十六通道信号调理器的设计与实现

摘要

在水声信号采集之前,由于水声换能器输出的信号十分微弱,不适合进行A/D转换,因此要对这些微弱信号进行放大、滤波等处理。然而不同的应用场合对信号的放大倍数与滤波频带的要求不尽相同,为满足多数应用场合的需求,就需要研制出一种增益和通频带可灵活调节的声学通用信号调理设备。
　　本文以水声小信号为处理目标,设计实现了一种增益带宽可程控调节,且具有自检功能的水声信号调理器。该调理器主要包括两个单元:一个是程控信号调理单元,另一个是调理器自检单元。程控信号调理单元由前置放大器、压控增益放大器、带通滤波器、抗混叠滤波器、参数控制模块构成。水声换能器输出的信号进入调理器后首先经过前置放大器得到固定倍数的放大,然后经压控增益放大,以得到适于带通滤波器处理的大幅值信号。信号由带通滤波器滤波后须再经过一级压控增益放大,以满足采集设备对输出信号幅值的要求,最后经过有抗混叠滤波器输出。带通滤波器由两个开关电容滤波器构成,前级为8阶高通滤波器,后级为10阶低通滤波器,这两个滤波器的滤波参数由输入时钟控制。参数控制模块的主要功能是接收由通信接口传来的配置参数,并根据配置参数输出控制信号,使调理器具备预期的增益和带宽。调理器自检单元主要由DDS、ADC、控制运算模块(DSP)构成。自检过程中,控制运算模块控制DDS产生信号输给调理器的所有输入端,并对信号调理器各路输出的信号进行同步采样,然后通过对采样数据分析运算得出通道间的一致性结果,并给出状态指示。
　　文章着重论述了硬件平台和自检程序的设计与实现,调理器的整体测试结果表明:该调理器的增益和滤波带宽在预期范围内可灵活调节,具有良好的自我检测能力,各项技术指标都满足设计要求,且工作稳定可靠。

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第1章 绪论

1.1 论文背景

1.2 国内外发展现状

1.3 课题任务及完成的主要工作

第2章 模拟信号调理电路设计

2.1模拟信号调理电路结构

2.2主要器件选择

2.3 单元电路设计与仿真

2.4 本章小结

第3章 信号调理控制模块设计

3.1信号调理控制模块总体结构

3.2主要器件选择

3.3单元电路

3.4 FPGA软件流程

3.5本章小结

第4章 系统自检部分设计

4.1系统自检部分总体结构

4.2主要器件选择

4.3单元电路设计

4.4 DSP软件设计

4.5 本章小结

第5章 系统联调测试

5.1 测试环境

5.2 增益测试

5.3 频带测试

5.4 一致性测试

5.5 自检功能测试

5.6 等效输入噪声测试

5.7 通道间串扰测试

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录