤除干扰的作用。
2．3．1 低通滤波器设计
人体的呼吸率和心率都小于10 Hz，因此前级放大器输出信号先通过10 Hz低通滤波器滤除其他干扰信号，后级0．6 Hz的低通滤波器用于检测人体呼吸信号。
该低通滤波电路主要滤除干扰信号，并且要求幅频特性中有最大的平坦区，为此选用四阶压控电压源巴特沃斯But-terworth型滤波器。压控电压源型电 路结构的滤波器特点是使用元件少，对放大器要求不高。在本级电路中，电阻器误差小于0．01％，电容器误差小于O．1％。由于电路中所选电阻值不在电阻序 列之内，故实际电路中，用多个电阻串联以求得到所需的阻值，电路中电容必须经过严格挑选。电路原理如图5所示。10 Hz，0．6 Hz四阶Butterworth LPF电路的元件值如表1所示。

2．3．2 0．7Hz高通滤波器电路
0．7 Hz的高通滤波器用来检测心跳信号，这里采用2个二阶压控高通滤波器串联形成的四阶高通滤波器来构成O．7Hz高通滤波器，其电路如图6所示。