微弱信号检测的前置放大电路设计

微弱信号检测前置处理模块电路设计孙韩【摘要】从Y光纤斐索型激光干涉微振动检测仪的微弱信号检测实际需求出发,基于高速DSP数据采集与处理系统,采用集成运放芯片AD620,设计了一种能实现前置放大、带通滤波、电平抬升、增益可调等功能的前置处理模块电路。

经实验测试,该电路设计具有抑制噪声、抗干扰能力强,信号放大、带通滤波效能高等的优点,能有效进行微弱信号前置放大、去噪等处理,为后续A/D转换和高速DSP数据采集奠定基础。

%According to the actual demand of weak signal detection of Y type optical fiber Laser in-terference micro vibration detector,based on high-speed DSP data acquisition and processing system, using the integrated operational amplifier AD620 chip,a kind of pre-processing module circuit which can realize function of pre-amplifier, band-pass filter, level up and gain adjustable is designed. Through experimental test,the circuit designed in this paper has a strong suppress noise and anti-in-terference ability,the advantages of signal amplification and band-pass filtering efficiency higher. It can also effectively amplify a weak signal and suppress the noise,and lay a foundation for subsequent A/D conversion and high-speed DSP data acquisition.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P598-601)【关键词】微小振动测量;微弱信号检测;前置处理模块;电路设计【作者】孙韩【作者单位】安徽大学电子信息工程学院，230601，合肥【正文语种】中文【中图分类】TN248微振动测量广泛应用于石油勘探，各种发电机组、机床及桥梁的振动监测，高层建筑晃动测试，船舶及飞机等的发动机振动分析中。

微弱信号检测的前置放大电路设计研究摘要：当前在现代农业生产发展中，检测微弱信号越来越受到高度重视，尤其是在精准农业产业发展过程中。

本文以电压电流转换设施为载体，对微弱信号检测前置放大电路设计的相关技术要求进行了阐述，并且通过具有远程集成控制的电路器件的选用和抗噪影响的技术改进，对在电路设计中应当注意的一些技术要点进行了分析，而且经过微弱信号检测，结果比较安全科学。

关键词：微弱信号；检测前置；放大电路；设计分析一.前言近年来，随着现代农业的不断发展，通过在安全、高效的时限内采集收取农田生态条件和农作物生产资料，并且实现肥料、水分、农药等精准作业，有效地防范和杜绝生态破坏、环境污染问题，实现农业生产经营经济、社会、生态效益最大化的精准农业，得到了前所未有的健康发展。

生物传感设施在上述信息资料的采集取得中具有很大的作用，比如，在精准农业种植物施水灌溉过程中需要充分考虑空气指数和土壤中水分的含量，利用传感设施对这些信号的变化情况进行检测，及能够实现精准农业灌溉的良好效果。

所以近年来很多生物传感设施在精准农业中的生态条件、农作物生长环节等信息采集检测上得到了很好的应用。

不过由于一些农作物自身具有的生理属性，存在着一定程度的微弱信号，很多电流和电压信息都无法满足级次需求，因此，便设计了前置放大电路，通过这种选系统结构来检测微弱信号的相关信息。

笔者试就微弱信号检测的前置放大电路设计中应当把握的技术要点，谈些粗浅的认识。

二.微弱信号检测前置放大电路设计中应当把握的技术要点2．1 前置放大电路系统结构一般来说，微弱信号是生物传感设施形成的信号，通常频率不是很高，在对具有一定差异性的农作物自身属性进行检测的时候，能够获取一定的电流和电压数值。

而要获取这样的电流信号资料，需要先将其转换生成电压信号，并且利用电路系统的放大功效，在滤波设施的作用下，降低频率较高的噪音影响（如图1）。

（图1 微弱信号检测前置放大电路系统结构示意图）由于传感设施形成的信号是微弱的，很可能遭受噪音的干扰，因而在放大仪器的选用上通常倾向于仪表设施。

产能经济微弱信号检测的超低噪音宽带放大器设计秦正波　任羊弟　王　辉 安徽师范大学物理与电子信息学院摘要：本文简要报道了微型超低噪音宽带快电荷灵敏前置放大器。

该放大器主要采用高增益宽带低噪音电压反馈型集成运放芯片OPA847，其低电压输入噪音低至0.85nV/Hz1/2, 带宽高至3.9GHz。

整个成本低至数百元，是同类型产品的1/10或更少，该前置放大器具有电路结构简单、紧凑，超高速，极低噪音，超高稳定性等优点。

经实验测试，该放大器能有效进行微弱信号的放大和噪音的抑制，可广泛应用于普通物理实验的光电探测的前置放大，科研上也具有较可观的应用前景。

关键词：微弱信号检测；前置放大器；超低噪音中图分类号：TN722 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2017)007-0339-02The design of an ultra-low-noise wideband amplifier for the weak signal measurementQIN Zheng-bo，REN Yang-di，WANG Hui(Department of Physics, Anhui Normal University, Wuhu 241000, Anhui, China)Abstract: A miniature, ultra-low-noise, and high-sensitivity preamplifier has been introduced in brief in this paper. The design is adopted which mainly combines a high-gain bandwidth, low-noise, voltage-feedback operational amplifier OPA847. The input voltage noise density reaches to as low as 0.85nV/Hz1/2 and bandwidth gets up to 3.9 GHz. The device costs only several hundred yuan, which is less than one tenth of cost for similar products. The preamplifier has the advantage of simple, compact, super-high speed, ultra-low noise and super-high stability et al. The amplifier has the function of the gain of weak signal and suppression of noise after testing. It is applied to the amplification of photoelectric detection and has the application foreground for scientific research.Key words: weak signal detection; pre-amplifier; ultra-low-noise引言在大学物理实验中的光电测量，光信息传输实验中的微弱信号检测或者飞行时间质谱实验中的质谱检测，无论光谱测量中使用的光电倍增管[1]，还是质谱实验中使用的微通道板[2-3]，最终输出的都是脉冲电子流，尤其是电子流具有瞬态性和高速性(10-9秒)，而普通的低带宽的放大器无法有效的进行高速电子脉冲信号的放大，并且会造成时间积分上的拉宽，造成信号损失乃至丢失，最终可能不为采集装置所采集，因此从检测器上所获得的微弱信号，需要经过前置放大器进行预放大才可以被瞬态采集卡或者示波器进行信号采集及数据处理。

减小字体增大字体作者：李远明陈文涛来源：电子元器件应用发布时间：2007-10-9 10引言光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术［1］。

它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示［2］。

光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。

它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的［3］。

然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。

微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。

1 光电检测电路的基本构成光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。

这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。

其光电检测模块的组成框图如图1所示。

2 光电二极管的工作模式与等效模型2．1 光电二极管的工作模式光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。

图中，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，但要牺牲一定的线性。

事实上，在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。

而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声；在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。

因此，在设计光电二极管电路的过程中，通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计，而不是对两种模式都进行最优化设计［4］。

前置放大器在微弱信号检测中的应用进展2010年光电电子技术结课作业前置放大器在微弱光电信号检测中的应用进展前置放大器在微弱光电信号检测中的应用进展摘要光电检测系统中光电器件紧密连接一个低噪声前置放大器，它的任务是:放大光电探测器件所输出的微弱电信号；匹配后置处理电路与探测器件之间的阻抗。

对前置放大器的要求是:低噪声、高增益、低输出阻抗、足够的信号带宽和负载能力，以及良好的线性和抗干扰能力。

针对不同类型的光电检测系统的相应的前置放大电路的种类不同有T 型网络前置放大电路、差分式前置放大电路、双运放前置放大电路、高阻型前置放大电路，低阻型前置放大电路等等。

关键词：前置放大电路，微弱光信号检测，光电转换引言微弱信号的检测和处理技术主要运用迅速发展起来的电子学、信息论以及物理方法等加以分析噪声，对信号进行检测、采集有用信号。

微弱信号不仅信号本身的幅度较小，而且往往都是淹没在背景噪声之中。

而其中的光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术[1]。

它主要利用电子技术对光学信号进行检测, 并进一步传递、储存、控制、计算和显示[2]。

光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。

它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息, 然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量, 并进一步经过电路放大、处理, 以达到电信号输出的目的[3]。

由于光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中的特点, 要对这样的微弱信号进行处理, 一般都要先进行预处理, 以将大部分噪声滤除掉,并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。

这样, 就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。

1 光电检测电路模块[4]上图为光电检测电路模块示意图前置放大电路位于光电转换器后级放大电路之间对整个光电检测系统性能的影响很大，为得到有用的信号设计低噪声，高精度的前置放大电路就变得非常重要。

浅析微弱信号检测装置设计微弱信号检测装置是一种应用于科研领域以及一些特定行业的重要设备，它可以帮助科研人员以及工程师们检测并分析微弱信号，从而为他们的工作提供重要的数据支持。

在现代科技发展的大背景下，微弱信号检测装置的设计越来越受到重视，其设计的合理性和先进性直接关系到设备的性能表现和使用效果。

本文将从设计原理、关键技术以及设计要点等方面进行浅析，希望能够为相关领域的科研人员和工程师们提供一些参考和帮助。

一、设计原理微弱信号检测装置的设计原理主要是基于信号放大及滤波的技术。

通常情况下，微弱信号往往混杂在大量的背景噪声中，因此需要通过信号放大技术将微弱信号放大至可以被检测的水平。

还需要通过滤波技术将背景噪声滤除，从而使得被检测的信号更加纯净和稳定。

设计一款微弱信号检测装置，关键在于如何合理地运用放大和滤波技术，以及如何平衡放大倍数和信噪比，从而保证信号的真实性和准确性。

二、关键技术1. 信号放大技术信号放大技术是微弱信号检测装置设计中最为核心的技术之一。

通常情况下，采用的放大器有运算放大器，其具有高输入阻抗、低输出阻抗、高放大倍数等优点。

在设计中，需要根据实际需求选择合适的运算放大器，同时要注意防止由于放大器本身的噪声对信号检测的影响。

2. 滤波技术滤波技术是用来滤除背景噪声，增强信号的真实性和稳定性。

常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。

在设计中，需要根据待检测信号的频率范围、信噪比要求等因素选择合适的滤波器，同时要注意滤波器的带宽和通频带的选择。

3. 前置放大器设计在设计微弱信号检测装置时，通常需要设计前置放大器，用来对输入信号进行初步放大处理。

前置放大器的设计要注意防止由于不恰当的放大倍数造成的信噪比下降和过载等问题，同时也需要注意前置放大器与后级放大器之间的匹配。

4. 信号采样和AD转换对于模拟信号的处理，通常需要将其进行采样和AD转换，将模拟信号转化为数字信号。

在设计中，需要根据信号频率、采样率等因素选择合适的采样器和AD转换器，同时也要注意采样精度和信噪比的影响。

微弱信号放大电路的设计引言在现代电子技术中，微弱信号的放大是一项非常重要的技术。

无论是在通信系统、医疗设备还是科学实验中，都需要对微弱信号进行放大以便于后续处理和分析。

本文将探讨微弱信号放大电路的设计原理、方法和技术要点。

微弱信号放大电路的重要性微弱信号放大电路的设计是电子技术领域中的核心问题之一。

微弱信号常常受到各种干扰和噪声的干扰，需要经过放大才能得到准确的测量结果。

因此，设计一种高性能的微弱信号放大电路是非常必要的。

设计目标设计微弱信号放大电路时，需要考虑以下几个目标：1.高增益：放大倍数越大，信号放大效果越好。

2.低噪声：尽量减小电路本身引入的噪声，以避免对微弱信号产生干扰。

3.幅频特性：保持电路在一定频率范围内的放大倍数稳定。

4.直流稳定性：保持电路在直流工作点上的稳定性，避免信号偏移。

5.低功耗：尽量减小电路的功耗，提高电路的效率。

设计原理微弱信号放大电路的设计原理主要包括以下几个方面：1.放大器类型的选择：根据应用需求选择合适的放大器类型，常见的有共射放大器、共基放大器和共集放大器。

2.反馈电路的应用：通过合理选择反馈电阻和电容来控制放大倍数和频率响应，并提高电路的稳定性。

3.噪声分析和抑制：通过降低电路本身的噪声来提高信号与噪声的比值。

4.负载匹配：保证负载与放大器之间的匹配，提高信号传输的效率。

5.电源稳定性：保证电源电压的稳定性，避免对信号放大产生影响。

设计方法在进行微弱信号放大电路的设计时，可以采用以下几个方法：1.参考已有设计方案：查阅相关文献和资料，了解已有设计方案的性能指标和实现方法，从中找到适合自己应用的方案。

2.仿真和优化：使用电子设计自动化(EDA)软件进行电路仿真，通过调整电路参数和拓扑结构来优化电路性能。

3.实验验证：通过实际电路搭建和测试，验证设计方案的可行性和性能指标是否满足要求。

4.反馈调整：根据实际测试结果，进行反馈调整，进一步优化电路性能。

电路设计要点在微弱信号放大电路的设计中，有以下几个关键要点需要注意：超前放大器的设计要点1.输入信号的阻抗：保持输入信号的阻抗与信号源的阻抗匹配，以最大限度地传输信号能量。