微弱信号检测4资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微弱信号检测 4,自适应噪声抵消,3.1.1 电容检测基本方法,微系统输出电容一般只有几皮法，且随着器件,尺寸的减小而减小，因此电容检测十分重要，设计高灵敏度的检测电路检测小电容，对于提高传感器的性能至关重要。若灵敏度不高，小电容信号很可能被噪声淹没。,目前小电容的检测方式包括：,(1)将电容信号转化成频率信号，即输出信号频率的变化反映测量电容的变化。电路中大多采用振荡器的形式，电路中其他电容、电阻的实际值与标称值误差很小，才能保证测量的准确性。,3.1,电容检测,3.1.1 电容检测基本方法,微系统输出电容一般只有几皮法，且随着器件,尺寸的减小而减小，因此电容检测十分重要，设计高灵敏度的检测电路检测小电容，对于提高传感器的性能至关重要。若灵敏度不高，小电容信号很可能被噪声淹没。,目前小电容的检测方式包括：,(1)将电容信号转化成频率信号，即输出信号频率的变化反映测量电容的变化。电路中大多采用振荡器的形式，电路中其他电容、电阻的实际值与标称值误差很小，才能保证测量的准确性。,典型小电容测量如下图所示。,待测电容通过恒定电流充、放电，由模拟开关,控制，模拟开关的通断由输出方波控制。迟滞比,较器有两个阈值电压,V,b+,和V,c+,，两个比较器的输出作为多路器输入，将电容两端的信号转化为方波信号，输出电压的频率与恒流源、比较器的上下阈值电压及未知电容的容量有关，为:,采用开关电容电路，可以比较方便地将传感器,和测量电路进行集成。开关电容在小电容信号处,理方面有很大的优势。,利用开关电容电路，通过一定频率的时钟信号控制开关的通断，使电容在一定的时间内充、放电，将未知电容转化成电压信号、数字信号或频率信号。,下图分别转换为直流电压信号和数字信号。,采用相位测量法，以滤波器的基本原理作为测,量的基本依据。,在低通滤波器中，输出信号和输入信号的相位,会产生滞后，相位差为,如果输入信号频率、电阻的阻值和输入、输出相位差确定，则可利用上式求得未知电容的容量。,将电容信号转化成电压信号，是目前应用最广的微小电容检测方法，其前置放大器可分为开关型和调制解调型两类。,调制解调型电路将低频信号调制成高频交流信号，经交流放大，然后解调还原成对应的低频信号。,实际检测方法通常是以上方法的组合。,3.1.2 典型电容检测电路,微小差分电容转化为电压输出的检测电路,原理框图如图所示。,在电容测量中，检测电容通常在10,12,F数量级甚至更小，电容的变化量则在10,-15,10,-18,F数量级。,(1)高频正弦信号发生器,采用数字电路和数模转换电路产生正弦波，在波幅稳定性和频率稳定性方面都优于模拟电路产生的正弦信号。,(2)电容电压转换电路,电路如图，C,x,为待测电容，R,f,为反馈电阻。,当输入频率为,f,的正弦信号时，C,x,上的容抗为：,运算放大器的增益为：,可见，当频率一定时，通过测量U,o,、U,i,的值可以计算出待测电容的值。,(3)交流放大电路,交流放大电路如图，,正弦信号加在待测电,容C,x,上，将待测电容,转换为交流电压信号。,运放A,2,构成一级电压放大器，R,5,为反馈电阻，C,3,为补偿电容，可以减小运放的噪声。由于信号频率较高，C,3,的阻抗较大，对A,2,的增益影响可以忽略。,放大器的增益为：,A,3,构成一级电压跟随器，起缓冲作用，降低输出阻抗，增强驱动能力。总的增益为：,(4)移相电路,为实现同步检波，可将正弦波信号经过移相，,使相位发生变化，作为同步检波电路的参考信号。,式中：,当R,7,=R,9,时，,令,则,当,=,0,时，即,当,0时，f,0，tan,=-1，输出的相移为180,当,时,，,f,，,tan,=0，输出的相移为 0,调节电位器R,RP2,，可以改变输出与输入信号相位差。,(5)同步检波电路,同步检波如图所示。采用双平衡模拟乘法器,MC1596，具有较好的载波抑制比，较高的共模,抑制比，平衡输入和增益调节方便等优点。,用差放A,5,接收MC1596的输出信号，组成具有一定电压增益的电平移动电路。A,6,组成有源低通滤波，滤除同步检波输出的高频分量，并将输出转换为直流信号。电容C10的作用是抑制脉冲尖峰。,内容总结,微弱信号检测 4。微弱信号检测 4。控制，模拟开关的通断由输出方波控制。实际检测方法通常是以上方法的组合。电路如图，Cx为待测电容，Rf为反馈电阻。当输入频率为f 的正弦信号时，Cx上的容抗为：。运放A2构成一级电压放大器，R5为反馈电阻，C3为补偿电容，可以减小运放的噪声。由于信号频率较高，C3的阻抗较大，对A2的增益影响可以忽略。A3构成一级电压跟随器，起缓冲作用，降低输出阻抗，增强驱动能力。为实现同步检波，可将正弦波信号经过移相，。当=0时，即。当0时，f 0，tan=-1，输出的相移为180。当时，f，tan=0，输出的相移为 0。MC1596，具有较好的载波抑制比，较高的共模。用差放A5接收MC1596的输出信号，组成具有一定电压增益的电平移动电路。电容C10的作用是抑制脉冲尖峰,