地磁扰动检测用低噪声低偏置斩波放大电路研究

发布时间：2021-07-21 14:32

　　由离散器件搭建的斩波电路由于电荷注入和时钟溃通效应会产生直流偏置电压,使得低频弱地磁扰动信号淹没,无法有效提取。为了解决上述问题,采用自动置零技术和斩波技术相结合的方法,设计了一种新型的低偏置斩波放大电路,通过提取传统斩波电路的直流偏置电压特征值,进行反馈抵消,从而抑制电路中固有的直流偏置电压。结果表明,低偏置斩波放大电路直流偏置电压为2.2μV,低于低偏置运算ADA4528的2.5μV;在0.1～10Hz的低频段,设计的低偏置斩波放大电路噪声峰峰值为28 nV,低于ADA4528的96 nV,降低到后者的29%。 

【文章来源】：仪表技术与传感器. 2020,(04)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

斩波放大电路的基本原理图

图1中,斩波放大电路由2个斩波开关(调制、解调器),1个前置运算放大器,1个高通滤波器和1个后置低通滤波器组成。斩波频率为fchop的方波,其周期为T(由FPGA模块产生)。斩波放大技术是一种连续调制解调的方法[15-17]。其中低频噪声被调制1次,传输信号被调制2次,故将原本在一个频段的低频噪声和传输信号调制至不同的频段,然后通过低通滤波器将噪声和传输信号分离,来达到降低电路中低频噪声的目的。其中由于电荷注入和时钟溃通效应所产生直流偏置电压的波形演化如图2所示。斩波放大电路可以很好地滤除电路系统中的绝大部分低频噪声,但是输出仍会存在一定的直流偏置电压[18-19]。具体的直流偏置电压波形如图2所示。其中调制(第一次斩波)过程中所产生的尖峰噪声波形如图2(a)所示,其表达式[9]为

为了降低传统斩波放大电路中的直流偏置电压,我们采用自动置零技术和斩波技术相结合的方法,重新设计了电路的拓扑结构,其原理如图3所示。电路原理结构如图3所示。主要采用的是主电路局部采样,通过一个信号调理电路(自动置零电路)提取需要抑制的噪声特征值并返回到斩波放大电路的前置运算放大器输出端进行抵消抑制的方法。将原电路中输出端的直流偏置电压归算到电路前置运算放大器的输出端,其表达式[22-23]为

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3295206