微电信号检测系统

微电信号检测系统

摘要：文中基于高速DSP数字采集系统，提供一种通过仪用放大器芯片ad620及滤波处理电路实现对微弱电信号的前置处理及采集的实用性方法。经实验与检测，该设计可以有效的对微弱信号进行实时采集，且滤波、去噪、放大效果较好。

关键词：微弱信号；DSP；仪用放大器；陷波电路

引言：

微电信号检测技术是一门新兴的技术学科，是利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原理和规律，研究被测信号的特点与相关性，检测被噪声背景淹没的微弱信号。能在噪声背景中检测信号的微弱信号检测仪器，为现代科学技术和工农业生产提供了强有力的测试手段。应用范围遍及几乎所有的科学领域，已成为现代科技必备的常用仪器。国外很多大学和公司都在从事不同领域的微信号检测的研究和相关芯片的研发工作。且随着仿生智能学的发展，是人们日益认识到若想更加深入的了解生物体内部结构，归根到底就是对人体各种微电信号的采集和处理及分析，所以研究微电信号的采集和处理具有很深远的意义。本文设计了一种微电信号采集和处理系统，通过电路的设计实现了对微弱电信号采集。

一．系统原理介绍

如图所示的是系统的整体设计框图，整个系统由三部分组成：前置仪用放大电路[1]、中间级处理电路、信号采集识别电路。由传感器传来的微弱信号经由前置仪用放大电路放大后经由中间级处理电路的滤波、增益调节及陷波后调制成复合信号采集识别电路可采集及识别的信号，将模拟信号转变为数字信号输入到DSP数字控制电路后序处理。

图1系统原理框图

二、主要功能模块实现电路

2.1前置仪用放大电路

前置放大电路主要考虑噪声、输入阻抗和共模抑制比等的影响。电路如图2所示，包括输入缓冲、高频滤波和仪用放大电路三部分。前置放大电路的最前级直接采用了电压跟随器的设计，此种设计在理论上输入阻抗无穷大，有效的将信号输入源与电路系统隔离，去除了信号源内阻高且不稳定的影响。仪用放大器因为其经典的三运放结构而具有较高的输入阻抗和共模抑制比，并且只需外接一个电阻即可设定增益，在生物信号处理领域被广泛地应用。本文选用的AD公司的AD620。

图 2 前置放大电路

2.2中间级处理电路

中间级处理电路分为带通选频网络[2]、二级放大电路、50Hz陷波器[3]和增益调节电路[4]等。带通选频网络由RC无源网络组成，简单可靠，通带的最大范围设定为0.05kHz～10kHz（在本文设计中是对以上频率做的通带范围，若信号源信号超出此范围改变滤波电路的具体器件参数可改变通带范围）。根据不同信号的差异，可以对信号的放大倍数进行调整，以适合后续数字控制电路对数据的采集的要求。在图3-图6分别给出以上四部分的电路设计原理图。

2.3信号采集电路

经前述两部分电路后，微电信号已被放大，根据所采用的数字采集电路调整放大电路中的增益可将信号放大到适合采集的幅值范围内。本系统采用的是ti 公司的TMS320VC5402[5]芯片作为主控芯片，以MAX1198[6]作为采样芯片。由于MAX1198最大可到100MHz的采样率，可以采集高频带信号。DSP芯片与MAX1198的接口图如图7所示。

图7 DSP与MAX1198接口图

三、实验数据

为验证系统电路，在电路输入端加入了多种频率的微电信号进行了实验。下图将频率为1KHz、幅值1.63mv经衰减20dB后的三种信号：方波、三角波、正弦，信号经过前置放大电路放大，由滤波和二级放大电路进行二次放大其波形如图8所示（数码相机所拍摄的示波器上的波形），输入到DSP数字系统的输入端，由A/D转换变为数字信号，最后存储到DSP 中，经CCS软件拟合可得如图9所示图形。其他频率也做了以上实验，本文不在此逐一列出。

四、结论

由实验的结果证明本系统设计可以实现对微弱电信号的放大采集等功能，并具有较好的滤波、去噪等特点，为微电信号的采集和处理提供了一种实用方便的有效方法。

参考文献

[1]中国集成电路大——集成稳压器与非线性模拟集成电路[M]，国防工业出版社，1989

[2]（美）D.E.约翰逊、J.L.希尔伯恩著，潘学明译，有源滤波器的快速实用设计，人民出版社，1980.6:9-12

[3]任洪林，陈名，消除电网工频信号干扰的陷波电路设计，佳木斯大学学报，2007,5-6

[4]稻田保，模拟技术应用技巧101例，关静、胡圣尧译，科学出版社，2006

[5]戴明桢、周建江主编，TMS320C54×DSP结构、原理及应用，北京航天航空大学出版社，2001

[6]MAX1198 Data Manual ,Maxim , 2002.4