基于adcp的低噪聲高精度信號處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海洋探測技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于海洋水體流速探測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量水體流速 的設(shè)備，它主要通過換能器發(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 能接收的待測聲波信號是少量的，大部分聲信號會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強(qiáng)度大概只有〇. 3mV左右的微弱電壓信號。而換能器接收進(jìn)來的是差 分信號，在這些信號中還有不少的共模信號和噪聲，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)也帶來了放大器自身的噪聲，由于我們的信號強(qiáng)度僅為mV級的強(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，也為降低功耗帶來了 難度。再有，ADCP接收的是寬帶信號，而放大器對信號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 號前級設(shè)計(jì)存在諸多缺陷。除此之外，在后級濾波處理中，經(jīng)電路放大、濾波后的信號雖然 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 后幾位信號失效?，F(xiàn)有的技術(shù)一般采用多級有源濾波電路，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 題。其中，ADCP的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于ADCP的低噪聲高精度信號處理系統(tǒng)， 能對由換能器接收的待測微弱回波信號進(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] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的： 一種基于ADCP的低噪聲高精度信號處理系統(tǒng)，包括依次連接的RF變壓器、濾波放大電 路、無源濾波器和跟隨電路；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 接收的差分信號進(jìn)行模擬降噪和高精度提取，并將處理后的信號發(fā)送給AD數(shù)字處理模塊； RF變壓器的輸入端與換能器模塊連接，用于將差分信號轉(zhuǎn)為單端信號；接入RF射頻變 壓器具有多重優(yōu)勢，首先，RF變壓器屬于無源器件，不會帶來額外的能耗，其在處理信號時(shí) 不會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，而 RF變壓器的帶寬限制較寬；最后，RF變壓器的電路構(gòu)造簡單，易與實(shí)現(xiàn)，成本低廉。
[0005] 濾波放大電路主要由前級放大電路、無源帶通濾波單元、四階有源帶通濾波單元 和后級放大電路組成，用于聲信號的前級濾波； 無源濾波器為低通濾波器，可以讓信號在進(jìn)入AD數(shù)字處理模塊前得到有效的濾波， 用于聲信號的二次濾波； 跟隨電路的輸出端與AD數(shù)字處理模塊連接，用于降低輸出信號阻抗，穩(wěn)定AD數(shù)字處理 模塊輸入端的電壓； 作為本發(fā)明的優(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 號處理系統(tǒng)，與換能器模塊的四路換能器陣列一一對應(yīng)。
[0006] 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述系統(tǒng)設(shè)有獨(dú)立的電源模塊，電源模塊通過外接 直流電提供系統(tǒng)工作所需的電源。
[0007] 作為本發(fā)明的優(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，這樣做會大大減小電源噪聲。
[0008] 作為本發(fā)明的優(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OR電阻連接。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：一方面對接收模塊進(jìn)行改進(jìn)，增加低噪聲高精度信號處理 系統(tǒng)，通過合理設(shè)置RF射頻變壓器、無源π濾波器和電壓跟隨電路，能對由換能器接收的 待測微弱回波信號進(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，減少電源噪聲對后級電路的干擾。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)生的噪聲對模擬部分造成的干擾，提高模擬部分的 測量精度。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖2為ADCP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖； 圖4為本發(fā)明中電源設(shè)計(jì)原理框圖； 圖5為本發(fā)明中地分割的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為實(shí)施例中ADTl-I變壓器電路連接示意圖； 圖7為跟隨電路原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明及其效果作進(jìn)一步闡述。
[0012] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，一方面我們對接收模塊進(jìn)行改進(jìn)，增加低噪聲 高精度信號處理系統(tǒng)；另一方面，我們對電源和地進(jìn)行處理。
[0013] -、低噪聲高精度信號處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)： 如圖1所示，一種基于ADCP的低噪聲高精度信號處理系統(tǒng)，包括依次連接的RF變壓 器、濾波放大電路、無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 噪聲高精度信號處理系統(tǒng)，與換能器模塊的四路換能器陣列一一對應(yīng)；能夠?qū)τ蓳Q能器接 收的差分信號進(jìn)行模擬降噪和高精度提取，并將處理后的信號發(fā)送給AD數(shù)字處理模塊； RF變壓器的輸入端與換能器模塊連接，用于將差分信號轉(zhuǎn)為單端信號；接入RF射頻變 壓器具有多重優(yōu)勢，首先，RF變壓器屬于無源器件，不會帶來額外的能耗，其在處理信號時(shí) 不會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，而 RF變壓器的帶寬限制較寬；最后，RF變壓器的電路構(gòu)造簡單，易與實(shí)現(xiàn)，成本低廉。
[0014] 濾波放大電路主要由前級放大電路、無源帶通濾波單元、四階有源帶通濾波單元 和后級放大電路組成，用于聲信號的前級濾波； 無源濾波器為低通濾波器，可以讓信號在進(jìn)入AD數(shù)字處理模塊前得到有效的濾波， 用于聲信號的二次濾波； 跟隨電路的輸出端與AD數(shù)字處理