基于Launchpad微弱信号检测装置的探究
浅析微弱信号检测装置设计
浅析微弱信号检测装置设计作者：孙霖陈玉玲来源：《传播力研究》2019年第03期摘要：该系统的设计是用来检测强噪音下对微弱信号检测，低频正弦信号的幅度是已知的并且表示幅度的值。
内核基于微控制器，并用作数据处理和使用Launchpad开发板控制LCD 屏幕正弦信号幅度的内核。
MCU，双音频放大器OPA2134，低噪声放大器选用的是OPA2227，运算放大器使用电压调节器OP07，TL431来检测信号。
关键词：噪声;微弱信号检测一、前言结构的噪声源由标准噪声产生。
当输入正弦信号的频率为1 kHz时，最大幅度在200 mV～2 V范围内，系统中的设置要求其精度控制在5%以内。
二、设计方案该设计使用滤波方法，因为滤波器本身是用于消除不需要的噪声的设备。
对输入和输出信号进行滤波以获得干净的信号，并有效地过滤某一频率的频率或频率，并且功能是获得特定频率或消除某些频率。
本文采用多阶的带通滤波器，中心频率是1KHZ，过滤除信号之外的其他AC信号。
过滤器是借助过滤器设计的，方便简单，而且还基本可以实现设计要求。
三、器件选择微控制器MSP430G2551是一款处理器，具有极低功率的混合信号。
它结合了芯片内的许多外围模拟电路和通用数字模块。
OPA2134双音频运放特点为频带宽、转换速率高、并且在超低噪声情况下有超低失真、该驱动器的高功率输出使其成为噪声和信号的理想选择，具有高扫描速度的低失真差分运算放大器，在恶劣的环境中，可以使用出色的动态响应，高输出电压变化和高输出功率。
附加部件可实现强化且一般与OPA2134可进行兼容;OPA2227是一款具有低噪声和高精度功能的精密放大器、噪声小，准确放大信号电压;OP07运算放大器是一种广泛使用的运算放大器，低噪声，极低的输入失调电压，极低的温度漂移，输入噪声时的极低电压幅度，宽电压范围和高输入阻抗。
可广泛用于集成电路，绝对值精密电路，比较器和弱信号精密增益电路;TL431稳压器用于系统设计，使用精密直流电源产生2.5V参考电压参考设计。
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装置是一种用于检测和测量微弱信号的仪器，广泛应用于科学研究和工程实践中。
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。
微弱信号检测装置的设计原理主要基于信号增强和噪声抑制两个方面。
对于微弱信号的增强，常用的方法包括放大、滤波和频谱分析等。
放大是通过放大器对信号进行增益放大，使信号的幅度变大，从而便于测量和分析。
滤波是通过滤波器对信号进行频率筛选，去除不需要的频率成分，提高信号的纯度和可测量性。
频谱分析是通过对信号进行频谱分解，将信号在频域上进行分析，找出信号中的频率成分和能量分布。
对于噪声的抑制，常用的方法包括降噪算法和滤波器设计等。
降噪算法通过对信号进行数字信号处理，去除噪声成分，提高信号与噪声之间的信噪比。
滤波器设计则是通过设计合适的滤波器，将噪声成分在一定频率范围内进行抑制。
微弱信号检测装置的关键技术主要包括低噪声设计、高精度采样和高精度测量。
低噪声设计是为了降低仪器自身的噪声水平，提高信号与噪声之间的信噪比。
其中包括采用低噪声器件和电路设计、提高系统的灵敏度和动态范围等。
高精度采样是为了保证对微弱信号的准确采样和测量。
其中包括提高采样器的采样率、增加采样深度和增加采样通道数等。
高精度测量是为了保证对微弱信号的准确测量和分析。
其中包括提高测量设备的精度、减小系统误差和提高数据处理算法的准确性等。
微弱信号检测装置的应用场景非常广泛，包括物理实验、天文观测、生物医学和无线通信等领域。
在物理实验中，微弱信号检测装置可以用于检测物质的微弱轰击、光子信号和微小振动等。
在天文观测中，微弱信号检测装置可以用于检测星际信号、宇宙背景辐射和射电天文信号等。
在生物医学中，微弱信号检测装置可以用于检测心电信号、脑电信号和生物分子信号等。
在无线通信中，微弱信号检测装置可以用于检测低功率信号、弱信号接收和频谱监测等。
微弱信号检测装置是一种重要的仪器设备，具有广泛的应用前景。
微弱信号检测装置
Vn2 Sn Kv2 ( f )df Sn Be Kv
0
（1）
其中 Kv=Vso/Vsi,于是可得到系统的 SNIR（信噪比改善）为：
2 2 2 SNIR (Vso / Vno ) / (Vsi2 / Vni ) Bn / Be
（2）
由上式可以看出，信噪比改善等于输入噪声带宽与系统噪声等效带宽之比。因此，减少 系统的噪声等效带宽可提高系统的输出信噪比。 对于信噪比小于 1 的被噪声淹没的信号， 只 要信号处理系统的噪声等效带宽做的很小，就可以将信号从噪声中提取出来。 对于 1/f 噪声，通过一个带宽为 B＝f2－f1 的窄带滤波器后，输出噪声的电压均方值为：
5. 设计总结
电子设计训练，培养了我们独立分析问题，解决问题的能力，也使我们感受做电子作品 时候的乐趣，也使我们对本专业的知识有更多的认知和理解。它不光培养了我们理论知识， 另一方面，也培养了我们学校的动手操作实践能力。经过平日的每一次课题训练，我们收益 非浅，充分感受到了团队之中队员的共同协作的重要性。但也发现了自己的一些不足，在今 后的学习过程中将更加努力，以适应社会和时代发展要求。
0
品质因数，满足不同输入信号频率的要求。而且开关电容滤波器在 Q 值较高时增益大，电路 中就不需要额外的放大电路。 虽然方案一电路实现较为方便，但实现高 Q 值需要多级滤波，且电路参数不易调节，难 以满足发挥部分的要求。 而开关电容滤波器可通过改变中心频率和 Q 值参数进行调节， 满足 不同频率输入信号的要求。所以本系统选用方案二，利用 MAX262 可编程开关电容滤波器实 现窄带滤波器电路。 1.3 检波电路的选取 方案一：采用普通的二极管检波电路，由于输入信号的幅值达 20mV，小信号无法通过 二极管，所以在输入信号中加一直流偏置电压，让二极管越过其截至区，从而实现小信号检 波。 方案二：采用精密整流电路，不需要考虑二极管的截止区，就可以实现小信号检波。 方案一由于小信号越过的截至区后， 二极管并非工作在线性区， 这会造成波形上下不对 称，从而影响峰值检测。同时二极管的温漂也比较严重，固不采用该方案。而对于方案二， 检波效果与二极管的截至区无关，检波效果较好。 1.4 系统总体方案 根据方案论证，本系统电路主要由三个模块组成，其中由 LaunchPad MSP430 单片机最 小系统及显示模块组成控制显示模块， 由加法器电路和纯电阻分压网络电路组成微弱信号源 模块，由有源带通滤波电路，窄带滤波电路和检波电路、信号调理电路组成微弱信号检测电 路模块。系统整体框图如图 1 所示。
微弱信号检测装置(实验报告)剖析
2012年TI杯四川省大学生电子设计竞赛微弱信号检测装置（A题）【本科组】微弱信号检测装置（A题）【本科组】摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。
电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。
当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。
再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。
本设计的优点在于超低功耗关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134一系统方案设计、比较与论证根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。
为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。
其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。
图1系统设计总流程图图2微弱信号检测电路子流程图1 加法器设计的选择方案一：采用通用的同相/反相加法器。
通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。
方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。
音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。
2 纯电阻分压网络的方案论证方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。
基于MSP430 Launchpad的便携式局域微尘检测预警系统
基于MSP430 Launchpad的便携式局域微尘检测预警系统卫若棋;李茁恒;蒲金柯;刘伟琦;张华
【期刊名称】《信息通信》
【年(卷),期】2016(000)004
【摘要】随着科技进步及工业化城市化的发展，空气污染越发严重，空气中的微尘对人们健康的生活造成很大的影响。
如何降低空气污染对自己的影响成为人们的焦点，明确了解自己所处环境十分重要。
该设计采用电池作为电源，利用SM-PWM-01A粉尘传感器对空气中的PM2.5进行测量，经由MSP430单片机采集转换和处理之后显示到液晶显示屏上，为人们提供了便携的微尘检测预警装置。
【总页数】2页(P152-152,153)
【作者】卫若棋;李茁恒;蒲金柯;刘伟琦;张华
【作者单位】上海电机学院电气学院，上海201306;上海电机学院电气学院，上海201306;上海电机学院电气学院，上海201306;上海电机学院电气学院，上海201306;上海电机学院电气学院，上海201306
【正文语种】中文
【中图分类】TP274.4
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微弱信号检测装置(实验报告)
微弱信号检测装置摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。
电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。
当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。
再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。
本设计的优点在于超低功耗关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134一系统方案设计、比较与论证根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。
为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。
其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。
图1系统设计总流程图图2微弱信号检测电路子流程图1 加法器设计的选择方案一：采用通用的同相/反相加法器。
通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。
方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。
音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。
2 纯电阻分压网络的方案论证方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。
分析：电阻的标称值与实际值有一定的误差，因此考虑其他的方案。
方案二：由一个电位器和一个固定的电阻组成的分压网络，通过改变电位器的阻值就可以改变其衰减系数。
微弱信号检测装置(A题)(获奖报告)(电赛报告模板)
微弱信号检测装置（A题）摘要本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。
该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。
其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路和显示电路完成微小信号的检测和显示在液晶屏上。
本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4053，最后通过低通滤波器输出直流信号检测出微弱信号，将该直流信号送入单片机处理后，液晶显示出来。
经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。
关键词：微弱信号强噪声相敏检测1系统方案1.1方案论证与比较1.1.1 微信号检测电路方案一：采用滤波电路检测微小信号，通过滤波电路将微小信号从强噪声中检测出来，但滤波电路中心频率是固定的，而信号的频率是可变的，无法达到要求，所以该方案不可行。
方案二：采用取样积分电路检测小信号，利用取样技术，在重复信号出现的期间取样，并重复N次，则测量结果的信噪比可改善倍，但这种方法取样效率低，不利于重复频率的信号恢复。
方案三：采用锁相放大器检测小信号，锁相放大器由信号通道、参考通道、和相敏检波器等组成，其中相敏检波器（PSD）是锁相放大器的核心，PSD把从信号通道输出的被测交流信号进行相敏检波转换成直流，只有当同频同相时，输出电流最大，具有很好的检波特性。
由于该测试信号的频率是指定的且噪声强、信号弱，正好适合于锁相放大器的工作情况，故选择方案三。
1.1.2移相网络设计因为检测电路选择了锁相放大器，而移相网络是锁相放大器中的一部分，在此进行分析。
方案一：采用全通滤波器模拟移相电路，一阶全通滤波器的移相范围接近180度，所以通过设计两级滤波则可使移相范围达到360度。
方案二：采用数字移相方法，数字移相可以在4个象限内进行0～89°的调节，合起来即实现了0～360°的移相，由集成芯片控制频率和相位预值，如用CD4046锁相环组成。
微弱信号检测装置.
微弱信号检测装置摘要：本设计以TI的Launch Pad为核心板，采用锁相放大技术设计并制作了一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率微弱正弦波信号的幅度值，并在液晶屏上数字显示出所测信号相应的幅度值。
实验结果显示其抗干扰能力强，测量精度高。
关键词：强噪声；微弱信号；锁相放大；Launch PadAbstract:This design is based on the Launch Pad of TI core board, using a lock-in amplifier technique designed and produced a weak signal detection device, to measure the known frequency sine wave signal amplitude values of the weak in the high noise background, and shows the measured signal amplitude of the corresponding value in the liquid crystal screen. Test results showed that it has high accuracy and strong anti-jamming capability.Keywords: weak signal detection; lock-in-amplifier; Launch Pad1、引言随着现代科学技术的发展，在科研与生产过程中人们越来越需要从复杂高强度的噪声中检测出有用的微弱信号，因此对微弱信号的检测成为当前科研的热点。
微弱信号并不意味着信号幅度小，而是指被噪声淹没的信号，“微弱”也仅是相对于噪声而言的。
只有在有效抑制噪声的条件下有选择的放大微弱信号的幅度，才能提取出有用信号。
微弱信号检测
四川省大学生电子设计竞赛报告题目：微弱信号检测装置微弱信号检测装置【摘要】：为提取被噪声淹没的微弱信号，在分析了锁相放大器原理的基础上，采用基于AD630设计了一个双相位锁相放大器。
实现了正弦信号的检测和显示，由于时间紧迫，AD采样显示的数值误差较大。
【关键词】：锁相放大器正交信号 AD630 MAX7490一、方案设计与论证图1 微弱信号检测装置示意图1.1 微弱信号检测电路设计与方案微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。
常用的微弱信号检测方法有：匹配滤波、锁相放大、取样积分等。
方案1：匹配滤波法。
使用窄带滤波器，滤掉带宽噪声只让窄带信号通过；此方案电路简单，但是，由于一般滤波器的中心频率不稳定，不能满足更高的滤除噪声的要求。
方案2：单通道锁相放大法。
用AD630平衡调制解调芯片、移相器及低通滤波器构成锁相放大电路，基于信号的互相关原理，移相器输出的信号必须与被测信号同频同相，由于被测信号相位未知，需移相器逐步移相，实现较为复杂。
方案3：双通道锁相放大法。
用两个AD630平衡调制解调芯片、两个低通滤波器做成双通道锁相放大器，就是被测信号与两个相互正交的信号分别相乘经低通滤波器再送入AD进行采样，这样不需考虑被测信号的相位。
两路正交信号由74LS74构成的分频电路产生或由单片机产生。
由于只需要直流分量，低通滤波器的截止频率可以低到几百赫兹。
综合考虑，我们采用方案3。
1.2 加法电路的设计与方案加法电路要求正弦信号与噪声信号相加，并测量噪声的均方根值；因此加法电路的内部噪声越小越好。
方案1：普通加法器。
用低噪声放大器OPA2227做一个普通的加法器，但此电路接有电阻电容，会产生附加噪声。
方案2：高性能加法器。
用低噪声仪表放大器INA2134做一个高性能的加法器，有独立的共模抑制能力、增益误差、噪声和失真。
方案2虽然比方案1复杂，但引入的附加噪声比方案1小，因此选用方案2。
1.3 带通滤波器设计与方案题目中给了一个带宽很宽的强噪声，要想进可能地滤掉噪声，需一个窄带带通滤波器。
实战训练3 微弱信号检测装置
微弱信号检测电路设计训练一、任务设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。
为便于测评比较，统一规定显示峰值。
整个系统的示意图如图1所示。
正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。
噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。
图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。
图1 微弱信号检测装置示意图二、要求1. 基本要求（1）噪声源输出V N的均方根电压值固定为1V±0.1V；加法器的输出V C =V S+V N，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。
（2）微弱信号检测电路的输入阻抗R i≥1 MΩ。
（3）当输入正弦波信号V S 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
2. 发挥部分（1）当输入正弦波信号V S 的幅度峰峰值在20mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
（2）扩展被测信号V S的频率范围，当信号的频率在500Hz ~ 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
（3）进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。
（4）其它（例如，进一步降低V S 的幅度等）。
三、说明1.本题可以使用TI 的Launchpad（MSP430小开发板）来完成；也可以用51单片机开发板或者其他开发板完成数字部分及软件实现。
2.微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。
常用的微弱信号检测方法有：滤波，锁定放大，取样积分等（仅供参考）。
3.为便于各个模块的测试，所有测试端点（A~E）应做成跳线连接方式。
4.检测并显示正弦波信号的幅度值是指输入正弦波信号V S 的幅度（即峰值）。
5.赛区测评时，应固定使用某一装置（PC机或MP3）来产生噪声源，所有作品均应采用该噪声源进行测试。
微弱信号检测装置论文
2
辽宁省大学生电子设计竞赛论文
一、方案论证与比较
1、信号检测方案比较 方案一：滤波方法，构造以目标频率为中心频带的带通滤波器，只允 许目标频率的正弦信号通过。这种方法电路设计相对便捷，结果直观， 能直接将目标信号从混合中提取出来，缺点是电路稳定性较难控制， 对元器件精度要求较高（如电阻、电容值），且滤波器中心频率一经 确定，很难再依据信号的频率改变而改变，无法实现较宽频带范围内 的正弦信号提取。 方案二：采样积分和数字式平均方法，适用于周期信号处理，适合衰 减性较强的信号检测，缺点是耗时、效率低下，数据运算量较大，不 适宜单片机处理和实时显示。 方案三：锁相放大法，适用于已知目标信号频率的情况，能较为准确 地从强噪声混合信号中锁定目标信号。应用这种方法，采用模拟开关 CD4066 搭建相敏检波器，利用单片机发生于目标信号同频率的参考 方波，完全符合要求。
电路及其仿真特性曲线图如下：
图5
9
辽宁省大学生电子设计竞赛论文
图6 5、数据采集与显示电路 5.1 频差所导致滤波结果误差分析
由于本系统参考信号由单片机产生，受其晶振频率影响，无法 获得与目标信号完全一致频率的参考方波信号，经精密测量可知，单 片机所产生 1KH 的参考信号波形实际为 1000.04Hz，此时低通滤波器 输入端无法获得稳定的整流波形，而是随着时间推移不断相移的变周 期图像的，因而经过低通滤波的直流量也将随时间作周期变化，经仿 真并结合大量试验数据分析，下面给出输入信号为 2V，频率为 1000Hz 时利用本系统测量量计算的信号幅度值随时间变化的关系图线：
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是许多科学领域和工程领域中的一个重要技术挑战，包括无线通信、雷达、医学诊断和科学研究等领域。
微弱信号检测装置是用来检测和测量微弱信号的设备，它需要具备高灵敏度、低噪声和高分辨率等特性。
本文将对微弱信号检测装置的设计原理和关键技术进行分析和探讨。
一、微弱信号检测装置的原理微弱信号检测装置的设计原理主要是利用信号放大和滤波技术来增强微弱信号的强度，并通过噪声抑制技术来提高信噪比。
一般来说，微弱信号检测装置包括前置放大器、滤波器、增益控制器和信号处理器等部件。
前置放大器是用来放大输入信号的强度，增加信号与噪声的差异，从而提高信噪比。
前置放大器的设计需要考虑到信号的频率范围、输入阻抗和放大倍数等参数。
滤波器则是用来去除输入信号中的杂散噪声和干扰信号，通常采用低通滤波器或带通滤波器来限制输入信号的频率范围。
增益控制器可以根据输入信号的强度来调节放大倍数，以避免过大的信号被过度放大而导致失真。
信号处理器则用来处理放大后的信号，包括采样、滤波、数字转换和数据分析等功能。
1. 低噪声放大器设计低噪声放大器是微弱信号检测装置中的关键部件，它需要具备高增益和低噪声的特性。
要设计一款低噪声放大器，需要考虑到放大器的噪声系数、输入电阻、输出阻抗和带宽等参数。
通常采用低噪声场效应管和双极晶体管来设计低噪声放大器，同时采用差分放大电路来提高信噪比。
还需要考虑到放大器的线性度和稳定性，以确保信号在放大过程中不会失真和漂移。
2. 信号滤波技术信号滤波技术是微弱信号检测装置中的另一个关键技术，它用来去除输入信号中的杂散噪声和干扰信号，从而提高信号的纯度和准确性。
通常采用主动滤波器和被动滤波器来设计信号滤波器，主动滤波器采用放大器和反馈网络来实现滤波功能，被动滤波器则采用电容和电感等元件来实现滤波功能。
还可以采用数字滤波器来进行数字信号处理，用于实现高精度和高分辨率的滤波效果。
3. 低功耗设计微弱信号检测装置通常需要长时间持续工作，因此需要考虑到功耗和热量的控制。
微弱信号检测装置的设计与总体报告
4
A2 1
R4 ， R 4 取 10K 的滑动变阻器，R 5 1K ，放大倍数最大可达 10 R5
倍。两级放大一共可达到 A1 A 2 100 倍。
XFG1 R1 7 10kΩ
AD637 有效值转换
图 3 锁相放大系统框图
综上所述，从抗噪声性能等角度综合考虑，我们选用方案三。
3
2. 理论分析与计算 2.1 纯电阻衰减网络
这里要求衰减网络的引入不影响前后级的匹配情况，所以我们不用简单的电 阻串联，而采用非对称 T 型电阻衰减网络。使用这种衰减网络的好处在于输入、 输出阻抗可以不一致。 纯电阻 T 型衰减网络如图 4 所示：
3. 主要电路设计 3.1 加法器
为了叠加噪声信号和有用的正弦信号，加法器的必须的。加法器实现的是线 性叠加，增益为 1，我们用运算放大器构成加法器电路就可以实现。同相加法器 输入阻抗高，使之能吸收的信号更强，加法器我们选用“TI”公司的高精度、低 噪声运放，如图 7 所示。
图 7 加法器电路
3.2 纯电阻衰减网络
微弱信号检测
正弦信号源
VS A
加法器
B VN
Vc C
纯电阻 分压网络
Vi D
放大电路 （两级放大 增益可调）
同向放大 （增益无穷大） 方 波 带通滤波器 500Hz~2KHz 窄带滤波器 1KHz AD630 自相关检测
噪声源
低通滤波器
E
Vo
液晶
MSP430G2335 Launch Pad
ADS1115 A/D转换
图 9 带通滤波器
7
3.5 移相器
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探测低信噪比信号的装置，广泛应用于无线通信、天文学、地球物理学、生物医学等领域。
其设计的关键是提高信号的检测灵敏度和降低噪声的干扰。
设计微弱信号检测装置应该选择合适的检测方法。
常用的方法包括锁相放大、功率谱分析、调频信号检测等。
根据实际需求选择适当的检测方法，能够提高信号的检测灵敏度。
提高信号的检测灵敏度需要降低噪声的干扰。
设计中应该采取一系列措施来减小噪声的影响。
使用低噪声放大器来放大信号，使用低噪声滤波器来滤除噪声，使用高品质的接收天线来增加信号的接收强度等。
信号的检测灵敏度还受到设备本身的性能限制。
在设计微弱信号检测装置时，需要优选器件和部件，以确保其具有良好的性能。
选择低噪声、高增益的放大器，选择高精度、低漂移的滤波器，选择高灵敏度、宽带宽的收发器等。
在设计过程中还应该考虑其他影响因素，如温度、电源稳定性、传输线匹配等。
这些因素可能会对信号的检测和测量结果产生影响，因此需要在设计中予以考虑，并采取相应的措施进行补偿或抑制。
微弱信号检测装置的设计需要综合考虑检测方法、噪声抑制、设备性能以及其他影响因素。
通过合理选择器件和部件、优化设计方案，能够提高微弱信号的检测灵敏度，从而实现对低信噪比信号的准确检测。
弱信号检测
微弱信号检测装置（A题）摘要：整个装置由信号源、加法器电路、纯电阻分压电路、微弱信号检测电路和显示电路等组成。
微弱信号检测电路由低频小信号放大电路、带通滤波器电路和集成运放积分放大电路组成。
显示电路基于TI 的Launchpad（MSP430小开发板），通过MSP430的A-D转换模块采集微弱信号检测电路的输出信号，并通过LED显示。
本设计采用模拟滤波电路检测方法，具有良好的提取有效信号抑制噪声的性能。
关键词：微弱信号检测，MSP430单片机，模拟滤波目录1. 方案比较设计与论证 (3)1.1信号源 (3)1.2加法器电路部分 (3)1.3纯电阻分压电路部分 (3)1.4微弱信号检测电路部分 (4)1.4.1 低频小信号放大电路 (4)1.4.2 带通滤波器电路 (4)1.4.3 集成运放积分放大电路 (5)1.5显示电路部分 (5)2. 理论分析与计算 (6)2.1加法器电路输出电压V C (6)2.2纯电阻分压电路输出V I (6)2.3微弱检测信号电路输出V O (7)2.3.1 放大电路的参数设定 (7)2.3.2 滤波电路的参数设定 (7)2.3.3 积分电路的参数设计 (8)3. 系统设计实现 (8)3.1系统总体框图 (8)3.2系统硬件设计 (9)3.2.1 加法器电路 (9)3.2.2 纯电阻分压电路 (9)3.2.3低频小信号放大电路 (10)3.2.4 带通滤波电路 (10)3.2.5集成运放积分放大电路 (11)3.2.6 显示电路 (12)3.3系统软件设计 (12)4. 系统测试与数据分析 (13)4.1测试数据 (13)4.2数据分析 (13)5. 总结 (13)参考文献 (13)附录 (14)附录一元器件明细表 (14)附录二仪器设备清单 (14)附录三电路原理图 (15)附录四程序清单 (15)1. 方案比较设计与论证1.1 信号源信号源由正弦波信号源和噪声源组成。
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。
微弱信号检测报告书
2012年四川省大学生电子设计TI杯竞赛设计报告制作题目：微弱信号检测装置（A题）作者：日期：本装置是基于超外差原理对微弱信号进行幅值检测，主要由PGA，低通滤波器，DDS，带通滤波器，高精度A/D，恒增益运算放大器，峰值检波，MSP430-Launchpad组成。
其中，由恒增益放大器与单片机进行第一次检测判断并控制PGA放大倍数，再将PGA产生信号与DDS信号进行混频，经带通滤波器后，由峰值检波检测峰值，交由A/D 检测，并由单片机显示结果。
关键词：超外差；微弱信号；幅值检测AbstractThis device detected the weak signal amplitude based on the superheterodyne principle.It is formed mainly of the PGA,low-pass filter,DDS,band-pass filter,high-precision A/D,fixed-gain operational amplifier peak detector and MSP430-Launchpad.During this prosession,the MCU and fixed-gain operational amplifier detected the signal amplitude at first and determine the magnification of PGA.Next,the signal witch is produced by the mixing of the signal which are formed of DDS and the output of PGA.And,the mixed signal whitch has been dealed byband-pass filter is detected by peak detector to got the number of the st,the MCU display the peak by the detection of A/D.Key words:Superheterodyne;weak signals;amplitude detection一．方案论证--------------------------------------------41.方案比较和选择信号提取方式---------------------------------------4A/D选取-------------------------------------------4信号峰值获取---------------------------------------5波形产生-------------------------------------------52.总体方案设计---------------------------------------5二．理论分析与计算--------------------------------------61.超外差电路设计-------------------------------------62.峰值检测设计---------------------------------------7三．电路设计混频电路-------------------------------------------7峰值检测电路---------------------------------------8滤波器电路-----------------------------------------8系统软件与流程框图---------------------------------8四．测试方案与测试结果----------------------------------10测试仪器-------------------------------------------10测试方案及数据记录---------------------------------10五．总结------------------------------------------------11六．参考文献--------------------------------------------11一．方案论证1.方案比较和选择（1）信号提取方式：方案一：采用锁相放大器原理。
微弱信号检测装置论文_邵红宇
微弱信号检测装置摘要：本系统采用MSP430G2553(LaunchPad)作为主控制器，利用双相锁定放大器检测原理实现微弱信号的检测。
系统中，MSP430G2553实现LCD显示控制、已知频率的微弱正弦信号幅度检测、正交参考信号控制等功能；双通道DDS信号发生电路实现正交信号源的产生；ML T04模拟乘法器实现模拟信号相乘；MAX297实现低通滤波；OPA2227构成加法器实现正弦信号和噪声信号相加、以及双相锁定放大器经DC放大之后同相输出信号和正交输出信号的相加；OPA2134实现微弱信号的放大；ADC模块采用MSP430G2553自带的AD实现；键盘实现正交信号源的调节与控制。
通过测试：系统纯电阻网络衰减系数为121；微弱信号检测电路的输入阻抗Ri远大于1 M ；输入正弦波信号VS 的频率在500Hz ~ 2kHz范围内、幅度峰峰值在20mV ~ 2V 范围内时，测量误差小于2%。
因此，从测试结果来看，基本部分达到设计要求，发挥部分实现基本功能。
该系统最明显的优势在于软件非常简单，只需采集微弱正弦信号电压幅度跟频率（频率其实是已知的）。
关键字：LaunchPad；双相锁定放大器；双通道DDS正交信号源；低通滤波器；LCD显示一、方案论证与比较1.微弱信号检测电路方案一：基于微弱信号的混沌理论，混沌理论是非线性科学最重要的成就之一, 作为非线性科学的重要分支, 混沌理论具有丰富的内涵和广博的外延空间。
因此，混沌检测已经受到国内外很多学者的关注。
为此，将混沌理论引入微弱信号的检测，利用混沌系数对小信号极强的敏感性及其对噪声的强免疫力来解决传统检测方法对噪声抑制不彻底的缺陷，通过对特定状态下的Duffing振子施加周期摄动力，即对混沌状态进行微扰，使系统由混沌状态突变到大尺度周期状态，从而根据系统相平面轨迹的变化，实现微弱信号的检测。
该方案理论复杂，硬件要求很高，不太容易实现。
方案二：采用快速傅里叶变换（FFT）与小波变换相结合的方法，快速傅里叶变换和小波变换相结合的原理是把信号通过正交基把信号从一个域变换到另一个域，傅里叶变换是把信号从时域变换到频域，小波变换是把信号从频域变换到时域，是傅里叶分析深入发展过程中的一个新的里程碑。
微弱信号检测装置(国科大电子电路大作业)
目录摘要 (1)Abstract (1)第一章绪论 (2)1.1 微弱信号检测技术概述 (2)1.2 信号检测的方法及微弱信号的特点 (2)1.2.1 常规小信号的检测方法 (2)1.2.2 微弱信号的检测方法 (4)1.2.3 微弱信号的特点 (4)1.3 本文的主要工作 (5)第二章微弱信号检测装置设计方案选择与论证 (6)2.1 方案选择与论证 (6)2.1.1 系统方案的确定 (6)2.1.2移相网络设计 (9)2.2总体方案论述 (9)第三章基于锁相放大的微弱信号检测装置设计 (10)3.1 锁相放大器原理 (10)3.2 移相网络 (10)3.3 相敏检波器原理分析 (11)3.4 电路设计 (12)3.4.1加法器 (12)3.4.2纯电阻分压网络 (12)3.4.3前级放大电路模块 (13)3.4.4带通滤波器 (13)3.4.5相敏检波器 (13)第四章仿真分析与程序设计 (16)4.1 仿真分析 (16)4.1.1 输入信号波形（前置两级放大电路输入波形） (16)4.1.2 经过前置放大电路和带通滤波器后输出波形 (16)4.1.3 参考信号输入输出波形 (17)4.1.4 LM311过零比较器输出波形 (18)4.1.5 开关乘法器输出波形 (18)4.1.6 低通滤波输出波形 (19)4.2 程序设计 (20)第五章实物展示与测试方案及结果 (21)5.1 实物展示 (21)5.2 测试方案与测试结果 (21)5.2.1 测试仪器 (21)5.2.2 测试方案 (21)5.3测试结果及分析 (23)5.4 总结 (23)微弱信号检测装置摘要本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。
该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。
其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路和显示电路完成微小信号的检测和显示在液晶屏上。
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测， 并通 过 Ｌ Ｃ Ｄ液 晶 显 示 。实际运 用表 明 ， 该 系统具 有 操 作 灵 活 简便 、 测 试 较 为 准确 的 特 点 ， 达 到 了设
计要 求 。
关 键 词 ：Ｌ ａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｐ ａ ｄ ； 微 弱信 号 ； 强噪 声 ； 信号提取 ； 幅值 检 测
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｎ ７ ０ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０ ２ ５ ８ — ７ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — ０ ０ ３ ８ — ０ ３
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基
微 弱信 号检测装置 的探究
陈 伟， 黄 芮， 林 师善 ， 利 文 苑 （ 武 汉 大 学 电子 信 息 学 院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ２ ）
摘 要 ：对 于淹 没 在 背 景 噪 声 中的微 弱 信 号 ， 由 于信 号本 身 的 涨 落 以及 背景 和 放 大 器 噪 声 的 影
响 ，其 测量 灵 敏 度 受到 限制 。 以 Ｔ Ｉ 公 司 出 品 的 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０小 开 发 板 Ｌ ａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｐ ａ ｄ为 处 理 和 控 制 的 核 心 ， 设
计 并 制 作 了微 弱 信 号 检 测 装 置 ， 通 过 信 号 放 大 电路 、 乘 法 器 电路 、 滤 波 电路 和 锁 相 电路 等 信 号 处 理 ，
实现 了在 强 噪 声 （ 噪 声 均 方根 电压 值 固定 为 １ Ｖ ＿ ０ ． １ Ｖ） 背景 下 对 待 测 微 弱 正 弦信 号 的 提 取 和 幅 值 检
Ｓ Ｏ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｂ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ （ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ Ｒ ＭＳ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｉ ｓ ｉ ｆ ｘ ｅ ｄ ｔ ｏ １ Ｖ￣ Ｏ ． １ Ｖ）ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｗ ｅ ａ ｋ ｓ ｉ ｎ ｕ —
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