CN102323466A

CN102323466A - 一种微弱信号采集处理电路

Info

Publication number: CN102323466A
Application number: CN201110245858A
Authority: CN
Inventors: 钱庆
Original assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明公开了一种微弱信号采集处理电路，包括依次连接的采集电路，前置低通滤波电路，50Hz干扰信号滤波电路以及后置放大电路。本发明采用高精密运算放大器将微弱的电流信号转换为与之对应的电压信号，能够有效的放大微弱信号，减少了采集中的误差。通过低通滤波器和50Hz干扰信号滤波电路的串联，能够大大的降低电源噪声和采集电路所产生的信号噪声，提高了测量的准确度。另外，后置放大电路提供了多个反馈电阻的放大通道，能够针对不同级别的信号放大不同的倍数，从而使得处理后的信号能够保证在单片机的测量量程之内。

Description

一种微弱信号采集处理电路

技术领域

本发明属于信号采集领域，具体的涉及一种微弱信号采集处理电路。

背景技术

目前，在光学仪器的研发中，信号采集处理是影响仪器灵敏度和准确度的重要因素。由于光学仪器中，需要将光信号转变为电信号进行采集和处理，而这些由光信号转换成的电信号相对比较微弱，因此要求信号采集电路具有较高的灵敏度。由于电源都存在着比较高的干扰，即50Hz的电源干扰，这大大影响了信号的可识别性和仪器的准确度。另外，在某些光学仪器中，需要处理的信号往往不在某一个特定的区域之内，即分布在多个测量范围之内，在以往的处理电路中，只有一个特定的反馈电阻，这就限制了仪器测量的范围。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种误差小，噪声低，调整方便的微弱信号采集处理电路。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：

一种微弱信号采集处理电路，包括一依次连接的采集电路、前置低通滤波电路、50Hz干扰滤波电路和后置放大电路，所述采集电路由第一电阻、第二电阻，第一电容、第二电容和一第一精密运算放大器组成；所述第一电阻、第一电容并联后一点接信号地，另一端接入所述第一精密运算放大器的同相输入端，所述第二电阻、第二电容并联后一端接入所述第一精密运算放大器的反相输入端，同时接信号输入端，另一端接至所述第一精密运算放大器的输出端。

进一步的，所述前置低通滤波电路由第四电阻，第三电容、第四电容以及一低噪声运算放大器组成；所述第四电阻串联在所述采集电路的信号输出端与所述低噪声运算放大器的同相输入端之间，所述第三电容一端接所述低噪声运算放大器的同相输入端，另一端接至所述低噪声运算放大器的反相输入端，所述第四电容接在所述低噪声运算放大器与信号地之间；所述采集电路的信号输出端与所述第四电阻之间连接有一第三电阻。

进一步的，所述50Hz干扰滤波电路由一UAF42滤波器集成电路，第六、第七、第八、第九、第十、第十一电阻组成；所述第六电阻为品质系数电阻，接在所述UAF42滤波器集成电路的IN2引脚与信号地之间，第八、第十一电阻为反馈电阻，分别接在所述UAF42滤波器集成电路的FADJ1引脚与HPSO引脚、FADJ2引脚与BPSO引脚之间，起调整截止频率的作用，第七、第九、第十电阻为增益选择电阻，分别接在所述UAF42滤波器集成电路的HPSO引脚、LPSO引脚、BPSO引脚与IN－引脚之间；所述前置低通滤波电路的信号输出端通过一第五电阻连接至所述UAF42滤波器集成电路的IN3引脚。

进一步的，所述后置放大电路包括一CD4051模拟开关，第二高精密运算放大器，第十二电阻，第十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、第二十电阻；所述第十二电阻连接所述50HZ干扰滤波电路的输出端与第二高精密运算放大器的反相输入端，所述第十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、第二十电阻分别接到所述CD4051模拟开关的8个输入口和所述第二高精密运算放大器的反相输入端之间，所述第二高精密运算放大器的同相输入端直接短接到信号地，整个电路的输出口接入至单片机的模拟输入口进行数据的接收，将所述单片机的控制线接至所述CD4051模拟开关的三个二进制控制输入端A、B、C。

与现有技术相比，本发明由于采用了集成滤波芯片，有效的降低了电阻、电容误差对滤波器的影响，提高了滤波器的增益和截止频率的精确定位。另外，设计较方便，能够根据不同的要求更换电阻值和电容值以达到不同的滤波效果。并且，本发明在后置放大电路中设计了多个反馈电阻通道的选择，能够适应不同大小的信号的采集与处理。模拟开关通过三路控制线完成8个通道的自由选择，能够通过单片机的输出方便的进行控制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的框架示意图。

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，本实施例包括微弱信号采集电路1，前置低通滤波电路2, 50HZ带阻滤波电路3和后置放大电路4; 具体连接方式为微弱信号采集电路1，前置低通滤波电路2, 50Hz带阻滤波电路3，后置放大电路4顺次连接。

参见图2所示，所述微弱信号采集电路1由第一、第二电阻R1、R2，第一第二电容C1、C2，精密运算放大器U1组成。第一电阻R1、第一电容C1并联接入精密运算放大器U1的同相输入端，起到与反馈电阻电容匹配的作用。第二电阻R2、第二电容C2并联后，一端接入第一精密运算放大器U1的反相输入端，同时接信号输入端，另一端接至精密运算放大器U1的输出端，其中，第二电阻R2起到反馈电阻的作用，由于光信号通过光电转换器件转换为电流信号，因此，第二电阻R2的另一作用即将电流信号转换为电压信号释放到运算放大器的输出端。在本实施例中第二电阻R2为1MΩ，同时第一电阻R1也为1MΩ，第一电容C1、第二电容C2均为10pF。

所述前置低通滤波电路2由第四电阻R4，第三、第四电容C3、C4以及第一低噪声运算放大器U2组成。第四电阻R4串联在前一级信号输出端与第一低噪声运算放大器U2的同相输入端。第三电容C3一端接第一低噪声运算放大器U2的同相输入端，另一端接至第一低噪声运算放大器U2的反相输入端。第四电容C4接在第一低噪声运算放大器U2与信号地之间。在此电路中，第四电阻R4与第四电容C4是滤波器电路的主要组成部分，决定了滤波器的截止频率和增益。第四电容C3起到匹配作用，使滤波效果更佳。所述前置低通滤波电路2主要是为了滤去信号中的高频杂波，为了起到滤波作用同时保证有效信号的完整性，因此将其截止频率设定在100HZ左右。在此实施例中，将第四电阻R4设置为10K，第四电容C4设置为0.5uF。另外，为了保证滤波电路的稳定性和精确性，此电路中的第一低噪声运算放大器U2选择高精密、低噪声、低温漂的运算放大器OPA2131，减少了环境温度变化对信号的影响。

所述的50HZ干扰信号滤波电路3由UAF42滤波器集成电路U3，第六、第七、第八、第九、第十、第十一电阻R6，R7，R8，R9，R10，R11组成。所述第六电阻R6为品质系数电阻，接在UAF42滤波器集成电路U3的IN2引脚与信号地之间。所述第八电阻R8、第十一电阻R11为反馈电阻，分别接在UAF42滤波器集成电路U3的FADJ1引脚与HPSO引脚、FADJ2引脚与BPSO引脚之间，起调整截止频率的作用。第七、第九、第十电阻R7，R9，R10为增益选择电阻，分别接在UAF42滤波器集成电路U3的HPSO引脚、LPSO引脚、BPSO引脚与IN－引脚之间。本发明电路中，主要利用该集成电路设计50HZ带阻滤波器。在本实施例中，设置其中心频率f0为50Hz，抑制带宽BW为10Hz。在本实施例中，第六、第七、第八、第九、第十、第十一电阻R6，R7，R8，R9，R10，R11分别为100K、8.2K、3.3M、8.2K、10K、3.3M。在这种情况下，该滤波电路在中心频率50HZ处的增益可达到-30dB，甚至更优。

所述的后置放大电路4包括CD4051模拟开关U4，第二高精密运算放大器U5，第十二电阻R12，第十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、第二十电阻R13，R14，R15，R16，R17，R18，R19，R20组成。第十二电阻R12连接前级输出端与第二高精密运算放大器U5的反相输入端。反馈电阻第十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、第二十电阻分别接到CD4051模拟开关的8个输入口和运算放大器的反相输入端之间，反馈电阻的取值决定于采样信号的大小。同相输入端直接短接到信号地。整个电路的输出口接入至单片机或者其他处理单元的模拟输入口进行数据的接收。另外，可将单片机的控制线接至CD4051模拟开关U4的A、B、C口处，方便快捷的控制各反馈通道的选择。

本实例能够完成对uA，nA级微弱电流信号进行采样，然后经过前置低通滤波电路2，滤除高频杂波的噪声，再经过50Hz干扰信号滤波电路3，滤除对信号影响较大的50Hz电源噪声，经后置放大电路4放大至单片机采集的最优化的电压范围。此实例能够对不同的信号进行有效的放大，提高了测量的精度；另外温漂和零漂很小，使仪器对环境的适应能力更强。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种微弱信号采集处理电路，包括一依次连接的采集电路（1）、前置低通滤波电路（2）、50Hz干扰滤波电路（3）和后置放大电路（4），其特征在于：所述采集电路（1）由第一电阻（R1）、第二电阻（R2），第一电容（C1）、第二电容（C2）和一第一精密运算放大器（U1）组成；所述第一电阻（R1）、第一电容（C1）并联后一点接信号地，另一端接入所述第一精密运算放大器（U1）的同相输入端，所述第二电阻（R2）、第二电容（C2）并联后一端接入所述精密运算放大器（U1）的反相输入端，同时接信号输入端，另一端接至所述第一精密运算放大器（U1）的输出端。

2. 根据权利要求1所述的微弱信号采集处理电路，其特征在于：所述前置低通滤波电路（2）由第四电阻（R4），第三电容（C3）、第四电容（C4）以及一低噪声运算放大器（U2）组成；所述第四电阻（R4）串联在所述采集电路（1）的信号输出端与所述低噪声运算放大器（U2）的同相输入端之间，所述第三电容（C3）一端接所述低噪声运算放大器（U2）的同相输入端，另一端接至所述低噪声运算放大器（U2）的反相输入端，所述第四电容（C4）接在所述低噪声运算放大器（U2）与信号地之间；所述采集电路（1）的信号输出端与所述第四电阻（R4）之间连接有一第三电阻（R3）。

3. 根据权利要求2所述的微弱信号采集处理电路，其特征在于：所述50Hz干扰滤波电路（3）由一UAF42滤波器集成电路（U3），第六、第七、第八、第九、第十、第十一电阻（R6，R7，R8，R9，R10，R11）组成；所述第六电阻（R6）为品质系数电阻，接在所述UAF42滤波器集成电路（U3）的IN2引脚与信号地之间，第八、第十一电阻（R8，R11）为反馈电阻，分别接在所述UAF42滤波器集成电路（U3）的FADJ1引脚与HPSO引脚、FADJ2引脚与BPSO引脚之间，起调整截止频率的作用，第七、第九、第十电阻（R7，R9，R10）为增益选择电阻，分别接在所述UAF42滤波器集成电路（U3）的HPSO引脚、LPSO引脚、BPSO引脚与IN－引脚之间；所述前置低通滤波电路（2）的信号输出端通过一第五电阻（R5）连接至所述UAF42滤波器集成电路（U3）的IN3引脚。

4. 根据权利要求3所述的微弱信号采集处理电路，其特征在于：所述后置放大电路（4）包括一CD4051模拟开关（U4），第二高精密运算放大器（U5），第十二电阻（R12），第十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、第二十电阻（R13，R14，R15，R16，R17，R18、R19，R20）；所述底十二（R12）连接所述50Hz干扰滤波电路（3）的输出端与第二高精密运算放大器（U5）的反相输入端，所述第十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、第二十电阻（R13，R14，R15，R16，R17，R18、R19，R20）分别接到所述CD4051模拟开关（U4）的8个输入口和所述第二高精密运算放大器（U5）的反相输入端之间，所述第二高精密运算放大器（U5）的同相输入端直接短接到信号地，整个电路的输出口接入至单片机的模拟输入口进行数据的接收，将所述单片机的控制线接至所述CD4051模拟开关（U4）的三个二进制控制输入端A、B、C。