CN206461599U

CN206461599U - 一种超声波信号数字接收装置

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Publication number: CN206461599U
Application number: CN201621291980.6U
Authority: CN
Inventors: 高乐
Original assignee: NANJING NINGLU TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING NINGLU TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2017-09-01
Anticipated expiration: 2026-11-29

Abstract

本实用新型公开了超声波信号接收装置技术领域的一种超声波信号数字接收装置，包括超声波传感器T1，所述超声波传感器T1的1、2和3号接口分别串联有电容C1的左端、地线和电容C2的左端，所述电容C1的右端并接有双向TVS管的正极和可编程增益放大器U1的4号接口，所述电容C2的右端并接有双向TVS管的负极和可编程增益放大器U1的5号接口，该装置的硬件电路简洁，体积可以做到很小并且故障率低，通过软件编程实现超声波信号接收和处理的全部功能，没有用于谐振的元器件，接收机性能随时间和温度的变化而发生的改变极小，性能稳定，并且可以随时通过软件来调整接收机的参数，适用性强。

Description

一种超声波信号数字接收装置

技术领域

本实用新型涉及超声波信号接收装置技术领域，具体为一种超声波信号数字接收装置。

背景技术

常规的数字超声波信号接收至少需要经过以下信号处理单元：1.固定增益放大器；2.可变增益放大器；3.带通滤波器；4.检波器；5.模数转换器。其中高性能的“带通滤波器”不仅电路复杂，而且电路中用于谐振的元器件的参数还会随时间和温度的变化发生漂移，影响接收机性能。例如中国专利文献(申请公布号)CN104698464A提供了《一种新型单波束测深仪》，其中“接收装置包含一级固定增益电路，二级可调增益电路，带通滤波电路和包络检波电路”，中国专利文献(申请公布号)CN104459706A提供的《回声测深仪》中，“接收功率放大器包括前级放大器、增益控制放大器、带通滤波器、后级放大器以及包络检波器”，为此，我提出一种超声波信号数字接收装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声波信号数字接收装置，以解决上述背景技术中提出的现有数字超声波接收装置的电路复杂，接收机性能容易受干扰的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种超声波信号数字接收装置，包括超声波传感器T1，所述超声波传感器T1的1、2和3号接口分别串联有电容C1的左端、地线和电容C2的左端，所述电容C1的右端并接有双向TVS管的正极和可编程增益放大器U1的4号接口，所述电容C2的右端并接有双向TVS管的负极和可编程增益放大器U1的5号接口，所述可编程增益放大器U1的1、2、3、8和10号接口分别串接有AMP-SCLK、AMP-DIN、地线、电阻R408的左端和AMP-nCS，所述可编程增益放大器U1的6号端口并接有电容C7的底端、电阻R410的底端和电阻R411的左端，所述电容C7的顶端并接有可编程增益放大器U1的7号端口和电阻R409的左端，所述电阻R409的右端并接有电阻R410的顶端、电阻R408的右端和电容C6的左端，所述电容C6的右端接地，所述电阻R411的右端并接有电容C8的顶端和模数转换器的3号接口，所述电容C8的底端接地，所述模数转换器的4、5、6和2号接口分别串接有ADC-SCLK、ADC-SDO、ADC-nCS和地线，所述模数转换器的1号接口并接有电容C9的顶端、电容C5的左端、可编程增益放大器U1的9号接口、电容C4的顶端和电感器L1的右端，所述电容C9的底端、电容C5的右端和电容C4的底端均接地，所述电感器L1的左端并接有3.3V电源和电容C3的顶端，所述电容C3的底端接地，所述ADC-SCLK、ADC-SDO、ADC-nCS、AMP-SCLK、AMP-DIN和AMP-nCS分别串接FPGA的65、80、105、31、46和7号接口，所述FPGA的17、26、40、47、56、62、81、93、117、122、130和139号接口均串接3.3V电源，所述FPGA的35、107、37和109号接口均串接1.2V电源，所述FPGA的19、27、41、48、57、63、82、95、118、123、131、140、36、108和0号接口均接地，所述FPGA的5、29、45、61、78、102、116和134号接口均也串接1.2V电源，所述FPGA的22号接口串接晶振X1的3号接口，所述晶振X1的4号和2号接口分别串接3.3V电源和地线，所述FPGA的112、44和43号接口分别串接CSN、SCLK和SDAT。

优选的，所述超声波传感器T1为压电晶体制超声波传感器T 1。

优选的，所述可编程增益放大器U1为进口超声波专用可编程增益放大器U1。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该装置的硬件电路简洁，体积可以做到很小并且故障率低，通过软件编程实现超声波信号接收和处理的全部功能，没有用于谐振的元器件，接收机性能随时间和温度的变化而发生的改变极小，性能稳定，并且可以随时通过软件来调整接收机的参数，适用性强。

附图说明

图1为本实用新型逻辑框图；

图2为本实用新型可编程增益放大器接线图；

图3为本实用新型FPGA接线图；

图4为本实用新型晶振X1接线图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种超声波信号数字接收装置，包括超声波传感器T1，所述超声波传感器T1的1、2和3号接口分别串联有电容C1的左端、地线和电容C2的左端，所述电容C1的右端并接有双向TVS管的正极和可编程增益放大器U1的4号接口，所述电容C2的右端并接有双向TVS管的负极和可编程增益放大器U1的5号接口，所述可编程增益放大器U1的1、2、3、8和10号接口分别串接有AMP-SCLK、AMP-DIN、地线、电阻R408的左端和AMP-nCS，所述可编程增益放大器U1的6号端口并接有电容C7的底端、电阻R410的底端和电阻R411的左端，所述电容C7的顶端并接有可编程增益放大器U1的7号端口和电阻R409的左端，所述电阻R409的右端并接有电阻R410的顶端、电阻R408的右端和电容C6的左端，所述电容C6的右端接地，所述电阻R411的右端并接有电容C8的顶端和模数转换器的3号接口，所述电容C8的底端接地，所述模数转换器的4、5、6和2号接口分别串接有ADC-SCLK、ADC-SDO、ADC-nCS和地线，所述模数转换器的1号接口并接有电容C9的顶端、电容C5的左端、可编程增益放大器U1的9号接口、电容C4的顶端和电感器L1的右端，所述电容C9的底端、电容C5的右端和电容C4的底端均接地，所述电感器L1的左端并接有3.3V电源和电容C3的顶端，所述电容C3的底端接地，所述ADC-SCLK、ADC-SDO、ADC-nCS、AMP-SCLK、AMP-DIN和AMP-nCS分别串接FPGA的65、80、105、31、46和7号接口，所述FPGA的17、26、40、47、56、62、81、93、117、122、130和139号接口均串接3.3V电源，所述FPGA的35、107、37和109号接口均串接1.2V电源，所述FPGA的19、27、41、48、57、63、82、95、118、123、131、140、36、108和0号接口均接地，所述FPGA的5、29、45、61、78、102、116和134号接口均也串接1.2V电源，所述FPGA的22号接口串接源晶振X1的3号接口，所述源晶振X1的4号和2号接口分别串接3.3V电源和地线，所述FPGA的112、44和43号接口分别串接CSN、SCLK和SDAT。

其中，所述超声波传感器T1为压电晶体制超声波传感器T1，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，储存起来供工作时使用，需要消耗的外界电能少，所述可编程增益放大器U1为进口超声波专用可编程增益放大器U1，其误差更小。

工作原理：(1)超声波传感器T1将超声波的机械振动转换为电信号，超声波传感器T1的信号先进入可编程增益放大器U1进行信号放大，然后送至模数转换器进行电压采样，转换后的数字信号再送至FPGA进行运算处理，具体为将来自模数转换器的数字化超声波信号首先送入FIR滤波模块进行有限脉冲响应(FIR)运算，相对于传统的带通滤波器，在这里既可以预先对信号的中心频率、带宽、滤波器阶数、窗函数等参数进行设定，也可以在工作过程中随时通过FPGA编程而重新设定，从FIR滤波模块输出的信号送至数字检波模块提取出信号的包络，再送至TVG处理模块对超声波传播过程的信号幅度衰减进行补偿，补偿后的信号需要峰值保持模块进行保持，以使数据输出模块输出稳定正确的数据。

(2)FPGA内部处理流程：大规模可编程逻辑器件FPGA(以下简称FPGA)产生模数转换器所需要的时序，以固定周期从模数转换器串行读取电压数字信号，为防止传输延时而造成出错，数据经跨域缓冲器后，进入FIR滤波模块进行数字滤波处理，FIR滤波模块中需要对滤波的阶数、超声波中心频率、滤波器带宽、窗函数等参数进行设置，这些参数在运行时可以随时更改，实现了不改硬件就可以更改接收参数的功能，经FIR模块滤波后的信号经缓冲器进入数字检波模块，在这里提取出超声波信号的包络然后将数据经缓冲送至TVG处理模块，根据超声波传播时的衰减特性，对信号进行时变增益补偿，补偿后的数据经缓冲送至峰值保持模块，在这里将信号峰值保持一定的时间以满足后续系统的需要，最后数据经过数据输出模块转换为SPI时序从本装置输出，除了信号处理外，还有可编程增益放大器U1的驱动模块用来为电路中可编程增益放大器U1设置增益，并且可以在运行时改变增益，PLL模块则将FPGA输入的时钟变换为全局时钟和采样时钟，与复位信号一起，供各个模块使用。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种超声波信号数字接收装置，包括超声波传感器T1，其特征在于：所述超声波传感器T1的1、2和3号接口分别串联有电容C1的左端、地线和电容C2的左端，所述电容C1的右端并接有双向TVS管的正极和可编程增益放大器U1的4号接口，所述电容C2的右端并接有双向TVS管的负极和可编程增益放大器U1的5号接口，所述可编程增益放大器U1的1、2、3、8和10号接口分别串接有AMP-SCLK、AMP-DIN、地线、电阻R408的左端和AMP-nCS，所述可编程增益放大器U1的6号端口并接有电容C7的底端、电阻R410的底端和电阻R411的左端，所述电容C7的顶端并接有可编程增益放大器U1的7号端口和电阻R409的左端，所述电阻R409的右端并接有电阻R410的顶端、电阻R408的右端和电容C6的左端，所述电容C6的右端接地，所述电阻R411的右端并接有电容C8的顶端和模数转换器的3号接口，所述电容C8的底端接地，所述模数转换器的4、5、6和2号接口分别串接有ADC-SCLK、ADC-SDO、ADC-nCS和地线，所述模数转换器的1号接口并接有电容C9的顶端、电容C5的左端、可编程增益放大器U1的9号接口、电容C4的顶端和电感器L1的右端，所述电容C9的底端、电容C5的右端和电容C4的底端均接地，所述电感器L1的左端并接有3.3V电源和电容C3的顶端，所述电容C3的底端接地，所述ADC-SCLK、ADC-SDO、ADC-nCS、AMP-SCLK、AMP-DIN和AMP-nCS分别串接FPGA的65、80、105、31、46和7号接口，所述FPGA的17、26、40、47、56、62、81、93、117、122、130和139号接口均串接3.3V电源，所述FPGA的35、107、37和109号接口均串接1.2V电源，所述FPGA的19、27、41、48、57、63、82、95、118、123、131、140、36、108和0号接口均接地，所述FPGA的5、29、45、61、78、102、116和134号接口均也串接1.2V电源，所述FPGA的22号接口串接晶振X1的3号接口，所述晶振X1的4号和2号接口分别串接3.3V电源和地线，所述FPGA的112、44和43号接口分别串接CSN、SCLK和SDAT。

2.根据权利要求1所述的一种超声波信号数字接收装置，其特征在于：所述超声波传感器T1为压电晶体制超声波传感器T1。

3.根据权利要求1所述的一种超声波信号数字接收装置，其特征在于：所述可编程增益放大器U1为进口超声波专用可编程增益放大器U1。