面向CMUT换能器的微弱信号检测电路设计与分析

摘要

针对电容式微机械超声换能器(CMUT)在声-电转换过程中产生的微弱电信号检测难的问题,提出了两种微弱信号检测电路,基于电荷检测原理的电荷放大电路和基于电流检测原理的跨阻放大电路.首先对两种电路结构的瞬态及交流小信号特性进行仿真分析并进行电路性能测试,然后两种电路分别与CMUT换能器连接,进行超声波信号检测试验.测试结果表明:电荷放大电路具有高增益特性,其放大倍数为1×1011倍,其信噪比为20.57 dB;跨阻放大电路通过反馈电阻将CMUT换能器输出的微弱电流信号转换和放大为电压信号,放大倍数为560倍,信噪比为38.05 dB.跨阻放大电路利用反馈电容引入极点的方式,增加了电路的稳定性.经过理论、仿真以及实际测试对比,跨阻放大电路更加适合CMUT换能器微弱信号的检测与放大.