CN114812618B - 频点噪声抑制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种频点噪声抑制系统，包括两个跨阻放大器，两个跨阻放大器的正相输入端分别接地，正相输入端接地的反相输入端分别与一个探测电容连接，探测电容与传感器中用于产生激励信号的信号源连接，两个跨阻放大器的输出端分别与调谐电容连接，其中一个跨阻放大器的输出端与三同轴电缆的内屏蔽层连接，另一个跨阻放大器的输出端与三同轴电缆的线芯连接，线芯与内屏蔽层形成同相位跨阻交流信号，三同轴电缆的外屏蔽层接地。本发明能够消除三同轴电缆的线芯与内屏蔽层之间的寄生电容的影响。本发明还能消除跨组放大器的输入电容产生的二阶效应，避免跨组放大器的反相输入端产生杂散电容，从而消除内芯与内屏蔽层之间的寄生电容的边缘效应。

Description

频点噪声抑制系统
技术领域
本发明涉及超精密传感器传输技术领域，特别涉及一种频点噪声抑制系统。
背景技术
在许多工业应用中，传感器并不靠近其读出电路。在这种情况下，为了减少外部噪声、干扰的影响和激励信号频率下的噪声抑制，传感器使用同轴电缆连接到读出电路，因受到同轴电缆的寄生电容影响，读出电路的分辨率噪声只能达到
Figure RE-GDA0003701972700000011
量级。
发明内容
本发明的目的在于提供一种频点噪声抑制系统，以解决读出电路的分辨率会受到同轴电缆的寄生电容影响的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供的频点噪声抑制系统，连接在传感器与三同轴电缆之间，频点噪声抑制系统包括：正线性稳压电源、负线性稳压电源、第一跨阻放大器、第二跨阻放大器和电容网络；其中，电容网络包括第一探测电容、第二探测电容、第一调谐电容和第二调谐电容；第一跨阻放大器的正负供电接口分别与正线性稳压电源、负线性稳压电源连接；第一跨阻放大器的正相输入端接地，第一跨阻放大器的反相输入端与第一探测电容的一端连接，第一探测电容的另一端与传感器中用于产生激励信号的信号源连接；第一跨阻放大器的输出端分别与第一调谐电容、三同轴电缆的内屏蔽层连接；第二跨阻放大器的正负供电接口分别与正线性稳压电源、负线性稳压电源连接；第二跨阻放大器的正相输入端接地，第二跨阻放大器的反相输入端接入第二探测电容，第二探测电容的另一端与信号源连接，第二跨阻放大器的输出端分别与第二调谐电容、三同轴电缆的线芯连接，线芯与内屏蔽层形成同相位跨阻交流信号，三同轴电缆的外屏蔽层接地。
与现有技术相比，本发明能够取得以下技术效果：
1、由于消除了三同轴电缆的线芯与内屏蔽层之间的寄生电容的影响，读出电路的分辨率噪声可达到
Figure RE-GDA0003701972700000021
量级。
2、可以实现超精密传感系统的远距离传输，引入的有害电容最高为aF量级。
3、三同轴电缆的内芯与内屏蔽层形成同相位跨阻交流信号，消除跨组放大器的输入电容产生的二阶效应，避免跨组放大器的反相输入端产生杂散电容，从而消除三同轴电缆的内芯与内屏蔽层之间的寄生电容的边缘效应。
4、电容网络可以有效构成电路中的噪声抑制环路效应，抑制激励信号频率下的电路噪声。
附图说明
图1是根据本发明实施例的频点噪声抑制系统的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的电路噪声频率响应曲线的示意图。
其中的附图标记包括：传感器1、三同轴电缆2、线芯21、内屏蔽层22、外屏蔽层23、第一跨阻放大器3、第二跨阻放大器4、第一探测电容C1、第二探测电容C2、第一调谐电容Cp1、第二调谐电容Cp2、信号源Um。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明实施例的频点噪声抑制系统的结构。
如图1所示，本发明实施例提供的频点噪声抑制系统连接在传感器1与三同轴电缆2之间，三同轴电缆2是由内芯21、内屏蔽层22和外屏蔽层23构成的同轴电缆。三同轴电缆2采用TRX-316线材，采用纯铜材质，接头材质为纯铜镀镍，连接接头采用BNC公头，用于三同轴电缆2的输入连接，外屏蔽层23 一般采用接地处理，以屏蔽三同轴电缆2的外环境串扰。
频点噪声抑制系统包括：第一跨阻放大器3、第二跨阻放大器4和电容网络，电容网络包括第一探测电容C1、第二探测电容C2、第一调谐电容Cp1、第二调谐电容Cp2。
第一跨阻放大器3的正负供电接口分别与正线性稳压电源、负线性稳压电源连接，正线性稳压电源为第一跨阻放大器3提供正电压，负线性稳压电源为第一跨阻放大器3提供负电压。
第一跨阻放大器3的正相输入端接地，第一跨阻放大器3的反相输入端与第一探测电容C1的一端连接，第一探测电容C1的另一端与传感器1中用于产生激励信号的信号源Um连接，第一跨阻放大器3的输出端与内屏蔽层22连接。
第二跨阻放大器4的正负供电接口分别与正线性稳压电源、负线性稳压电源连接，正线性稳压电源为第二跨阻放大器4提供正电压，负线性稳压电源为第二跨阻放大器4提供负电压。
第二跨阻放大器4的正相输入端接地，第二跨阻放大器4的反相输入端接入第二探测电容C2，第二探测电容C2的另一端与信号源Um连接，第二跨阻放大器4的输出端与线芯21连接。
传感器1产生探测电位和保护电位，探测电位可以等效为第一探测电容 C1，保护电位可以等效为第二探测电容C2。
通过第一跨阻放大器3与第二跨阻放大器4实现探测电位与保护电位之间的跨阻同相放大，使线芯21与内屏蔽层22形成同相位跨阻交流信号，消除跨组放大器的输入电容产生的二阶效应，避免过第一跨阻放大器3与第二跨阻放大器4的反相输入端引入杂散电容，从而消除线芯21与内屏蔽层22之间的寄生电容的边缘效应。
需要说明的是，跨组放大器的输入电容包括探测电容和线路上因为各种效应产生的寄生电容。
由于探测电位与保护电位之间为跨阻同相放大，能够有效消除线芯21与内屏蔽层22之间的寄生电容的影响，提高读出电路的分辨率噪声，从
Figure RE-GDA0003701972700000031
量级达到
Figure RE-GDA0003701972700000032
量级。
第一调谐电容Cp1的一端与第一跨阻放大器3的输出端连接，另一端接地。第二调谐电容Cp2的一端与第二跨阻放大器4的输出端连接，另一端接地。第一调谐电容Cp1与第二调谐电容Cp2的容值大小决定噪声-频率曲线的最小频点。
如图2所示，纵坐标表示分辨率噪声，单位为
Figure RE-GDA0003701972700000041
从而对应
Figure RE-GDA0003701972700000042
横坐标为输出噪声，单位为Hz。本发明构成的电路噪声频率响应曲线在激励信号频率下达到最小值，以实现传感器1的aF级高精度测量。说明电容网络可以有效构成电路中的噪声抑制环路效应，抑制激励信号频率下的电路噪声。
本发明可以广泛引用到各类传感器中，例如采用同轴电缆作为信号传输载体的湿度传感器、液位传感器和距离传感器系统。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种频点噪声抑制系统，连接在传感器与三同轴电缆之间，其特征在于，包括：正线性稳压电源、负线性稳压电源、第一跨阻放大器、第二跨阻放大器和电容网络；其中，
所述电容网络包括第一探测电容、第二探测电容、第一调谐电容和第二调谐电容；
所述第一跨阻放大器的正负供电接口分别与所述正线性稳压电源、所述负线性稳压电源连接；所述第一跨阻放大器的正相输入端接地，所述第一跨阻放大器的反相输入端与所述第一探测电容的一端连接，所述第一探测电容的另一端与所述传感器中用于产生激励信号的信号源连接；所述第一跨阻放大器的输出端分别与所述第一调谐电容、所述三同轴电缆的内屏蔽层连接，第一调谐电容的一端与所述第一跨阻放大器的输出端连接，第一调谐电容的另一端接地；
所述第二跨阻放大器的正负供电接口分别与所述正线性稳压电源、所述负线性稳压电源连接；所述第二跨阻放大器的正相输入端接地，所述第二跨阻放大器的反相输入端接入第二探测电容，所述第二探测电容的另一端与所述信号源连接，所述第二跨阻放大器的输出端分别与所述第二调谐电容、所述三同轴电缆的线芯连接，第二调谐电容的一端与所述第二跨阻放大器的输出端连接，第二调谐电容的另一端接地，所述线芯与所述内屏蔽层形成同相位跨阻交流信号，所述三同轴电缆的外屏蔽层接地。
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