淺析微弱信號檢測裝置設計

孫霖 陳玉玲 沈陽工學院信息與控制學院

一、前言

結構的噪聲源由標準噪聲產生。當輸入正弦信號的頻率為1 kHz 時，最大幅度在200 mV～2 V 范圍內，系統中的設置要求其精度控制在5%以內。

二、設計方案

該設計使用濾波方法，因為濾波器本身是用于消除不需要的噪聲的設備。對輸入和輸出信號進行濾波以獲得干凈的信號，并有效地過濾某一頻率的頻率或頻率，并且功能是獲得特定頻率或消除某些頻率。本文采用多階的帶通濾波器，中心頻率是1KHZ，過濾除信號之外的其他AC 信號。過濾器是借助過濾器設計的，方便簡單，而且還基本可以實現設計要求。

三、器件選擇

微控制器MSP430G2551 是一款處理器，具有極低功率的混合信號。它結合了芯片內的許多外圍模擬電路和通用數字模塊。OPA2134 雙音頻運放特點為頻帶寬、轉換速率高、并且在超低噪聲情況下有超低失真、該驅動器的高功率輸出使其成為噪聲和信號的理想選擇，具有高掃描速度的低失真差分運算放大器，在惡劣的環境中，可以使用出色的動態響應，高輸出電壓變化和高輸出功率。附加部件可實現強化且一般與OPA2134 可進行兼容；OPA2227 是一款具有低噪聲和高精度功能的精密放大器、噪聲小，準確放大信號電壓；OP07 運算放大器是一種廣泛使用的運算放大器，低噪聲，極低的輸入失調電壓，極低的溫度漂移，輸入噪聲時的極低電壓幅度，寬電壓范圍和高輸入阻抗。可廣泛用于集成電路，絕對值精密電路，比較器和弱信號精密增益電路；TL431 穩壓器用于系統設計，使用精密直流電源產生2.5V 參考電壓參考設計。TL431 是標準分流器，帶有可調節的3 個端子，具有良好的耐熱性。系統設定輸出電壓可以為3V 至36V 之間任意的值。該器件與其他產品相比噪聲低，價格較為便宜的TL431，TL431 就是這樣設計的，使用系統電壓作為參考器件。

四、系統框圖

系 統 中 的MSP430G2553 是MCU 系統的主要組成部分。這包括讀取MC14433轉換，控制和顯示1602LCD 的結果。輸入電壓信號可用于CAN 模擬輸入可正確采樣的電壓。MC14433 模塊具有執行模數轉換的功能。轉換后的數字值由微控制器讀取并發送到模塊的顯示器以供顯示。

五、功能接口設計

關于電源電路的設計，系統使用低功率模式，系統會在單片機控制下自動關閉一些電路的工作電源。在電源管理方案中，電池的正極分為兩種方式：第一路徑直接連接到輸入端子SPX1117。SPX1117是一款三引腳集成電路芯片穩壓器，其輸出端提供3.3 V 的恒定電壓，可用作單芯片系統的電源。可以切換和控制通過晶體管9012 的另一種方式。在該設計中，當系統處于正常操作狀態時，微控制器的控制端口提供高電平，9011 飽和。輸出端提供5V 的穩定電壓。7660S 負壓注入泵產生-5V 電壓。當系統處于“低功耗”狀態時，微控制器控制端口的輸出為低。9011 處于關閉狀態，9012 的參考電壓為9V。并且它也處于關斷狀態，并且電源電壓的模擬部分為零。微控制器將始終處于不同的操作模式。

加法器電路是信號的輸入，是信號的初始處理。如果這里的失真很大，這將對以下電路產生重大影響。因此，OPA2134在加法電路的前面充當兩個緩沖器，進入加法器的正弦和噪聲信號在第一階段被緩沖，并且信號源和加法器電路是隔離的。加法器使用INA2134 添加正弦和噪聲信號。根據加法電路可以很好地實現兩個信號的連接，并且失真很小。

由于信號本身相對較小并且通過衰減網絡衰減了100 倍，因此OPA2227 用于在檢測到信號之前預先放大弱信號。OPA2227 是一款雙通道低噪聲，高精度雙運算放大器，信號經過放大。前置放大器網絡將小信號放大100 倍以便于電路的后續測量。弱信號檢測電路使用中心頻率為1kHz 的六階帶通濾波器來濾除除正弦信號之外的各種噪聲信號。

交流電壓測量實際均方根轉換電路是測量交流電壓的重要部分，該設計系統對交流電壓信號的測量精度有直接影響。在本設計中，我們選擇使用AD637 將交流信號轉換為直流信號。該電路完成從AC到DC 的轉換，效果良好。

我們使用MC14433 作為電壓轉換器AD，然后ADC 將測量數據發送到微控制器。最后MCU 控制LCD 顯示器顯示測量的正弦值。

六、結束語

該系統可以對與微弱信號的檢測，其優點在于可應用有較廣的應用，具有較強的抗干擾能力。所以系統可以更好的應用于其他領域。