CN106556717A - 一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路 - Google Patents
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Abstract
一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，由+5V供电电路、一级差分信号放大电路、滤波电路及二级放大电路构成。该微弱信号检测提取电路可以很好地对高灵敏MEMS可将传感器输出信号从毫伏级放大到伏级。采用这种电路设计的MEMS高灵敏加速度计输出信号具有良好的低频特性，可以满足高灵敏传感器宽频带测试的需要。电路结构紧凑，采样精度高、适应性好，提高了采取信号准确率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，适用于导航控制、闪讯等领域。
背景技术
高灵敏加速度传感器可用于各种导航控制、车身安全控制、硬盘抗冲击防护的动态参数测试，也可用于如IPAD、闪讯等更具创新性的电子产品中，为电子产品更多扩展性功能的实现提供了保证。因此对高灵敏加速度传感器以及由此构成的MEMS***的研究，对加强我国各种国防和民用建设、航空航天事业以及电子产品的竞争力上面具有重大的意义。同时，高灵敏加速度传感器应用于环境测试中，所以该类传感器的微弱信号提取已成为高灵敏加速度传感器研究中重要一个方面。
发明内容
本发明提供一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，由+5V供电电路、一级差分信号放大电路、滤波电路及二级放大电路构成。电路结构紧凑，采样精度高、适应性好，提高了采取信号准确率。
本发明所采用的技术方案是：
高灵敏加速度传感器微弱信号提取电路由+5V供电电路、一级差分信号放大电路、滤波电路及二级放大电路构成。
所述加速度传感器压敏电阻以对称方式布置在梁的根部，将布置的四个压敏电阻连接成惠斯通电桥，可以很好的抑制非对称性结构引起的沿梁长度方向横向加速度的影响。当有轴向加速度作用到传感器时结构梁发生变形，在压敏电阻的布置区域产生应力作用，引起压敏电阻阻值的变化，当给加速度传感器供电时阻值的变化将有相应的一组差分信号可用于提取检测。当100g的加速度载荷作用到传感器结构上时，结构梁上将受到应力作用，则布置在结构梁根部的压敏电阻会发生变化，当给惠斯通电桥供电后就有相应的电压输出。通过两级放大器约1000倍放大，将信号从毫伏级放大到伏级以进行提取和测试。
所述电源电路中，传感器整个电路采取+15V外部电源供电，而传感器电桥需要+5V电源供电，设计采用78L05电源芯片将+15V转换为+5V为电桥供电，通过电容、电阻等***器件构成+5V构成供电电路。
所述一级差分放大电路选用仪表放大器AD623进行一级差分信号放大，AD623具有很好的直流特性和交流特性，能确保高增益精密放大所需的低失调电压、低失调电压漂移和低噪声等性能指标，只需外接一个电阻R，即可设定增益，在无外接电阻条件下，AD623被设置为单增益。在外接电阻后，AD623可编程设置增益，增益最高可达1000倍。由于存在精度高、噪声小和功耗低等优点，常用于传感器的接口电路。其放大倍数取决于外部电阻RB，因而具有很强的灵活性。同时在此电路中，AD623芯片还相当于一级低通滤波，其增益为100时截止频率为120kHz，放大1000倍时截止频率为lOkHz。像普通运算放大器一样，AD623也有其以电源的两端为参考端的积分器并且应当相对输出参考端。所以芯片在每个电源引脚与仪表放大器的参考端在PCB上的连接点之间应连接旁路电容器;另外，在第一级差分放大之前，在AD623的两个输人端前接人一个无源的低通滤波器滤除高频噪声信号。
所述的低通滤波器的主要功能是去除高频毛刺，而对滤波器的选频特性没有太高要求，过渡带的滚降速度可不用太快;考虑到电路板的尺寸结构有限，故从稳定性上考虑，宜选用元件敏感度较低的滤波函数。选用了经典的Sallen一Key结构二阶巴特沃兹低通滤波器。巴特沃兹低通滤波器是电子滤波器的一种，它的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。设计滤波器截止频率为lOkHz, Q值为0.707。电路所需运放使用LM358双运放的A部分。
所述的第二级放大电路是采用LM358双运放的B部分进行信号放大，其反相输入端接地，正相输入端结输出信号OUT2，8脚、4脚分别接+15V、-15V电源。
本发明的有益效果是：可将传感器输出信号从毫伏级放大到伏级，电路结构紧凑，采样精度高、适应性好，提高了采取信号准确率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的加速度传感器结构图。
图2是本发明的+5V供电模块。
图3是本发明的一级差分信号放大电路。
图4是本发明的滤波电路。
图5是本发明的二级放大电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，加速度传感器压敏电阻以对称方式布置在梁的根部，将布置的四个压敏电阻连接成惠斯通电桥，可以很好的抑制非对称性结构引起的沿梁长度方向横向加速度的影响。当有轴向加速度作用到传感器时结构梁发生变形，在压敏电阻的布置区域产生应力作用，引起压敏电阻阻值的变化，当给加速度传感器供电时阻值的变化将有相应的一组差分信号可用于提取检测。当100g的加速度载荷作用到传感器结构上时，结构梁上将受到应力作用，则布置在结构梁根部的压敏电阻会发生变化，当给惠斯通电桥供电后就有相应的电压输出。通过两级放大器约1000倍放大，将信号从毫伏级放大到伏级以进行提取和测试。
如图2，电源电路中，传感器整个电路采取+15V外部电源供电，而传感器电桥需要+5V电源供电，设计采用78L05电源芯片将+15V转换为+5V为电桥供电，通过电容、电阻等***器件构成+5V构成供电电路。
如图3，一级差分放大电路选用仪表放大器AD623进行一级差分信号放大，AD623具有很好的直流特性和交流特性，能确保高增益精密放大所需的低失调电压、低失调电压漂移和低噪声等性能指标，只需外接一个电阻R，即可设定增益，在无外接电阻条件下，AD623被设置为单增益。在外接电阻后，AD623可编程设置增益，增益最高可达1000倍。由于存在精度高、噪声小和功耗低等优点，常用于传感器的接口电路。其放大倍数取决于外部电阻RB，因而具有很强的灵活性。同时在此电路中，AD623芯片还相当于一级低通滤波，其增益为100时截止频率为120kHz，放大1000倍时截止频率为lOkHz。图5为第一级差分放大电路模块原理框图。像普通运算放大器一样，AD623也有其以电源的两端为参考端的积分器并且应当相对输出参考端解祸。所以芯片在每个电源引脚与仪表放大器的参考端在PCB上的连接点之间应连接旁路电容器;另外，在第一级差分放大之前，在AD623的两个输人端前接人一个无源的低通滤波器滤除高频噪声信号。
如图4，低通滤波器的主要功能是去除高频毛刺，而对滤波器的选频特性没有太高要求，过渡带的滚降速度可不用太快;考虑到电路板的尺寸结构有限，故从稳定性上考虑，宜选用元件敏感度较低的滤波函数。选用了经典的Sallen一Key结构二阶巴特沃兹低通滤波器。巴特沃兹低通滤波器是电子滤波器的一种，它的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。设计滤波器截止频率为lOkHz, Q值为0.707。电路所需运放使用LM358双运放的A部分。
如图5，第二级放大电路是采用LM358双运放的B部分进行信号放大，其反相输入端接地，正相输入端结输出信号OUT2，8脚、4脚分别接+15V、-15V电源。
Claims (8)
1.一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，其特征是：所述的微弱信号提取电路由+5V供电电路、一级差分信号放大电路、滤波电路及二级放大电路构成。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，其特征是：所述加速度计中地传感器压敏电阻以对称方式布置在梁的根部，将布置的四个压敏电阻连接成惠斯通电桥，可以很好的抑制非对称性结构引起的沿梁长度方向横向加速度的影响。
3.根据权利要求1所述的一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，其特征是：所述的电源电路中，采用78L05电源芯片将+15V转换为+5V为电桥供电，通过电容、电阻等***器件构成+5V构成供电电路。
4.根据权利要求1所述的一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，其特征是：所述的一级差分放大电路选用仪表放大器AD623进行一级差分信号放大，AD623具有很好的直流特性和交流特性，能确保高增益精密放大所需的低失调电压、低失调电压漂移和低噪声等性能指标。
5.根据权利要求1所述的一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，其特征是：所述一级差分放大电路在无外接电阻条件下，AD623被设置为单增益，在外接电阻后，AD623可编程设置增益，增益最高可达1000倍。
6.根据权利要求1所述的一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，其特征是：所述一级差分放大电路的芯片在每个电源引脚与仪表放大器的参考端在PCB上的连接点之间应连接旁路电容器，且在第一级差分放大之前，在AD623的两个输人端前接人一个无源的低通滤波器滤除高频噪声信号。
7.根据权利要求1所述的一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，其特征是：所述滤波器选用了经典的Sallen一Key结构二阶巴特沃兹低通滤波器，是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。
8.根据权利要求1所述的一种高灵敏加速度计微弱信号提取电路，其特征是：所述第二级放大电路是采用LM358双运放的B部分进行信号放大，其反相输入端接地，正相输入端结输出信号OUT2，8脚、4脚分别接+15V、-15V电源。
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| CN109231155A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-01-18 | 北京理工大学 | 一种复合梁结构的压阻式mems加速度传感器及封装装置 |
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