基于MAX260的低頻微弱信號的模擬預(yù)處理

摘要：強(qiáng)雜波背景下對微弱信號的檢測和提取是現(xiàn)代信號處理技術(shù)中的一項(xiàng)尖端技術(shù)。對低頻微弱信號的預(yù)處理是它的關(guān)鍵所在。本文簡單的介紹了可編程開關(guān)電容濾波器MAX260以及高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器TLC2652的原理和特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上基于低速目標(biāo)信號的檢測原理設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)低頻微弱信號模擬預(yù)處理的結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可取得很好的效果，并已在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：微弱信號檢測；低頻信號；模擬預(yù)處理；

引言

微弱信號檢測(Weak Signal Detection)是隨著工程應(yīng)用而不斷發(fā)展的一門學(xué)科，是利用電子學(xué)、信息論和物理的方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測信號的特點(diǎn)與相關(guān)性，采用一系列信號處理的方法，檢測被噪聲背景淹沒的微弱信號[1]。強(qiáng)噪聲背景下微弱信號處理是現(xiàn)代信號處理技術(shù)中的一項(xiàng)綜合技術(shù)和尖端領(lǐng)域，運(yùn)用這種技術(shù)使得微弱量(如弱光、小位移、微振動(dòng)、弱聲及微電流等)的檢測成為可能，大大提高了微弱信號檢測的精度。

對信號的預(yù)濾波處理則成為了提高其準(zhǔn)確度的關(guān)鍵要素，本文就是基于這樣的思想，利用MAX260的特性來進(jìn)行設(shè)計(jì)出具有良好效果的預(yù)濾波器。我相信，隨著社會以及科技的發(fā)展，在這方面的應(yīng)用于開發(fā)必將在物理、化學(xué)、天文、生物、醫(yī)學(xué)以及多種工程應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)外越來越得到重視。

模擬信號處理系統(tǒng)原理

我們假定接收到的信號已經(jīng)通過頻率轉(zhuǎn)換變?yōu)榛鶐盘?。為了防止未知的噪聲信號使放大器飽和，我們通常進(jìn)行多級放大。先將輸入的基帶信號通過濾波器提取出我們感興趣的頻段，并抑制一定的噪聲。通過兩級濾波放大，已經(jīng)將隱藏在噪聲中的微弱信號變?yōu)檫m當(dāng)幅度的平穩(wěn)信號，為后續(xù)的A/D變換、LCD顯示等信號處理打下良好的基礎(chǔ)。這個(gè)過程就構(gòu)成了信號濾波放大系統(tǒng)，原理框圖如圖1所示：

 
 
圖1 模擬信號處理系統(tǒng)原理框圖

器件的選擇與應(yīng)用

很多情況下我們要處理頻率接近于零頻的微弱信號,比如人體呼吸及心跳所產(chǎn)生的頻率（0.03Hz～3.3Hz），因此在選擇濾波器件時(shí)，要求該濾波器具有很低的中心頻率范圍以及陡峭的過渡帶，這就對器件提出了很高的要求。

可編程開關(guān)電容濾波器MAX260 

MAX260是美國Maxim公司推出的CMOS雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器，可以采用微處理器控制其精確濾波器函數(shù)，無需外圍元件即可構(gòu)成多種帶通、低通、高通、帶阻、全通濾波器，其內(nèi)部含有兩個(gè)二階濾波單元，每個(gè)單元中心頻率、Q值、濾波器工作模式均可由程序設(shè)置。MAX260比MAX261和MAX262有較好的偏移與直流特性。具有如下特點(diǎn)：微處理器接口、64步中心頻率控制、128步品質(zhì)因數(shù)控制、獨(dú)立的中心頻率和品質(zhì)因數(shù)編程、保證時(shí)鐘頻率f0對比值精度為1%、單+5V或