一種用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放大電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放大電路，屬于地 震前兆信號處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震給人類的生活帶來了巨大的災(zāi)難，嚴(yán)重威脅人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，如何預(yù)測 地震的發(fā)生就凸顯出其必要性，該也是全人類的期待。介于目前地震前兆預(yù)測研究領(lǐng)域沒 有一個(gè)精確的手段能夠預(yù)測地震的發(fā)生，對于新的地震前兆預(yù)測研究很有必要，W便去尋 找一個(gè)更好的方法預(yù)測地震的發(fā)生。
[0003] 地震發(fā)生前地球天然脈沖小信號可用于地震預(yù)測，地球天然脈沖小信號分析所采 集的地磁信號來自于磁信號感應(yīng)傳感器，傳感器最終輸出的地磁信號幅度非常小，從幾毫 伏至百毫伏不等，另外還包含了一些其他不必要的噪聲，如閃電、高壓線、施工電器等都會(huì) 產(chǎn)生磁信號來干擾系統(tǒng)。再加上地磁信號本身具有微弱、波動(dòng)范圍大、來源廣、易受干擾等 特點(diǎn)，因此需要對信號的幅度進(jìn)行一定的調(diào)整，方便對信號的采集，W獲取較為真實(shí)的震前 電磁異常信號，從而為后續(xù)進(jìn)行有效的基于地球天然脈沖電磁場分析的孕震信息時(shí)頻特點(diǎn) 研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種用于地球天然脈沖電磁 場信號的程控增益放大電路，該系統(tǒng)能有效的對地球天然脈沖小信號進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)對小 信號幅度的調(diào)整，為后續(xù)算法分析提供穩(wěn)定可靠的信號數(shù)據(jù)。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的所采用的技術(shù)方案為，一種用于地球天然脈沖電磁場信號的 程控增益放大電路，至少包括電連接的運(yùn)算放大器和濾波器，程控增益放大電路由依次串 聯(lián)的程控增益前級放大電路、程控增益二級放大電路、程控衰減電路和程控增益末級放大 電路四級電路構(gòu)成，其中程控增益前級放大電路由運(yùn)算放大器和濾波器串聯(lián)構(gòu)成，濾波器 的輸出端即為程控增益前級放大電路的輸出端，程控增益二級放大電路為運(yùn)算放大電路B， 程控衰減電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大電路C串聯(lián)構(gòu)成，程控增益末級放大電路包括并聯(lián) 的開關(guān)元件和運(yùn)算放大電路D，開關(guān)元件控制運(yùn)算放大電路D的通斷。
[0006] 所述程控增益放大電路的放大倍數(shù)為10000倍，其中程控增益前級放大電路的放 大倍數(shù)為100倍，增益設(shè)定公式為
其中Rg值為499Q;程控增益二級放 大電路的放大倍數(shù)為10倍，增益設(shè)定公式為
其中化值為100Q，Rf值為 910Q;運(yùn)算放大電路D的放大倍數(shù)為10倍。
[0007] 程控增益前級放大電路由儀表放大器和RC高通濾波電路串聯(lián)構(gòu)成，程控衰減電 路為乘法型DAC與運(yùn)算放大電路C的組合電路，開關(guān)元件為繼電器或模擬開關(guān)。
[0008] 程控衰減電路為壓控電路或模擬乘法器。
[0009] 由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型提供的用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增 益放大電路，通過程控增益放大電路對傳感器采集的地球天然脈沖電磁場信號（該信號的 特點(diǎn)是幅度小并且包含較多干擾信號）進(jìn)行信號調(diào)整，程控增益放大電路對信號進(jìn)行=級 放大同時(shí)插入衰減電路實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)程控可調(diào)，四級電路具體為：
[0010] (1)程控增益前級放大電路，由儀表放大器和RC高通濾波電路（300Hz)串聯(lián)構(gòu)成， 其放大倍數(shù)為100倍，增益設(shè)定公式為
其中Rg值為499Q，輸入信號幅 度不超過200mVp-p，最大輸出幅度不超過20化-p;
[0011] (2)程控增益二級放大電路，為運(yùn)算放大電路B或運(yùn)算放大器，其放大倍數(shù)為10 倍，增益設(shè)定公式為
其中化值為100Q，Rf值為910 0,輸入信號幅度不 超過2化-P，避免由于供電原因造成輸出截止；
[001引 做程控衰減電路，為乘法型DAC與運(yùn)算放大電路C的組合電路，該電路具有MHz級別的帶寬；
[0013] (4)程控增益末級放大電路，包括并聯(lián)的開關(guān)元件和運(yùn)算放大電路D，放大倍數(shù)為 1倍或10倍，開關(guān)元件控制運(yùn)算放大電路D的接通（信號經(jīng)過運(yùn)算放大電路D，信號放大10 倍后輸出）或斷開（信號直接輸出），信號最高輸入幅度不超過2化-P。
[0014] 本實(shí)用新型提供的程控增益放大電路，程控增益前級放大電路為儀表放大器，具 有高共模抑制比、高輸入阻抗、共模抑制比與放大倍數(shù)成正比的特點(diǎn)，可有效放大傳感器采 集的差分信號，程控增益放大電路的總放大增益為10000倍，其中程控增益前級放大電路 輸入信號的幅度最小，不會(huì)受到壓擺率參數(shù)的限制，該電路具有共模抑制比與放大倍數(shù)成 正比的特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)增益為100倍；程控增益放大電路中插入程控衰減電路，通過控制衰 減參數(shù)W實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)0~80地程控可調(diào)。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放 大電路，針對地球天然脈沖小信號的幅度調(diào)整，可W方便于地磁信號的采集工作，采用儀表 放大器作為前級獲取微弱信號，后兩級采用精密低噪聲運(yùn)放組成高增益放大電路，最高放 大倍數(shù)實(shí)現(xiàn)80地，并在中間級插入由乘法型DAC與運(yùn)算放大電路C組成的程控衰減電路實(shí) 現(xiàn)放大倍數(shù)0~80地程控可調(diào)。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實(shí)用新型提供的程控增益放大電路的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017] 圖2為程控增益前級放大電路的電路圖。
[001引圖3為程控增益二級放大電路的電路圖。
[0019] 圖4為程控衰減電路的電路圖。
[0020] 圖5為程控增益末級放大電路的電路圖。
[0021] 其中，1-儀表放大器，2-RC高通濾波電路，3-乘法型DAC，4-運(yùn)算放大電路C，5-開 關(guān)元件，6-運(yùn)算放大電路D。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)具體說明，本實(shí)用新型的內(nèi)容不局 限于W下實(shí)施例。
[0023] 本實(shí)用新型提供的用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放大電路，如圖1所 示，由依次串聯(lián)的程控增益前級放大電路、程控增益二級放大電路、程控衰減電路和程控增 益末級放大電路四級電路構(gòu)成，放大倍數(shù)為10000倍，其中程控增益前級放大電路如圖2所 示，由INA128儀表放大器1和300HzRC高通濾波電路2串聯(lián)構(gòu)成，放大倍數(shù)為100倍，增 益設(shè)定公式為
其中Rg值為499Q，輸入信號幅度不超過200mVp-p，最大 輸出幅度不超過20化-P，INA128儀表放大器1的偏置電壓設(shè)定引腳接入設(shè)定的偏置電壓，RC高通濾波電路的輸出端即為程控增益前級放大電路的輸出端，其中INA128儀表放大器 可W用其他儀表運(yùn)放替代，比如ADI的AD8221 ;
[0024] 程控增益二級放大電路為運(yùn)算放大電路B，如圖3所示，放大倍數(shù)為10倍，增益 設(shè)定公式為
其中化值為100Q，Rf值為910Q，其輸入信號幅度不超過 2化-P，運(yùn)算放大電路B可用其他精密、低噪聲運(yùn)放進(jìn)行替代，如ADI公司的0P177F;
[002引程控衰減電路如圖4所示，為DAC7811乘法型DAC3與0PA277運(yùn)算放大電路C4的 組合電路，其中DA口811為SPI控制總線，信號最高的輸入范圍是30化-P，其中輸出跟隨運(yùn) 放要求選擇低偏置電流、低失調(diào)電壓的運(yùn)放，DA口811乘法型DAC可用其他同類巧片替代， 如ADI公司的AD5452,程控衰減電路可替換為壓控電路或模擬乘法器；
[0026] 程控增益末級放大電路如圖5所示，包括并聯(lián)的開關(guān)元件5和0PA211運(yùn)算放大 電路D6, 0PA211實(shí)現(xiàn)固定增益10倍放大，同時(shí)通過控制開關(guān)元件來控制信號是否通過 0PA211 (10倍放大）或是直接輸出，開關(guān)元件為繼電器或模擬開關(guān)，單片機(jī)通過開關(guān)元件控 制運(yùn)算放大電路D的通斷，信號最高輸入幅度不超過2化-p，0PA211可采用其他壓擺率稍高 的低噪聲運(yùn)放替代，如0PA228、AD817等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放大電路，至少包括電連接的運(yùn)算放 大器和濾波器，其特征在于：程控增益放大電路由依次串聯(lián)的程控增益前級放大電路、程控 增益二級放大電路、程控衰減電路和程控增益末級放大電路四級電路構(gòu)成，其中程控增益 前級放大電路由運(yùn)算放大器和濾波器串聯(lián)構(gòu)成，濾波器的輸出端即為程控增益前級放大電 路的輸出端，程控增益二級放大電路為運(yùn)算放大電路B，程控衰減電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算 放大電路C串聯(lián)構(gòu)成，程控增益末級放大電路包括并聯(lián)的開關(guān)元件和運(yùn)算放大電路D，開關(guān) 元件控制運(yùn)算放大電路D的通斷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放大電路，其特征 在于：所述程控增益放大電路的放大倍數(shù)為10000倍，其中程控增益前級放大電路的放大 倍數(shù)為100倍，增益設(shè)定公式為：其中Rg值為499Q;程控增益二級放大 電路的放大倍數(shù)為10倍，增益設(shè)定公式為：其中Rh值為100Q，Rf值為 910Q;運(yùn)算放大電路D的放大倍數(shù)為10倍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放大電路，其特征 在于：程控增益前級放大電路由儀表放大器和RC高通濾波電路串聯(lián)構(gòu)成，程控衰減電路為 乘法型DAC與運(yùn)算放大電路C的組合電路，開關(guān)元件為繼電器或模擬開關(guān)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放大電路，其特征 在于：程控衰減電路為壓控電路或模擬乘法器。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種用于地球天然脈沖電磁場信號的程控增益放大電路，由依次串聯(lián)的程控增益前級放大電路、程控增益二級放大電路、程控衰減電路和程控增益末級放大電路四級電路構(gòu)成，其中程控增益前級放大電路由儀表放大器和RC高通濾波電路串聯(lián)構(gòu)成，程控增益二級放大電路為運(yùn)算放大電路B，程控衰減電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大電路C串聯(lián)構(gòu)成，程控增益末級放大電路包括并聯(lián)的開關(guān)元件和運(yùn)算放大電路D，開關(guān)元件控制運(yùn)算放大電路D的通斷；該程控增益放大電路中采用儀表放大器作為前級獲取微弱信號，后兩級采用精密低噪聲運(yùn)放組成高增益放大電路，中間級插入程控衰減電路，實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)0～80dB程控可調(diào)。
【IPC分類】H03G3/20
【公開號】CN204652317
【申請?zhí)枴緾N201520456083
【發(fā)明人】郝國成, 白雨曉, 韓家斌, 陳忠昌, 康坊
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月29日