專利名稱：一種直流偏移濾除電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路，尤其是濾除電路中直流偏移的電路。
背景技術(shù)：
模擬電路中常常會(huì)由于放大器溫漂等原因而產(chǎn)生直流偏移，影響后級(jí)放大。電容耦合因此得到廣泛的應(yīng)用，被認(rèn)為是最有效的簡(jiǎn)單濾除直流偏移的方法。電容耦合依賴電容的隔直功能來(lái)濾除直流偏移，但是根據(jù)高通無(wú)源濾波器的相頻響應(yīng)特性= arctan(fyf)，信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合電容會(huì)對(duì)交流信號(hào)產(chǎn)生相位偏移，并且相位偏移的大小會(huì)隨著交流信號(hào)頻率變化而變化。為了有效濾除直流偏移，又不致產(chǎn)生相位偏移，高通濾波器傳輸函數(shù)需要很小的轉(zhuǎn)折頻率4，因而不易實(shí)現(xiàn)。CN101094002A提供了一種直流偏移濾除裝置及直流偏移濾除方法，以數(shù)字的方式實(shí)現(xiàn)的在脈沖串內(nèi)以高精度檢測(cè)并濾除直流偏移。采用檢測(cè)一定數(shù)量脈沖串內(nèi)的數(shù)個(gè)最大值和最小值，計(jì)算其總的平均值，得到直流偏移值，之后從原信號(hào)中減去計(jì)算出的直流偏移量的方法，實(shí)現(xiàn)濾除直流偏移量的目的，并給出了具體的實(shí)現(xiàn)方案。這種方法是用數(shù)字的方式濾除直流偏移的，需要在A/D后進(jìn)行，可能導(dǎo)致放大器飽和而削弱接收弱信號(hào)的能力。電路復(fù)雜，執(zhí)行速度慢。CN1963M1A公開了一種濾除直流電能的計(jì)量電路，其中包括了一種濾除直流的方法，采用在整數(shù)個(gè)周期內(nèi)計(jì)算電壓數(shù)字信號(hào)或者電流數(shù)字信號(hào)的加權(quán)平均值，并在電壓或電流的數(shù)字信號(hào)上減去這個(gè)平均值的算法，實(shí)現(xiàn)了濾除電能計(jì)量中的直流成分的目的。其算法處理量小，并且不會(huì)產(chǎn)生相位差。這種方法同樣是用數(shù)字的方式濾除直流偏移的，需要在A/D后進(jìn)行，可能導(dǎo)致放大器飽和而削弱接收弱信號(hào)的能力。電路復(fù)雜，執(zhí)行速度慢。CN101099296A提供了一種DC偏移補(bǔ)償方法及直流偏移補(bǔ)償裝置，可高精度地補(bǔ)償在正交調(diào)制系統(tǒng)中產(chǎn)生的、包含于被調(diào)制信號(hào)中的直流偏移成分。其發(fā)明的直流偏移補(bǔ)償方法，是在原有的對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行平滑化而消除直流偏移的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)發(fā)送信號(hào)變動(dòng)的檢測(cè)，并根據(jù)其變動(dòng)情況求出相應(yīng)的直流偏移校正值，補(bǔ)償發(fā)送信號(hào)中的直流偏移成分，最終實(shí)現(xiàn)正交調(diào)制系統(tǒng)的DC偏移補(bǔ)償。這種方法同樣是用數(shù)字的方式濾除直流偏移的，需要在A/D后進(jìn)行，可能導(dǎo)致放大器飽和而削弱接收弱信號(hào)的能力。電路復(fù)雜，執(zhí)行速度慢。安徽大學(xué)2010年碩士研究生徐禮哲論文《消除零中頻接收機(jī)直流偏移技術(shù)比較與研究》由零中頻接收機(jī)的原理和構(gòu)造出發(fā)，提出五種解決零中頻接收機(jī)直流偏移的方案 (交流耦合方案、諧波混頻方案、非線性均衡技術(shù)方案、基帶數(shù)字信號(hào)處理方案和自校正方案)。交流耦合方案即前述電容耦合法，會(huì)產(chǎn)生相移；諧波混頻方案和非線性均衡技術(shù)方案是直接針對(duì)該文所研究的混頻接收的，沒(méi)有通用意義；基帶數(shù)字信號(hào)處理方案是在等待時(shí)段，測(cè)量通路上的直流偏移量，而后在正常接收的信號(hào)中減去這部分偏移量。這種方法不是實(shí)時(shí)濾波，所以影響接受處理信號(hào)速度；自校正方案是檢測(cè)輸出端的直流偏移信號(hào)，如果有就將其轉(zhuǎn)換成電壓和電流反饋到輸入端，并從輸入端減去。這種方法用到了大環(huán)反饋，設(shè)計(jì)難度較大，也容易造成自激。趙海鷹和汪增福在《一種利用反饋去直流的電流模前置放大器》(《創(chuàng)意與實(shí)踐》 2006年第1期，文章編號(hào)1001-9944 0006)01-0067-03)中提出了一種利用電流負(fù)反饋的方法來(lái)消除駐極體傳聲器發(fā)出的電流信號(hào)中的直流成分的電路。其電路是利用一個(gè)含有三個(gè)運(yùn)放單元和一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的反饋環(huán)路，補(bǔ)償電流信號(hào)中的直流偏移。這種方法也是用到了大環(huán)反饋，電路復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度較大，也容易造成自激。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述幾種濾除直流偏移方案的不足，提供一種簡(jiǎn)單的濾除直流偏移的電路。利用此電路能夠在濾除直流偏移的同時(shí)不對(duì)交流信號(hào)的相位產(chǎn)生偏移， 最大限度地保留交流信號(hào)的原始信息，為下一步測(cè)量交流信號(hào)特征參數(shù)提供條件。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的一種直流偏移濾除電路，待濾波信號(hào)Sl經(jīng)過(guò)有源低通濾波器濾除交流信號(hào)，剩下待濾除的直流信號(hào)S2，通過(guò)減法器將信號(hào)Sl減去信號(hào)S2，輸出濾除直流偏移后的信號(hào)S3。輸入信號(hào)Sl接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接電容Cl的一端，電容Cl的另一端接地，放大器Ul的1腳接電位器R6A端，放大器Ul的2腳接放大器Ul的6腳，放大器Ul的3腳接電阻Rl和電容Cl的連接端，放大器Ul的4腳接-12伏電源、電容C3和電容C5的負(fù)端，電容C3和電容C5的另一端接地，放大器Ul的5腳懸空，放大器Ul的7腳接 +12伏電源、電位器R6中間抽頭、電容C2正端和電容C4的一端，電容C2和電容C4的另一端接地，放大器Ul的8腳接電位器R6B端，放大器Ul的6腳接減法器2的輸入。減法器的輸入一端來(lái)自放大器Ul的6腳，另一端來(lái)自一階有源低通濾波器電阻Rl 的一端，放大器Ul的6腳接電阻R2的一端，電阻Rl的一端接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接電阻R4的一端和U2的3腳阻R4的另一端接地，放大器U2的1腳接電位器R7A端， 放大器U2的2腳接電阻R2和電阻R5的一端，放大器U2的3腳接電阻R3和電阻R4的一端，放大器U2的4腳接-12伏電源、電容C7和電容C9的負(fù)端，電容C7和電容C9的另一端接地，放大器U2的5腳懸空，放大器U2的7腳接+12伏電源、電位器R7的中間抽頭、電容 C6正端和電容C8的一端，電容C6和電容C8的另一端接地，放大器U2的8腳接電位器R7B 端，放大器U2的6腳接電阻R5的另一端，并輸出經(jīng)過(guò)去直流后的信號(hào)S3。本發(fā)明主要是應(yīng)用在幾百千赫茲以下工作頻率范圍內(nèi)的電路，運(yùn)算放大器Ul、U2 選擇常用的適合于低頻工作的0P07或μ Α741或LM324即可滿足設(shè)計(jì)要求，也可以選擇滿足低頻工作的其它運(yùn)算放大器，只要這種運(yùn)算放大器的上限截止頻率不低于信號(hào)最高頻率即可。有益效果本發(fā)明提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，在濾除直流偏移的同時(shí)不對(duì)交流信號(hào)的相位產(chǎn)生偏移，更好地保留交流信號(hào)的相位信息，避免因復(fù)雜信號(hào)的各頻率成分產(chǎn)生不同的相位偏移而使信號(hào)產(chǎn)生相位失真。本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有對(duì)信號(hào)產(chǎn)生相移，最大程度上保留信號(hào)的原始信息，簡(jiǎn)化后續(xù)電路對(duì)信號(hào)參數(shù)的提取，這對(duì)于需要準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)相位的電路尤其重要。能夠廣泛應(yīng)用于幾百千赫茲以下頻率范圍內(nèi)的信號(hào)濾波，并且不會(huì)對(duì)交流信號(hào)產(chǎn)生相位偏移。電路簡(jiǎn)單，制造成本低，調(diào)試簡(jiǎn)單，去直流效果好，且不對(duì)交流信號(hào)產(chǎn)生相位偏移，不易干擾其它電路或被其它電路干擾，性能穩(wěn)定可靠，應(yīng)用范圍廣泛。附圖及


圖1直流偏移濾除電路結(jié)構(gòu)框2—階有源低通濾波器電路3減法器電路4S1為200kHz經(jīng)過(guò)直流偏移電路后Si，S2，S3的仿真波形5S1為20kHz經(jīng)過(guò)直流偏移電路后Si，S2，S3的仿真波形6S1為2kHz經(jīng)過(guò)直流偏移電路后Si，S2，S3的仿真波形圖①為信號(hào)Sl (帶有IV的直流偏移的正弦波，頻率為200kHz，Vpp = 4V)②為信號(hào)S2 (幅度為IV的直流偏移)③為信號(hào)S3 (濾除直流偏移后的正弦波，頻率為200kHz，Vpp = 4V)④為信號(hào)Sl (帶有IV的直流偏移的正弦波，頻率為20kHz，Vpp = 4V)⑤為信號(hào)S2 (幅度為IV的直流偏移)⑥為信號(hào)S3 (濾除直流偏移后的正弦波，頻率為20kHz，Vpp = 4V)⑦為信號(hào)Sl (帶有IV的直流偏移的正弦波，頻率為2kHz，Vpp = 4V)⑧為信號(hào)S2 (幅度為IV的直流偏移)⑨為信號(hào)S3 (濾除直流偏移后的正弦波，頻率為2kHz，Vpp = 4V)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明由于本發(fā)明主要應(yīng)用在幾百千赫茲以下頻率范圍內(nèi)，運(yùn)算放大器Ul，U2選擇增益帶寬為600kHz，0P07即可滿足設(shè)計(jì)要求，也可以選擇滿足頻帶寬度的其它運(yùn)算放大器，下面以Ul，U2選擇0P07為例進(jìn)行說(shuō)明。R6、R7為一電位器，調(diào)節(jié)放大器的失調(diào)電壓。信號(hào)Sl經(jīng)過(guò)一階有源低通濾波器1濾除交流信號(hào)得到直流信號(hào)S2，再經(jīng)過(guò)減法器 2用原始信號(hào)Sl減去S2，得到濾除直流信號(hào)后的信號(hào)S3。輸入信號(hào)Sl接電阻Rl的一端， 電阻Rl的另一端接電容Cl的一端，電容Cl的另一端接地，放大器Ul的1腳接電位器R6A 端，放大器Ul的2腳接放大器Ul的6腳，放大器Ul的3腳接電阻Rl和電容Cl的一端，放大器Ul的4腳接-12伏電源、電容C3和電容C5的一端，電容C3和電容C5的另一端接地， 放大器Ul的5腳懸空，放大器Ul的7腳接+12伏電源、電位器R6中間抽頭、電容C2和電容C4的一端，電容C2和電容C4的另一端接地，放大器Ul的8腳接電位器R6B端，放大器 Ul的6腳接減法器2的輸入；減法器2的輸入一端來(lái)自放大器Ul的6腳，另一端來(lái)自有源低通濾波器的輸入Si，放大器Ul的6腳接電阻R2的一端，Sl接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接地，放大器U2的1腳接電位器R7A端，放大器 U2的2腳接電阻R2和電阻R5的一端，放大器U2的3腳接電阻R3和電阻R4的一端，放大器U2的4腳接-12伏電源、電容和C7電容C9的一端，電容C7和電容C9的另一端接地，放大器U2的5腳懸空，放大器U2的7腳接+12伏電源、電位器R7的中間接頭、電容C6和電容C8的一端，電容C6和電容C8的另一端接地，放大器U2的8腳接電位器R7B端，放大器 U2的6腳接電阻R5的另一端，并輸出經(jīng)過(guò)去直流后的信號(hào)S3。
信號(hào)Sl經(jīng)過(guò)一階有源低通濾波器1濾除交流信號(hào)，得到直流信號(hào)S2，再經(jīng)過(guò)減法器2用原始信號(hào)Sl減去S2，得到濾除直流信號(hào)后的信號(hào)S3。輸入信號(hào)Sl接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接電容Cl的一端，電容Cl的另一端接地，放大器Ul的1腳接電位器 R6A端，放大器Ul的2腳接放大器Ul的6腳，放大器Ul的3腳接電阻Rl和電容Cl的連接端，放大器Ul的4腳接-12伏電源、電容C3和電容C5的負(fù)端，電容C3和電容C5的另一端接地，放大器Ul的5腳懸空，放大器Ul的7腳接+12伏電源、電位器R6中間抽頭、電容 C2正端和電容C4的一端，電容C2和電容C4的另一端接地，放大器Ul的8腳接電位器R6B 端，放大器Ul的6腳接減法器2的輸入；減法器2的輸入一端來(lái)自放大器Ul的6腳，另一端來(lái)自有源低通濾波器1的輸入Sl (即電阻Rl的一端)，放大器Ul的6腳接電阻R2的一端，電阻Rl的一端接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接電阻R4的一端和U2的3腳，電阻 R4的另一端接地，放大器U2的1腳接電位器R7A端，放大器U2的2腳接電阻R2和電阻R5 的一端，放大器U2的3腳接電阻R3和電阻R4的一端，放大器U2的4腳接-12伏電源、電容C7和電容C9的負(fù)端，電容C7和電容C9的另一端接地，放大器U2的5腳懸空，放大器U2 的7腳接+12伏電源、電位器R7的中間抽頭、電容C6正端和電容C8的一端，電容C6和電容C8的另一端接地，放大器U2的8腳接電位器R7B端，放大器U2的6腳接電阻R5的另一端，并輸出經(jīng)過(guò)去直流后的信號(hào)。圖4為濾除直流偏移電路Si，S2，S3的仿真波形，圖中波形①為信號(hào)Si，Sl頻率 200kHz、峰峰值為4V且混有直流偏移IV的正弦波，波形②為信號(hào)S2，S2為濾出的IV直流信號(hào)，波形③為信號(hào)S3，S3為濾出的頻率200kHz，峰峰值為4V的正弦波?？梢钥闯龌煊兄绷髌频?00kHz信號(hào)Sl經(jīng)過(guò)本發(fā)明電路之后變?yōu)闆](méi)有直流偏移的信號(hào)S3，達(dá)到了濾除直流偏移的目的且沒(méi)有產(chǎn)生相位偏移。圖5波形④為信號(hào)Si，頻率20kHz，峰峰值為4V且混有直流偏移IV的正弦波，波形⑤為信號(hào)S2，S2為濾出的IV的直流信號(hào)，波形⑥為濾出的信號(hào)S3，S3頻率為20kHz，峰峰值為4V的正弦波，可以看出混有直流偏移的20kHz信號(hào)Sl經(jīng)過(guò)本發(fā)明電路之后變?yōu)闆](méi)有直流偏移的信號(hào)S3，達(dá)到了濾除直流偏移的目的且沒(méi)有產(chǎn)生相位偏移。圖6波形⑦為信號(hào)Si，Sl為頻率2kHz，峰峰值為4V且混有直流偏移IV的正弦波， 波形⑧為信號(hào)S2，S2為濾出的IV直流信號(hào)，波形⑨為信號(hào)S3，S3為頻率2kHz，峰峰值為4V 的正弦波，可以看出混有直流偏移的2kHz信號(hào)Sl經(jīng)過(guò)本發(fā)明電路之后變?yōu)闆](méi)有直流偏移的信號(hào)S3，達(dá)到了濾除直流偏移的目的且沒(méi)有產(chǎn)生相位偏移。由此可見本發(fā)明能夠在數(shù)百千赫茲以下很好地濾除直流偏移，且沒(méi)有對(duì)信號(hào)產(chǎn)生相位上的偏移。主要元器件參數(shù)選擇如下電阻阻值為 Rl = Ik Ω，R2 = Ik Ω，R3 = Ik Ω，R4 = Ik Ω，R5 = Ik Ω，R6、R7 選擇20k Ω電位器電容容值為 Cl = IOy F, C2 = 10 μ F, C3 = 0. 1 μ F, C4 = 0. 1 μ F, C5 = 10 μ F, C6 = 10 μ F, C7 = 0. 1 μ F, C8 = 0. 1 μ F, C9 = 10 μ FCl選用無(wú)極性電容，C2、C5、C6、C9選用耐壓16伏的鋁電解電容，其它選用瓷片電容。運(yùn)算放大器Ul型號(hào)為0P07，運(yùn)算放大器U2型號(hào)為0P07
工作原理信號(hào)Sl經(jīng)過(guò)有源低通濾波器濾除交流信號(hào)，只剩下直流信號(hào)S2，再使用減法器將信號(hào)Sl減去信號(hào)S2，達(dá)到濾除直流偏移的目的。一階有源濾波器是由一個(gè)一階無(wú)源低通濾波器和一個(gè)電壓跟隨器構(gòu)成，這里選取Rl = IkQ, Cl = 10yF，構(gòu)成一個(gè)一階
無(wú)源低通濾波器，經(jīng)過(guò)計(jì)算一階無(wú)源低通濾波器的上限頻率
權(quán)利要求
1.一種直流偏移濾除電路，其特征在于，待濾波信號(hào)Si經(jīng)過(guò)有源低通濾波器濾除交流信號(hào)，剩下待濾除的直流信號(hào)S2，通過(guò)減法器將信號(hào)Sl減去信號(hào)S2，輸出濾除直流偏移后的信號(hào)S3。
2.按照權(quán)利要求1所述的直流偏移濾除電路，其特征在于，一階有源低通濾波器的輸入接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接電容Cl的一端，電容Cl的另一端接地，放大器Ul 的1腳接電位器R6A端，放大器Ul的2腳接放大器Ul的6腳，放大器Ul的3腳接電阻Rl 和電容Cl的連接端，放大器Ul的4腳接-12伏電源、電容C3和電容C5的負(fù)端，電容C3和電容C5的另一端接地，放大器Ul的5腳懸空，放大器Ul的7腳接+12伏電源、電位器R6 中間抽頭、電容C2正端和電容C4的一端，電容C2和電容C4的另一端接地，放大器Ul的8 腳接電位器R6B端，放大器Ul的6腳接減法器2的輸入。
3.按照權(quán)利要求1所述的直流偏移濾除電路，其特征在于，減法器的輸入一端來(lái)自放大器Ul的6腳，另一端來(lái)自一階有源低通濾波器電阻Rl的一端，放大器Ul的6腳接電阻 R2的一端，電阻Rl的一端接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接電阻R4的一端和U2的2 腳，電阻R4的另一端接地，放大器U2的1腳接電位器R7A端，放大器U2的2腳接電阻R2和電阻R5的一端，放大器U2的3腳接電阻R3和電阻R4的一端，放大器U2的4腳接-12伏電源、電容C7和電容C9的負(fù)端，電容C7和電容C9的另一端接地，放大器U2的5腳懸空， 放大器U2的7腳接+12伏電源、電位器R7的中間抽頭、電容C6正端和電容C8的一端，電容C6和電容C8的另一端接地，放大器U2的8腳接電位器R7B端，放大器U2的6腳接電阻 R5的另一端，并輸出經(jīng)過(guò)去直流后的信號(hào)S3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流偏移濾除電路。是由待濾波信號(hào)S1經(jīng)過(guò)有源低通濾波器濾除交流信號(hào)，剩下待濾除的直流信號(hào)S2，通過(guò)減法器將信號(hào)S1減去信號(hào)S2，輸出濾除直流偏移后的信號(hào)S3。在濾除直流偏移的同時(shí)不對(duì)交流信號(hào)的相位產(chǎn)生偏移，更好地保留交流信號(hào)的相位信息，避免因復(fù)雜信號(hào)的各頻率成分產(chǎn)生不同的相位偏移而使信號(hào)產(chǎn)生相位失真。最大程度上保留信號(hào)的原始信息，簡(jiǎn)化后續(xù)電路對(duì)信號(hào)參數(shù)的提取，這對(duì)于需要準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)相位的電路尤其重要。能用于幾百千赫茲以下頻率范圍內(nèi)的信號(hào)濾波，不會(huì)對(duì)交流信號(hào)產(chǎn)生相位偏移。電路簡(jiǎn)單，制造成本低，調(diào)試簡(jiǎn)單，去直流效果好，不易干擾其它電路或被其它電路干擾，性能穩(wěn)定可靠，應(yīng)用范圍廣泛。
文檔編號(hào)H04L25/06GK102185812SQ20111012280
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者孫淑琴, 龐博, 林君, 王應(yīng)吉, 王建鵬, 蔣川東 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)