SAW傳感器后端信號處理電路的設計
0 引 言
隨著(zhù)聲表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)技術(shù)的發(fā)展,SAW傳感器已經(jīng)成為重要的一個(gè)分支。聲表面波傳感器以其體積小,重量輕,功耗低,以及靈敏度高,抗干擾強,精度高,重復性和一致性良好的特點(diǎn),可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳感,便于大批量生產(chǎn),成本低,目前已經(jīng)成為了各種高性能傳感器的首選。
常用的SAW氣體傳感器由SAW器件、敏感薄膜和信號處理電路組成。在實(shí)際使用中,為了使聲表面波傳感器使用更加方便,需要最終設計制造出一塊集環(huán)境感應、數據讀出和數據處理為一體的專(zhuān)用電路,因此該電路最終將是一塊大規模的混合信號處理電路,是整個(gè)傳感器電路的一個(gè)重要模塊,需要仔細設計和優(yōu)化。對于聲表面波氣體傳感器的處理電路設計,文獻[2,3]分別報道了采用相關(guān)高頻震蕩電路實(shí)現傳感器信號處理的方法。文獻[2]中采用了改進(jìn)的皮爾斯振蕩器和 DDS檢測法對其信號進(jìn)行處理。2005年,Shen Yutang等人提出了一種新的聲表面波傳感器電路設計方案,采用了模擬與數字結合的方法,利用雙通道結構取得了較好的結果。
本文通對SAW傳感器原理的分析和研究,結合設計SAW氣體傳感器的要求,設計了一個(gè)該傳感器后端的信號處理電路,著(zhù)重分析了其后端頻率檢測電路的原理,并對其可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析,提出了電路設計方案和具體結構,并利用FPGA技術(shù)對該電路做出了具體的實(shí)現。
1 SAW氣體傳感器原理
聲表面波是一種在固體表面傳播的彈性波。由于這種波是在固體的表面進(jìn)行換能和傳播的,所以信息的注入、提取和處理都相對比較方便。根據文獻[5]可知,外界環(huán)境對SAW器件波速的影響可以用式(1)表示:
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