基于adcp的低噪聲高精度信號(hào)處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于海洋探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于海洋水體流速探測(cè)的多普勒流速剖 面儀ADCP，具體指一種基于多普勒流速剖面儀ADCP的低噪聲高精度信號(hào)接收處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] ADCP即聲學(xué)多普勒流速剖面儀是基于聲學(xué)多普勒原理研制的一種測(cè)量水體流速 的設(shè)備，它主要通過(guò)換能器發(fā)射聲波，聲波在水中產(chǎn)生反射，再被換能器接收。而換能器所 能接收的待測(cè)聲波信號(hào)是少量的，大部分聲信號(hào)會(huì)被水體吸收或反射到其他方向；因此，換 能器能接收到的信號(hào)強(qiáng)度大概只有〇. 3mV左右的微弱電壓信號(hào)。而換能器接收進(jìn)來(lái)的是差 分信號(hào)，在這些信號(hào)中還有不少的共模信號(hào)和噪聲，我們一般采用差分轉(zhuǎn)單端的方式消除 這些前段噪聲。首先，由傳統(tǒng)的放大器完成的差分轉(zhuǎn)單端方式雖然可以從一定程度上抑制 這些噪聲，但是同時(shí)也帶來(lái)了放大器自身的噪聲，由于我們的信號(hào)強(qiáng)度僅為mV級(jí)的強(qiáng)度， 就為后面的濾波電路設(shè)計(jì)增加了難度。其次，放大器本身是有功耗的，也為降低功耗帶來(lái)了 難度。再有，ADCP接收的是寬帶信號(hào)，而放大器對(duì)信號(hào)是具有一定帶寬限制的。最后，在 外圍電路設(shè)計(jì)方面，放大器設(shè)計(jì)的差分轉(zhuǎn)單端外圍電路較為復(fù)雜，成本較高；可見傳統(tǒng)聲信 號(hào)前級(jí)設(shè)計(jì)存在諸多缺陷。除此之外，在后級(jí)濾波處理中，經(jīng)電路放大、濾波后的信號(hào)雖然 達(dá)到了可以采樣的電壓值，但往往電路上的噪聲依然比較大，應(yīng)用16位AD采樣時(shí)可能造成 后幾位信號(hào)失效?，F(xiàn)有的技術(shù)一般采用多級(jí)有源濾波電路，或使用紋波較小的電源，或是將 AD采樣部分進(jìn)行數(shù)字和模擬兩部分分離。但最終結(jié)果仍舊差強(qiáng)人意，不能有效解決上述問(wèn) 題。其中，ADCP的系統(tǒng)框圖如圖2所示。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種基于ADCP的低噪聲高精度信號(hào)處理 系統(tǒng)，能對(duì)由換能器接收的待測(cè)微弱回波信號(hào)進(jìn)行模擬降噪和高精度提取，有效降低了濾 波電路和數(shù)字處理電路的設(shè)計(jì)難度，提高了數(shù)字處理的精度。
[0004] 本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：
[0005] -種基于ADCP的低噪聲高精度信號(hào)處理系統(tǒng)，包括依次連接的RF變壓器、濾波放 大電路、無(wú)源η濾波器和跟隨電路；所述處理系統(tǒng)設(shè)置在ADCP的接收模塊內(nèi)，能夠?qū)τ蓳Q 能器接收的差分信號(hào)進(jìn)行模擬降噪和高精度提取，并將處理后的信號(hào)發(fā)送給AD數(shù)字處理 豐吳塊；
[0006] RF變壓器的輸入端與換能器模塊連接，用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)為單端信號(hào)；接入RF射 頻變壓器具有多重優(yōu)勢(shì)，首先，RF變壓器屬于無(wú)源器件，不會(huì)帶來(lái)額外的能耗，其在處理信 號(hào)時(shí)不會(huì)添加額外的自身噪聲，易于后面濾波電路設(shè)計(jì)；其次，由于ADCP處理的是寬帶信 號(hào)，而RF變壓器的帶寬限制較寬；最后，RF變壓器的電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，易與實(shí)現(xiàn)，成本低廉。
[0007] 濾波放大電路主要由前級(jí)放大電路、無(wú)源帶通濾波單元、四階有源帶通濾波單元 和后級(jí)放大電路組成，用于聲信號(hào)的前級(jí)濾波；
[0008] 無(wú)源π濾波器為低通濾波器，可以讓信號(hào)在進(jìn)入AD數(shù)字處理模塊前得到有效的 濾波，用于聲信號(hào)的二次濾波；
[0009] 跟隨電路的輸出端與AD數(shù)字處理模塊連接，用于降低輸出信號(hào)阻抗，穩(wěn)定AD數(shù)字 處理模塊輸入端的電壓；
[0010] 作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案：所述ADCP的接收模塊包含四路相同的低噪聲 高精度信號(hào)處理系統(tǒng)，與換能器模塊的四路換能器陣列一一對(duì)應(yīng)。
[0011] 作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案：所述系統(tǒng)設(shè)有獨(dú)立的電源模塊，電源模塊通過(guò) 外接直流電提供系統(tǒng)工作所需的電源。
[0012] 作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案：所述電源模塊采用先DC-DC降壓芯片、后LDO穩(wěn) 壓器的供電方式。這樣做的好處有兩方面：一方面通過(guò)一款轉(zhuǎn)換率高達(dá)90%以上的、底噪聲 的DC-DC降壓芯片（LMZ12003)將+12V電源轉(zhuǎn)換到較底電壓±5V，利于電源的利用效率； 另一方面，將較底±5V電壓變換為我們所需的±2. 5V電壓，這樣做會(huì)大大減小電源噪聲。
[0013] 作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案：所述AD數(shù)字處理模塊分割為數(shù)字地和模擬地 兩部分，兩地之間通過(guò)OR電阻連接。
[0014] 本實(shí)用新型的有益效果是：一方面對(duì)接收模塊進(jìn)行改進(jìn)，增加低噪聲高精度信號(hào) 處理系統(tǒng)，通過(guò)合理設(shè)置RF射頻變壓器、無(wú)源π濾波器和電壓跟隨電路，能對(duì)由換能器接 收的待測(cè)微弱回波信號(hào)進(jìn)行模擬降噪和高精度提取，有效降低了濾波電路和數(shù)字處理電路 的設(shè)計(jì)難度，提高了數(shù)字處理的精度。另一方面，我們對(duì)電源和地進(jìn)行處理，電源部分的改 進(jìn)能有效增加電源利用率，減少電源噪聲對(duì)后級(jí)電路的干擾。地部分的改進(jìn)能實(shí)現(xiàn)數(shù)字、模 擬地的分割，有效減少由數(shù)字電路部分所產(chǎn)生的噪聲對(duì)模擬部分造成的干擾，提高模擬部 分的測(cè)量精度。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0016] 圖2為ADCP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0017] 圖3為本實(shí)用新型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖；
[0018] 圖4為本實(shí)用新型中電源設(shè)計(jì)原理框圖；
[0019] 圖5為本實(shí)用新型中地分割的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖6為實(shí)施例中ADTl-I變壓器電路連接示意圖；
[0021] 圖7為跟隨電路原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型及其效果作進(jìn)一步闡述。
[0023] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，一方面我們對(duì)接收模塊進(jìn)行改進(jìn)，增加低噪聲 高精度信號(hào)處理系統(tǒng)；另一方面，我們對(duì)電源和地進(jìn)行處理。
[0024] -、低噪聲高精度信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
[0025] 如圖1所示，一種基于ADCP的低噪聲高精度信號(hào)處理系統(tǒng)，包括依次連接的RF變 壓器、濾波放大電路、無(wú)源濾波器和跟隨電路；在ADCP的接收模塊內(nèi)設(shè)置有四路相同的 低噪聲高精度信號(hào)處理系統(tǒng)，與換能器模塊的四路換能器陣列一一對(duì)應(yīng)；能夠?qū)τ蓳Q能器 接收的差分信號(hào)進(jìn)行模擬降噪和高精度提取，并將處理后的信號(hào)發(fā)送給AD數(shù)字處理模塊；
[0026] RF變壓器的輸入端與換能器模塊連接，用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)為單端信號(hào)；接入RF射 頻變壓器具有多重優(yōu)勢(shì)，首先，RF變壓器屬于無(wú)源器件，不會(huì)帶來(lái)額外的能耗，其在處理信 號(hào)時(shí)不會(huì)添加額外的自身噪聲，易于后面濾波電路設(shè)計(jì)；其次，由于ADCP處理的是寬帶信 號(hào)，而RF變壓器的帶寬限制較寬；最后，RF變壓器的電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，易與實(shí)現(xiàn)，成本低廉。
[0027] 濾波放大電路主要由前級(jí)放大電路、無(wú)源帶通濾波單元、四階有源帶通濾波單元 和后級(jí)放大電路組成，用于聲信號(hào)的前級(jí)濾波；
[0028] 無(wú)源π濾波器為低通濾波器，可以讓信號(hào)在進(jìn)入AD數(shù)字處理模塊前得到有效的 濾波