基于MAX260的低頻微弱信號(hào)的模擬預(yù)處理
摘要：強(qiáng)雜波背景下對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)和提取是現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)中的一項(xiàng)尖端技術(shù)。對(duì)低頻微弱信號(hào)的預(yù)處理是它的關(guān)鍵所在。本文簡(jiǎn)單的介紹了可編程開關(guān)電容濾波器MAX260以及高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器TLC2652的原理和特點(diǎn),在此基礎(chǔ)上基于低速目標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)原理設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)低頻微弱信號(hào)模擬預(yù)處理的結(jié)構(gòu),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可取得很好的效果,并已在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：微弱信號(hào)檢測(cè);低頻信號(hào);模擬預(yù)處理;
引言
微弱信號(hào)檢測(cè)(Weak Signal Detection)是隨著工程應(yīng)用而不斷發(fā)展的一門學(xué)科,是利用電子學(xué)、信息論和物理的方法,分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律,研究被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)與相關(guān)性,采用一系列信號(hào)處理的方法,檢測(cè)被噪聲背景淹沒的微弱信號(hào)[1]。強(qiáng)噪聲背景下微弱信號(hào)處理是現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)中的一項(xiàng)綜合技術(shù)和尖端領(lǐng)域,運(yùn)用這種技術(shù)使得微弱量(如弱光、小位移、微振動(dòng)、弱聲及微電流等)的檢測(cè)成為可能,大大提高了微弱信號(hào)檢測(cè)的精度。
對(duì)信號(hào)的預(yù)濾波處理則成為了提高其準(zhǔn)確度的關(guān)鍵要素,本文就是基于這樣的思想,利用MAX260的特性來進(jìn)行設(shè)計(jì)出具有良好效果的預(yù)濾波器。我相信,隨著社會(huì)以及科技的發(fā)展,在這方面的應(yīng)用于開發(fā)必將在物理、化學(xué)、天文、生物、醫(yī)學(xué)以及多種工程應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,在國內(nèi)外越來越得到重視。
模擬信號(hào)處理系統(tǒng)原理
我們假定接收到的信號(hào)已經(jīng)通過頻率轉(zhuǎn)換變?yōu)榛鶐盘?hào)。為了防止未知的噪聲信號(hào)使放大器飽和,我們通常進(jìn)行多級(jí)放大。先將輸入的基帶信號(hào)通過濾波器提取出我們感興趣的頻段,并抑制一定的噪聲。通過兩級(jí)濾波放大,已經(jīng)將隱藏在噪聲中的微弱信號(hào)變?yōu)檫m當(dāng)幅度的平穩(wěn)信號(hào),為后續(xù)的A/D變換、LCD顯示等信號(hào)處理打下良好的基礎(chǔ)。這個(gè)過程就構(gòu)成了信號(hào)濾波放大系統(tǒng),原理框圖如圖1所示：
圖1 模擬信號(hào)處理系統(tǒng)原理框圖
器件的選擇與應(yīng)用
很多情況下我們要處理頻率接近于零頻的微弱信號(hào),比如人體呼吸及心跳所產(chǎn)生的頻率（0.03Hz～3.3Hz）,因此在選擇濾波器件時(shí),要求該濾波器具有很低的中心頻率范圍以及陡峭的過渡帶,這就對(duì)器件提出了很高的要求。
可編程開關(guān)電容濾波器MAX260
MAX260是美國Maxim公司推出的CMOS雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器,可以采用微處理器控制其精確濾波器函數(shù),無需外圍元件即可構(gòu)成多種帶通、低通、高通、帶阻、全通濾波器,其內(nèi)部含有兩個(gè)二階濾波單元,每個(gè)單元中心頻率、Q值、濾波器工作模式均可由程序設(shè)置。MAX260比MAX261和MAX262有較好的偏移與直流特性。具有如下特點(diǎn)：微處理器接口、64步中心頻率控制、128步品質(zhì)因數(shù)控制、獨(dú)立的中心頻率和品質(zhì)因數(shù)編程、保證時(shí)鐘頻率f0對(duì)比值精度為1%、單+5V或±5V電源電壓工作以及0.01Hz到7.5kHz的中心頻率范圍。并且與數(shù)字濾波器相比,處理速度快、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示：
