CN106330106A - 一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，包括噪声抑制单元、通过输出端与所述噪声抑制单元的一路输入端相连的信号预放大单元、通过输出端与所述噪声抑制单元的另一路输入端相连的噪声调理单元和与所述噪声抑制单元的输出端连接的信号输出单元；所述信号预放大单元输入端与信号输入单元连接；所述噪声调理单元的输入端与噪声提取单元的输出端连接。本发明技术方案提升分布式光纤测温系统的信噪比，从而改善分布式光纤测温系统的温度指标和测量距离指标。

Description

一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块

技术领域：

本发明涉及半导体电路技术领域，更具体涉及一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块。

背景技术：

电信号运放电路作为一种常见的电路形式，广泛应用于各种系统以及控制链路中。在运放电路中传输的信号易受到电源的干扰，导致输出信号中耦合或响应出与电源干扰相同特性的干扰噪声信号，导致信号质量恶化，从而造成后续处理的难度。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，提升分布式光纤测温系统的信噪比，从而改善分布式光纤测温系统的温度指标和测量距离指标。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，包括噪声抑制单元、通过输出端与所述噪声抑制单元的一路输入端相连的信号预放大单元、通过输出端与所述噪声抑制单元的另一路输入端相连的噪声调理单元和与所述噪声抑制单元的输出端连接的信号输出单元；所述信号预放大单元输入端与信号输入单元连接；所述噪声调理单元的输入端与噪声提取单元的输出端连接。

所述信号预放大单元由一级运放电路或者多级运放电路级联构成；所述噪声提取单元包括通过高频信号提取方式将电源中的干扰噪声信号进行提取的电路；所述噪声调理单元包括一级运放所构成的负比例运算放大电路；所述噪声抑制单包括一级运放所构成的加减运算放大电路。

所述噪声抑制单元包括运算放大器2；所述运算放大器2的同相输入端通过电阻R11接地；所述运算放大器2的反相输入端通过电阻R7接地；所述反相输入端通过电阻R2与所述运算放大器2的输出端连接；所述输出端通过电阻R9与所述信号输出单元连接。

所述信号预放大单元包括运算放大器3；所述运算放大器3的同相输入端通过电阻R15接地；所述运算放大器3的反相输入端通过电阻R13与所述信号输入单元连接；所述运算放大器3的反相输入端通过电阻R12与所述运算放大器3的输出端连接；所述运算放大器3的输出端通过电阻R14与所述运算放大器2的同相输入端连接。

所述噪声调理单元包括运算放大器1；所述运算放大器1的同相输入端通过电阻R10接地；所述运算放大器1的反相输入端通过串联的电阻R1和滑动电阻VR1与所述运算放大器1的输出端连接；所述滑动电阻VR1的分压端与所述运算放大器1的输出端连接；所述运算放大器1的输出端通过电阻R6与所述运算放大器2的反相输入端连接。

所述噪声提取单元包括串联的接地电容C2、电阻R4、电容C1和接地电阻R8；所述接地电容C2的非接地端通过电阻R3与电源噪声输出端连接；所述接地电阻R8的非接地端通过电阻R5与所述运算放大器1的反相输入端连接。

所述电源噪声包括滑动电阻VR2；所述滑动电阻VR2的分压端与所述电阻R3连接；所述滑动电阻VR2的两端连接电源。

所述电阻R1、电阻R5和滑动变阻器VR1构成可变增益；所述电阻R7和电阻R2构成固定增益；所述电阻R13和电阻R12构成固定增益；所述电阻R10、电阻R11和电阻R15构成电信号噪声抑制运放电路的匹配网络。

所述模块在工作时，通过所述滑动变阻器VR1改变阻值，调整所述噪声调理单元的负放大倍数；将调整所述噪声调理单元和信号预放大单元输出信号中幅值相同和方向相反的干扰信号抵消，达到对信号去噪的目的。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明的技术方案结构简单，成本低，易于控制，抑制噪声效果可期；

2、本发明的技术方案可显著提升分布式光纤测温系统的信噪比，从而改善分布式光纤测温系统的温度指标和测量距离指标；

3、本发明的技术方案保证运放电路中信号质量，减小后续处理的难度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的噪声抑制模块结构示意图；

图2为本发明实施例提供的噪声抑制模块电路图；

其中，1-输入单元、2-信号预放大单元、3-噪声提取单元、4-噪声调理单元、5-噪声抑制单元、6-信号输出单元。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，如图1所示，包括信号输入单元1、信号预放大单元2、噪声提取单元3、噪声调理单元4、噪声抑制单元5、信号输出单元6。所述信号预放大单元2由一级运放电路、或者多级运放电路级联构成，噪声提取单元3由高通或低通与高通滤波的组合、或者是其它高频信号提取方式将电源中的干扰噪声信号进行提取的电路，噪声调理单元4由一级运放所构成的负比例运算放大电路，噪声抑制单元5由一级运放所构成的加减运算放大电路，信号输入单元1为电路输入信号，信号输出单元6为电路输出信号。

信号输入单元1与信号预放大单元2输入端连接，信号预放大单元2的输出端和噪声抑制单元5的一路输入端相连，噪声提取单元3的输出端与噪声调理单元4的输入端连接，噪声调理单元4的输出端与噪声抑制单元5的另一路输入端相连，噪声抑制单元5的输出端与信号输出单元6连接。

结合电子元器件实现的电信号噪声抑制电路如图2所示，采用典型的THS4304芯片运算放大器作为实现这种噪声抑制电路的主元件。其包括第一THS4304芯片U1、第二THS4304芯片U2、第三THS4304芯片U3，THS4304芯片的第2引脚、第3引脚、第4引脚、第6引脚、第7引脚分别为IN-引脚、IN+引脚、Vs^-引脚、Vout引脚、Vs⁺引脚。第一THS4304芯片U1、第二THS4304芯片U2和第三THS4304芯片U3的第4引脚均接负电源Vcc-，第一THS4304芯片U1、第二THS4304芯片U2和第三THS4304芯片U3的第7引脚均接正电源Vcc+。输入信号Input通过第十三电阻R13与第三THS4304芯片U3的第2引脚相连，第三THS4304芯片U3的第3引脚通过第十五电阻R15接地，同时第三THS4304芯片U3的第2引脚和第6引脚之间通过第十二电阻R12连接，第三THS4304芯片U3的第6引脚通过第十四电阻R14与第二THS4304芯片U2的第3引脚相连，同时第二THS4304芯片U2的第3引脚通过第十一电阻R11与地相连。

正电源Vcc+接到第二滑动变阻器VR2的一端，负电源Vcc-接到第二滑动变阻器VR2的另一端，第二滑动变阻器VR2的分压端通过第三电阻R3同时与第二电容C2和第四电阻R4的一端相连，第二电容C2的另一端与地相连，第四电阻R4的另一端通过第一电容C1同时与第五电阻R5和第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端接地，第五电阻R5的另一端与第一THS4304芯片U1的第2引脚相连。第一THS4304芯片U1的第3引脚通过第十电阻R10与地相连，第一THS4304芯片U1的第2引脚与第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端与第一滑动变阻器VR1的一端相连，第一滑动变阻器VR1的分压端与第一THS4304芯片U1的第6引脚相连，第一THS4304芯片U1的第6引脚通过第六电阻R6与第二THS4304芯片U1的第2引脚相连，第二THS4304芯片U1的第2引脚同时通过第七电阻R7接地，第二THS4304芯片U1的第2引脚和第6引脚之间通过第二电阻R2连接，第二THS4304芯片U1第6引脚通过第九电阻R9与输出信号Output相连。

电源VCC+为+5V，VCC-为-5V，该运算放大器U1、U2和U3为THS4304芯片。

在图2电路中，第二滑动变阻器VR2构成了电源噪声输出端，第三电阻R3、第四电阻R4、第八电阻R8、第一电容C1和第二电容C2构成了带通取噪电路，第一电阻R1、第五电阻R5和第一滑动变阻器VR1构成可变增益，第七电阻R7和第二电阻R2构成固定增益，第十三电阻R13和第十二电阻R12构成固定增益，第十电阻R10、第十一电阻R11和第十五电阻R15分别构成电信号噪声抑制运放电路的匹配网络。

第一THS4304芯片U1通过R5、R1和VR1构成负比例运算，若R5与C1连接处的信号为V_ni、VR1的回路电阻为R_VR1、THS4304芯片U1的第6引脚信号为V_no，则表达式如公式(1)所示：

$V_{no}=-\frac{R_1+R_{VR1}}{R_5}\·V_{ni}---\left(1\right)$

第三THS4304芯片U3通过R13和R12构成负比例运算，若输入干扰信号为V_inno、THS4304芯片U3的第6引脚信号为V_o1，则表达式如公式(2)所示：

$V_{o1}=-\frac{R_{12}}{R_{13}}\·V_{inno}---\left(2\right)$

第二THS4304芯片U2通过R2、R6、R7、R11和R14构成加减运算，按照运算放大器“虚短”和“虚断”原则，则干扰信号输出V_ono如公式(3)示：

$V_{ono}=R2\·\frac{R_{14}//R_{11}}{R_2//R_6//R_7}\·\frac{V_{o1}}{R_{14}}-\frac{R_2}{R_6}\·V_{no}---\left(3\right)$

将公式(1)及公式(2)带入公式(3)，令其V_ono＝0，则有：

(R₁+R_VR1)·(R₂//R₆//R₇)·R₁₃·R₁₄＝(R₁₄//R₁₁)·R₅·R₆·R₁₂ (4)

将公式(4)化简，即可得到反馈电阻VR1的阻值，其表达式如下(5)所示：

$R_{VR1}=\frac{(R_{14}//R_{11})\·R_5\·R_6\·R_{12}}{(R_2//R_6//R_7)\·R_{13}\·R_{14}}-R_1---\left(5\right)$

根据上述的说明，采用一级运算放大器实现信号预放大单元的功能。同时，可以将信号预放大单元扩展成由多级运放串联方式实现其功能。若不考虑严格的电压失调，则匹配网络电阻将不唯一，便于选取合适的阻值。

工作时，通过第一滑动变阻器VR1改变阻值，调整噪声调理单元的负放大倍数，实现对干扰信号的取反和强度调理功能；通过由第二THS4304芯片及外围电阻器件构成噪声抑制单元，实现加减运算功能，将调整噪声调理单元和信号预放大单元输出信号中幅值相同、方向相反的干扰信号抵消，达到对信号去噪的目的。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：包括噪声抑制单元、通过输出端与所述噪声抑制单元的一路输入端相连的信号预放大单元、通过输出端与所述噪声抑制单元的另一路输入端相连的噪声调理单元和与所述噪声抑制单元的输出端连接的信号输出单元；所述信号预放大单元输入端与信号输入单元连接；所述噪声调理单元的输入端与噪声提取单元的输出端连接。

2.如权利要求1所述的一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：所述信号预放大单元由一级运放电路或者多级运放电路级联构成；所述噪声提取单元包括通过高频信号提取方式将电源中的干扰噪声信号进行提取的电路；所述噪声调理单元包括一级运放所构成的负比例运算放大电路；所述噪声抑制单包括一级运放所构成的加减运算放大电路。

3.如权利要求1或2所述的一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：所述噪声抑制单元包括运算放大器2；所述运算放大器2的同相输入端通过电阻R11接地；所述运算放大器2的反相输入端通过电阻R7接地；所述反相输入端通过电阻R2与所述运算放大器2的输出端连接；所述输出端通过电阻R9与所述信号输出单元连接。

4.如权利要求3所述的一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：所述信号预放大单元包括运算放大器3；所述运算放大器3的同相输入端通过电阻R15接地；所述运算放大器3的反相输入端通过电阻R13与所述信号输入单元连接；所述运算放大器3的反相输入端通过电阻R12与所述运算放大器3的输出端连接；所述运算放大器3的输出端通过电阻R14与所述运算放大器2的同相输入端连接。

5.如权利要求4所述的一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：所述噪声调理单元包括运算放大器1；所述运算放大器1的同相输入端通过电阻R10接地；所述运算放大器1的反相输入端通过串联的电阻R1和滑动电阻VR1与所述运算放大器1的输出端连接；所述滑动电阻VR1的分压端与所述运算放大器1的输出端连接；所述运算放大器1的输出端通过电阻R6与所述运算放大器2的反相输入端连接。

6.如权利要求5所述的一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：所述噪声提取单元包括串联的接地电容C2、电阻R4、电容C1和接地电阻R8；所述接地电容C2的非接地端通过电阻R3与电源噪声输出端连接；所述接地电阻R8的非接地端通过电阻R5与所述运算放大器1的反相输入端连接。

7.如权利要求6所述的一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：所述电源噪声包括滑动电阻VR2；所述滑动电阻VR2的分压端与所述电阻R3连接；所述滑动电阻VR2的两端连接电源。

8.如权利要求6所述的一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：所述电阻R1、电阻R5和滑动变阻器VR1构成可变增益；所述电阻R7和电阻R2构成固定增益；所述电阻R13和电阻R12构成固定增益；所述电阻R10、电阻R11和电阻R15构成电信号噪声抑制运放电路的匹配网络。

9.如权利要求5所述的一种用于测温传感器的电信号噪声抑制模块，其特征在于：所述模块在工作时，通过所述滑动变阻器VR1改变阻值，调整所述噪声调理单元的负放大倍数；将调整所述噪声调理单元和信号预放大单元输出信号中幅值相同和方向相反的干扰信号抵消，达到对信号去噪的目的。