CN208537725U - 一种检波器信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本实用提供了一种检波器信号处理电路，涉及地震勘探信号处理技术领域，该信号处理电路包括前置放大器、滤波电路、输出电路和共模跨越驱动电路，前置放大器的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接输出电路的输入端。本实用能够解决因滤波电路中电阻、电感等元件一致性差所带来的共模抑制比低的技术问题，大幅提高检波器的抗干扰能力，使之有效接收勘探地区深层微弱信号。同时，该信号处理能够从根本上降低滤波器中元器件的配对工作量，降低生产成本。

Description

一种检波器信号处理电路

技术领域

本实用涉及地震勘探信号技术领域，尤其涉及一种检波器信号处理电路。

背景技术

在地震勘探系统中，检波器承担将地层震动波转换为电信号输出的任务。来自震源产生的地震波向地层深处传播，并将带有地层信息的反射波传递到地面检波器进行接收，由于地震波向下传递时，振动波强不断衰减，随着勘探深度的增加，传送到地面检波器的有用信息愈加微弱，且易受空间电磁场干扰。因此，检波器及其信号处理电路需要具备较高的抗干扰能力，由于空间电磁场对检波器的干扰绝大部分体现为共模干扰，要求检波器具备足够高的共模抑制比，即要求检波器的信号通路必须具备足够高的共模抑制比。

为增加信噪比，检波器信号处理电路的重要功能之一就是滤除有用频率范围外的无用频率信号。但由于模拟滤波器基本使用平衡式的有源或无源的RLC滤波器电路，如图1所示，要想得到较高的共模抑制比，电路本身才能有效抵御外界干扰，因此要求整个电路具备较高的平衡一致性。但是，由于基础原件电阻R、电容C、电感L，特别是电容和电感的一致性配对精度较差，拖累整个信号处理电路的共模抑制比，直接造成检波器抗击外界共模干扰能力大大下降。

另外，在规模生产中，由于电容或电感的制造精度及稳定性都较差，其配对工作消耗的工作量较大且效果不尽人意，配对精度较难提高。同时，由于地震勘探需要的检波器使用量较大，一次需要量经常达到数万只，更进一步造成巨大的配对工作量，使工作效益降低。

实用新型内容

针对以上问题，本实用能够解决因滤波电路中电容、电感一致性差所带来的共模抑制比低的技术问题，大幅提高检波器的抗干扰能力，使之有效接收勘探地区深层微弱信号。同时，该信号处理能够从根本上降低滤波器中元器件的配对工作量，降低生产成本。

一种检波器信号处理电路，其特征在于，包括前置放大器、滤波电路、输出电路和共模跨越驱动电路，所述前置放大器的输出端连接所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接输出电路的输入端，其中：

所述共模跨越驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一放大器，所述第一电阻和第二电阻相互串联构成第一串联电路，所述第一串联电路连接在前置放大器的两个输出端之间，所述第三电阻和第四电阻相互串联构成第二串联电路，所述第二串联电路连接在滤波电路的两个输出端之间，所述第一放大器正极输入口连接在第一电阻和第二电阻之间的串联电路上，所述第一放大器负极输入口连接第一放大器输出口，所述第一放大器输出口连接在第三电阻和第四电阻之间的串联电路上。

进一步的，共模信号从取样到驱动，完成跨越滤波器的输出。滤波电路包括RC无源滤波电路或LR无源滤波电路等无源平衡滤波电路，可独立可组合，可单级可多级，滤波电路包括RC无源滤波电路或LR无源滤波电路或LC无源滤波电路。

进一步的，所述RC无源滤波电路包括第一电容和第二电容，其中：所述第一电容连接在前置放大器第一输出端与输出电路第一输入端之间，所述第二电容连接在前置放大器第二输出端与输出电路的第二输入端之间。

进一步的，所述LR无源滤波电路包括第一电感和第二电感，其中：所述第一电感连接在前置放大器第一输出端与输出电路第一输入端之间，所述第二电感连接在前置放大器第二输出端与输出电路的第二输入端之间。

进一步的，所述前置放大器包括第二放大器、第三放大器、第五电阻、第六电阻和第七电阻，其中：所述第二放大器的负极输入口通过第五电阻连接第三放大器的负极输入口，所述第二放大器的负极输入口通过第六电阻连接第二放大器的输出口，所述第三放大器的负极输入口通过第七电阻连接第三放大器的输出口。

进一步的，所述输出电路包括平衡输出电路或非平衡输出电路。

进一步的，所述平衡输出电路包括第四放大器、第五放大器、第八电阻、第九电阻和第十电阻，其中：所述第四放大器的负极输入口通过第九电阻连接第五放大器的负极输入口，所述第八电阻连接在第四放大器的负极输入口与第四放大器的输出口之间，所述第十电阻连接在第五放大器的负极输入口与第五放大器的输出口之间。

进一步的，所述输出电路为非平衡输出电路，所述非平衡输出电路包括第七放大器、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第十四电阻，其中：所述输出电路第一输入端通过第十一电阻连接第七放大器的正极输入口，所述输出电路第二输入端通过第十三电阻连接第七放大器的负极输入口，所述第十二电阻连接在第七放大器的正极输入口与第七放大器的输出口之间，所述第七放大器的负极输入口通过第十四电阻接地。

进一步的，所述第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第五放大器、第六放大器、第七放大器均可选为opa333型运算放大器。

进一步的，所述第一电阻和第二电阻的阻值相同，所述第三电阻和第四电阻的阻值相同。

本实用的一种检波器信号处理电路具有以下有益效果：

（1）前置放大器输出的共模信号通过第一电阻和第二电阻取样，由运算第一放大器构成的跟随电路跨过滤波电路直接输出到后续电路。滤波电路中的电容或电感配对的重要性被忽视，整体电路的共模抑制比得到大幅提高。

（2）电阻、电容、电感特别是电容或电感不需要进行配对，极大减轻了工作量，提高了工作效益，有利于检波器的大规模生产。

（3）滤波电路可采用RC、LR或LC无源滤波电路，简单可靠、滤波效果明显，适合地震勘探信号处理领域。

（4）前置放大器电路可采用双差分放大器构成，同向差分输入差分输出结构，具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声等特点。

（5）输出电路采用平衡输出电路或非平衡输出电路，如后续电路为差分输入，本输出电路将采用平衡输出方式（可直接输出），也可用双差分电路构成二级放大平衡输出。则具有高共模抑制比，抗干扰等优点。如后级电路为不平衡输入（对地输入），本输出电路通过平衡转不平衡电路来实现不平衡信号输出（对地输出），实现与后级电路的衔接。

附图说明

为了更清楚地说明本实用实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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实用的一些实施例，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为传统检波器信号处理电路示意图；

图2为本实用的检波器信号处理电路示意图；

图3为本实用的滤波电路的第一实施例示意图；

图4为本实用的滤波电路的第二实施例示意图；

图5为本实用的前置放大器电路连接示意图；

图6为本实用的输出电路第一实施例示意图；

图7为本实用的输出电路第二实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用实施例中的附图，对本实用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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用中的实施例，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他实施例，都属于本实用保护的范围。

如图1、图2所示，一种检波器信号处理电路，包括前置放大器、滤波电路、输出电路和共模跨越驱动电路，前置放大器的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接输出电路的输入端，前置放大器第一输出端Pout+连接滤波电路第一输入端Fin+，前置放大器第二输出端Pout-连接滤波电路第二输入端Fin-，滤波电路第一输出端Fout+连接输出电路第一输入端Cin+，滤波电路第二输出端Fout-连接输出电路第二输入端Cin-。

其中：共模跨越驱动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一放大器A1，第一电阻R1和第二电阻R2相互串联构成第一串联电路，第一串联电路连接在前置放大器的两个输出端Pout+和Pout-之间，第三电阻R3和第四电阻R4相互串联构成第二串联电路，第二串联电路连接在滤波电路的两个输出端Fout+和Fout-之间，第一放大器A1正极输入口连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间的串联电路上，第一放大器A1负极输入口连接第一放大器A1输出口，第一放大器A1输出口连接在第三电阻R3和第四电阻R4之间的串联电路上。

具体的，使用共模跨越驱动电路运用于检波器信号处理电路，提取前置放大器输出端的共模信号，即滤波器输入端的共模信号，通过一个由运算放大器构成的跟随器，将其跨越滤波电路直接驱动输出到输出电路的输入端，因此可以忽视滤波电路的不平衡性带来的影响。整个电路的共模抑制比可以忽略滤波电路不平衡性带来的影响，从而提高整体电路的共模抑制比。

本实施例中，放大器均可选为opa333型运算放大器或其他运算放大器。第一电阻R1和第二电阻R2作为取样电阻、其阻值相同，第三电阻R3和第四电阻R4作为驱动电阻、其阻值相同，取样的共模信号，直接跨越滤波电路而输出到滤波器的后级电路。

前置放大器输出信号中，通常含有差模分量V1和V2、以及共模分量V3。差模量（V1-V2）是地震有用信息，共模量V3是所接受的无用干扰信息。当差模分量V1=V2（相位相反）时，差模分量通过滤波电路得以正常传输。而当前置放大器输出同时含有共模分量V3时，其共模分量VG1=（V3+V3）/2=V3。共模分量V3通过跟随器直接跨越输出到滤波器后。从而将前置放大器输出的共模信号直接跨过滤波器输出到后级电路。避免了由于滤波器的不平衡导致共模信号分量通过滤波器而部分转变为差模信号，从而带来另类干扰。

该检波器的信号处理电路的滤波电路包括RC无源滤波电路或LR无源滤波电路或LC无源滤波电路。

如图3所示为RC一阶高通无源滤波电路，包括第一电容C1和第二电容C2，其中：第一电容C1连接在前置放大器第一输出端Pout+与输出电路第一输入端Cin+之间，第二电容C2连接在前置放大器第二输出端Pout-与输出电路第二输入端Cin-之间。该电路组成平衡式一阶无源高通滤波电路，用来滤除无用低频信号，与差分输出的前置放大器直接衔接，并实现差分输入和差分输出。

如图4所示为LR一阶低通无源滤波电路，包括第一电感L1和第二电感L2，其中：第一电感L1连接在前置放大器第一输出端Pout+与输出电路第一输入端Cin+之间，第二电感L2连接在前置放大器第二输出端Pout-与输出电路第二输入端Cin-之间。

该电路组成平衡式一阶无源低通滤波电路，用来滤除无用高频信息（也可用RC低通滤波电路实现），与差分输出的前置放大器直接衔接，并实现差分输入和差分输出。RLC组合的各种无源平衡式高低通滤波电路都可多阶组合或混合串联使用。

如图5所示，该信号处理电路的前置放大器包括第二放大器A2、第三放大器A3、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，其中：第二放大器A2的负极输入口通过第五电阻R5连接第三放大器A3的负极输入口，第二放大器A2的负极输入口通过第六电阻R6连接第二放大器A2的输出口，第三放大器A3的负极输入口通过第七电阻R7连接第三放大器A3的输出口。

该检波器的信号处理电路的输出电路包括平衡输出电路或非平衡输出电路。

如滤波与共模跨越驱动电路后的后级电路采用差分输入方式，如图6所示为例，后级差分电路包括第四放大器A4、第五放大器A5、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10，其中：第四放大器A4的负极输入口通过第九电阻R9连接第五放大器A5的负极输入口，第八电阻R8连接在第四放大器A4的负极输入口与第四放大器A4的输出口之间，第十电阻R10连接在第五放大器A5的负极输入口与第五放大器A5的输出口之间。则滤波及共模跨域驱动电路可直接输出，或由图示组成二级差分放大器输出，与后级差分输入的电路直接衔接。

由上所述，平衡式的滤波电路须与差分输入的后续电路连接，如后续电路为不平衡电路（对地输入），则需将输出信号转为不平衡信号（对地输出）。

如图7所示，为平衡转不平衡输出电路，包括第七放大器A7、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第十四电阻R14，其中：输出电路第一输入端Cin+通过第十一电阻R11连接第七放大器A7的正极输入口，输出电路第二输入端Cin-通过第十三电阻R13连接第七放大器A7的负极输入口，第十二电阻R12连接在第七放大器A7的正极输入口与第七放大器A7的输出口之间，第七放大器A7的负极输入口通过第十四电阻R14接地。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种检波器信号处理电路，其特征在于，包括前置放大器、滤波电路、输出电路和共模跨越驱动电路，所述前置放大器的输出端连接所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接输出电路的输入端，其中：

所述共模跨越驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一放大器，所述第一电阻和第二电阻相互串联构成第一串联电路用于完成共模信号的取样，所述第一串联电路连接在前置放大器的两个输出端之间，所述第三电阻和第四电阻相互串联构成第二串联电路用于构成共模信号驱动通路，所述第二串联电路连接在滤波电路的两个输出端之间，所述第一放大器正极输入口连接在第一电阻和第二电阻之间的串联电路上，所述第一放大器负极输入口连接第一放大器输出口用于构成跟随器完成共模信号跨越驱动，所述第一放大器输出口连接在第三电阻和第四电阻之间的串联电路上。

2.根据权利要求1所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述滤波电路包括RC无源滤波电路或LR无源滤波电路。

3.根据权利要求2所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述RC无源滤波电路包括第一电容和第二电容，其中：所述第一电容连接在前置放大器第一输出端与输出电路第一输入端之间，所述第二电容连接在前置放大器第二输出端与输出电路的第二输入端之间。

4.根据权利要求2所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述LR无源滤波电路包括第一电感和第二电感，其中：所述第一电感连接在前置放大器第一输出端与输出电路第一输入端之间，所述第二电感连接在前置放大器第二输出端与输出电路的第二输入端之间。

5.根据权利要求1所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述前置放大器包括第二放大器、第三放大器、第五电阻、第六电阻和第七电阻，其中：所述第二放大器的负极输入口通过第五电阻连接第三放大器的负极输入口，所述第二放大器的负极输入口通过第六电阻连接第二放大器的输出口，所述第三放大器的负极输入口通过第七电阻连接第三放大器的输出口。

6.根据权利要求1所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述输出电路包括平衡输出电路或非平衡输出电路。

7.根据权利要求6所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述平衡输出电路包括第四放大器、第五放大器、第八电阻、第九电阻和第十电阻，其中：所述第四放大器的负极输入口通过第九电阻连接第五放大器的负极输入口，所述第八电阻连接在第四放大器的负极输入口与第四放大器的输出口之间，所述第十电阻连接在第五放大器的负极输入口与第五放大器的输出口之间。

8.根据权利要求6所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述输出电路为非平衡输出电路，所述非平衡输出电路包括第七放大器、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第十四电阻，其中：所述输出电路第一输入端通过第十一电阻连接第七放大器的正极输入口，所述输出电路第二输入端通过第十三电阻连接第七放大器的负极输入口，所述第十二电阻连接在第七放大器的正极输入口与第七放大器的输出口之间，所述第七放大器的负极输入口通过第十四电阻接地。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第五放大器、第六放大器、第七放大器均可选为opa333型运算放大器。

10.根据权利要求9所述的检波器信号处理电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的阻值相同，所述第三电阻和第四电阻的阻值相同。