弱信号检测与转换电路的设计
浅析微弱信号检测装置设计
浅析微弱信号检测装置设计微弱信号检测在许多领域都有着重要的应用，比如无线通信、生物医学、天文测量等。
设计一种高效的微弱信号检测装置对于提高信号检测的灵敏度和准确性至关重要。
本文将从硬件设计和信号处理两个方面对微弱信号检测装置进行浅析。
一、硬件设计1. 低噪声放大器在微弱信号检测装置中，低噪声放大器是至关重要的组件。
由于微弱信号本身具有较低的能量，因此在信号放大的过程中，放大器的噪声也会对信号检测产生较大的影响。
低噪声放大器可以有效地抑制噪声，并且提高信噪比，从而更好地检测微弱信号。
在设计低噪声放大器时，需要考虑放大器的增益、带宽、输入输出阻抗等参数，同时在电路设计上采用低噪声元件和优化的布局方式，以尽量减小放大器本身的噪声。
2. 滤波器在微弱信号检测中，滤波器起着至关重要的作用。
由于环境中可能存在各种干扰信号，比如电磁干扰、交流干扰等，因此需要采用滤波器来剔除这些干扰信号，保留下需要检测的微弱信号。
常见的滤波器包括低通滤波器、带通滤波器等，通过合理设计滤波器的参数和特性，可以有效地滤除不需要的频率成分，提高信号的纯净度。
3. 高精度模拟数字转换器（ADC）在微弱信号检测装置中，通常需要将模拟信号转换为数字信号进行后续处理。
高精度的模拟数字转换器是必不可少的组件。
高精度ADC可以有效地保持信号的原始信息，并且提高信号的采样精度和分辨率，从而更好地还原微弱信号的细节和特征。
4. 高灵敏度探测器高灵敏度的探测器对于微弱信号的检测非常重要。
在无线通信中，微弱的无线信号可能需要通过天线进行接收，因此天线的灵敏度直接影响信号的接收效果。
在生物医学领域，微弱的生物信号需要通过生物传感器进行检测，因此生物传感器的灵敏度非常重要。
在设计高灵敏度探测器时，需综合考虑探测器的灵敏度、稳定性和信噪比，以达到最佳的检测效果。
二、信号处理在微弱信号检测中，由于信号本身较弱，可能会受到一些非理想因素的影响，比如噪声、干扰等。
微弱电流信号的检测和放大电路.doc
电压放大器结构合理，准确得实现了电压放大功能。
经I/V转换器后电压（通道B），经一级差分式放大电路后输出电压（通道C）,经二级差分式放大电路后输出电压(通道D)波形对比如图9所示：
图9运算放大电路输入输出电压波形对比
3.
本设计采用开关式相敏检波电路。相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。其结构如图10所示。
要求：电路要包括电流/电压转换电路，信号放大电路，调制和解调电路，并采用multisim仿真。
三、设计时间及进度安排
设计时间共两周（2015.6.23～2015.7.3）,具体安排如下表：
周安排
设 计 内 容
设计时间
第一周
布置设计任务和具体要求及设计安排；提出设计思路和初步设计方案、根据设计方案，进行具体的设计，根据指导意见，修改具体设计；仿真实现设计要求，指导、检查完成情况。
15.06.23-15.06.26
第二周
设计、仿真，撰写、完成专业模块设计报告,验收、考核
15.06.29-15.07.03
四、指导教师评语及成绩评定
指导教师评语:
年 月 日
成绩
指导教师(签字):
第一章课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
经过相敏检波输出电压为4.327V，输入输出电压如图13所示。
图
经过相敏检波电路的波形如图14所示：
图14相敏检波电路输出波形
4.
为了给相敏检波电路提供同频方波信号，实现检波功能。其结构如图15所示。
图
其同向端接地，反向端接入高频正弦来自压信号（1KHZ），输出端为方波信号。当反向端正弦电压小于0时，输出高电平；当反向端输入的正弦电压大于0时，输出低电平。所以输入正弦波输出为反向的正弦波。输入信号和输出信号对比如图16所示。
微弱光信号的光电探测放大电路的设计
微弱光信号的光电探测放大电路的设计对于各种微弱的被测量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、小电容、微流量、微压力、微振动和微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅值以反映被测量的大小。
但是，由于被测量的信号很微弱，传感器的本底噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰往往比有用信号的幅值大的多，同时，放大被测信号的过程也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和外部干扰的影响，因此，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅值，才能提取出有用信号。
本文针对检测微弱光信号的光电二极管放大电路，综合分析了其电路噪声、信号带宽及电路稳定性，在此基础上设计了一种低噪声光电信号放大电路，并给出电路参数选择方法。
1 基本电路光电二极管作为光探测器有两种应用模式如图1所示。
(1)光伏模式，如图1 (a)。
此时，光电二极管处于零偏置状态，不存在暗电流，低噪声，线性度好，因而适于精密领域。
本文就是以这种模式为例进行分析，实际应用中，这个电路一般还需在Rf上并联一个小电容Cs，从而使电路稳定。
(2)光导模式，如图1(b)。
这种模式需要给光电二极管加反向偏置电压，因而存在暗电流，产生噪声电流，同时因为非线性，一般应用在高速场合。
当光照射到光电二极管时，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流Ip，该电流流过跨接在放大器负输入端和输出端的反馈电阻Rf，将运算放大器视为理想放大器，根据理想运算放大器输入端的“虚断”特性，从而有E0=IpRf。
可以看出，光电二极管放大电路实际上是一个I／V转换电路。
这个电路看起来非常简单，只需一个反馈电阻，一个光电二极管和一个放大器便可实现。
从输出电压的线性表达式很容易推出，使反馈电阻Rf增大，将使得输出电压也成比例的增大。
经之前分析时，一般给出其典型值为100MΩ。
在下面的分析我们将看到，反馈电阻不但影响信号的带宽，而且影响整个电路噪声。
一种微弱信号调理电路的设计及研究
一种微弱信号调理电路的设计及研究摘要：精确的信号调理可实现微弱信号检测并提高检测精度。
基于单片机设计了一种新的微弱信号调理电路，可以广泛用于海洋环境下微弱信号检测，具有性能稳定、灵活性强等特点。
关键词：海洋噪声；信号检测；调理电路0引言在探测系统中，将微弱信号进行放大和调理，是有效提高测试装置性能，保证测量精度的最佳方法。
信号调理就是将待测信号进行放大、滤波等操作转换成探测装置能够识别的信号，有效恢复被背景噪声掩盖的微弱信号。
本文采用单片机控制滤波器及放大器的信号调理电路，该调理电路可以自适应调整调理电路参数。
11信号调理电路结构水声探测装置调理的基本流程为：水声换能器将水声信号转化为电信号，通过前置放大、滤波后传送至A/D转换器进行模数转化后产生数字信号。
信号调理电路流程框图如图1所示。
图1 信号调理电路流程框图水声探测装置各个电路系统都可能引入噪声，一般水声换能器输出电压为几微伏～几毫伏，而A/D转换器输入电压范围是0伏～3伏或者0伏～5伏，选择合适的前置放大电路和加入滤波电路可以有效减少引入噪声。
2自适应带通滤波器设计及电路分析由于MAXIM 公司生产的开关电容程控滤波器性价比较高,且易于程控等优点，本文设计自适应带通滤波采用MAX267 带通有源滤波器。
MAX267内部含有2个独立的二阶开关电容带通滤波器，它有12个可编程输入端，其中5个用来设置滤波器中心频率，另外7个用来设置滤波器的品质因数Q[1]。
因此，不需要外加任何元件，仅需要外部时钟就可以实现带通滤波功能，使用极为方便。
MAX267采用24脚窄DIP封装，各主要引脚功能如图2所示。
图2 MAX267引脚功能图自适应滤波电路由双二阶通用开关电容有源带通滤波器 MAX267、真有效值转换芯片 AD637等组成。
自适应滤波器原理框图如图3所示。
图3 自适应滤波器原理框图单片机通过I/O口发送五组数据到滤波器 MAX267, 通过 32 位的一维数组对五组数据的32种中心频率依次设定, 滤波器输出的信号通过AD637 真有效值转换得到直流电压信号，再经过A/D转换器转换成单片机可读取的数字信号, 由单片机I/O口读取。
小目标微弱信号检测电路设计
小目标微弱信号检测电路设计在靶场测试领域，天幕靶是一种常用的光电触发设备。
既可以用作区截装置测量弹丸的飞行速度，也可采用多幕交汇技术测量弹丸的着靶坐标，还可以作为其他设备的测试触发装置。
但现有天幕靶灵敏度低、视场小、抗干扰能力差。
本文设计了一种小目标微弱信号检测电路，通过光电二极管进行光电信号转换，并且设计了信号放大电路与滤波处理, 有效地滤除了干扰信号, 提高了天幕靶抗干扰能力。
硬件设计整体流程图如下图所示，光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，并通过前置放大电路与主放大电路进行信号放大，电压比较器可以将电信号转换成脉冲，经过滤波电路将干扰信号去除后送入单片机的中断控制口，单片机产生中断，处理中断程序，然后会有脉冲输出，脉冲经过信号输出电路进行整形，由于输出信号需要进行长距离的传输，因此需要驱动电路将信号驱动。
图1为整体设计硬件原理图。
图1 整体设计硬件原理图光电转换电路利用可见光探测器单元硅PIN光电二极管作为光电转换期间来完成光信号到电信号的转换。
这种器件体积小而且响应速度快，被广泛的应用于光电检测。
光电二极管是半导体产品，当它受到光照时会产生电流或电压。
它们没有内置增益，但与其他类型的光子探测器相比却有着更大的动态范围。
本电路设计采用20只光电二极管连接起来形成阵列。
图2为其中的两路设计，其余各路连接方法相同。
其中LM7812为电源稳压芯片，保证输出稳定的电压，R1、R2为采样电阻，电容C5与C6主要用于交流耦合。
图2 光电转换电路前置放大电路光电前置放大电路如图3所示, 电路在光电转换电路和放大器的输出之间加一个由R3和C7组成的RC滤波电路, 这样就限制了放大器输出信号的带宽, 滤掉了经过放大的噪声和放大器本身的噪声。
电容C8 用来补偿RC滤波环节引起的相角滞后,电容C9用来补偿放大电路输入端的复合电容引起的相角滞后, 控制噪声增益的峰值。
图3 前置放大电路主放大电路由于前置放大器的输出信号比较微弱，需要进行再次放大以满足后续电路的需求。
信号检测电路设计
2）二阶压控带通滤波器（放大器采用AD8022）
图7二阶压控带通滤波器
3）AD转换电路
AD转换采用AD7687，16bit，250kSPS，SPI接口。工作电路如图8，它要求比精度较高的参考电压，这里采用了ADR430作为稳压芯片，稳压2.048v，精度为 ，输出电压电源由LD1117-3.3V提供。
信号检测电路设计
所买芯片：ADR430ARZ（基准电压源，2.048V，给ADC提供基准电压），AD8022（放大器，用于搭建二阶压控带通滤波器电路和方向器电路），AD7687BCPZ（14位ADC转换芯片），KF50BD（5v稳压芯片，给放大器提供电源），HCNR200（光隔离器）各一片
实验室原有芯片：INA114AP一片，仪用放大器
同学给的芯片：LD1117-3.3两片，电压转换芯片，用于提供ADC输出电源
芯片用途：搭建信号检测电路
一、设计思路
由热释电探测器PYD-1113输出的信号十分微弱，且被噪声严重覆盖，要检测出其中的有用信号，必须采用微弱信号检测的方法，这里选择了锁定放大的方法。如下是锁定放大器的基本框图：
图1 锁定放大器的基本组成
图8 AD转换电路
图2原始信号图3加载了噪声并经过正弦信号调制的信号
图4经DPSD检测出来的信号
三、基本电路
1）前置放大电路
图5前置放大电路
前置放大器采用低噪声仪用放大器INA114，它的两个差分输入端分别接工作探测器和参考探测器的输出信号。对于INA114的电源这里采用纹波为2%的线性电源KF50BD，放大器采用（AD8022）由于采用双电源供电Vcc和Vss，这里采用了如下方式：
模拟电路复杂，信号不易控制，且容易引入噪声，在设计锁定放大器电路时采用了微机化数字式相敏检测器（DPSD），也就是在信号通道之后，加上一个AD转换器，将模拟信号转换为数字信号，在FPGA内部处理。PSD、参考信道、LPF都在FPGA内部实现，这在一定程度上减小了电路的复杂度，并避免了外部噪声的干扰。
微弱信号检测的前置放大电路设计研究
微弱信号检测的前置放大电路设计研究摘要：当前在现代农业生产发展中，检测微弱信号越来越受到高度重视，尤其是在精准农业产业发展过程中。
本文以电压电流转换设施为载体，对微弱信号检测前置放大电路设计的相关技术要求进行了阐述，并且通过具有远程集成控制的电路器件的选用和抗噪影响的技术改进，对在电路设计中应当注意的一些技术要点进行了分析，而且经过微弱信号检测，结果比较安全科学。
关键词：微弱信号；检测前置；放大电路；设计分析一.前言近年来，随着现代农业的不断发展，通过在安全、高效的时限内采集收取农田生态条件和农作物生产资料，并且实现肥料、水分、农药等精准作业，有效地防范和杜绝生态破坏、环境污染问题，实现农业生产经营经济、社会、生态效益最大化的精准农业，得到了前所未有的健康发展。
生物传感设施在上述信息资料的采集取得中具有很大的作用，比如，在精准农业种植物施水灌溉过程中需要充分考虑空气指数和土壤中水分的含量，利用传感设施对这些信号的变化情况进行检测，及能够实现精准农业灌溉的良好效果。
所以近年来很多生物传感设施在精准农业中的生态条件、农作物生长环节等信息采集检测上得到了很好的应用。
不过由于一些农作物自身具有的生理属性，存在着一定程度的微弱信号，很多电流和电压信息都无法满足级次需求，因此，便设计了前置放大电路，通过这种选系统结构来检测微弱信号的相关信息。
笔者试就微弱信号检测的前置放大电路设计中应当把握的技术要点，谈些粗浅的认识。
二.微弱信号检测前置放大电路设计中应当把握的技术要点2．1 前置放大电路系统结构一般来说，微弱信号是生物传感设施形成的信号，通常频率不是很高，在对具有一定差异性的农作物自身属性进行检测的时候，能够获取一定的电流和电压数值。
而要获取这样的电流信号资料，需要先将其转换生成电压信号，并且利用电路系统的放大功效，在滤波设施的作用下，降低频率较高的噪音影响（如图1）。
（图1 微弱信号检测前置放大电路系统结构示意图）由于传感设施形成的信号是微弱的，很可能遭受噪音的干扰，因而在放大仪器的选用上通常倾向于仪表设施。
适用于光纤传感微弱信号检测的A／D转换芯片接口电路设计
（ ｎｔ ｕｅ Ｌｇ ｔ ｖ ｅ ｎｌ ｙ Ｂ ｉｎ ａｔｎ ｉ ｒｉ Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ Ｃ ｉａ Ｉｓ ｔｔ ｉ ｉ ￣ ｅ ｃ ｏｏ ｅ ｉｇＪ ｏｏｇＵｎｚ ｓｙ， ｅ ｉ １０ ４ ， ｈｎ ） ｋ Ｔ ｈ ｇ ｊ ｉ ￣ ｔ ｊｇ
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信号转换与处理电路
第三章：信号转换与处理电路
电磁耦合隔离放大器
变压器耦合隔离放大器本身构 成一个电磁辐射源。如果周围 其它的电路对电磁辐射敏感， 就应设法予以屏蔽。例如３６ ５６的振荡频率为７５０ｋＨ ｚ，ＢＢ公司根据它的封装专 门为它设计了屏蔽罩
第三章：信号转换与处理电路
隔离放大器的应用场合：
普通的差动放大器和测量放大器，虽然也能抑制共模干扰，但却 不允许共模电压高于放大器的电源电压。而隔离放大器不仅有很 强的共模抑制能力，而且还能承受上千伏的高共模电压。因此， 隔离放大器一般用于信号回路具有很高的共模电压的场合。
器的等效输入阻抗Rin
第三章：信号转换与处理电路
2) 同相比例放大器 同相比例放大器电路图如图所示：
Rr
输入阻抗
Ri
输出阻抗
Ro 0
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻 抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
第三章：信号转换与处理电路
3) 差动比例放大器
Af
2R2 R1
1
R2 RP
由于差动放大器具有双端输入单端输出、共模抑制比较高的 特点，通常用作传感放大器或测量仪器的前端放大器。
在隔离放大器中，信号的耦合方式主要有 两种：一种是通过光电耦合，称为光电耦 合隔离放大器(如美国 B-B 公司生产的 ISO100 )；另一种是通过电磁耦合，即经过 变压器传递信号，称为变压器耦合隔离放 大器(如美国 AD 公司生产的 AD277 )。
图26 隔离放大器的 组成和符号
第三章：信号转换与处理电路
第三章：信号转换与处理电路
改进电路：
输入阻抗
Rin
Vi Ii
Rr R R Rr
上式表明：只要R稍大于Rr，就能获 得很高的输入阻抗，可高达100M。 但R绝对不能小于Rr，否则输入阻抗为 负，会产生严重自激。
光纤光栅微弱信号检测的解调电路_贾振安
文献标识码： A
文章编号： 1002 － 1841（ 2012） 05 － 0079 － 03
Demodulation Electric Circuit of Optical Fiber Grating Weak Signal Detection
JIA Zhen-an，ZHENG De-lin （ Xi'an Petrolenu University Key Laboratory of Photoelectricity Gas-oil Logging and Detecting of EMC，Xi'an 710065，China）
大器的输出通常需要匹配到 50Ω，以便能够与下一级电路级 联［4］。由于光电信号相对比较微弱，因此互阻放大器和前置放
大部分需采用失调电压和偏置电流小的运算放大器，以减少噪
声。运算放大器 OPA2277PA 工作电压为 4 ～ 36 V，失调电压 Vio = ± 50 μV，偏置电流 Ib = ± 2. 8 nA，噪声电压 En = 8 nV / Hz － 2 ， 噪声电流 In = 0. 2 pA / Hz － 2 。根据等效输入噪声模型由放大器 提供的噪声由式（ 1） 计算；
号速率相适应，通常为 0. 7 倍的信号速率，以同时获得较好的 噪声和码间干 扰 性 能［3］。此 外，从 时 域 上 看，带 宽 还 影 响 输 出
电压波形的上升和下降时间； 等效输入噪声电流谱密度决定着
最小能够检测到的光电流； 而当输入电流增大时，互阻放大器
又会进入饱和，因此，电压余度决定着动态范围的大小； 互阻放图 1 光电解调电路原理图
工作，接收光信号 形 成 光 生 载 流 子 并 雪 崩 倍 增，形 成 放 大 的 电 信号作为前置放大电路的输入信号，在经过固定的雪崩增益的 前放电路后，进入后续电路。由于雪崩管的特性（ 雪崩效应和 雪崩击穿效应） 对温度变化非常敏感，所以需要通过温度监控 电路自动 调 整 雪 崩 管 的 偏 置 电 压，以 达 到 温 度 补 偿 的 目 的。 GT322 InGaAs PIN 光电二极管，其光敏面积为 60 μm，光谱响应 范围为 900 ～ 1 700 nm，暗电流为 0. 11 nA，响应度为 0. 94 μA / μW，响应速度约 0. 3 ns． APD 需要的偏置电压高达 60 V，因此 需要专门的升压电路，可采用 DC － DC 开关升压的方法，将 2. 7 ～ 11 V 的 直 流 电 压 最 大 升 高 到 70 V． 升 压 电 路 芯 片 采 用 MAX15031，输出电压通过反馈电阻进行调节。APD 偏置电路 如图 2 所示。
微弱信号的检测方案设计要点
微弱信号的检测方案设计要点.docx微弱信号的检测方案设计一、原理分析针对微弱信号的检测的方法有很多，比如滤波法、取样积分器、锁相放大器等。
下面就针对这几种方法做一简要说明。
方案一：滤波法。
在大部分的检测仪器中都要用到滤波方法对模拟信号进行一定的处理，例如隔离直流分量，改善信号波形，防止离散化时的波形混叠，克服噪声的不利影响，提高信噪比等。
常用的噪声滤波器有：带通、带阻、高通、低通等。
但是滤波方法检测信号不能用于信号频谱与噪声频谱重叠的情况，有其局限性。
虽然可以对滤波器的通频带进行调节，但其噪声抑制能力有限，同时其准确性与稳定性将大打折扣。
方案二：取样积分器取样积分法是利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便呈现出待测信号的真实波形。
由于信号的取样是在多个周期内重复进行的，而噪声在多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的波形。
其系统原理图如图23。
Vs（t）Vn（t带通滤波鉴相器低通滤波器Vo本地振荡器移相器锁相放大器的核心部件是鉴相器，它实现了被测信号与参考信号的互相关运算。
它把输入信号与参考信号进行比较，当两个信号相位完全相同时，即相位差为。
时经低通滤波后，输出信号的直流分量达到最大，其正比于输入信号中某一特定频率（参考输入频率）的信号幅值。
锁相放大器具有很多优点：信号通过调制后交流放大，可以避免噪声的不利影响；利用相敏检波器实现对调制信号的解调，同时检测频率和相位，噪声同频又同相的概率很小；利用低通滤波器来抑制噪声，低通滤波器的频带可以做得很窄，并且其频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也大大提高。
但是值得注意的是适合于锁相放大器的检测信号应该是单频的，或者传导频谱所占频带是较窄的。
综合考虑，尤其根据是手头现有器件的情况，我们选择了利用锁相放大器作为本次的检测方案，并达到了预期的效果。
二、总体方案设计本设计系统框图如图42所示，并在适当位置预留了测试端口：仿真）（protel前置放大器：该电路用于对信号进行预放大处理,使其输入到后级锁相放大器的信号有个适当的幅度。
浅析微弱信号检测装置设计
浅析微弱信号检测装置设计微弱信号检测装置是一种应用于科研领域以及一些特定行业的重要设备，它可以帮助科研人员以及工程师们检测并分析微弱信号，从而为他们的工作提供重要的数据支持。
在现代科技发展的大背景下，微弱信号检测装置的设计越来越受到重视，其设计的合理性和先进性直接关系到设备的性能表现和使用效果。
本文将从设计原理、关键技术以及设计要点等方面进行浅析，希望能够为相关领域的科研人员和工程师们提供一些参考和帮助。
一、设计原理微弱信号检测装置的设计原理主要是基于信号放大及滤波的技术。
通常情况下，微弱信号往往混杂在大量的背景噪声中，因此需要通过信号放大技术将微弱信号放大至可以被检测的水平。
还需要通过滤波技术将背景噪声滤除，从而使得被检测的信号更加纯净和稳定。
设计一款微弱信号检测装置，关键在于如何合理地运用放大和滤波技术，以及如何平衡放大倍数和信噪比，从而保证信号的真实性和准确性。
二、关键技术1. 信号放大技术信号放大技术是微弱信号检测装置设计中最为核心的技术之一。
通常情况下，采用的放大器有运算放大器，其具有高输入阻抗、低输出阻抗、高放大倍数等优点。
在设计中，需要根据实际需求选择合适的运算放大器，同时要注意防止由于放大器本身的噪声对信号检测的影响。
2. 滤波技术滤波技术是用来滤除背景噪声，增强信号的真实性和稳定性。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
在设计中，需要根据待检测信号的频率范围、信噪比要求等因素选择合适的滤波器，同时要注意滤波器的带宽和通频带的选择。
3. 前置放大器设计在设计微弱信号检测装置时，通常需要设计前置放大器，用来对输入信号进行初步放大处理。
前置放大器的设计要注意防止由于不恰当的放大倍数造成的信噪比下降和过载等问题，同时也需要注意前置放大器与后级放大器之间的匹配。
4. 信号采样和AD转换对于模拟信号的处理，通常需要将其进行采样和AD转换，将模拟信号转化为数字信号。
在设计中，需要根据信号频率、采样率等因素选择合适的采样器和AD转换器，同时也要注意采样精度和信噪比的影响。
浅析微弱信号检测装置设计
浅析微弱信号检测装置设计
微弱信号检测装置是一种用于检测和放大微弱信号的设备。
它在很多领域中都有重要的应用，如空间科学、生物医学、无线通信等。
本文将从设计原理、关键技术和应用场景三个方面对微弱信号检测装置进行浅析。
设计原理：
微弱信号检测装置的设计原理主要基于放大器电路和噪声处理技术。
放大器电路是微弱信号检测装置的核心部件，它可以将微弱信号放大到足够强度以便进行后续处理。
常用的放大器电路包括放大器阵列、差分放大器等，它们可以提高信号的信噪比，从而提高检测的灵敏度。
噪声处理技术是微弱信号检测的关键。
由于微弱信号往往被噪声干扰，所以必须采用滤波、降噪等技术来减小噪声对信号的影响。
常用的噪声处理技术有前置滤波、数字滤波、自适应滤波等。
应用场景：
微弱信号检测装置在很多领域中都有广泛的应用。
在空间科学中，微弱信号检测装置可以用于接收和处理来自太空的微弱信号，如宇宙射线、星光等。
在生物医学中，微弱信号检测装置可以用于生物体内微弱信号的检测，如脑电图、心电图等。
在无线通信中，微弱信号检测装置可以用于接收和处理无线电波信号，如手机信号、WiFi信号等。
这些应用场景都需要高灵敏度、低功耗、高可靠性的微弱信号检测装置。
微弱信号检测装置是一种用于检测和放大微弱信号的设备，其设计原理基于放大器电路和噪声处理技术。
关键技术包括低噪声设计、高增益设计和高速信号处理技术。
应用场景包括空间科学、生物医学和无线通信等。
未来随着科技的发展，微弱信号检测装置将会发展出更加高效、高灵敏度的新型装置。
微弱信号检测的前置放大电路
针对精准农业中对微弱信号检测的技术需 求，本ppt设计了以电流电压转换器，仪表 放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信 号检测前置放大电路。结合微弱信号的特 点讨论了电路中噪声的抑制和隔离，提出 了电路元件的选择方法与电路设计中降低 噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控 增益仪表放大器PGA202 设计了微弱信号 检测前置放大电路，并利用微弱低频信号 进行了测试，得到了理想的效果。
4、电路的设计与实现
综合考虑微弱信号检测的需要和市场上芯片的供应情况， 本文选用PGA202 搭建仪表放大器，对微弱信号检测前 置放大电路进行了整体设计。
4.1 PGA202 简介 这里所选用的PGA202 是由BURR-BROWN 公司生产的，
PGA202 是一种程控仪表放大器，它内部集成了程控的 增益改变逻辑电路。由于省去了增益控制部分，利用 PGA202 搭建仪表放大器可以使电路结构得到很大的简 化，并且它的放大倍数稳定精确，为后续的数据处理提供 了方便。PGA202 的内部结构如图3。
电路中的仪表放大级通常设计为程控放大倍数的结构，通过程控开关 调整反馈电阻的大小，从而改变放大倍数。为了对数字电路和模拟电 路进行隔离，程控开关选用光偶开关。为了提高仪表放大器的性能， 可以选用集成仪表放大器。很多公司提供了不同类型的集成仪表放大 器，如INA127，它内部集成了仪表放大器的主要结构，有很好的对 称性，可通过改变外接电阻的大小改变放大倍数。PGA202 是一款可 程控放大倍数的仪用放大器，应用它可以简化电路结构，但PGA202 需要搭建差分输入级，这样就降低了共模抑制能力。2007 年末ADI 公司推出的AD8253 芯片集以上两种芯片的优点于一身，不但集成 了完整的仪表放大电路，还集成了程控放大倍数的逻辑电路，是微弱 信号检测前置放大电路的理想选择。
弱电流测量中的IF变换电路
第24卷 第5期核电子学与探测技术Vol .24 No .5 2004年 9月Nuclear Electronics &Detection TechnologySept . 2004 弱电流测量中的I 2F 变换电路董成富,苏 弘,邢建萍,李小刚,马晓莉(中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州 730000) 摘要:介绍了一种用于弱电流测量中的I 2F 变换电路,它将输入的电流信号直接变换为脉冲频率输出,然后送入计数器计数和送入计算机处理。
并对其电路原理作了较详细的阐述。
经过在现场检验和使用,该电路工作稳定可靠,灵敏度高,抗干扰能力强等特点,得到了满意的结果。
关键词:弱电流;I 2F 变换电路;辐射中图分类号: TL 8 文献标识码: A 文章编号: 025820934(2004)0520488202收稿日期:2003206207作者简介:董成富(1954-),男,甘肃定西人,学士,高级工程师,从事核电子学的研究。
0 引言随着我国核科学技术和重离子加速器事业的不断发展和应用,在射线测量中常常需要对变化很慢又很弱的电流信号进行测量。
例如,电离室输出的电流信号、光电倍增管输出的电流信号以及加速器提供的带电离子的束流等,这些都属于弱电流的范畴。
还有在辐射场为了对工作现场的剂量控制和对环境放射性污染等方面的检测,这主要是对Χ和中子的辐射测量,这也属于弱电流的测量。
而在某些场合下,有的时候往往被测量的放射性强度要比放射源的弱得多,但是,为了人体的健康,必须对周围放射性强度和污染情况进行监测,为此,必须将其转换成电信号。
目前,其方法一般采用BF 3正比计数管和球体高气压充氩电离室。
比如在测量Χ射线强度时,电离室给出的缓慢而微弱的脉冲电流信号,一般在10-9～10-14A ,或者更小。
要对这样微弱的电流信号进行准确的测量,并且转换成被测量的放射性辐射强度,这就给辐射场的剂量测量技术提出了一系列新的且更高的要求。
微弱信号调理电路的设计及研究
第25卷 第1期 2010年3月 西 南 科 技 大 学 学 报 Journa l o f South w est U n i versity o f Sc i ence and T echnology V o.l 25N o .1 M a r .2010收稿日期:2009-09-20基金项目:四川省安监局基金资助项目(2007-21),四川省教育厅基金资助项目(07z d1102)。
作者简介:赵亮(1984-),女,在读研究生,主要研究方向:气体检测、硬件电路设计与调试。
E -m a i :l 79536348@qq .co m微弱信号调理电路的设计及研究赵 亮 刘先勇 袁长迎 李驹光 蒙 瑰(西南科技大学光声检测研究室 四川绵阳 621010)摘要:精确的信号调理技术是测控领域发展的重要方向。
基于开关电容滤波器和程控放大器设计了一种新的信号调理电路,采用ATm ega 128单片机自适应地调整开关电容的滤波参数和程控放大器的放大倍数。
微音器微弱信号检测的实验结果表明,该电路能达到动态范围几微伏到几十毫伏、灵敏度1 V 、响应时间优于1m s 的技术指标,具有性能稳定,可靠性高、灵活性强、可编程等特点。
关键词:微弱信号 自动跟踪滤波器 可编程增益 动态范围中图分类号:TN402 文献标识码:A 文章编号:1671-8755(2010)01-0064-04Design and Study ofW eak Signal Conditi oni ng C ircuitZ HAO L i ang ,LI U X i an yong ,YUAN Chang y i n g ,LI Ju guang ,MENG G u i(R esearch Laborator y of Photoacoustic Detection ,Southw est Un iversit y of Science and Technology,M ianyang 621010,S ichuan,Ch i n a)Abstract :Precise Signal Cond ition i n g techno l o gy i s an i m portant d irection that the fie l d ofm on itor i n g de ve l o ps .Based on Sw itch Capacitor F ilters and Dyna m ic Range I nstr um entation Am plifier ,t h is article pr o posed a ne w S i g na lCond ition i n g circui,t adopting the 128ATm egaM icr ocontr o ller auto m atica ll y ad j u st fil ter i n g para m eters of Sw itch C apac itor F ilters and m agn ify i n g mu lti p le o f Dyna m ic Range I nstr um entation Am plifi e r .The experi m ents ofW eak S ignal Detection on M icrophone sho w that the c ircu its ach ieves the fo llo w i n g technical standard :(1)Dyna m ic Ranges fro m several V to tens o fmV ;(2)Sensitiv ity :1;(3)Rresponse ti m e :excel 1m s .K ey w ords :W eak S igna;l Au to track i n g F ilter ;Progra mm able G ai n ;Dyna m ic Range精确的信号调理是微弱信号检测[1](W eak S i g na l Detection)中的关键技术,使得微弱量(如弱光、小位移、微振动、弱声及微电流等)的检测成为可能,大大提高了微弱信号检测的精度。
微弱光信号探测设计参考
APD光电二极管
• PIN:1个光子最多产生一对电子-空穴对,无增益 • APD:利用电离碰撞, 1个光子产生多对电子-空穴对,有增益 • 工作过程： 入射光-------一对电子-空穴对(一次光生电流)-------------与晶格碰撞电离---------多对电子-空穴对(二次光生电流） 增加了一个附加 层，倍增区或增 益区，以实现碰 撞电离产生二次 电子－空穴对。
C (m )
hc E
g
E
1 . 24
g
( eV )
在短波长段，材料的吸收 吸收系数变得很大，因此 光子在接近光检测器的表 面就被吸收了，电子－空 穴对的寿命极短，结果载 流子在由光检测器电路收 集以前就已经复合了。
Si：C=1.06m，使用范围：0.5~1.0 m Ge： C=1.6m，使用范围：1.1~1.6 m InGaAs： C=1.6m，使用范围：1.1~1.6 m
气相色谱仪上检测器的放大电路 ：据说可以测量到1pA以下， 测量速率最大150Hz
指零仪电路：具有超高的电流灵敏度、可以悬浮使用、无需换档、 短路法测试、双输出
《图解DIY+1pA超微电流测试器》 第44页 的几点总结说明可以参考
微弱信号检测电路总结： 1，用最简单的电路，任何其他电路或器件都将引 入新的漏电和额外的不确定因素。 2，选用Ib尽可能小的运放和尽可能大的电阻。 3，检测电路必须做好屏蔽。 4，应注意线路板上的布线, 减少泄漏电流。 5，必要时可将PIN 管和反馈电阻悬浮, 与运放直 接相连,以减小泄漏电流,提高检测的灵敏度。
吸收 外电场加速
耗尽层仍为I 层，起产生一 次电子－空穴 对的作用。
APD倍增系数与过剩噪声因子
• 1、倍增系数 M = Ip / I0 IP--平均输出电流， • I0--一次光生电流 • IP ＝M I0 ＝MRPin • 倍增系数M与电离系数及增益区厚度有关。 • 2、过剩噪声因子F • 在APD中，每个光生载流子不会经历相同的倍增过程， 具有随机性，这将导致倍增增益的波动，这种波动是额外 的倍增噪声的主要根源。通常用过剩噪声因子F来表征这 种倍增噪声。F又可近似表为：F＝Mx • x被称为过剩噪声指数。
弱光检测
目录
弱光检测光电Βιβλιοθήκη 换电路 弱光检测前置放大电路
弱光检测结果分析
弱光检测光电转换电路
图1为光电检测电路。该检测电路是由放大器A，反馈RF和CF组成，其输出电压为u1=SPRF，其中，S为光电二极管的灵敏度，P为入射光功率。在检测弱光信号时，RF为提高增益，RF的取值应选择尽可能大，放大器的输入偏置电流IB和输入失调电压VB对输出电压的影响分别为IBRF和为光电二极管内阻。可以看出，减小RF可以减少以上影响，但同时会减小电路的增益。解决这个问题需选择偏置电流和失调电压均很低的运算放大器。这里选用0PAlll型高精度运算放大器，其偏置电流约为0．8 pA，输入失调电压约100μV。经过计算，RF的值取在几百MΩ范围内时，上述影响可以近似忽略，能够满足电路的要求。
弱光检测结果分析
根据LOGl00的输入输出关系，实验中以I2为基准电流，根据运放反向输入结构有中可通过给定基准电压μ2实现。光电检测部分电路的输出电压一般只有mV量级，同时根据LOGl00器件要求，其输入电流要在l nA～l mA，I1，I2的比值要在l05以内。故图1中的输入电阻R11，R21选择在几十kΩ，以保证对数电路输出精确度，根据这些要求，μ2值设定为几mV。
弱光检测前置放大电路
由于光电转换电路的输出信号通常在mV数量级，且信号常常淹没在噪声中，因此前置放大部分需有较强的滤噪和放大能力。选用精密对数放大电路LOGl00与外围元件构成前置放大电路。图l虚线框内所示电路为LOGl00的简化内部电路，其动态输人范围1 nA～1 mA，满跨度输出误差(FSO)低于0．37％，与精确对数关系最大偏离小于O．1％。同时，内部还集成有激光校准电阻，使得该对数放大器在环境温度变化时仍能保持精确输出。LOGl00有4个选择端，通过不同的连接方式，可以很方便得到不同增益。
双通道微弱电流测量电路的设计
双通道微弱电流测量电路的设计摘要：针对微弱电流检测，设计了一种基于I-V 变换法的电流检测电路，系统采用STM32F767主控芯片和ADS1271数模转换芯片，并利用keithley2400为标准的恒流源进行了测试，结果表明在电流大于1nA相对误差小于1%。
关键词：微弱电流信号；I-V电路；恒流源1 前言微弱电流的测量是电子学技术中一项重要的技术分支，在光电探测、分析化学、高精度传感器和核电子学等学科都有广泛的应用。
微弱电流一般只幅度微安以下的电流，此类信号不仅本身信号微弱，而且在传输和测量过程中容易受到受到噪声及外部干扰，对其测量难度较大。
微弱电流测量原理主要有两种，一种是将微弱电流信号通过电路转换成频率信号，测量频率来转换成电流，即I-F变换法[1]。
另一种是将微弱电流信号通过电路转换成电压信号，测量电压转换成电流，即I-V变换法[2]。
本文设计了一种双通道微弱电流测量电路，实现两路信号同步采集。
2系统结构微弱电流测量系统由I-V变换电路、量程转换开关、模数转换电路、温度传感器、单片机微控制器及通信模块等部分组成，系统示意图见图 1 。
待测两路电流信号分别通过I-V变换电路转换为电压信号，单片机微控制器通过AD模数转换电路对电压信号进行采样并进行处理，同时系统根据采样电压的大小自动控制继电器，实现量程的切换。
系统配有温度传感器用于采集环境温度，对测量结果进行温度补偿。
通信模块配有RS232通信接口用于传送测量结果或对系统进行控制。
图 1 微弱电流测量系统示意图3硬件设计3.1 I-V 变换电路I-V变换电路是微弱电流信号I转换为电压信号，一般经过换后的电压信号也会被放大有利于后面的采样。
由于在转换过程中需要使用一个高阻值电阻作为反馈电阻，因此这种方法又称为“高阻法”[3]。
本文使用ADA4530-1低偏置电流的放大电路，最大偏置电流±20 fA,低失调电压最大值50μV，放大器默认配置为跨阻模式，采用100Ω-10 GΩ的电阻和高绝缘的继电器组成反馈网络，电路图见图2。
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目录摘要： (1)ABSTRACT： (2)引言： (3)任务与要求： (5)第一章放大电路 (6)1.1基本放大电路的工作原理 (6)1.3负反馈功能和用途简介 (11)1.4 放大电路的信号仿真波形示意图： (13)第二章滤波电路 (14)2.1 滤波电路概述 (14)2.2无源滤波电路 (15)2.3 有源滤波电路 (16)2.4 两种滤波电路的优差和选用 (18)2.5 滤波过后的仿真波形示意图： (19)第三章转换电路 (20)3.1 ADC0809的原理和功能介绍 (20)第四章单片机简介及运用 (22)4.1 8051单片机简介 (22)第五章转换与储存 (24)5.1 ADC0809与8051的接口电路 (24)5.2 ADC0809与8051的接口程序 (25)第六章总体设计电路 (26)6.1总体流程框图 (26)6.2设计电路原理图 (26)6.3总电路印刷板图 (30)第七章总结 (32)第八章谢辞 (33)第九章参考文献 (34)成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）弱信号检测与转换电路的设计——基于心电信号的设计摘要：弱信号检测电路是一种运用电子原器件组成的一个能够完成对弱信号的检测。
如：对心电信号的检测。
它是由滤波电路、放大电路、A/D转换电路和计算机存储等部分组成。
通过放大电路我们可以将输入的微弱的电信号放大，使得以后的电路能够对信号进行处理放大。
它通过滤波电路，放大电路可以将很微弱的电信号较清晰的分析出来，并通过示波器等模拟信号显示设备较完整准确的显示出来，并可以通过A/D转换电路，将模拟信号存入计算机当中，为以后信号的处理和再次应用提供了必要的前提条件。
所以，弱信号检测与转换电路的设计的成功对心电信号的检测与利用有极为重要的作用，最终对医学方面的发展起到了很大的推动作用。
关键词：弱信号弱信号检测滤波电路放大电路A/D转换电路1成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）Abstract：The weak signal examination electric circuit is an examination that can complete to the weak signal that a kind of spare part with original usage electronics constitutes.Such as:To the examinati on of heart telecommunication number.It from filter an electric circuit and enlarge electric circuit, the A/D conversion electric circuit and calculator saving etc. part to constitute.Pass to enlarge electric circuit us can will input of the weak telecommunication number enlarge, can make the later electric circuit carry on a processing to enlarge to the signal.It passes to filter an electric circuit, enlarging the electric circuit can come out very weak telecommunication number clearer analysis, and pass to show the more complete and accurate manifestation of the manifestation equipments of the emulation signal of a machine etc. to come out, and can pass the A/D conversion electric circuit, deposit the emulation signal into the calculator in the middle, is later signal of processing with again applied provide necessary of prior condition.So, the success of[with] design of the weak signal examination and conversion electric circuit has extremely important function to examination and exploitation of heart telecommunication number, end have very great push to the developments of medical sciences function.Key word:The weak signal Weak signal examination filters An electric circuit to enlarge The electric circuit A/D conversion electric circuit2成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）引言：人体最重要的身体器官莫过于心脏，它是人体血液循环的动力源。
它的运动机能运动正确与否直接影响着整个人体能否正常运行，血液循环不仅是为人体提供营养与氧的交换，还影响各个身体器官的运行状况，所以说心脏是人体最重要的器官，也是最为重要的组成部分。
心脏病和肿瘤是发达国家患病率、死亡率最高的两种疾病，随着人口老龄化，心脏患者呈逐渐上升的趋势。
我国早在20世纪80年代统计数据表明心血管病死亡率为119.34/10万，是总死亡的21.49%位居第一。
近年来，高血压心脏病和心率失常显上升趋势。
正常心脏处于胸腔内，它所处的位置，与周边脏器关系十分稳定。
在生理状况下，每个人心脏的大小、重量、容量都是相对稳定的，因此心脏的生理过程容易用物理、生化、数学术语表示。
心脏的生物信号易于获取、规范化和解释。
以心动周期为例，心脏规律运动，使得心脏在运动各期的状态，各房室腔内压力，心音节律和强弱、心电活动都有着恒定的规律。
这样，我们采集到的各种数据易于标准化，易于提取具有医学诊断的特征参数，也易于对数据本身或其变化做出解释。
心电图、心音图、房室腔压力曲线就是计算机信息技术对临床数据应用的代表。
心脏的大小：医生可以通过扣诊心脏的浊音界而描绘心脏的大小和形态。
心浊音界的各数据是以前正中线为纵轴，Ⅱ～Ⅴ为横轴形成坐标点，各坐标点与前正中线的垂直距离构成了正常值数据。
当我们将这些坐标点相连，便显示正常心脏外形和大小，当心脏发生病变时，其外形和大小常产生变化，这些坐标点随之产生位移，其连线构成的图形常显示特征性病变。
例如当心浊音界为“靴形”时提示可能为主动脉关闭不全；为“犁形”时，提示可能为二尖瓣狭窄；“烧瓶样”时，提示可能为心包积液。
计算机对这些数据的利用将自动地在病历描绘相应的心浊音界图，并提示疾病可能。
3成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）心跳频率（每两次心跳间的时间）、心跳节律（心跳之间的间隔规律）、心音高低（音频赫兹数），以及异常心音产生的阶段，这些数据都易于规范化定义。
因此，医生都能够利用计算机处理这些数据，也可以利用计算机信息技术处理这些生物信号，从而得到更为精确的心音图，为临床诊疗服务。
心脏实验室检查项目很多，常见的有：临床生化检查：如血液肌酸激酶及其同工酶、乳酸脱氢酶测定等，嵌入计算机及应用软件的全自动生化分析仪可以快速准确地提供检测到的数据。
心电图：是心脏科最常用的检测手段，也是使用计算机处理的结果，运动心电图和24小时连续记录心电图（Holter）则是它的更进一步发展。
此外，还有着冠状动脉造影、超声心动图等检测方法。
而在心脏病的治疗方面有着心脏科的电子病历以及心脏介入性治疗等，包括瓣膜球囊扩张术、冠状动脉球囊扩张术、冠状动脉支架置入术、心律失常射频销蚀术等，均可以通过血液数字减影（DSA）中的计算机系统，生成数字图象，为远距离会诊的医生同步共享。
所以怎样将来源心脏的震动通过转换，变成电信号，再将电信号通过特殊电路转换成能够被医疗机械识别的信号，这样就可以对心脏的机能有大概的了解！我们所设计的电路就是将检测到的弱信号，经过滤波电路、放大电路、A/D转换电路和计算机存储等，使得相关信息可以很好的保存下来！为其他提供可用的参数！4成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）任务与要求：1、信号来源于心电信号。
幅值为10 V~4mV，典型值为1mV，频率为0.05Hz~250Hz，频谱能量主要集中在0.25Hz~35Hz之间。
2、将检测到的信号幅值经放大电路、滤波电路后信号幅值能达到A/D转换器的输入信号幅值要求（0~3.3V）。
3、将模拟信号转换为数字信号后存储于计算机中：设置其采样频率。
4、用PROTEL画原理图与印制板电路图，用WAVE编制相应程序。
5成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）6第一章 放大电路1.1基本放大电路的工作原理放大电路的主要技术指标：放大电路的性能如何是由它的性能指标来衡量的,而且性能指标决定了放大电路的应用范围。
放大电路的性能指标很多下面我们讨论几个主要性能指标。
1.1.1 放大倍数放大倍数又称为增益,是衡量一个放大电路放大能力的指标.放大倍数愈大,则放大电路的放大能力愈强。
放大倍数定义为输出信号与输入信号的比值，根据输入输出端所取的是电压信号或电流信号的不同又可分为电压放大倍数，电流放大倍数等。
（1） 电压放大倍数Au输出电压对输入电压的比值，用Au 表示 即：u =UiUo上式是不考虑输入信号通过放大电路时可能产生相位移的情况,严格地说,应该是用输出电压和输入电压的相量之比表示电压放大倍数。
（2） 电流放大倍数A i同理,可用输出电流的有效值与输入电流的有效值之比,用Ai 表示,即：Ai =IiIo在工程上,Au 和Ai 常用以10为底的对数增益表示,这种表示方成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）7法也称为放大倍数的分贝表示法。
可写为：u =20㏒∣UiUo∣Ai =20㏒∣IiIo ∣当放大倍数小于1时,则用分贝表示的增益为负数.用非分贝表示的放大倍数公式中出现的负号,则表示输出与输入电压相位相反。
1.1.2输入电阻Ri输入电阻是衡量一个放大电路向信号源索取的电流的大小。