一种基于PSD的激光语音还原的方法及电路技术

本发明专利技术公开了一种基于PSD的激光语音还原的方法及电路，包括SD光电转换电路模块的设计；流压变换电路模块的设计；差分放大电路模块的设计。该电路包括用于间接得到玻璃振动振幅的相对值并产生强弱变化的电流信号的PSD光电转换电路模块；用于对PSD光电转换电路模块输出的两路微弱电流信号分别进行流压转换的流压变换电路模块，连接PSD光电转换电路模块；用于将两路信号进行差分同时主放大以及滤波的差分放大电路模块，连接流压变换电路模块，使得信号幅值达到3V左右，便于后端信号的采集，实现激光语音信号的还原。本发明专利技术通过流压变换电路模块利用RC网络结合AD704实现信号的滤波，提高了信号质量；通过采用AD8274，完成了两路电压信号的差分放大。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PSD的激光语音还原的方法及电路
本专利技术属于激光语音还原
，尤其涉及一种基于PSD的激光语音还原的方法及电路。
技术介绍
现有的激光语音还原系统电路多采用离散型位置探测器采集激光位置信号。现有技术具有精度低，处理电流信号少，缺乏滤波或滤波不够彻底的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于PSD的激光语音还原的方法及电路，旨在解决现有技术存在的精度低，处理电流信号少，缺乏滤波或滤波不够彻底的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种基于PSD的激光语音还原的方法，该基于PSD的激光语音还原的方法包括以下步骤：PSD光电转换电路模块的设计；流压变换电路模块的设计；差分放大电路模块的设计。进一步，PSD光电转换电路模块的设计的具体步骤为：噪声分析模型；PSD参数的确定。进一步，噪声分析模型的具体方法为：Io为光电流，ID为暗电流，Rie为极间电阻，Cj为结电容，互相并联后接地，构成PSD模型，连接等效噪声输入电容的运算放大器in；Rf为反馈电阻，Cf为反馈电容，组成的并联电路一端接于PSD和等效噪声输入电容的运算放大器in之间，另一端接于运放输出端；in为等效噪声输入电容的运算放大器，连接等效噪声输入电压的运算放大器En后接地，与反馈电阻Rf，反馈电容Cf构成流压转换电路模型；Vo为输出电压。进一步，PSD参数的确定的具体方法为：输出电压Vo＝﹣Io·Rf，为了保证PSD测量精度，必须使两路信号输出尽可能一致，因此电阻采用高精度的无色环电阻，由于PSD的内阻较大(S3931内阻约为50K)，在电路中Rf的取值不能太大，Rf的取值过大时，容易产生振荡，在此Rf选用典型值50K，使信号放大到mV级，确定反馈电阻Rf；同时在电路的设计中，还要在反馈回路上加上电容，小电容称为移相电容，防止运放自激的一般取0点几皮法到几十皮法，由于在此系统中运放是工作在音频300HZ到3400HZ之间的，也可以起到滤波滤除高频噪声，取值根据：防止振荡Rf和运放的输入电容及杂散电容形成极点，如果该极点在运放使用的频率范围内就可能使运放产生振荡；加入Cf后，Cf和Rf产生零点，用来抵消极点，在这里Cf取值为10pF，并用温度补偿型的陶瓷电容，确定反馈电容Cf。进一步，流压变换电路模块设计的具体步骤为：第一步，完成运放和电源电压的选择；第二步，完成流压变换电路的基本设计和噪声计算；第三步，对基本设计进行优化；第四步，确定流压变换电路的总体设计电路。进一步，第一步的具体步骤为：运放的选择：对于光电传感的微弱信号处理，必须选择低噪声低偏置电流，输入阻抗大的运放，根据OP07，AD823，AD704的参数，由于对该系统是交流信号进行处理，应选用双电源供电的运放，选用AD704作为主运放，因为它只有1/20的OP07输入偏置电流,且不需要常用平衡电阻，典型噪声为OP07的1/5,这使得AD704可用具有更高的源阻抗，AD704集成式差分输出缓冲放大器，可将单端输入信号转换为具有高输出驱动能力的一对平衡输出信号；电源电压的确定：输出信号进行测试，其振幅约为4.6Vpp,所以即使考虑到运放内部晶体管的损耗，电源电压有5V足够了，不过还应该考虑到运放用电源(AD704Vs：±2.5V到±18V，典型值为±13.5V)，根据共模输入电压限制与电源电压的曲线，将电源电压取为常用的±12V。进一步，第二步的流压变换电路的基本设计的具体步骤为：输入电流进入运放的反相输入端，同相输入端接地；反馈电阻Rf，反馈电容Cf构成并联电路接于运放输出端与反相输入端之间，总体电路中：反馈电阻Rf的确定：输出电压Vo＝﹣Io·Rf，为了保证PSD测量精度，必须使两路信号输出尽可能一致，因此电阻采用高精度的无色环电阻，由于PSD的内阻较大(S3931内阻约为50K)，在电路中Rf的取值不能太大，Rf的取值过大时，容易产生振荡，在此Rf选用典型值50K，使信号放大到mV级，反馈电容Cf的确定：同时在电路的设计中，还要在反馈回路上加上电容，该小电容称为移相电容，防止运放自激的一般取0点几皮法到几十皮法，由于在此系统中运放是工作在音频300HZ到3400HZ之间的，也可以起到滤波滤除高频噪声，取值根据：防止振荡Rf和运放的输入电容及杂散电容形成极点，如果该极点在运放使用的频率范围内就可能使运放产生振荡；加入Cf后，Cf和Rf产生零点，用来抵消极点，在这里Cf取值为10pF，并用温度补偿型的陶瓷电容。进一步，噪声电流的计算方法为：Vo为输出电压，假设流压转换电路中的反馈电阻远大于PSD的极间电阻Rie,此时，因为1/Rf与1/Rie相比足够小，可以忽略；散粒噪声电流源自光电流和暗电流，大小为其中：q：电子电荷常量(1.60×10-19C)；Io：信号光电流(A)；ID：暗电流(A)；B：带宽(HZ)；热噪声电流(约翰逊噪声电流)Ij来自电极间的电阻，这可以被忽略,因为Rsh>>Rie，大小为：其中：k:玻耳兹曼常量；T:绝对温度Rie:电极间电阻；等效噪声输入电压的运算放大器电流噪声Ien；其中：En:等效噪声输入电压的运算放大器(V/Hz1/2)综合上述三个方程知，PSD噪声电流可以表达为如下的一个均方根：如果Rf不能被忽略，那么等效噪声输出电压必须被考虑，在这种情况下，方程可转换为如下：热噪声从反馈电阻和等效噪声输入电流的运算放大器也可变换,如下所示：最终等效噪声输入电压的运算放大器由以下方程表示为一个均方根值：本专利技术的目的在于提供一种基于PSD的激光语音还原的电路，该基于PSD的激光语音还原的电路包括：PSD光电转换电路模块、流压变换电路模块、差分放大电路模块；用于间接得到玻璃振动振幅的相对值并产生强弱变化的电流信号的PSD光电转换电路模块；用于对PSD光电转换电路模块输出的两路微弱电流信号分别进行流压转换的流压变换电路模块，连接PSD光电转换电路模块；用于将两路信号进行差分同时主放大以及滤波的差分放大电路模块，连接流压变换电路模块，使得信号幅值达到3V左右，便于后端信号的采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PSD的激光语音还原的方法，其特征在于，该基于PSD的激光语音还原的方法包括以下步骤：设计PSD光电转换电路模块；设计流压变换电路模块；设计差分放大电路模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于PSD的激光语音还原的方法，其特征在于，该基于PSD的激光语音还原的方法包括以下步骤：设计PSD光电转换电路模块；设计流压变换电路模块；设计差分放大电路模块；PSD光电转换电路模块采用位置光电传感器输出两路电流送入到流压变换电路模块，其中PSD参数确定包括：根据Rf的参考值50K，以及输出电压VO＝-IORf，选择PSD的光电流参数Io为100μA；流压变换电路模块设计的具体步骤为：第一步，完成运算放大器和电源电压的选择；第二步，完成流压变换电路的基本设计和噪声计算；第三步，对基本设计进行优化；第四步，确定流压变换电路的总体设计电路；第一步的具体步骤为：运算放大器的选择：选用双电源供电的运算放大器，选用AD704作为主运算放大器，电源电压的确定：根据共模输入电压限制与电源电压的曲线，将电源电压取为常用的±12V；第二步的流压变换电路的基本设计的具体步骤为：PSD输出的电流进入运算放大器的反相输入端，同相输入端接地；反馈电阻Rf和反馈电容Cf构成并联电路，该电路一端接于运算放大器的反相输入端，另一端接于运算放大器输出端；总体电路中：反馈电阻Rf的确定：Rf选用50K的电阻；反馈电容Cf的确定：Cf取值为10pF，并用温度补偿型的陶瓷电容；第二步的噪声的计算方法为：从三个方面考虑噪声源：运算放大器的噪声电压密度：EN；IN为运算放大器的输入电流密度，电压降等于电阻Rf与运算放大器的噪声电流密度之积：EI＝IN·Rf；电阻Rf的温度噪声：使用的AD704的反馈电阻Rf＝50KΩ，频率带宽BW＝DC～800KHz，各噪声电压密度计算如下：所以，总输入噪声电压密度为故，输出噪声电压GN为流压变换电路的电压增益；第三步：对具体设计进行优化；PSD输出的电流进入运算放大器的反相输入端，运算放大器的同相输入端接地；Cc为滤波电容，接于运算放大器的反相输入端与输出端之间；运算放大器输出端经电阻Rc接下一级放大电路输入端和电容CL一端，电容CL...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨祎，吕肖刚，刘芳，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：