导言
弱小信号检测（Weak Signal Detection）是跟着工程运用而不断开展的一门学科，是运用电子学、信息论和物理的办法，剖析噪声发生的原因和规则，研讨被测信号的特色与相关性，选用一系列信号处理的办法，检测被噪声布景吞没的弱小信号。强噪声布景下弱小信号处理是现代信号处理技能中的一项归纳技能和顶级范畴，运用这种技能使得弱小量（如弱光、小位移、微振荡、弱声及微电流等）的检测成为可能，大大进步了弱小信号检测的精度。
对信号的预滤波处理则成为了进步其准确度的要害要素，本文便是根据这样的思维，运用MAX260的特性来进行规划出具有杰出效果的预滤波器。我信任，跟着社会以及科技的开展，在这方面的运用于开发必将在物理、化学、地理、生物、医学以及多种工程运用范畴得到广泛的运用，在国内外越来越得到注重。
模仿信号处理体系原理
咱们假定接收到的信号现现已过频率转化变为基带信号。为了避免不知道的噪声信号使扩大器饱满，咱们一般进行多级扩大。先将输入的基带信号通过滤波器提取出咱们感兴趣的频段，并按捺必定的噪声。通过两级滤波扩大，现已将隐藏在噪声中的弱小信号变为恰当起伏的平稳信号，为后续的A/D改换、LCD显现等信号处理打下杰出的根底。这个进程就构成了信号滤波扩大体系，原理框图如图1所示：
图1 模仿信号处理体系原理框图
器材的挑选与运用
许多情况下咱们要处理频率接近于零频的弱小信号，比方人体呼吸及心跳所发生的频率（0.03Hz～3.3Hz），因此在挑选滤波器材时，要求该滤波器具有很低的中心频率规模以及峻峭的过渡带，这就对器材提出了很高的要求。
可编程开关电容滤波器MAX260
MAX260 是美国Maxim公司推出的CMOS双二阶通用开关电容有源滤波器，能够选用微处理器操控其准确滤波器函数，无需外围元件即可构成多种带通、低通、高通、带阻、全通滤波器，其内部含有两个二阶滤波单元，每个单元中心频率、Q值、滤波器作业形式均可由程序设置。MAX260比MAX261和MAX262有较好的偏移与直流特性。具有如下特色：微处理器接口、64步中心频率操控、128步品质因数操控、独立的中心频率和品质因数编程、确保时钟频率f0对比值精度为1%、单+5V或±5V电源电压作业以及0.01Hz到7.5kHz的中心频率规模。而且与数字滤波器比较，处理速度快、全体结构简略。芯片的内部结构如图2所示：
图2 滤波器框图（一个二阶组）
其芯片主要由扩大器、积分器、电容切换网络（SCN） 和作业形式挑选器组成。积分器、电容切换网络和作业形式挑选器分别由编程数据M0，M1、 F0～F5 和Q0～Q6 操控。每片MAX260包含两个二阶开关电容有源滤波器，每个二阶组运用两个串联的积分器和一个求和运算扩大器。每个二阶滤波器组件有四种作业方法及各自的时钟输入和独立的f0和Q操控。每个二阶组的中心频率是由其输入的时钟频率和六位编程代码决议的，Q值由七位代码操控。 MAX260系列滤波器中，内部采样速率为输入速率的一半。MAX260运用了MAX261或MAX262中不具有的主动调零电路，这能够供给更好的DC 特性，并通过献身高端频率和信号带宽供给改善的低频特性。故可很好的用于低频信号的滤波处理。
图3为一个带通滤波器。该滤波器由低通滤波器和高通滤波器规划组成。其参数信号（CLKA、CLKB、A1~A0、D3~D0、 ）的输入均可由CPU操控设置。将滤波器A设置为一个切比雪夫低通滤波器，滤波器B设置为一个切比雪夫高通滤波器，CLKA与CLKB分别为低通滤波器与高通滤波器的时钟输入信号，可根据不同的滤波器参数设置不同的频率，信号引脚 操控地址位与数据位的更新。详细参数规划能够运用Maxim的滤波器规划软件，可极大的简化选用MAX260构成多种有源滤波器的规划进程。
图3 带通滤波器
高精度斩波稳零运算扩大器TLC2652
斩波稳零型运算扩大器供给了一种处理弱小信号扩大问题的廉价计划。TLC2652和TLC2652A是德州仪器公司运用先进的LinCMOSTM工艺出产的高精度斩波稳零运算扩大器。
在TLC2652 中，内部时钟使扩大器以450Hz的频率校零。在8引脚封装的芯片中，这个频率是不可调的。这时，电路中的负反馈电阻要选的大些，以使箝位发挥效果时电路的增益下降得更多。当然，运用CLAMP后，电路的输出起伏会略有减小。斩波稳零的作业方法使TLC2652具有优异的直流特性，失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压改变等对运算扩大器的影响被下降到了最小。低频信号通过两个扩大器扩大，电路能够获得极高的增益，这在需求精细高增益扩大的电路中是十分有用的。因为运用了LinCMOSTM工艺和低噪声的MOSFET，输入噪声被大大减小。TLC2652十分合适用于弱小信号的扩大。
从理论上讲，为了尽量展宽电路的频带，斩波频率fc应越高越好，但fc的进步又会形成严峻的尖峰效应，使斩波器漂移增大，所以一般fc≤10kHz。这便是导致斩波稳零运算扩大器频带窄的原因。TLC2652的过载恢复时间是比较短的（30ms左右），如要进一步减小恢复时间，能够运用电路的CLAMP引脚。TLC2652在作直流微信号扩大时，为了进一步减小沟通干扰，能够在输出端加接一个低通滤波器，以滤除输出电压中的沟通重量，使输出电平愈加安稳。图6为TLC2652典型正相扩大电路。
图6 TLC2652典型正相扩大电路
在元件的挑选中需求特别留意的是，电路中的两个回忆电容C3和C4有必要运用绝缘电阻很高的优质电容器。例如，聚酯薄膜电容器、聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器等能够作为回忆电容器，容量能够从0.1μF至1μF中挑选，电容的一端接到C3或C4引脚，另一端接至VDD-或C RETURN引脚。在一些斩波稳零运算扩大器中把回忆电容接至VDD-引脚会添加噪声，而TLC2652则没有这种问题。TLC2652是高精度扩大器，往往在输入电压为微伏量级的情况下高增益作业。要确保扩大器的精度，需求留意以下两个方面：一是负反馈电阻有必要有满足的精度，而且电路的闭环增益不能太大；二是有必要进步印制板的质量，避免印制板外表的漏电流。
结束语
强杂波布景下低频弱小信号处理是信号处理范畴的难点一起也是热门。在处理完模仿预滤波后还需求留意在进行后续处理（如进行A/D转化）时，扩大器选用直接耦合方法，加隔直电容会衰减有用的极低频率成分。试验结果表明可编程开关电容滤波器MAX260以及高精度斩波稳零运算扩大器TLC2652能够很好的完成低频弱小信号的滤波扩大处理。低频弱小信号的模仿预处理在信号处理进程中起到了十分重要的效果，各种功能优秀的丈量仪器不断推出，大大进步了弱小信号检测的精度。
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