CN104868883A - 一种用于声表面波振荡器输出信号的信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，包括LC无源低通滤波模块、整形模块和分频模块，其中，LC无源低通滤波模块的输出端连接整形模块的输入端，整形模块的输出端连接分频模块的输入端。本发明选用LC无源低通滤波模块对声表面波振荡器输出信号进行滤波处理，滤除高频干扰信号；通过整形模块将信号转化为处理器可采集的方波信号，解决了分频处理中易产生波形失真的问题；通过分频模块扩展了信号的采集范围。通过多个计数器连接结构，灵活处理了不同频率的振荡器输出信号与不同配置处理器之间的不匹配问题。从而扩展了信号采集范围，降低了对处理器的要求。

Description

一种用于声表面波振荡器输出信号的信号调理电路

技术领域

本发明属于调理电路领域，涉及一种振荡器输出信号的信号调理电路，特别是一种用于声表面波振荡器输出信号的信号调理电路。

背景技术

声表面波振荡器作为声表面波传感器的敏感元件，其输出信号的变化是声表面波传感器的重要参量。然而，声表面波振荡器输出信号为频率较高的模拟信号，对声表面波振荡器输出信号的测量多采用示波器来完成，不便于处理器对振荡信号的实时采集处理。对声表面波振荡器输出信号的实时处理需要将振荡器输出的高频模拟信号转化为处理器可处理的低频方波信号。另外，在信号采集、传输过程中会存在来自系统内部及外部的各种噪声信号对输出结果产生干扰。同时，振荡器输出信号为正弦波信号，这种信号在后续的分频处理中非常容易产生波形失真等问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提供了一种用于声表面波振荡器输出信号的信号调理电路。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，包括LC无源低通滤波模块、整形模块和分频模块，其中，LC无源低通滤波模块的输出端连接整形模块的输入端，整形模块的输出端连接分频模块的输入端。

进一步的，所述LC无源低通滤波模块包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4；其中，电容C1和电感L1串联后与电容C2并联；电容C2和电感L2串联后与电容C3并联；电容C3和电感L3串联后与电容C4并联；电容C4和电感L4串联后与电容C5并联；电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5的另一端均接地。

进一步的，电感L1＝电感L2＝220uH，电感L3＝150uH，电感L4＝82uH，电容C1＝电容C2＝270pF，电容C7＝220pF，电容C8＝150pF，电容C5＝27pF。

进一步的，所述整形模块包括匹配电阻R1、电阻R2、匹配电阻R3、电阻R4、耦合电容C6、反相器芯片和电源VCC；其中，电阻R1和电阻R2串联后与耦合电容C6并联；电容C6的另一端连接节点A；电阻R4的一端连接节点A，电阻R4的另一端连接电源VCC；节点A还连接第一反相器的输入端；R2和R4串联分压为反相器芯片提供偏置电压；电阻R3连接反相器芯片的输出端；电阻R1、电阻R2和电阻R3的另一端均接地。

进一步的，所述反相器芯片由第一反相器和第二反相器组成，第一反相器的输出端接入第二反相器的输入端。

进一步的，所述匹配电阻R1＝1K，匹配电阻R3＝10K，耦合电容C6＝1uF，直流电源VCC＝5V。

进一步的，所述电阻R2和电阻R4与偏置电压Vb的关系为：

$\mathrm{Vb}=\frac{R_2}{R_2+R_4}\mathrm{VCC}---\left(7\right)$

同时，偏置电压Vb的取值范围为：

Vmin＜Vb<Vmax   (6)

其中，Vmin为反相器芯片的最高输入低电平，Vmax为反相器芯片的最低输入高电平。

进一步的，所述分频模块包括至少一个计数器；如果计数器的数目为一个以上，则它们之间依次相连。

进一步的，如果分频模块中计数器的数目为一个以上，则计数器的个数n取同时满足式(1)、式(2)、式(3)的最小正整数；

$A\&GreaterEqual;\frac{f}{f_0}---\left(1\right)$

上式中，f为声表面波振荡器的输出频率，f₀为处理器可计数频率，A为计数器的总分频倍数；

A＝A1×A2   (2)

上式中，A1为第一计数器分频倍数，A2为第二计数器分频倍数；

各计数器的分频倍数与最大分频倍数的关系：

A1≤N1；A2≤N2；…；An≤Nn   (3)

上式中，N1为第一计数器最大分频倍数，N2为第二计数器最大分频倍数，Nn为第n计数器最大分频倍数。

与现有的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路相比，本发明具有以下的优点：

1、通过LC无源低通滤波模块对声表面波振荡器输出信号进行滤波处理，滤除高频干扰信号；有效消除来自系统内、外部的噪声信号的干扰。采用定K型8阶低通滤波器，优化了衰减特性，同时控制了电路成本。

2、通过整形模块将信号转化为处理器可采集的方波信号，解决了分频处理中易产生波形失真的问题。整形模块通过连接两个反相器组成的反相器芯片，保证整形输出的方波信号有足够的斜率。

3、通过分频模块扩展了信号的采集范围，降低了对处理器的要求。通过1个、2个或多个计数器的连接的结构，灵活地处理了不同频率的振荡器输出信号与不同配置处理器之间的不匹配问题。

附图说明

图1为本发明的功能框图。

图2为本发明的电路图。

图3为实施例1中的分频模块的具体连接电路。

图4为实施例1中的LC无源低通滤波模块输出波形图。

图5为实施例1中的整形模块输出波形图。

图6为实施例1中的分频模块输出波形图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

本发明的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，用于将声表面波振荡器输出信号转化为处理器可以实时处理的信号。其结构参见图1，包括LC无源低通滤波模块、整形模块和分频模块，其中，LC无源低通滤波模块的输出端连接整形模块的输入端，整形模块的输出端连接分频模块的输入端；在本发明应用时，LC无源低通滤波模块的输入端连接声表面波振荡器的输出端，分频模块的输出端连接处理器。

参见图2，本发明的电路的各部分电路的具体结构如下：

1、LC无源低通滤波模块

LC无源低通滤波模块包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4；其中，电容C1和电感L1串联后与电容C2并联；电容C2和电感L2串联后与电容C3并联；电容C3和电感L3串联后与电容C4并联；电容C4和电感L4串联后与电容C5并联；电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5的另一端均接地。

本实施例中，电感L1＝L2＝220uH，电感L3＝150uH，电感L4＝82uH，电容C1＝C2＝270pF，电容C7＝220pF，电容C8＝150pF，电容C5＝27pF。

2、整形模块

整形模块包括匹配电阻R1、电阻R2、匹配电阻R3、电阻R4、耦合电容C6、反相器芯片和电源VCC；其中，电阻R1和电阻R2串联后与耦合电容C6并联；电容C6的另一端连接节点A；电阻R4的一端连接节点A，电阻R4的另一端连接电源VCC；节点A还连接第一反相器的输入端；R2和R4串联分压为反相器芯片提供偏置电压；电阻R3连接反相器芯片的输出端；电阻R1、电阻R2和电阻R3的另一端均接地。

本发明中，匹配电阻R1＝1K，匹配电阻R3＝10K，耦合电容C6＝1uF，直流电源VCC＝5V。电阻R2和电阻R4的取值根据由反相器芯片的偏置电压Vb的取值范围确定。

Vb的取值范围为：

Vmin＜Vb<Vmax   (6)

其中，Vmin为反相器芯片的最高输入低电平，Vmax为反相器芯片的最低输入高电平。

偏置电压Vb与电阻R2和电阻R4的关系为：

$\mathrm{Vb}=\frac{R_2}{R_2+R_4}\mathrm{VCC}---\left(7\right)$

3、分频模块

分频模块包括至少一个计数器，即包括一个、两个或者多个；如果计数器的数目为一个以上，则它们之间依次相连；

本发明中，声表面波振荡器的输出频率为f，处理器可计数频率为f₀，计数器的总分频倍数为A，总分频倍数A与f和f₀的关系为：

$A\&GreaterEqual;\frac{f}{f_0}---\left(1\right)$

第一计数器分频倍数为A1，第二计数器分频倍数为A2，A与A1、A2的关系为：

A＝A1×A2   (2)

第一计数器最大分频倍数为N1，第二计数器最大分频倍数为N2，第n计数器最大分频倍数为Nn，各计数器的分频倍数与最大分频倍数的关系：

A1≤N1；A2≤N2；…；An≤Nn   (3)

其中，计数器的个数n取满足式(1)、式(2)、式(3)的最小正整数。

本发明的工作流程如下：

声表面波振荡器输出信号经LC低通无源滤波模块进行滤波处理，滤除高频干扰信号，再经过整形模块转化为处理器能够采集的同频率方波信号；分频模块经过分频处理使同频率方波信号转化为处理器允许采集范围内的低频方波信号。同时，上述同频率方波信号也是一个高频率信号，虽然已经被滤除了高频干扰，但是声表面波振荡器的输出信号仍旧较高，处理器很难处理，因此需要分频模块进行分频。

实施例1：

声表面波振荡器输出信号为1MHz，处理器可处理范围为30kHz；LC无源低通滤波模块采用定K型8阶低通滤波器；第一反相器和第二反相器均选用74LS04反相器，第一计数器和第二计数器均选用74LS160计数芯片。由式(3)计算得分频倍数大于33，取总分频倍数A为100，第一计数器分频倍数A1和第二计数器分频倍数为A2分别取10。74LS160芯片连接为10位加法计数器。具体连接方法如图3所示。整形模块的输出端接入第一计数器的CLK(输入端)，第一计数器的进位端C0(输出端)接入第二计数器的CLK(输入端)，第二计数器的进位端C0(输出端)作为分频模块输出端，第一计数器和第二计数器的LD、CP和TE端接电源VCC，第一计数器和计第二数器的数据端P1、P2、P3和P4端分别接地。

将声表面波振荡器输出信号接入调理电路输入端，通过安捷伦示波器分别观察LC无源低通滤波模块输出端口、整形模块输出端口和分频模块输出端口信号波形，得到输出波形如图4、图5、图6所示。其中，图3的波形频率为1MHz，图4的波形频率为1MHz，图5的波形频率为10KHz。数据表明该声表面波振荡器输出信号的调理电路能够将声表面波振荡器输出的高频的正弦信号转化为处理器能够处理的低频方波信号。

以上论述了本发明的基本结构、原理以及优点。有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的前提下，还可以做出各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，包括LC无源低通滤波模块、整形模块和分频模块，其中，LC无源低通滤波模块的输出端连接整形模块的输入端，整形模块的输出端连接分频模块的输入端。

2.如权利要求1所述的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，所述LC无源低通滤波模块包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4；其中，电容C1和电感L1串联后与电容C2并联；电容C2和电感L2串联后与电容C3并联；电容C3和电感L3串联后与电容C4并联；电容C4和电感L4串联后与电容C5并联；电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5的另一端均接地。

3.如权利要求2所述的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，电感L1＝电感L2＝220uH，电感L3＝150uH，电感L4＝82uH，电容C1＝电容C2＝270pF，电容C7＝220pF，电容C8＝150pF，电容C5＝27pF。

4.如权利要求1所述的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，所述整形模块包括匹配电阻R1、电阻R2、匹配电阻R3、电阻R4、耦合电容C6、反相器芯片和电源VCC；其中，电阻R1和电阻R2串联后与耦合电容C6并联；电容C6的另一端连接节点A；电阻R4的一端连接节点A，电阻R4的另一端连接电源VCC；节点A还连接第一反相器的输入端；R2和R4串联分压为反相器芯片提供偏置电压；电阻R3连接反相器芯片的输出端；电阻R1、电阻R2和电阻R3的另一端均接地。

5.如权利要求4所述的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，所述反相器芯片由第一反相器和第二反相器组成，第一反相器的输出端接入第二反相器的输入端。

6.如权利要求4所述的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，所述匹配电阻R1＝1K，匹配电阻R3＝10K，耦合电容C6＝1uF，直流电源VCC＝5V。

7.权利要求5或6所述的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，所述电阻R2和电阻R4与偏置电压Vb的关系为：

$\mathrm{Vb}=\frac{R_2}{R_2+R_4}\mathrm{VCC}---\left(7\right)$

同时，偏置电压Vb的取值范围为：

Vmin＜Vb<Vmax    (6)

其中，Vmin为反相器芯片的最高输入低电平，Vmax为反相器芯片的最低输入高电平。

8.如权利要求1所述的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，所述分频模块包括至少一个计数器；如果计数器的数目为一个以上，则它们之间依次相连。

9.如权利要求8所述的声表面波振荡器输出信号的信号调理电路，其特征在于，如果分频模块中计数器的数目为一个以上，则计数器的个数n取同时满足式(1)、式(2)、式(3)的最小正整数；

$A\&GreaterEqual;\frac{f}{f_0}---\left(1\right)$

上式中，f为声表面波振荡器的输出频率，f₀为处理器可计数频率，A为计数器的总分频倍数；

A＝A1×A2    (2)

上式中，A1为第一计数器分频倍数，A2为第二计数器分频倍数；

各计数器的分频倍数与最大分频倍数的关系：

A1≤N1；A2≤N2；…；An≤Nn    (3)

上式中，N1为第一计数器最大分频倍数，N2为第二计数器最大分频倍数，Nn为第n计数器最大分频倍数。