水声微弱信号调理电路设计.pdf

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1、V01．36No．12180舰船电子工程ShipElectronicEngineering总第270期2016年第12期水声微弱信号调理电路设计。陈亚辉(中国船舶重工集团第七一五研究所杭州310012)摘要论文介绍一种水声微弱信号的调理电路设计，该电路具有电源模块、放大模块和滤波模块。通过仿真和测试表明该电路等效输入噪声低，能有效地对微弱信号进行放大和滤波。关键词调理电路；低噪声；带通滤波器；微弱信号中图分类号0427DOI：10．3969／j．issn．1672—9730．2016．12．040PreconditioningCircuitforUnde

2、rwaterAcousticWeakSignalCH匣NYahui(The715thResearchInstituteofCSIC，Hangzhou310012)AbstractThispaperintroducesakindofunderwateracousticweaksignalconditioningcircuitdesign．Thecircuithasapowersupplymodule，amplifierandfiltermodule．Thesimulationandtestshowthatthecircuitequivalentinputn

3、oiseislow，andthecircuitcanamplifyandfiltertheweaksignaleffectively．KeyWordsconditioningcircuit，lownoise，bandpassfilter，weaksignalCI弱sNumlⅪr04271引言进入新世纪以来，无论是在民用领域的海洋开发利用，还是在军事领域的危险目标探测，水下目标的定位和识别越来越重要[1]。水下目标信息的主要是通过声波传输，声波中的信息通过水听器转换成电信号，此时水听器输出的电信号不仅微弱，而且还掺杂各种噪声源产生的噪声，使得目标信号不易提

4、取。本文针对这种微弱信号进行低噪声、无失真放大调理，从大量的噪声中提取水声的电信号。2调理电路设计与仿真水听器输出的信号是毫伏量级甚至是微伏量级，大量的背景噪声和目标自噪声掺杂在信号中，为了将微弱信号从噪声中提取出来信号调理电路必须具有良好的本底噪声和降噪设计，降低噪声需要从噪声源、耦合路径等综合考虑[4]。调理电路主要由三个功能模块组成，其原理框图如图1所示。图1信号调理电路原理框图电源模块是将外部锂电池供电电压进行转换，为放大电路和滤波电路提供低纹波电源。前置放大电路通过低功耗、低噪声运算放大器将水听器输出信号电压放大，提高信号的信噪比。二级放大通过

5、运放使得信号满足采集电压的幅度要求。滤波电路通过低噪声运算放大器搭建有源滤波器，提高水声信号采集质量。2．1电源模块外部锂电池的供电电压为10．8V，需要通过芯片将供电电压转换为5V，5V电压作为放大模块和滤波模块的供电电源。电源转换芯片选取ADP7118，它是ADI公司的低噪声、CMOSLDO线性稳压器，噪声低至ll／-Vrms，100kHz时电源印制比达到68dB。稳压电路原理图如图2所示。*收稿日期：2016年6月10日，修回日期：2016年7月27日作者简介：陈亚辉，男，助理工程师，研究方向：声纳浮标电路设计。2016年第12期舰船电子工程181

6、D1“憨--“一IMURSl05T3Ⅲ赆1：i强瑚其中C1和C2作为输入旁路电容将外部引入电压的杂波噪声滤除，同时还可以降低电路对PCB布局的敏感性。C3和C4作为输出电容，可以改善芯片对大负载电流变化的瞬态相应，同时可以减少外部电源引入的电网噪声，有效降低电路的本底噪声。D1是保护二极管，防止电路异常，或出现反向脉冲电压，输出端电压高于输出端时，二极管导通，避免反响电压加在芯片上，保护稳压芯片的安全。2．2前置放大电路前置放大电路主要是放大水听器信号，提高信号的信噪比，同时有效抑制引入的共模干扰噪声，并减少自身产生的附加噪声[5~7]。为了减少放大电路

7、中元器件带来的热噪声，选取的运算放大器功耗比较低，电阻的阻值比较小；为了减少电子元件本身的噪声影响，设计的电路尽量简单。压电型水听器具有比较高的输出阻抗，为了获取信号需要通过高输入阻抗放大器进行前置放大。根据这些要求选取的放大器必须是单电源供电、高精度、低噪声、高输入阻抗和低输出阻抗，本文选择MAX公司的MAX4477芯片，该芯片的主要特性有：输入噪声；输入阻抗达到1000Gfl(差模)，可以保证水听器信号不失真进入模拟接收通路；共模抑制比达到115dB，这样可以有效地减少共模干扰的影响；增益带宽积达到10MHz。本文中采用的放大电路通过运放和电阻组成深

8、度反馈电路实现反相比例电路[3]，因为运放是单电源供电，需要在运放的正向输入端加