【正文】 開(kāi)關(guān)電容濾波器的框圖如下圖 ： BPA1NC2HPA3NC4INA5D16A37CLKOUT8V+9A210CLKA11CLKB12A113HPB14A015WR16V17GND18OSCOUT19D020BPB21LPB22INB23LPA24U7MAX260AENGIN1D00D01WR260CLKCLKAGNDA5V10mHL12CP231uFCP20AGNDA5V10mHL16CP29Cap1uFCP28AGNDBPA1NC2HPA3NC4INA5D16A37CLKOUT8V+9A210CLKA11CLKB12A113HPB14A015WR16V17GND18OSCOUT19D020BPB21LPB22INB23LPA24U8MAX260AENGIN3D10D11WR260CLKCLKAGNDA5V10mHL13CP241uFCP21AGNDA5V10mHL17CP31Cap1uFCP30AGNDOUT2 JK21KRL322nFCL33KRL133nFCL11KRL622nFCL63KRL533nFCL51KRL422nFCL43KRL233nFCL2OUT1OUT2OUT3OUT1IN2IN2IN3JK1OUT3IN4NOTCH1NOTCH21Tp4Test 1 圖 開(kāi)關(guān)電容濾波器 MAX260 電路設(shè)計(jì)原理圖 開(kāi)關(guān)電容濾波器采用兩片 MAX260，共 4 級(jí) 2 階濾波，由于設(shè)置的帶寬 在 100Hz 左右 ，所以 Q 值很高，需要在每一級(jí)濾波中間加入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，控制增益，保證放大器不出現(xiàn)飽和情況。 ④ 時(shí)鐘頻率與中心頻率比值 (fclk/f0) 可達(dá)到 1%(A 級(jí) )。 ②可控制 64 個(gè)不同的中心頻率 f0、 128 個(gè)不同的品質(zhì)因數(shù) Q 及 4 種工作模式 。每個(gè)濾波器部分又包含 2 個(gè)級(jí)聯(lián)的積分器和 1 個(gè)加法器。 圖 MAX260 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 11 圖 是 MAX260 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 MAX262 芯片是 Maxim 公司推出的雙二階通用開(kāi)關(guān)電容有源濾波器 ,可通過(guò)微處理器精確控制濾波器的傳遞函數(shù) (包括設(shè)置中心頻率、品質(zhì)因數(shù)和工作方式 ) 。 DDS 部分由 AD9850 構(gòu)成，用來(lái)產(chǎn)生不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，提供給 MAX260，可以使 MAX260 產(chǎn)生不同中心頻率的帶通濾波特性。開(kāi)關(guān)電容濾波器主要可分為以下這幾部分：由單片機(jī)構(gòu)成的模塊 控制中心，負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)采集模塊通信，控制 DDS 和開(kāi)關(guān)電容濾波器產(chǎn)生不同設(shè)置。低頻截止頻率為 1050Hz,高頻截止頻率為 4500 Hz，符合設(shè)計(jì)要求。 測(cè)試結(jié)果 應(yīng)用 MS4360 網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)雙二次型濾波器 (包括前置放大器 ，置于高增益檔位 )傳輸特性進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如圖 所示。 4111098CU2CLT1499CS411567BU2BLT1499CS4KR815KR510nFC410nFC19KR915KR2910KR6231411AU2ALT1499CS10KR31KR10A5V1A5V11Tp1Test 1ViVo 圖 二階高通濾波器電路圖 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 8 利用 KCL 列寫(xiě)節(jié)點(diǎn)方程得： 2103225 4 9 1 0 411oiR SVRV SSR C R R C??? 高通濾波器的標(biāo)準(zhǔn)式 為： ? ? 202200KSKS SS?? ?? ?? 兩式相比較得： 100 3RK R? 0 541RC?? ? 20 29 10 41R R C? ? 低通濾波器的設(shè)計(jì) 低通濾波器的電路圖如圖 所示。 寬帶濾波器 電路設(shè)計(jì)及原理分析 本論文中設(shè)計(jì)的帶通濾波器是由高通加低通組成的帶通濾波器。）， 計(jì)算 得放大倍數(shù)為 4倍和 倍。實(shí)際設(shè)置數(shù)值為 2K,2K。圖中的 P2 為輸入端接口，分別接線圈的兩吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 7 端。 VO11NC2GS13VIN4VIN+5V6NC7SENSE8VO9VRef10V+11GS212NC13VO214U1INA163ININ+A5V1A5V12KR112P2Header 2HININ+2KR112KR121 23 4P133R2 圖 INA163 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 前置放大器原理框圖 前置放大器 硬件電路 前置放大器的原理 圖如圖 。放大倍數(shù)可由外接電阻設(shè)置。 前放芯片 163 簡(jiǎn)介 INA163 是一種低噪聲、低失真的單片集成電路儀器放大器。因此，盡量降低放大器本身的噪聲 是首先考慮的問(wèn)題 ，防止在信號(hào)放大的過(guò)程中使信 噪比惡化。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 6 3 弱信號(hào)放大器模塊設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 前置放大器 要檢測(cè) 微弱信號(hào)，必然 要使用放大器 對(duì)其進(jìn)行放大 。 本模塊需要人手動(dòng)輸入一些數(shù)據(jù)和進(jìn)行控制 以及顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果，因此增加鍵盤(pán)輸入單元和 液晶顯示單元。 數(shù)據(jù)采集模塊 為了在野外攜帶方便，選取由單片機(jī)系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)采集模塊，由單片機(jī)采集、處理、顯示數(shù)據(jù)， 由于單片機(jī)的處理數(shù)據(jù)能力有限，所以 本文需要選擇一種可以簡(jiǎn)便的估計(jì)噪聲情況的信號(hào) 測(cè)量方案，基于這種要求，本文 采用平均值檢波器，檢波電路輸 出的直流電壓正 比于輸入交流電壓絕對(duì)值的平均值，測(cè)得檢波后的直流電壓平均值，即可估計(jì)當(dāng)前電磁噪聲強(qiáng)度 。選頻濾波器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)程控增益放大電路放大后輸出。 電磁噪聲 通過(guò)接收線圈進(jìn)入弱信號(hào)放大器，經(jīng)過(guò)低噪聲前置放大器的放大輸入給寬帶濾波器，寬帶濾波器由通帶特性良好的雙二次型高通濾波器和低通濾波器級(jí)聯(lián)組成，主要是為了抑制工頻 50Hz 及其 2 次諧波干擾以及手機(jī)、電視臺(tái)、廣播電臺(tái)等通訊設(shè)備發(fā)出的電磁波干擾。 弱信號(hào)放大器的整體電路框圖可在圖 中看出， 共分為 四 級(jí)，電源部分由開(kāi)關(guān)電源 產(chǎn) 生，數(shù)字系統(tǒng)用于對(duì) MAX260 進(jìn)行控制。通過(guò)上述分 析，放大器設(shè)計(jì)的基本要求為： 增益 為兩個(gè)檔位：高增益檔位可在 1500002500000 之間調(diào)整，低增益檔位可在 4500 50000 之間調(diào)整。濾波器只能濾除 從信號(hào)線引入的干擾， 而從空間輻射的電磁波干擾還需加入嚴(yán)密的屏蔽措施和適當(dāng)?shù)慕拥卮胧?本文 放大器需要測(cè)量納伏級(jí)微弱信號(hào)，而接收天線卻是 50 匝 1m X 1m的 多匝 天線，干擾非常大，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)寬帶濾波器，先粗略濾除我們不需要的干擾信號(hào)， 此寬帶濾波器通帶到阻帶過(guò)度區(qū)的陡度應(yīng)盡可能地大。而在實(shí)驗(yàn)室使用 時(shí)， 電磁噪聲 信號(hào) 很 大，放大器增益 應(yīng) 遠(yuǎn)小于 100dB。外部干擾與 器件內(nèi)部噪聲不同，通常具有一定的規(guī)律及傳送的途徑，可以采取適當(dāng)措施 抑制各種外部干擾。同時(shí)，要得到 良好的低噪聲性能，還需要盡量避免來(lái)自外部 環(huán)境 的各種干擾。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 4 弱信號(hào) 放大 微弱信號(hào)放大器 的設(shè)計(jì) 主要有三點(diǎn)要求：一是 噪聲小， 二是滿足通頻帶穩(wěn)定，三是各級(jí)之間的阻抗匹配 。基于這兩點(diǎn)要求， 并經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，最后選取 用漆包線繞制 50 匝 1m X 1m多匝 天線 。 接 收 環(huán) 境電 磁 噪 聲線 圈前 置 放 大采 集 模 塊 M C U鍵 盤(pán) 輸 入L C D 顯 示寬 帶濾 波 器選 頻 窄 帶濾 波 器程 控 增 益放 大 器電 壓跟 隨 器直 流 偏 置電 路放 大 器 M C UD D S數(shù) 字 系 統(tǒng) 電 源模 擬 信 號(hào) 通 道低 噪 聲 電 源電 源濾 波峰 值檢 波電 源 濾 波 電 源 濾 波 電 源 濾 波 電 源 濾 波A / D 圖 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖 接收天線 接收 噪聲天線的設(shè)計(jì) 有兩點(diǎn)要求： 攜帶方便。整體電路框圖如下圖 。 第 6章 介紹了 測(cè)量裝置 裝置的 整體實(shí)現(xiàn)和 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 第 4 章 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) ，介紹了該模塊采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù) 和 對(duì)放大器模塊設(shè)置修改。 第 2 章 對(duì)簡(jiǎn)易噪聲測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，給出了該裝置的整體設(shè)計(jì)方案。 本課題研究?jī)?nèi)容 本文主要工作是設(shè)計(jì)一套可以為核磁共振找水儀實(shí)驗(yàn)點(diǎn)提供依據(jù)的噪聲測(cè)量裝置。這時(shí)需要一個(gè)噪聲測(cè)試儀器針對(duì)環(huán)境中 1kHz3kHz 的電磁噪 聲進(jìn)行事先估計(jì)。核磁共振找水儀器是一種直接的找水方法，其信號(hào)微弱，極易受到外界 電磁噪聲 的干擾。在射頻頻段內(nèi)的電磁噪聲，稱為無(wú)線電噪聲；由機(jī)電或其他人為裝置產(chǎn)生的電 磁現(xiàn)象，稱為人為噪聲；來(lái)源于自然現(xiàn)象的電磁噪聲稱為非人為噪聲。 本課題研究目的和意義 電磁噪聲 (electromagic noise)指一種明顯不傳送信息的時(shí)變電吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 2 磁現(xiàn)象。該儀器已經(jīng)再內(nèi)蒙古、通遼等地進(jìn)行了找水試驗(yàn)，為這些地區(qū)打井取用地下水提供了依據(jù)。 2020 年 9 月，科技部在“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃中設(shè)立了“科學(xué)儀器設(shè)備研制和開(kāi)發(fā)”重大項(xiàng)目。二是信息量豐富，具有量化的特點(diǎn)。 核磁共振技術(shù)是當(dāng)前世界上的尖端技術(shù)，用該技術(shù)找水是核磁共振技術(shù)應(yīng)用的新領(lǐng)域，開(kāi)創(chuàng)了應(yīng)用地球物理方法直接 找水的先河。特別是西北、西南、華北、東北部分地區(qū)，缺水更為嚴(yán)重。世界上有幾十個(gè)國(guó)家嚴(yán)重缺水， 2/3 的人口面臨缺水問(wèn)題。 關(guān)鍵詞 ： 地面 核磁 共振 找水 噪聲測(cè)量 弱信號(hào)放大器 數(shù)據(jù)采 集 外文摘要 Title Design of Simple Noise Measurement Device Abstract Water is the most valuable natural resources for the survival of solve the water crisis Hightech investigation of groundwater has bee an urgent task. The magic resonance sounding method(MRS) is the only direct detection of groundwater 1kHz to 3kHz environment electromagic noise influences the NMR water detector significantly. In this paper, the environment in such a situation 1kHz ~ 3kHz prior to the electromagic noise is estimated that water detector for field MRS experiments provide a basis for selecting the measuring point. The design uses a multiturn loop antenna with 1m side to receive electromagic noise, after the weak signal amplifier for amplification, through the average value demodulator, the signal records are sampled. The data is processed in MCU and noise result is displayed on the liquid crystal display, which estimate the electromagic noise environment. The device can effectively assess the electromagic noise