信號調(diào)理電路的設(shè)計及仿真

仿真的過程可分為以下幾個步驟：

1.數(shù)據(jù)輸入：將用戶創(chuàng)建的電路圖結(jié)構(gòu)、元件數(shù)據(jù)讀入，選擇分析方法;

2.參數(shù)設(shè)置：程序會檢查輸入數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及電路中闡述的內(nèi)容對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

3.電路分析：對輸入信號進(jìn)行分析，它是電路仿真的關(guān)鍵。它將形成電路的數(shù)值解，并將所得數(shù)據(jù)送到輸出極。

4.數(shù)據(jù)輸出：從測試儀器如示波器等上點(diǎn)獲得仿真運(yùn)行結(jié)果。并進(jìn)行分析。

圖7 濾波電路原理圖

圖8 電源電路的結(jié)構(gòu)圖

圖9 電橋供電電源

圖10 仿真電路圖

由于在仿真庫中無法找到INA128芯片，所以，根據(jù)該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可采取應(yīng)用具體芯片連接的方法進(jìn)行放大部分的仿真。放大器由兩級串聯(lián)，前級是兩個同項放大器，為對稱結(jié)構(gòu)，輸入信號加在A1、A2的同項輸入端，從而具有高擬制共模干擾的能力和高輸入阻抗。后級是差動放大器，它不僅切斷共模干擾的傳輸，還將雙端輸入方式變換成單端輸出的方式，適應(yīng)對地負(fù)載的需要.其輸入基準(zhǔn)電壓值根據(jù)設(shè)計的需要值為125V。

(1)具體波形從濾波器可以看出輸入波形的幅度為20mV，偏置電壓值為0.25V，而輸出波形的幅度則為2.4V，約為輸入波形的幅度的100倍，與設(shè)計要求基本相一致。如圖11所示輸出波形為A通道，量程為2V/格。輸入波形為B通道，量程為2mV/格。

(2)從圖中我們可以看出：

a 幅頻特性：

如圖12，在截止頻率158.7KHz處，幅頻特性為3.024dB,在平直段則為6.032dB。3.024-6.032≈-3dB。

b 相頻特性 ：

由公式得抗混疊濾波器的截止頻率。仿真結(jié)果(圖13)中，相位在-90.17°處，頻率為159.4KHZ，與理論值160KHz近似相等。

圖11 輸入輸出波形圖

圖12 幅頻特性圖

圖13 相頻特性圖

總結(jié)

本文在分析國內(nèi)外壓力測試系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對電阻應(yīng)變式測壓傳感器設(shè)計了電橋的調(diào)平電路、信號放大電路、濾波電路以及電源電路。壓力傳感器輸出信號非常微弱，難于測量和分析，測試結(jié)果誤差較大，設(shè)計壓力傳感器的信號調(diào)節(jié)電路和恒壓電源電路得到穩(wěn)定、放大、不失真的輸出信號有理論價值和實(shí)際意義。采用由X9C103、全橋電路以及附加適當(dāng)?shù)拈T電路組成自動調(diào)平電路;采用儀表放大器INA128為核心構(gòu)成放大電路;采用放大器OPA340構(gòu)成二階低通濾波器;采用專用電源芯片構(gòu)成恒壓電源電路。使用Protel專用電路設(shè)計軟件實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計，使用EWB電路仿真軟件完成信號調(diào)理電路的仿真。仿真結(jié)果表明，放大電路實(shí)現(xiàn)了信號100倍的放大，低通濾波電路截止頻率為159Hz，與理論值相同，從而驗(yàn)證了設(shè)計的正確性。將各模塊進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)對壓力傳感器的調(diào)平、濾波和電源控制，并且繪制原理圖，對該電路進(jìn)行仿真。