一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统，将线性变化的锯齿波函数信号，与被测量微弱信号叠加成一个新的成形信号，然后将此成形信号送到模数转换器U1中，在模数转换器U1采样所述成形信号时，采用过采样处理，然后，将经过过采样处理后的信号数据送到主控制器MCU进行处理，将信号解调成原始的被测量微弱信号。本实用新型专利技术采用普通的模数转换器或微处理器自带模数转换器对微弱信号进行直接采样或在采样前端进行简单的放大滤波处理后再进行信号采样，而不需要在采样前端放置复杂的模拟放大滤波信号处理电路，就能实现对微弱信号的高精度测量，成本低。

A circuit system for improving the resolution of weak signal measurement

【技术实现步骤摘要】
一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统
本技术涉及一种采样系统，具体是一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们对宏观和微观世界逐步深入了解，在测控技术方面，越来越多的领域存在微弱的信号需要被检测，例如温度、压力、湿度、生物医学上的人体生物电信号、天文学上的弱电磁、地震学上微震动等。在测量这些微弱信号时，通常需要在信号采集时，使用复杂的模拟电路进行信号滤波、放大处理后，提取其信号基波成分，然后使用ADC(模/数转换器)进行信号转换处理。在这些应用中许多测量检测系统不仅要求能精确的识别其微弱电信号变化的很宽的动态范围又要求测量出参数的微小变化，因此，就必须使用高分辨率的ADC。然而，高分辨率的ADC器件价格昂贵且市面较难购买到，若使用价格相对低廉的具有较低分辨率的ADC器件通过一些技术也达到较高的分辨率，则在工程应用中具有很高的实用价值。现有的技术方案一：先将被测控的微弱信号进行多级放大滤波，再用中分辨率的模数转换器ADC进行采样(常用的是12bitADC)，转化为数字信号后，再做数字信号处理。缺点：需要设计复杂的信号滤波和放大电路，模拟电路参数易受环境温度影响和电磁干扰，调试繁琐，硬件成本高。现有的技术方案二：采用高分辨率的ADC，对微弱信号直接采样，再进行相关的数字信号处理。缺点：高分辨率的ADC价格昂贵，且对ADC性能要求很高，而目前大部分高分辨率的ADC都是采用以“速度换取精度”的方式，导致ADC的采样速度不高，尤其对于要求使用多通道ADC进行采样时，由于其采样时建立时间长，导致采样率受到一定程度限制，满足不了大多数的应用场合。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统，采用普通的模数转换器ADC或微处理器自带ADC对微弱信号进行直接采样或在采样前端进行简单的放大滤波处理后再进行信号采样，而不需要在采样前端放置复杂的模拟放大滤波信号处理电路，就能实现对微弱信号的高精度测量。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统，将线性变化的锯齿波函数信号，与被测量微弱信号叠加成一个新的成形信号，然后将此成形信号送到模数转换器U1中，在模数转换器U1采样所述成形信号时，采用过采样处理，然后，将经过过采样处理后的信号数据送到主控制器MCU进行处理，将信号解调成原始的被测量微弱信号。作为本技术进一步的方案：所述电路系统包括模数转换器U1、主控制器MCU、运放U2和电阻R1，电阻R1一端为自由端，另一端分别连接电容C1和模数转换器U1的2脚，模数转换器U1的3脚分别连接电阻R2和电容C2，电容C2另一端分别连接电容C1另一端和模数转换器U1的4脚并接地，模数转换器U1的1脚通过电阻Rg连接到模数转换器U1的8脚，模数转换器U1的6脚连接电阻R6，电阻R6另一端分别连接接地电容C5和主控制器MCU的ADC引脚，模数转换器U1的5脚连接主控制器MCU的DAC2引脚，主控制器MCU的DAC1引脚连接运放U2的同相端，运放U2的反相端连接运放U2的输出端，所述模数转换器U1采用AD620。作为本技术进一步的方案：所述主控制器MCU采用微处理器。作为本技术进一步的方案：所述主控制器MCU的ADC采样频率fs＝1KHz，采用过采样采样方式，过采样率M＝256，过采样频率为fs*M＝1KHz*256＝256KHz。作为本技术再进一步的方案：所述线性变化的锯齿波函数信号的频率f0＝fs/K，K＝1。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术采用普通的模数转换器ADC或微处理器自带ADC对微弱信号进行直接采样或在采样前端进行简单的放大滤波处理后再进行信号采样，而不需要在采样前端放置复杂的模拟放大滤波信号处理电路，就能实现对微弱信号的高精度测量，成本低。附图说明图1为提高测量微弱信号分辨率的电路系统的实施例电路图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统，将线性变化的锯齿波函数信号，与被测量微弱信号叠加成一个新的成形信号，然后将此成形信号送到模数转换器U1中，在模数转换器U1采样所述成形信号时，采用过采样处理，就可以在有限分辨率模数转换器U1的转换下，进一步提高模数转换器U1的采样分辨率，然后，将经过过采样处理后的信号数据送到主控制器MCU进行处理，将信号解调成原始的被测量微弱信号。由此可见，本技术充分利用现有低分辨率的数模转换器的速度来提高检测或识别微弱信号的能力，且简化其原来复杂的模拟信号处理电路、不仅降低成本，而且实现起来方便并可达到与采用高成本的高分辨率的数模转换器直接采样所得到的数据，具有的一样精确度，同时，该技术方案不仅解决了在过采样过程中存在失效的问题，还降低了数模转换器的噪声。为了便于充分理解该技术方案具体实施，将以人体生物心电信号采集为实施例来进一步对本技术方案进行阐述。人体心电信号是属于典型的强噪声背景下的低频微弱生物电信号，是常见的微弱信号之一，其常规心电信号是mV量级信号，幅度一般在10μV～5mV，频率范围在0.05～150Hz，其中主要能量成分集中在频率范围0.05～100Hz。由于人体生物心电信号极其微弱，故极易受到干扰，所以往往要求心电信号采集电路具有高精度、高共模抑制比等多级运算放大和滤波等信号调理电路，来提取人体生物心电信号，然后经过ADC采样进行信号处理等。其整个信号采集电路非常复杂，实现操作起来非常不便。基于此，本技术方案采用在对人体生物心电信号采集之前，将一个已知成形周期性的线性锯齿波信号与需要被采集的人体生物心电信号进行相互叠加成一个成形信号，由于该已知成形的线性锯齿波信号的幅值远大于被采集的人体生物心电信号的幅值，被测量的人体生物电信号就被叠加在该成形周期性的线性锯齿波信号上，使得其信号幅值增大，能够被ADC模块检出识别，然后采用过采样技术，使得有限的分别率的ADC，进一步提升其分别率能力，以实现对人体生物电信号精确的提取。具体实现电路如图1所示：包括模数转换器U1、主控制器MCU、运放U2和电阻R1，电阻R1一端为自由端，另一端分别连接电容C1和模数转换器U1的2脚，模数转换器U1的3脚分别连接电阻R2和电容C2，电容C2另一端分别连接电容C1另一端和模数转换器U1的4脚并接地，模数转换器U1的1脚通过电阻Rg连接到模数转换器U1的8脚，模数转换器U1的6脚连接电阻R6，电阻R6另一端分别连接接地电容C5和主控制器MCU的ADC引脚，模数转换器U1的5脚连接主控制器MCU的DAC2引脚，主控制器MCU的DAC1引本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统，其特征在于，包括模数转换器U1、主控制器MCU、运放U2、电阻R1和电阻R2，所述模数转换器U1采用AD620；电阻R1一端为自由端，另一端分别连接电容C1的一端和模数转换器U1的2脚；电阻R2的一端为自由端，另一端分别连接电容C2的一端和模数转换器U1的3脚；电容C1另一端、电容C2另一端和模数转换器U1的4脚接地；模数转换器U1的1脚通过电阻Rg连接到模数转换器U1的8脚；模数转换器U1的6脚连接电阻R6的一端，电阻R6另一端分别连接接地电容C5的一端和主控制器MCU的ADC引脚，电容C5的另一端接地；主控制器MCU使用两路数模转换器，模数转换器U1的5脚连接主控制器MCU的DAC2引脚，主控制器MCU的DAC1引脚连接运放U2的同相端，运放U2的反相端连接运放U2的输出端。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高测量微弱信号分辨率的电路系统，其特征在于，包括模数转换器U1、主控制器MCU、运放U2、电阻R1和电阻R2，所述模数转换器U1采用AD620；电阻R1一端为自由端，另一端分别连接电容C1的一端和模数转换器U1的2脚；电阻R2的一端为自由端，另一端分别连接电容C2的一端和模数转换器U1的3脚；电容C1另一端、电容C2另一端和模数转换器U1的4脚接地；模数转换器U1的1脚通过电阻Rg连接到模数转换器U1的8脚；模数转换器U1的6脚连接电阻R6的一端，电阻R6另一端分别连接接地电容C5的一端和主控制器MCU的ADC引脚，电容C5的另一端接地；主控制器MCU使用两路数模转换器，模数转换器U1的5脚连接主控制器M...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佰祥，刘跃武，朱辉，
申请(专利权)人：深圳市迈铭科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44