一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路制造技术

本申请涉及硬件芯片的开发设计技术领域，具体提供了一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路，包括初级运放、次级运放、差分运放、阻抗匹配电路、初级滤波电路、初级反馈电路、次级二阶滤波电路、次级反馈电路、差分反馈电路、供电电路。本申请通过设计初级滤波电路、次级二阶滤波电路，降低了小信号放大电路中的噪声干扰，同时通过设计两级放大电路和一级差分放大电路，将换能器采集到的单端小信号放大后进行差分输出，使电路有较高的共模抑制比，放大有用信号而抑制共模信号，降低了输出信号的共模干扰，提高了输出信号的信噪比。提高了输出信号的信噪比。提高了输出信号的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路


[0001]本申请涉及硬件芯片的开发设计
，尤其涉及一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路。

技术介绍

[0002]当今各个国家都在努力加强海军建设和大范围开发海洋事业，声波是已知的唯一能够在海洋中远距离传播的信息载体，海洋研究、资源开发、海上军事斗争都离不开水声技术，而水声技术的发展需要各类水声换能器提供支撑。水声换能器技术是将声信号转化为电信号或将电信号转化为声信号的一种装置，通过声
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电信号的相互转化，可以达到水下目标探测、水下信息传播和水下信息提取等目的。
[0003]远距离的目标探测产生的电压信号非常微弱，需要经过前置小信号放大器进行微弱小信号放大，然后提供给后端的信号处理系统，而水下传播环境比较复杂，各种环境噪声被换能器一并采集然后进行传输，噪声对有效信号的干扰可能很严重，在目标探测产生的电压信号被放大的同时，环境噪声也被放大。同时，目前集成电路的尺寸越来越小，但是，这种小尺寸的电路中的电信号更容易受到各种信号的干扰而产生电信号噪声，例如声音的电信号噪声等。另外，小信号电路中由于器件尺寸小、信号线距离更近等问题也会导致小信号电路内部噪声的产生。
[0004]因此，设计一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路，以有效降低环境噪声对放大信号的干扰，提高输出信号的信噪比就显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]为了解决上述的问题，本申请的实施例中提供了一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路，本申请通过设计初级滤波电路、次级二阶滤波电路，降低了小信号放大电路中的噪声干扰，同时通过设计两级放大电路和一级差分放大电路，将换能器采集到的单端小信号放大后进行差分输出，使电路有较高的共模抑制比，放大有用信号而抑制共模信号，降低了输出信号的共模干扰，提高了输出信号的信噪比。
[0006]为此，本申请的实施例中采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本申请提供一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路，包括初级运放、次级运放、差分运放、阻抗匹配电路、初级滤波电路、初级反馈电路、次级二阶滤波电路、次级反馈电路、差分反馈电路、供电电路；其中，
[0008]所述初级运放、次级运放和差分运放依次连接，用以将水声换能器输入的单端信号放大后转换为两路输出的差分放大信号；
[0009]所述阻抗匹配电路连接于水声换能器信号输出端和地之间，用于匹配水声换能器的阻抗；
[0010]所述初级滤波电路连接于水声换能器信号输出端和初级运放的正相输入端之间，形成低通滤波器，用于初步滤除放大信号中包含的高频干扰信号；
[0011]所述初级反馈电路连接于初级运放的输出端和反向输入端之间；
[0012]所述次级二阶滤波电路连接于初级运放输出端与次级运放正向输入端之间，形成二阶低通滤波器，用于滤除初级运放放大信号里包含的高频干扰信号；
[0013]所述次级反馈电路连接于次级运放的输出端和反向输入端之间；
[0014]所述差分反馈电路包括第一差分运放反馈环和第二差分运放反馈环，所述次级运放输出端经过第一差分运放反馈环与差分运放正相输入端连接，所述第二差分运放反馈环连接于差分运放反相输出端与正相输入端之间；
[0015]所述供电电路包括单电源电压幅值转换电路和电压极性反转电路，所述单电源电压幅值转换电路用于实现宽输入电压到基准电压转换，所述电压极性反转电路用于将正基准电压进行电压极性反转为负基准电压。
[0016]作为一个可以实现的实施方式，所述初级滤波电路包括电阻R4、电容C6；所述电阻R4的第一端与水声换能器的信号输出端相连，第二端分别于电容C6的第一端及初级运放正相输入端相连；所述电容C6的第二端与地相连。
[0017]作为一个可以实现的实施方式，所述次级二阶滤波电路包括电阻R8、电容C7、电阻R9、电容C8；所述电阻R8的第一端与初级运放输出端相连，第二端分别与电容C7、电阻R9的第一端相连；电阻R9的第二端分别与电容C8的第一端、次级运放正相输入端相连；电容C7、电容C8的第二端分别与地连接。
[0018]作为一个可以实现的实施方式，所述初级反馈电路包括电阻R6、R7；所述电阻R6连接于初级运放输出端与初级运放反相输入端之间，电阻R7连接于初级运放反相输入端与地之间。
[0019]作为一个可以实现的实施方式，所述次级运放反馈电路包括电阻R10和电阻R11；所述电阻R10连接于次级运放输出端与次级运放反相输入端之间，所述电阻R11连接于次级运放反相输入端与地之间。
[0020]作为一个可以实现的实施方式，所述第一差分运放反馈环包括电阻R13和电阻R12；所述电阻R13连接于差分运放反相输出端与差分运放正相输入端之间，所述电阻R12连接于次级运放输出端与差分运放正相输入端之间。
[0021]作为一个可以实现的实施方式，所述第二差分运放反馈环包括电阻R14和电阻R15；所述电阻R14连接于差分运放正相输出端与差分运放反相输入端之间，所述电阻R15连接于差分运放反相输入端与地之间。
[0022]作为一个可以实现的实施方式，所述阻抗匹配电路包括电阻R5；电阻R5的第一端与换能器信号输出端连接，第二端与地连接。
[0023]作为一个可以实现的实施方式，所述单电源电压幅值转换电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、基准电压源TL431芯片和电容C1；所述电阻R1的第一端与供电电源正极相连，第二端分别与电阻R2的第一端、基准电压源TL431芯片K极引脚、电容C1的第一端连接后与+5V输出连接；电阻R2第二端分别与电阻R3的第一端、基准电压源TL431芯片REF引脚连接；电阻R3第二端分别与基准电压源TL431芯片A极引脚、电容C1第二端连接后与地连接。
[0024]作为一个可以实现的实施方式，所述电压极性反转电路包括电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电源芯片ICL7660；所述电容C3的第一端分别与+5V输出、电源ICL7660芯片V+引脚连接，第二端与地连接；电容C2的第一端与电源ICL7660芯片CAP+引脚连接，第二端与
电源ICL7660芯片CAP
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引脚连接；电容C4、电容C5并联后第一端与地连接，第二端分别与电源ICL7660芯片Vout引脚、
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5V输出连接。
[0025]从上述方案可以看出，本申请通过设计单电源电压幅值转换电路及电压极性反转电路给初级运放、次级运放和差分运放供电，设计初级滤波电路、次级二阶滤波电路，进而降低了小信号放大电路中的噪声干扰，设计了两级放大电路和一级差分放大电路，将小信号进行放大，提高了信号的信噪比。本申请的放大电路实现了换能器输出小信号采集到增益放大后的差分输出，降低了输出信号的共模干扰，提高了信号的信噪比，本申请的放大电路采用集成电路设计，具有低功率、小尺寸等优点，适用于噪声要求低，功率小和空间小的场合
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路，其特征在于，包括初级运放、次级运放、差分运放、阻抗匹配电路、初级滤波电路、初级反馈电路、次级二阶滤波电路、次级反馈电路、差分反馈电路、供电电路；其中，所述初级运放、次级运放和差分运放依次连接，用以将水声换能器输入的单端信号放大后转换为两路输出的差分放大信号；所述阻抗匹配电路连接于水声换能器信号输出端和地之间，用于匹配水声换能器的阻抗；所述初级滤波电路连接于水声换能器信号输出端和初级运放的正相输入端之间，形成低通滤波器，用于初步滤除放大信号中包含的高频干扰信号；所述初级反馈电路连接于初级运放的输出端和反向输入端之间；所述次级二阶滤波电路连接于初级运放输出端与次级运放正向输入端之间，形成二阶低通滤波器，用于滤除初级运放放大信号里包含的高频干扰信号；所述次级反馈电路连接于次级运放的输出端和反向输入端之间；所述差分反馈电路包括第一差分运放反馈环和第二差分运放反馈环，所述次级运放输出端经过第一差分运放反馈环与差分运放正相输入端连接，所述第二差分运放反馈环连接于差分运放反相输出端与正相输入端之间；所述供电电路包括单电源电压幅值转换电路和电压极性反转电路，所述单电源电压幅值转换电路用于实现宽输入电压到基准电压转换，所述电压极性反转电路用于将正基准电压进行电压极性反转为负基准电压。2.根据权利要求1所述的一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路，其特征在于，所述初级滤波电路包括电阻R4、电容C6；所述电阻R4的第一端与水声换能器的信号输出端相连，第二端分别于电容C6的第一端及初级运放正相输入端相连；所述电容C6的第二端与地相连。3.根据权利要求1所述的一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路，其特征在于，所述次级二阶滤波电路包括电阻R8、电容C7、电阻R9、电容C8；所述电阻R8的第一端与初级运放输出端相连，第二端分别与电容C7、电阻R9的第一端相连；电阻R9的第二端分别与电容C8的第一端、次级运放正相输入端相连；电容C7、电容C8的第二端分别与地连接。4.根据权利要求1所述的一种水声换能器小信号采集低噪声放大电路，其特征在于，所述初级反馈电路包括电阻R6、R7；所述电阻R6连接于初级运放输出端与初级运放反相输入端之间，电阻R7连接于初级运放反相输入端与地之...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈模江，李海亮，郝程鹏，赵永成，廖力鸣，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：新型
国别省市：