CN112799076B

CN112799076B - 一种宽带测流仪信号调理电路

Info

Publication number: CN112799076B
Application number: CN202110386131.8A
Authority: CN
Inventors: 傅琰; 张明
Original assignee: Hangzhou Kaiyong Fluid Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Kaiyong Fluid Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2041-04-12
Also published as: CN112799076A

Abstract

本发明公开了一种宽带测流仪信号调理电路，属于声纳技术领域。本发明包括控制器和中心频率控制电路，中心频率控制电路包括可编程第一带通滤波器、程控放大器、可编程第二带通滤波器；控制器响应于测流仪中发射编码信号的中心频率与带宽信息发送第一驱动信号动态调整可编程第一带通滤波器和可编程第二带通滤波器的中心频率与带宽；程控放大器受第二驱动信号调控电压增益幅度。本发明通过动态的调整带通滤波器的中心频率，使接收信号调理电路的中心频率与带宽分别与发射编码信号的中心频率与带宽保持一致，并通过设置程控放大器，在增益最大化的情况下，可降低由器件PSRR、TVG控制等引入干扰的影响。

Description

一种宽带测流仪信号调理电路

技术领域

本发明属于声纳技术领域，特别是涉及一种宽带测流仪信号调理电路。

背景技术

当前，宽带测流仪已发展至宽带信号体制，多采用基于宽带编码信号的方式实现。较窄带信号而言，宽带信号的应用极大提升了测流的准确性和空间分辨率，但同时带来了测流范围下降和作用距离下降的副作用。实际应用中，用户可根据实际测流工况、精度和作用距离要求综合考虑设定测流信号参数，包括信号中心频率、带宽等。现有市场主流水声学测流仪的接收电路，往往按照最大信号带宽开展设计，在较窄信号带宽应用场景中，有用信号带宽之外的信号也会被接收从而降低信噪比损失性能。另外，用于TVG（时间可变增益）控制的程控放大器在增益最大时，器件的PSRR（电源纹波抑制比）降低等造成的干扰也需要进行滤波处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带测流仪信号调理电路，通过动态的调整带通滤波器的中心频率，使接收信号调理电路的中心频率与带宽分别与发射编码信号的中心频率与带宽保持一致，并通过设置程控放大器，在增益最大化的情况下，可降低由器件PSRR、TVG控制等引入干扰的影响。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种宽带测流仪信号调理电路，包括控制器和中心频率控制电路，中心频率控制电路包括依次连接的可编程第一带通滤波器、程控放大器、可编程第二带通滤波器；

控制器响应于测流仪中发射编码信号的中心频率与带宽信息发送第一驱动信号动态调整可编程第一带通滤波器和可编程第二带通滤波器的中心频率与带宽；

程控放大器受第二驱动信号调控电压增益幅度，第二驱动信号由DAC依照设定的TVG曲线上的对应增益值发出的；

其中；中心频率控制电路所具有的中心频率为可编程第一带通滤波器和可编程第二带通滤波器的中心频率的平均值。

进一步地，中心频率控制电路还包括固定增益放大器，可编程第一带通滤波器通过固定增益放大器连接程控放大器。

进一步地，中心频率控制电路还包括缓冲器，第二驱动信号经缓冲器后发送于程控放大器。

进一步地，可编程第一带通滤波器和可编程第二带通滤波器均为有源滤波器。

进一步地，发射编码信号为二相BPSK调制的多阶M序列码多脉冲对编码信号。

进一步地，还包括收发转接电路，收发转接电路包括匹配变压器和两个二极管，匹配变压器具有三个绕组，其中一绕组耦接于换能器，另外两绕组分别通过过一二极管连接于功率放大器和接收电路。

进一步地，接收电路包括相连的低噪声前置放大电路和中心频率控制电路，低噪声前置放大电路，低噪声前置放大电路连接于可编程第一带通滤波器。

进一步地，还包括为宽带测流仪信号调理电路供电的供电电路。

本发明具有以下有益效果：

根据测流仪中发射编码信号的中心频率与带宽信息，控制器发送第一驱动信号于可编程第一带通滤波器、可编程第二带通滤波器动态的调整带通滤波器的中心频率，使接收信号调理电路的中心频率与带宽分别与发射编码信号的中心频率与带宽保持一致。

通过将程控放大器设置在两级带通滤波器之间，在增益最大化的情况下，可降低由器件PSRR、TVG控制等引入干扰的影响，较之滤波环节和增益环节分离的传统方法，在保证了信号带宽的前提下具有更低的电路噪声。在程控放大器输入端增加了缓冲器，进一步抑制了干扰信号对程控放大器乃至整个信号调理电路的影响。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的信号调理电路结构框图；

图2为收发转接电路连接于功率放大器和接收电路结构框图；

图3为可编程第一带通滤波器幅频响应曲线图；

图4为可编程第二带通滤波器幅频响应曲线图；

图5为信号调理电路幅频响应曲线图；

图6为TVG增益曲线图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、收发转接电路；20、低噪声前置放大电路；30、可编程第一带通滤波器；40、固定增益放大器；50、程控放大器；60、可编程第二带通滤波器；70、缓冲器；80、供电电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6所示，本发明为一种宽带测流仪信号调理电路，包括控制器和中心频率控制电路，中心频率控制电路包括依次连接的可编程第一带通滤波器30、程控放大器50、可编程第二带通滤波器60。

其中，控制器用于向中心频率控制电路发送驱动信号，在具体的运用采用微控制单元（MCU）进行，即分别对可编程第一带通滤波器30和可编程第二带通滤波器60进行控制。

具体的，控制器响应于测流仪中发射编码信号的中心频率与带宽信息发送第一驱动信号动态调整可编程第一带通滤波器30、可编程第二带通滤波器60的中心频率与带宽，其中，第一驱动信号为微控制单元用于控制可编程滤波器的驱动控制信号。

中心频率控制电路所具有的中心频率为可编程第一带通滤波器30和可编程第二带通滤波器60的中心频率的平均值。

程控放大器50受第二驱动信号调控电压增益幅度，第二驱动信号由DAC依照设定的TVG曲线上的对应增益值发出的。

具体的，针对探测水域，在声纳接收机前端调理电路中设置时间-增益控制（TVG），在声纳的实际使用中，根据TVG曲线确定程控放大器50的所需增益。

优选的，中心频率控制电路还包括固定增益放大器40，可编程第一带通滤波器30通过固定增益放大器40连接程控放大器50。

其中，固定增益放大器40用于对可编程第一带通滤波器30输出的信号进行增益处理。

中心频率控制电路还包括缓冲器70，第二驱动信号经缓冲器70后发送于程控放大器50。

通过缓冲器70增强输入端DAC信号的驱动能力，防止MCU通过DAC控制程控放大器50时，耦合外部的干扰，影响增益控制，在程控放大器50模拟电压控制端前增加由运放AD8039构成的缓冲器70，电阻进行适当阻抗匹配。

进一步地，可编程第一带通滤波器30和可编程第二带通滤波器60均为有源滤波器。

其中，发射编码信号是声纳发射的探测信号，具体的，发射编码信号为二相BPSK调制的多阶M序列码多脉冲对编码信号。

进一步地，还包括收发转接电路10，收发转接电路10包括匹配变压器和两个二极管，匹配变压器具有三个绕组，其中一绕组耦接于换能器，另外两绕组分别通过过一二极管连接于功率放大器和接收电路，其中功率放大器用于将输入的编码信号进行功率放大并驱动换能器发射水声探测信号。

接收电路包括相连的低噪声前置放大电路20和中心频率控制电路，低噪声前置放大电路20，低噪声前置放大电路20连接于可编程第一带通滤波器30。

低噪声前置放大电路20用于对接收到的信号进行第一次放大，根据换能器的阻抗特性，采用低噪声系数设计，采用低噪声的运算放大器做前级接收主器件，运算放大器型号是LMH6624MA。

还包括为宽带测流仪信号调理电路供电的供电电路80。

进一步地：信号调理电路的频率响应主要由可编程第一带通滤波器30和可编程第二带通滤波器60共同作用决定；即两级滤波器的中心频率分别左右偏离信号调理电路的中心频率，二者拟合后的中心频率为信号调理电路的中心频率。例如：微控制单元依照测流仪中发射编码信号的中心频率和带宽信息，向可编程第一带通滤波器30和可编程第二带通滤波器60分别发送不同的控制信号调节两者的中心频率和带宽，即由微控制单元对可编程第一带通滤波器30和可编程第二带通滤波器60进行编程配置，从而将可编程第一带通滤波器30中心频率调整至f1，将可编程第二带通滤波器60中心频率调整至f2，从而达到调整信号调理电路此时所需的中心频率和带宽。

具体的，如一工况场景设置发射编码信号的中心频率为600kHz、信号带宽为150kHz。可编程第一带通滤波器30中心频率通过微控制单元设置为575kHz，通带为525kHz～625kHz，可编程第二带通滤波器60中心频率通过微控制单元设置为625kHz,通带为575kHz～675kHz，如此构成信号调理电路的中心频率为600kHz，通带为525kHz～675kHz（150kHz带宽），达到了最佳匹配接收，即动态的调整带通滤波器的中心频率，使接收信号调理电路的中心频率与带宽分别与发射编码信号的中心频率与带宽保持一致。于该种工况下可编程第一带通滤波器30幅频响应曲线图、可编程第二带通滤波器60幅频响应曲线图、拟合后的信号调理电路幅频响应曲线图如图3-5所示。

相应的，在回波接收控制区间内，回波信号强度在时间上呈对数关系减弱，因此输入缓冲器70的DAC信号波形为随时间增长的波形，即对应控制程控放大器50增益曲线为随时间增长的增益曲线，具体的如图6所示，增益曲线的后半段为直线是因为增益值已到达程控放大器50的最大增益值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种宽带测流仪信号调理电路，其特征在于：

包括控制器和中心频率控制电路，中心频率控制电路包括依次连接的可编程第一带通滤波器（30）、程控放大器（50）、可编程第二带通滤波器（60）；

控制器响应于测流仪中发射编码信号的中心频率与带宽信息发送第一驱动信号动态调整可编程第一带通滤波器（30）、可编程第二带通滤波器（60）的中心频率与带宽；

程控放大器（50）受第二驱动信号调控电压增益幅度，第二驱动信号由DAC依照设定的TVG曲线上的对应增益值发出的；

其中；中心频率控制电路所具有的中心频率值为可编程第一带通滤波器（30）和可编程第二带通滤波器（60）的中心频率的平均值。

2.根据权利要求1所述的一种宽带测流仪信号调理电路，其特征在于，中心频率控制电路还包括固定增益放大器（40），可编程第一带通滤波器（30）通过固定增益放大器（40）连接程控放大器（50）。

3.根据权利要求2所述的一种宽带测流仪信号调理电路，其特征在于，中心频率控制电路还包括缓冲器（70），第二驱动信号经缓冲器（70）后发送于程控放大器（50）。

4.根据权利要求1所述的一种宽带测流仪信号调理电路，其特征在于，可编程第一带通滤波器（30）和可编程第二带通滤波器（60）均为有源滤波器。

5.根据权利要求1所述的一种宽带测流仪信号调理电路，其特征在于，发射编码信号为二相BPSK调制的多阶M序列码多脉冲对编码信号。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种宽带测流仪信号调理电路，其特征在于，还包括收发转接电路（10），收发转接电路（10）包括匹配变压器和两个二极管，匹配变压器具有三个绕组，其中一绕组耦接于换能器，另外两绕组分别通过过一二极管连接于功率放大器和接收电路。

7.根据权利要求6所述的一种宽带测流仪信号调理电路，其特征在于，接收电路包括相连的低噪声前置放大电路（20）和中心频率控制电路，低噪声前置放大电路（20），低噪声前置放大电路（20）连接于可编程第一带通滤波器（30）。

8.根据权利要求6所述的一种宽带测流仪信号调理电路，其特征在于，还包括为宽带测流仪信号调理电路供电的供电电路（80）。