基于MAX260的低頻微弱信號的模擬預處理

摘要：強雜波背景下對微弱信號的檢測和提取是現代信號處理技術(shù)中的一項尖端技術(shù)。對低頻微弱信號的預處理是它的關(guān)鍵所在。本文簡(jiǎn)單的介紹了可編程開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX260以及高精度斬波穩零運算放大器TLC2652的原理和特點(diǎn)，在此基礎上基于低速目標信號的檢測原理設計出實(shí)現低頻微弱信號模擬預處理的結構，實(shí)驗結果表明該方法可取得很好的效果，并已在實(shí)際應用中得到了驗證。

關(guān)鍵詞：微弱信號檢測；低頻信號；模擬預處理；

引言

微弱信號檢測(Weak Signal Detection)是隨著(zhù)工程應用而不斷發(fā)展的一門(mén)學(xué)科，是利用電子學(xué)、信息論和物理的方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規律，研究被測信號的特點(diǎn)與相關(guān)性，采用一系列信號處理的方法，檢測被噪聲背景淹沒(méi)的微弱信號[1]。強噪聲背景下微弱信號處理是現代信號處理技術(shù)中的一項綜合技術(shù)和尖端領(lǐng)域，運用這種技術(shù)使得微弱量(如弱光、小位移、微振動(dòng)、弱聲及微電流等)的檢測成為可能，大大提高了微弱信號檢測的精度。

對信號的預濾波處理則成為了提高其準確度的關(guān)鍵要素，本文就是基于這樣的思想，利用MAX260的特性來(lái)進(jìn)行設計出具有良好效果的預濾波器。我相信，隨著(zhù)社會(huì )以及科技的發(fā)展，在這方面的應用于開(kāi)發(fā)必將在物理、化學(xué)、天文、生物、醫學(xué)以及多種工程應用領(lǐng)域得到廣泛的應用，在國內外越來(lái)越得到重視。

模擬信號處理系統原理

我們假定接收到的信號已經(jīng)通過(guò)頻率轉換變?yōu)榛鶐盘?。為了防止未知的噪聲信號使放大器飽和，我們通常進(jìn)行多級放大。先將輸入的基帶信號通過(guò)濾波器提取出我們感興趣的頻段，并抑制一定的噪聲。通過(guò)兩級濾波放大，已經(jīng)將隱藏在噪聲中的微弱信號變?yōu)檫m當幅度的平穩信號，為后續的A/D變換、LCD顯示等信號處理打下良好的基礎。這個(gè)過(guò)程就構成了信號濾波放大系統，原理框圖如圖1所示：

 
 
圖1 模擬信號處理系統原理框圖

器件的選擇與應用

很多情況下我們要處理頻率接近于零頻的微弱信號,比如人體呼吸及心跳所產(chǎn)生的頻率（0.03Hz～3.3Hz），因此在選擇濾波器件時(shí)，要求該濾波器具有很低的中心頻率范圍以及陡峭的過(guò)渡帶，這就對器件提出了很高的要求。

可編程開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX260 

MAX260是美國Maxim公司推出的CMOS雙二階通用開(kāi)關(guān)電容有源濾波器，可以采用微處理器控制其精確濾波器函數，無(wú)需外圍元件即可構成多種帶通、低通、高通、帶阻、全通濾波器，其內部含有兩個(gè)二階濾波單元，每個(gè)單元中心頻率、Q值、濾波器工作模式均可由程序設置。MAX260比MAX261和MAX262有較好的偏移與直流特性。具有如下特點(diǎn)：微處理器接口、64步中心頻率控制、128步品質(zhì)因數控制、獨立的中心頻率和品質(zhì)因數編程、保證時(shí)鐘頻率f0對比值精度為1%、單+5V或