[发明专利]一种电磁场检测的自适应信号调理电路及方法

说明书

本发明提出了一种应用于电磁场检测的自适应信号调理电路，包括传感器、可调带宽滤波器、可调增益放大器、模数转换器，在传感器和可调带宽滤波器之间，还设置有频率响应补偿单元，频率响应补偿单元包括开关电容矩阵和放大器，数字处理单元通过控制开关电容单元中的开关频率来改变等效电阻Req1和Req2，通过控制补偿电容矩阵的开关来改变补偿电容C_eq的大小。本发明的自适应信号调理电路引入开关电容用于频响补偿，以及可变带宽的滤波器，可以更加灵活方便的处理信号，有效的抑制带外噪声，提高信号调理通路的动态范围和灵敏度。

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种应用于电磁场检测的自适应信号调理电路，还涉及一种应用于电磁场检测的自适应信号调理方法。

背景技术

电磁辐射是一种看不见、摸不着、难以感知的“隐形污染”。战场复杂电磁环境中的电磁辐射一方面威胁作战人员的人身安全，另一方面干扰危害武器装备中电子设备的正常工作。

目前市场上产品较少，技术公开较少，现有技术方案滤波器基本都是固定带宽，不能随检测目标的变化而变化，无关信号对有用信号影响大；前端放大一般都是采用固定增益放大器或者可变增益放大器，即使采用可变增益放大器，可以使调理信号到达ADC前端更能满足其处理范围，但依然保持在一段频率内不同频率的原始比值。以磁场检测为例，外加相同信号强度磁场，不同频率的幅度响应是不一样的，一般而言，低频率响应的幅值要低，而且高频和低频相比相差几百倍以上，因此按照原始比例放大是不合适的。

信号调理通路的好坏直接决定了整机的动态范围和灵敏度，如何让信号调理通路智能化，自动适应不同特性信号的处理，对整机的性能提高起到了至关重要的作用。

为了提高测量精度，满足传感器输出的微弱信号在不同状态下的放大要求，同时为了更能有效的抑制干扰信号和可靠的检测出有用信号，研究人员常常根据信号的特点，选择合适的高精度放大器和滤波器，在事先不知道信号大小的情况下进行检测，并通过控制可变增益放大器的放大倍数来达到比较合适的测量数据。

直接利用集成可变增益放大的信号调理通路方案是最接近的现有技术，如图1所示，通过传感器检测外界信号，通过前置放大器放大到一个相对合适的范围；经过滤波，抑制干扰信号；通过可变增益放大器将信号调节到ADC可以采集的合适范围，最后递给后续数字单元处理。

现有技术方案存在以下不足：

(1)前置放大器和可变增益放大器对于频响不同的信号进行相同倍数的放大或者缩小，保持原有的倍数差，限制了ADC处理数据的幅度范围，对于宽带而言，降低了数据检测的动态范围；

(2)模拟滤波器一般采用固定带宽，存在不关心频率对测量频率的干扰问题。

发明内容

本发明提出了一种应用于电磁场检测的自适应信号调理电路及方法，自动调节信号通路的带宽和信号增益，提高检测信号的动态范围。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用于电磁场检测的自适应信号调理电路，包括传感器、可调带宽滤波器、可调增益放大器、模数转换器，在传感器和可调带宽滤波器之间，还设置有频率响应补偿单元，频率响应补偿单元包括开关电容矩阵和放大器，信号传递函数为：

其中，C_eq为补偿电容矩阵的补偿电容，R_eq1和R_eq2为两个开关电容单元等效电阻，C_Q为频率补偿电容，R_m为匹配电阻，C_m为匹配电容；数字处理单元通过控制开关电容单元中的开关频率来改变等效电阻Req1和Req2，通过控制补偿电容矩阵的开关来改变补偿电容C_eq的大小。