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《水聲微弱信號調(diào)理電路設(shè)計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、V01．36No．12180艦船電子工程ShipElectronicEngineering總第270期2016年第12期水聲微弱信號調(diào)理電路設(shè)計。陳亞輝(中國船舶重工集團第七一五研究所杭州310012)摘要論文介紹一種水聲微弱信號的調(diào)理電路設(shè)計，該電路具有電源模塊、放大模塊和濾波模塊。通過仿真和測試表明該電路等效輸入噪聲低，能有效地對微弱信號進行放大和濾波。關(guān)鍵詞調(diào)理電路；低噪聲；帶通濾波器；微弱信號中圖分類號0427DOI：10．3969／j．issn．1672—9730．2016．12．040PreconditioningCircuitforUnde
2、rwaterAcousticWeakSignalCH匣NYahui(The715thResearchInstituteofCSIC，Hangzhou310012)AbstractThispaperintroducesakindofunderwateracousticweaksignalconditioningcircuitdesign．Thecircuithasapowersupplymodule，amplifierandfiltermodule．Thesimulationandtestshowthatthecircuitequivalentinputn
3、oiseislow，andthecircuitcanamplifyandfiltertheweaksignaleffectively．KeyWordsconditioningcircuit，lownoise，bandpassfilter，weaksignalCI弱sNumlⅪr04271引言進入新世紀(jì)以來，無論是在民用領(lǐng)域的海洋開發(fā)利用，還是在軍事領(lǐng)域的危險目標(biāo)探測，水下目標(biāo)的定位和識別越來越重要[1]。水下目標(biāo)信息的主要是通過聲波傳輸，聲波中的信息通過水聽器轉(zhuǎn)換成電信號，此時水聽器輸出的電信號不僅微弱，而且還摻雜各種噪聲源產(chǎn)生的噪聲，使得目標(biāo)信號不易提
4、取。本文針對這種微弱信號進行低噪聲、無失真放大調(diào)理，從大量的噪聲中提取水聲的電信號。2調(diào)理電路設(shè)計與仿真水聽器輸出的信號是毫伏量級甚至是微伏量級，大量的背景噪聲和目標(biāo)自噪聲摻雜在信號中，為了將微弱信號從噪聲中提取出來信號調(diào)理電路必須具有良好的本底噪聲和降噪設(shè)計，降低噪聲需要從噪聲源、耦合路徑等綜合考慮[4]。調(diào)理電路主要由三個功能模塊組成，其原理框圖如圖1所示。圖1信號調(diào)理電路原理框圖電源模塊是將外部鋰電池供電電壓進行轉(zhuǎn)換，為放大電路和濾波電路提供低紋波電源。前置放大電路通過低功耗、低噪聲運算放大器將水聽器輸出信號電壓放大，提高信號的信噪比。二級放大通過
5、運放使得信號滿足采集電壓的幅度要求。濾波電路通過低噪聲運算放大器搭建有源濾波器，提高水聲信號采集質(zhì)量。2．1電源模塊外部鋰電池的供電電壓為10．8V，需要通過芯片將供電電壓轉(zhuǎn)換為5V，5V電壓作為放大模塊和濾波模塊的供電電源。電源轉(zhuǎn)換芯片選取ADP7118，它是ADI公司的低噪聲、CMOSLDO線性穩(wěn)壓器，噪聲低至ll／-Vrms，100kHz時電源印制比達到68dB。穩(wěn)壓電路原理圖如圖2所示。*收稿日期：2016年6月10日，修回日期：2016年7月27日作者簡介：陳亞輝，男，助理工程師，研究方向：聲納浮標(biāo)電路設(shè)計。2016年第12期艦船電子工程181
6、D1“憨--“一IMURSl05T3Ⅲ贐1：i強瑚其中C1和C2作為輸入旁路電容將外部引入電壓的雜波噪聲濾除，同時還可以降低電路對PCB布局的敏感性。C3和C4作為輸出電容，可以改善芯片對大負(fù)載電流變化的瞬態(tài)相應(yīng)，同時可以減少外部電源引入的電網(wǎng)噪聲，有效降低電路的本底噪聲。D1是保護二極管，防止電路異常，或出現(xiàn)反向脈沖電壓，輸出端電壓高于輸出端時，二極管導(dǎo)通，避免反響電壓加在芯片上，保護穩(wěn)壓芯片的安全。2．2前置放大電路前置放大電路主要是放大水聽器信號，提高信號的信噪比，同時有效抑制引入的共模干擾噪聲，并減少自身產(chǎn)生的附加噪聲[5~7]。為了減少放大電路
7、中元器件帶來的熱噪聲，選取的運算放大器功耗比較低，電阻的阻值比較小；為了減少電子元件本身的噪聲影響，設(shè)計的電路盡量簡單。壓電型水聽器具有比較高的輸出阻抗，為了獲取信號需要通過高輸入阻抗放大器進行前置放大。根據(jù)這些要求選取的放大器必須是單電源供電、高精度、低噪聲、高輸入阻抗和低輸出阻抗，本文選擇MAX公司的MAX4477芯片，該芯片的主要特性有：輸入噪聲；輸入阻抗達到1000Gfl(差模)，可以保證水聽器信號不失真進入模擬接收通路；共模抑制比達到115dB，這樣可以有效地減少共模干擾的影響；增益帶寬積達到10MHz。本文中采用的放大電路通過運放和電阻組成深
8、度反饋電路實現(xiàn)反相比例電路[3]，因為運放是單電源供電，需要在運放的正向輸入端加
