基于自适应滤波的微弱信号采集模块硬件设计

发布时间：2020-11-19 17:51

　　 数据采集技术在电子通信、声呐探测、光磁学分析等领域被广泛应用。近年来,随着上述领域的不断发展,对数据采集技术的精度要求越来越高,弱电、弱磁、微光、微声等微弱信号的检测成为了数据采集技术的一个重要发展方向。本论文主要针对微伏(μV)级微弱电压信号,将实现宽频带(100kHz)微弱信号的高精度采集(直流精度0.2?FSR,交流精度2?FSR)作为课题的主要目标。为实现这一目标,本文将窄带滤波器与可调带通滤波器相结合,设计了基于LRC谐振电路的可调带通滤波器,并采用自适应滤波算法作为可调滤波器的控制算法,提出了基于自适应滤波的微弱信号采集方案。基于此方案,本论文进行的主要工作如下:1、根据设计需求,确定了系统指标,给出了总体设计方案和模块划分,明确了以经典滤波与自适应滤波结合的滤波电路设计;2、使用可变增益放大器(VGA)、Sigma-Delta型模数转换器(ADC)、可编程门阵列(FPGA)、静态随机存储器(SRAM)等器件进行电路设计,明确了器件选型,并结合器件特性,编写了对应的Verilog代码;3、为遏制宽带噪声,提高自适应滤波模块的选频特性,基于LRC谐振电路设计了低频段可调带通滤波器结构,该结构借助新型可调电容器实现,解决了变容二极管控制通道与信号通道共用所导致的频率偏移问题,降低了信号失真率;4、由于单个可调电容器调节范围有限,为避免大规模电路并联,降低自适应滤波电路复杂度,采用频带分段方式和多路复用思想进行电路设计,提高了器件利用率,减小了硬件体积,缩减了实现成本。在完成上述设计工作基础上,结合各项技术指标,对相关参数进行了分析与测试,验证了本课题设计的可行性,测试结果也证明了本设计能够在100kHz带宽下实现μV级信号的高精度采集。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP274.2;TN713
【部分图文】：

第三章 采集系统电路设计波的输入损耗①较大，信号容易失真。同时由于缺少运算放波器的滤波参数容易随着负载的变化而发生变动，因而对适用[31]。不过对于直流电源的整流滤波这类功率电路而言的[31]。，由于大电容和大电感并不易得（主要是由于大电感、电成），因此在实际使用中更多地构建“T”型或“π”型多级本设计所采用的多级电源滤波网络就如图 3-3 所示。

图 3-4 共模滤波电路图中，C1、C4 为差模电容，或称 X 电容（由于其接在两条信号线路之一个 X 而得名[30]），容量通常在 0.01μF 到 0.47μF 之间[33]。R1、R2 是安是为了在输入断开的情况下，为 X 电容提供放电回路，避免由于电容放对应端口长时间带电[33]。C2 和 C3 为共模电容，或称 Y 电容（由于其接号线路和地线之间，形如一个 Y 而得名[30]），通常成对使用。由于漏电，此电容的数值不宜过大，通常为 nF 级，否则容易引起漏电①。除安全虑外，这两组电容还有抑制干扰的作用，X 电容抑制差模干扰②，Y 电容模干扰③（二者提供了使差、共模干扰信号被旁路的最短路径），这也是字的由来。L1、L2 为共模扼流圈的上的两条线圈，他们是以同一绕向缠绕在铁氧体一对线圈，电感值较大，约有几个毫亨，该扼流圈对于共模干扰电流有作用[34]。因为当共模干扰进入系统时，由于线圈绕向相同，两个线圈上场也同向，即磁通叠加。此时的电感 L 可由式(3-1)计算，式中 表示当

无源滤波和有源滤波。无源滤波结构简单。不过无源滤波器的通带增益和截使得实际滤波特性不满足高精度信号处理需络的输入阻抗不够大而输出阻抗又不够小，。就是为了应对这一问题而产生的。有源滤波间插入了一个高输入阻抗、低输出阻抗的隔的有源滤波器即是在无源滤波网络和负载之影响滤波网络的目的。源滤波模型有三种：切比雪夫型滤波器、贝者在截止频率附近表现出不同的幅频特性：截止频率附近最陡，但是存在峰值；贝塞尔有三者最好的过渡特性，但在截止频率附近型滤波器的幅频特性曲线无峰值，通频带曲调递减，陡度介于切比雪夫滤波器和贝塞尔
【参考文献】

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本文编号：2890287