CN109347517B - 一种高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器 - Google Patents

Abstract

一种高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，低噪声前级放大模块的输出端连接在第一带通滤波模块的输入端上，低噪声前级放大模块输出放大后的检测信号给第一带通滤波器模块，第一带通滤波器模块的输出端连接在程控增益放大模块的输入端上，输出经过滤波后的信号给程控增益放大模块，程控增益放大模块的输出端连接在检波模块的输入端上，程控增益放大模块输出放大信号给检波模块，检波模块的输出端连接在数字信号处理模块的数据接口上，检波模块输出检波后的信号给数字信号处理模块，程控增益放大模块的控制端连接在数字信号处理模块的数据接口上，数字信号处理模块输出控制信号给程控增益放大模块。

Description

一种高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器

技术领域

本发明公开一种寻线仪，特别是一种高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，属于线缆综合测试设备技术领域。

背景技术

随着网络技术的不断发展和成熟，网络通讯在人们生活中应用越来越广泛，在办公环境中，尤其办公室、工厂等端口较多的场合，诸多的终端都是通过通信线缆连接到交换机上的，交换机上插接的线缆众多，一旦发生故障，很难判断交换机接口上插接的线缆到底是连接在哪个终端上的。在通信线缆(网络线、电话线)布线、故障定位场景中，需要查找线缆的走向，找出线缆一端与交换机哪一个端口连接，使用的仪器叫寻线仪。

目前，寻线仪都是由两部分组成：主机(信号发射器)和辅机(信号接收器)，使用时，将主机接入待寻线缆，辅机在交换机一侧查找目标线，如果找到目标线，则会有声音提示。但是，由于辅机的工作环境中电磁干扰比较严重，对于现有的寻线仪，通常会存在如下几个问题：

1.辅机会接收到干扰信号，导致提示音中包含噪声，如果电磁环境比较恶劣，噪声很大，则无法听到有效提示音。

2.接收器灵敏度的调节是非线性的，无法区分在交换机一侧挨得很近的线，如果目标线跟其他线挨得很近，会导致接收器靠近非目标线也会有声音提示，无法准确区分目标线缆。

3.灵敏度弱，如果待寻线缆较长，接收器无法接收到有效信号，进而无法进行找线操作。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的寻线仪灵敏度较差的缺点，本发明提供一种高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，其采用前级低噪声放大模块配合带通滤波器和程控增益放大电路的形式，可降低噪声、调节其灵敏度。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，接收器包括低噪声前级放大模块、第一带通滤波器模块、程控增益放大模块、检波模块和数字信号处理模块，低噪声前级放大模块的输出端连接在第一带通滤波模块的输入端上，低噪声前级放大模块输出放大后的检测信号给第一带通滤波器模块，第一带通滤波器模块的输出端连接在程控增益放大模块的输入端上，输出经过滤波后的信号给程控增益放大模块，程控增益放大模块的输出端连接在检波模块的输入端上，程控增益放大模块输出放大信号给检波模块，检波模块的输出端连接在数字信号处理模块的数据接口上，检波模块输出检波后的信号给数字信号处理模块，程控增益放大模块的控制端连接在数字信号处理模块的数据接口上，数字信号处理模块输出控制信号给程控增益放大模块。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的前级低噪声放大模块包括信号采集单元和放大单元，信号采集单元包括电感L1、电容C17和电容C18，电感L1、电容C17和电容C18并联连接，一端接地，另一端与放大单元连接，放大单元采用结型场效应管Q8，信号采集单元连接在场效应管Q8的栅极上，场效应管Q8的漏极接地，场效应管Q8的源极通过电阻R15与正电源连接。

所述的第一带通滤波器模块采用陶瓷滤波器Y1，滤波器Y1的输入端串联连接电容C19，滤波器Y1的输出端串联连接有电容C20。

所述的程控增益放大模块采用二级单运放反向输入电路，第一带通滤波器模块输出端连接在第一级放大单元的输入端上，第一级放大单元的输出端连接在第二级放大单元的输入端上，第二级放大单元的输出端连接在检波模块的输入端上。

所述的第一级放大单元包括放大器U7-A，放大器U7-A的同相输入端与电阻R25和电阻R26的公共端连接，电阻R25和电阻R26串联连接在+5V电源和地之间，放大器U7-A的反相输入端通过电阻R16与带通滤波器模块的输出端连接，放大器U7-A的反相输入端与输出端之间连接增益电阻，增益电阻包括通道选择器U6和电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24，电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24分别连接在通道选择器U6的一个输入端上，电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24的另一端均连接在放大器U7-A的反相输入端上，通道选择器U6的三个控制端分别与数字信号处理模块的I/O口连接，正电源和地之间连接有电位器VR1，电位器VR1的中间接头与数字信号处理模块的I/O口连接。

所述的第二级放大单元包括放大器U7-B，放大器U7-B的同相输入端与放大器U7-A的同相输入端连接，放大器U7-B的反相输入端通过电阻R27与第一级放大单元的输出端连接，放大器U7-B的反相输入端和输出端之间连接有增益电阻R28，放大器U7-B的输出端与检波模块连接。

所述的第一级放大单元和第二级放大单元之间连接有第二带通滤波器模块，第二带通滤波器模块采用陶瓷滤波器Y2，滤波器Y2的输入端串联连接电容C21，滤波器Y2的输出端串联连接有电容C22。

所述的检波模块采用二极管检波电路，检波模块包括输入单元、二极管D3和输出单元，输入单元包括电阻R29和电容C24，电容C24串联连接在检波模块的输入线路上，电阻R29一端与电容C24连接，电阻R29另一端接地，输出单元包括负载电阻R30和电容C25，负载电阻R30和电容C25并联连接在检波模块输出线路和地之间。

所述的数字信号处理模块上连接有语音输出模块，语音输出模块采用语音芯片U3，语音芯片U3与数字信号处理模块的串行接口连接，语音芯片U3的输出端与放大器U4连接，放大器U4的输出端上连接有扬声器SPK。

所述的数字信号处理模块上连接有工作指示灯和电源指示灯。

本发明的有益效果是：本发明灵敏度高，同时可进行灵敏度线性调节，能准确区分目标线，而且无噪音，抗干扰效果好。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明电路方框图。

图2为本发明放大电路部分电路原理图。

图3为本发明单片机数字信号处理部分电路原理图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

寻线仪通常都是由主机(信号发射器)和接收器(信号接收器)组成，发射器采用高频调制差分信号作为发射，本发明中，主要涉及的是接收器部分的改进，信号发射器部分采用常规的信号发射器。

请结合参看附图1、附图2和附图3，本发明中的接收器主要包括低噪声前级放大模块、第一带通滤波器模块、程控增益放大模块、检波模块和数字信号处理模块，低噪声前级放大模块的输出端连接在第一带通滤波模块的输入端上，低噪声前级放大模块输出放大后的检测信号给第一带通滤波器模块，第一带通滤波器模块的输出端连接在程控增益放大模块的输入端上，输出经过滤波后的信号给程控增益放大模块，程控增益放大模块的输出端连接在检波模块的输入端上，程控增益放大模块输出放大信号给检波模块，检波模块的输出端连接在数字信号处理模块的数据接口上，检波模块输出检波后的信号给数字信号处理模块，程控增益放大模块的控制端连接在数字信号处理模块的数据接口上，数字信号处理模块输出控制信号给程控增益放大模块。

本实施例中，前级低噪声放大模块包括信号采集单元和放大单元，由于发射器产生的是一种高频调制差分信号，本实施例中的信号采集单元采用选频电路构成，选频电路包括电感L1、电容C17和电容C18，电感L1、电容C17和电容C18并联连接，一端接地，另一端与放大单元连接，通常的发射器谐振频率选择455KHz，本实施例中，电感L1＝470uH，C17＝270pF，C18＝270pF，可刚好选取频率在455KHz的信号，放大单元采用结型场效应管Q8，采集单元连接在场效应管Q8的栅极上，场效应管Q8的漏极接地，场效应管Q8的源极通过电阻R15与+5V电源连接，结型场效应管Q8的静态工作点由R15确定，既要保证足够的放大倍数，也要合理的功耗，经过大量实验，确定R15＝300Ω，通过场效应管Q8把原始信号进行第一级放大，场效应管Q8的源极与第一带通滤波器模块连接。

本实施例中，第一带通滤波器模块采用集成式陶瓷滤波器Y1，可进一步将干扰信号滤除，滤波器Y1的输入端串联连接电容C19，滤波器Y1的输出端串联连接有电容C20，由于载波频率为455KHz，滤波器Y1两端的电容选择原则：尽可能多的让有效信号进入，而阻止455KHz以下的频率信号，因此，本实施例中的电容C19和电容C20选用1uF的电容。

带通滤波器模块滤波后的信号输入给程控增益放大模块，通过程控增益放大模块进行信号放大，本实施例中，程控增益放大模块的电路基本结构为单运放反向输入电路，采用二级放大结构，主要包括放大器U7-A和放大器U7-B，放大器U7-A为第一级放大单元，放大器U7-B为第二级放大单元，放大器U7-A的同相输入端与电阻R25和电阻R26的公共端连接，电阻R25和电阻R26串联连接在+5V电源和地之间，放大器U7-A的反相输入端通过电阻R16与带通滤波器模块的输出端连接，放大器U7-A的反相输入端与输出端之间连接增益电阻，本实施例中，增益电阻包括通道选择器U6和电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24，电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24分别连接在通道选择器U6的一个输入端上，电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24的另一端均连接在放大器U7-A的反相输入端上，可通过控制信号控制具体哪个电阻接入放大器U7-A的反相输入端与输出端之间，从而调整放大器U7-A的放大倍数，通道选择器U6的三个控制端分别与数字信号处理模块的I/O口连接，通过数字信号处理模块输出控制信号给通道选择器U6，从而控制通道选择器U6的选择通道。本实施例中，电阻R17的阻值为1K，电阻R18的阻值为2K，电阻R19的阻值为5.1K，电阻R20的阻值为10K，电阻R21的阻值为20K，电阻R22的阻值为51K，电阻R23的阻值为100K，电阻R24的阻值为200K。

本实施例中，第一级放大单元和第二级放大单元之间连接有第二带通滤波器模块，本实施例中，第二带通滤波器模块采用集成式陶瓷滤波器Y2，可进一步将干扰信号滤除，滤波器Y2的输入端串联连接电容C21，滤波器Y2的输出端串联连接有电容C22，由于载波频率为455KHz，滤波器Y2两端的电容选择原则：尽可能多的让有效信号进入，而阻止455KHz以下的频率信号，因此，本实施例中的电容C21和电容C22选用1uF的电容，第二带通滤波器模块的输入端与第一级放大单元的输出端连接，第二带通滤波器模块的输出端与第二级放大单元的输入端连接。

本实施例中，第二级放大单元主要为放大器U7-B，放大器U7-B的同相输入端与放大器U7-A的同相输入端连接，放大器U7-B的反相输入端通过电阻R27与第二带通滤波器模块的输出端连接，放大器U7-B的反相输入端和输出端之间连接有增益电阻R28，放大器U7-B的输出端与检波模块连接。

本实施例中，在+3.3V电源和地之间连接有电位器VR1，电位器VR1的中间接头与数字信号处理模块的I/O口连接，数字信号处理模块的I/O口内自带A/D转换功能，可通过电位器VR1进行线性放大倍数调节。

本实施例中，程控增益放大模块电路基本结构为单运放反向输入电路，增益电阻采用模拟开关进行选择，这样单片机就能把灵敏度调节旋钮与信号放大倍数线性化，不同的灵敏度选择不同的放大倍数，这就是灵敏度易调节的原因。为达到合适的灵敏度调节效果，程控增益放大电路每个等级的放大倍数都是固定的。

本实施例中，检波模块采用二极管检波电路，将高频载波信号中的调制波提取出来，调制波也就是有效信号。本实施例中，检波模块包括输入单元、二极管D3和输出单元，输入单元采用RC高通滤波器，包括电阻R29和电容C24，电容C24串联连接在检波模块的输入线路上，电阻R29一端与电容C24连接，电阻R29另一端接地，本实施例中，载波频率为455KHz，调制波周期为14ms，输入单元中电阻R29＝10K，电容C24＝1nF，能使调制波通过而阻值工频干扰；二极管D3串联连接在输入单元和输出单元之间，输出单元包括负载电阻R30和电容C25，负载电阻R30和电容C25并联连接在检波模块输出线路和地之间，本实施例中，通过大量实验得出负载电阻R30＝10K，电容C25＝220nF，用于将检波后的高频信号滤除。本实施例中，检波电路的输入和输出最优选的按上述值配置，才能得到合适的有效信号，提供给单片机进一步处理。

本实施例中，数字信号处理模块采用单片机U1，具体型号为STM32F030F4P6，具体实施时，也可以采用其他型号的单片机或其他具有处理功能的芯片。本实施例中，检波模块连接在数字信号处理模块上，通过数字信号处理模块对检波电路提取出的调制波信号进行AD采样，单片机通过算法分析，判断当前为有效信号，进而控制音频电路产生提示信号。本实施例中，采用的单片机算法如下：有效信号是周期14ms，幅值随信号强度变化的类方波信号。AD采样间隔设置为250us，即每个信号周期采样56个点，连续采样两个信号周期，共112个点。先计算整个信号周期的平均值、峰峰值；由平均值找出信号的两个上升沿或下降沿(当采样点大于或小于平均值可判断为一个边沿)；计算两个边沿距离的差值，如果范围在56±5(刚好一个信号周期)，就可以判断为有效信号；通过峰峰值可以判断当前的信号强度。

本实施例中，提示信号采用语音信号，即在数字信号处理模块上连接有语音输出模块，本实施例中，语音输出模块采用语音芯片U3，语音芯片U3与数字信号处理模块的串行接口连接，语音芯片U3的输出端与放大器U4连接，放大器U4的输出端上连接有扬声器SPK，可进行语音信号输出，进行提示，本实施例中，语音芯片U3的输出端上还连接有音频输出接口PJ-391。

本实施例中，采用电池作为电源模块进行供电，通过稳压芯片U5(型号为78L05)将电池电压转换至+5V，进行供电，通过稳压芯片U2(型号为AMS1117-3.3)将电池电压转换至+3.3V，进行供电，具体实施时，也可以采用锂电池或其他进行供电。

本实施例中，在数字信号处理模块上连接有工作指示灯和电源指示灯，可通过指示灯指示本发明的工作状态。

本发明在使用时，通过低噪声前级放大模块进行信号采集和前级放大，放大后的信号输出给第一带通滤波器模块，通过第一带通滤波器模块滤波后输出给程控增益放大模块，经程控增益放大模块放大后输出给检波模块进行检波处理，检波处理后的信号输出给数字信号处理模块，通过数字信号处理模块判断其工作状态。

1.本发明采用低噪声MOS管实现前级弱信号的接收，采用集成无源带通滤波器，最大衰减噪音信号，而不损失有效信号，这就是高灵敏度的原因。而现有技术采用运算放大器实现带通滤波器或者没有滤波器电路，选频范围广会引入干扰信号，同时运放这种有源器件自身会有噪声电流，最终导致信噪比降低，灵敏度减弱。

2.本发明采用程控增益放大技术，实现灵敏度线性调节，放大倍数由程序设定，再线性化到调节旋钮上，可以更容易的调节灵敏度；而现有技术直接使用电阻衰减前端信号，再经过后级放大，所产生的问题是在低灵敏度区很难调整到一个合适的位置来找线，表现出来就是：调节旋钮降低一点，无法接收到信号，调节旋钮调高一点，接收的信号又很大，无法区分挨得很近的线。

3.本发明中的信号通过单片机数字信号处理，如果是有效的信号，则发出提示音；而不是直接将信号输出到蜂鸣器，真正实现了无噪音输出。

Claims (6)

1.一种高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，其特征是：所述的接收器包括低噪声前级放大模块、第一带通滤波器模块、程控增益放大模块、检波模块和数字信号处理模块，低噪声前级放大模块的输出端连接在第一带通滤波器模块的输入端上，低噪声前级放大模块输出放大后的检测信号给第一带通滤波器模块，第一带通滤波器模块的输出端连接在程控增益放大模块的输入端上，输出经过滤波后的信号给程控增益放大模块，程控增益放大模块的输出端连接在检波模块的输入端上，程控增益放大模块输出放大信号给检波模块，检波模块的输出端连接在数字信号处理模块的数据接口上，检波模块输出检波后的信号给数字信号处理模块，程控增益放大模块的控制端连接在数字信号处理模块的数据接口上，数字信号处理模块输出控制信号给程控增益放大模块，所述的程控增益放大模块采用二级单运放反向输入电路，第一带通滤波器模块输出端连接在第一级放大单元的输入端上，第一级放大单元的输出端连接在第二级放大单元的输入端上，第二级放大单元的输出端连接在检波模块的输入端上，所述的第一级放大单元包括放大器U7-A，放大器U7-A的同相输入端与电阻R25和电阻R26的公共端连接，电阻R25和电阻R26串联连接在+5V电源和地之间，放大器U7-A的反相输入端通过电阻R16与第一带通滤波器模块的输出端连接，放大器U7-A的反相输入端与输出端之间连接增益电阻，增益电阻包括通道选择器U6和电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24，电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24分别连接在通道选择器U6的一个输入端上，电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24的另一端均连接在放大器U7-A的反相输入端上，通道选择器U6的三个控制端分别与数字信号处理模块的I/O口连接，正电源和地之间连接有电位器VR1，电位器VR1的中间接头与数字信号处理模块的I/O口连接，所述的第二级放大单元包括放大器U7-B，放大器U7-B的同相输入端与放大器U7-A的同相输入端连接，放大器U7-B的反相输入端通过电阻R27与第一级放大单元的输出端连接，放大器U7-B的反相输入端和输出端之间连接有增益电阻R28，放大器U7-B的输出端与检波模块连接，所述的第一级放大单元和第二级放大单元之间连接有第二带通滤波器模块，第二带通滤波器模块采用陶瓷滤波器Y2，滤波器Y2的输入端串联连接电容C21，滤波器Y2的输出端串联连接有电容C22。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，其特征是：所述的低噪声前级放大模块包括信号采集单元和放大单元，信号采集单元包括电感L1、电容C17和电容C18，电感L1、电容C17和电容C18并联连接，一端接地，另一端与放大单元连接，放大单元采用结型场效应管Q8，信号采集单元连接在场效应管Q8的栅极上，场效应管Q8的漏极接地，场效应管Q8的源极通过电阻R15与正电源连接。

3.根据权利要求1所述的高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，其特征是：所述的第一带通滤波器模块采用陶瓷滤波器Y1，滤波器Y1的输入端串联连接电容C19，滤波器Y1的输出端串联连接有电容C20。

4.根据权利要求1所述的高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，其特征是：所述的检波模块采用二极管检波电路，检波模块包括输入单元、二极管D3和输出单元，输入单元包括电阻R29和电容C24，电容C24串联连接在检波模块的输入线路上，电阻R29一端与电容C24连接，电阻R29另一端接地，输出单元包括负载电阻R30和电容C25，负载电阻R30和电容C25并联连接在检波模块输出线路和地之间。

5.根据权利要求1所述的高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，其特征是：所述的数字信号处理模块上连接有语音输出模块，语音输出模块采用语音芯片U3，语音芯片U3与数字信号处理模块的串行接口连接，语音芯片U3的输出端与放大器U4连接，放大器U4的输出端上连接有扬声器SPK。

6.根据权利要求1所述的高灵敏度、抗干扰、无噪音寻线仪接收器，其特征是：所述的数字信号处理模块上连接有工作指示灯和电源指示灯。

Images