[發(fā)明專利]一種高噪聲環(huán)境的信號精密調(diào)理及采集電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810114728.5
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108415316A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭波祥;羅先培;馬金偉;丁進;李大習(xí);宋雙;沈浩;徐煒;陳思思
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七一六研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H03F1/26;H03H7/06;H03M1/12
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發(fā)明公開了一種高噪聲環(huán)境的信號精密調(diào)理及采集電路。該電路包括依次相連的高頻抑制與輸入放大電路、信號濾波與增益控制電路、差分輸出驅(qū)動電路、A/D轉(zhuǎn)換與采集電路。其中信號濾波與增益控制電路用于實現(xiàn)信號的噪聲帶寬限制和信號濾波，差分輸出驅(qū)動電路用于實現(xiàn)信號的單端/差分轉(zhuǎn)換以及控制信號輸出電壓范圍，AD轉(zhuǎn)換與采集電路用于實現(xiàn)基于FPGA的NIOSII處理系統(tǒng)和對A/D轉(zhuǎn)換控制、數(shù)據(jù)采集和處理。本發(fā)明的電路具有更寬的輸入范圍、可調(diào)增益以及隨增益而增加的高共模抑制比等特點，其中通過低噪聲JFET運算放大器的濾波限制噪聲帶寬且避免了混疊，除此以外通過低通濾波實現(xiàn)高頻帶外信號的濾除，能夠?qū)崿F(xiàn)對高噪聲環(huán)境中的微弱電氣信號的調(diào)理和采集。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于抗惡劣環(huán)境計算機模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高噪聲環(huán)境的信號精密調(diào)理及采集電路。

背景技術(shù)

在工業(yè)測量和工業(yè)控制的惡劣環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域，一方面，環(huán)境噪聲很高，另一方面，傳感器設(shè)備產(chǎn)生的模擬信號極其微弱，傳感器產(chǎn)生的信號幾乎將被噪聲淹沒，如果直接進行A/D轉(zhuǎn)換和采集，測控系統(tǒng)將工作失靈，所以需要對傳感器產(chǎn)生的信號實施調(diào)理。但在高噪聲環(huán)境中，要把傳感器產(chǎn)生的極為微弱的電氣信號提取出來，是一項有很大難度的工作。通過信號調(diào)理技術(shù)，如放大和濾波，有助于提取信號，因為這些技術(shù)可提升系統(tǒng)的靈敏度，然后可對信號進行縮放與轉(zhuǎn)換，同時可以實現(xiàn)噪聲貢獻、環(huán)境噪聲抑制以及執(zhí)行高靈敏度測量的能力以便充分利用高性能ADC，實現(xiàn)傳感器和高分辨率ADC之間的連接和傳感器信號的采集。

隨著高性能運算放大器和高分辨率ADC的發(fā)展，信號調(diào)理和采集技術(shù)也得到了較好的發(fā)展，但高噪聲環(huán)境下提取微弱的傳感信號仍然是調(diào)理技術(shù)發(fā)展重點，現(xiàn)有技術(shù)中鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種高噪聲環(huán)境的信號精密調(diào)理及采集電路，在高噪聲工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中，將微弱的傳感器信號提取出來，并實現(xiàn)采集和處理。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種高噪聲環(huán)境的信號精密調(diào)理及采集電路，主要由高頻抑制與輸入放大電路、信號濾波和增益控制電路、差分輸出驅(qū)動電路、AD轉(zhuǎn)換與采集電路等組成。高頻抑制與輸入放大電路實現(xiàn)了高頻噪聲的抑制和共模干擾信號的濾波，以及輸入信號的放大。信號濾波和增益控制電路接收高頻抑制與輸入放大電路的輸出信號，實現(xiàn)該信號的噪聲帶寬限制和信號濾波。差分輸出驅(qū)動電路接收信號濾波和增益控制電路的輸出信號，實現(xiàn)信號的單端/差分轉(zhuǎn)換以及控制信號輸出電壓范圍。AD轉(zhuǎn)換與采集電路對差分輸出驅(qū)動電路的輸出信號實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)基于FPGA的NIOSII處理系統(tǒng)和對A/D轉(zhuǎn)換控制、數(shù)據(jù)采集和處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：1)本發(fā)明提供更寬的輸入范圍、可調(diào)增益以及隨增益而增加的高共模抑制比；2)本發(fā)明通過應(yīng)用聲JFET運算放大器實現(xiàn)濾波，限制噪聲帶寬并避免混疊；3)本發(fā)明通過低通RC網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高頻帶外信號濾除和環(huán)境噪聲抑制以及執(zhí)行高靈敏度測量。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的高噪聲環(huán)境的信號精密調(diào)理及采集電路組成圖。

圖2為高頻抑制與輸入放大電路圖。

圖3為信號濾波和增益控制電路圖。

圖4為差分輸出驅(qū)動電路圖。

圖5為AD轉(zhuǎn)換與采集電路圖。

具體實施方式

本發(fā)明實現(xiàn)了一種高噪聲環(huán)境的信號精密調(diào)理及采集電路，包括高頻抑制與輸入放大電路、信號濾波和增益控制電路、差分輸出驅(qū)動電路、A/D轉(zhuǎn)換與采集電路。