一種用于測溫傳感器的電信號噪聲抑制模塊的制作方法

本發明涉及半導體電路技術領域，更具體涉及一種用于測溫傳感器的電信號噪聲抑制模塊。

背景技術：
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電信號運放電路作為一種常見的電路形式，廣泛應用于各種系統以及控制鏈路中。在運放電路中傳輸的信號易受到電源的干擾，導致輸出信號中耦合或響應出與電源干擾相同特性的干擾噪聲信號，導致信號質量惡化，從而造成后續處理的難度。

技術實現要素：
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本發明的目的是提供一種用于測溫傳感器的電信號噪聲抑制模塊，提升分布式光纖測溫系統的信噪比，從而改善分布式光纖測溫系統的溫度指標和測量距離指標。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種用于測溫傳感器的電信號噪聲抑制模塊，包括噪聲抑制單元、通過輸出端與所述噪聲抑制單元的一路輸入端相連的信號預放大單元、通過輸出端與所述噪聲抑制單元的另一路輸入端相連的噪聲調理單元和與所述噪聲抑制單元的輸出端連接的信號輸出單元；所述信號預放大單元輸入端與信號輸入單元連接；所述噪聲調理單元的輸入端與噪聲提取單元的輸出端連接。

所述信號預放大單元由一級運放電路或者多級運放電路級聯構成；所述噪聲提取單元包括通過高頻信號提取方式將電源中的干擾噪聲信號進行提取的電路；所述噪聲調理單元包括一級運放所構成的負比例運算放大電路； 所述噪聲抑制單包括一級運放所構成的加減運算放大電路。

所述噪聲抑制單元包括運算放大器2；所述運算放大器2的同相輸入端通過電阻R11接地；所述運算放大器2的反相輸入端通過電阻R7接地；所述反相輸入端通過電阻R2與所述運算放大器2的輸出端連接；所述輸出端通過電阻R9與所述信號輸出單元連接。

所述信號預放大單元包括運算放大器3；所述運算放大器3的同相輸入端通過電阻R15接地；所述運算放大器3的反相輸入端通過電阻R13與所述信號輸入單元連接；所述運算放大器3的反相輸入端通過電阻R12與所述運算放大器3的輸出端連接；所述運算放大器3的輸出端通過電阻R14與所述運算放大器2的同相輸入端連接。

所述噪聲調理單元包括運算放大器1；所述運算放大器1的同相輸入端通過電阻R10接地；所述運算放大器1的反相輸入端通過串聯的電阻R1和滑動電阻VR1與所述運算放大器1的輸出端連接；所述滑動電阻VR1的分壓端與所述運算放大器1的輸出端連接；所述運算放大器1的輸出端通過電阻R6與所述運算放大器2的反相輸入端連接。

所述噪聲提取單元包括串聯的接地電容C2、電阻R4、電容C1和接地電阻R8；所述接地電容C2的非接地端通過電阻R3與電源噪聲輸出端連接；所述接地電阻R8的非接地端通過電阻R5與所述運算放大器1的反相輸入端連接。

所述電源噪聲包括滑動電阻VR2；所述滑動電阻VR2的分壓端與所述電阻R3連接；所述滑動電阻VR2的兩端連接電源。

所述電阻R1、電阻R5和滑動變阻器VR1構成可變增益；所述電阻R7和電阻R2構成固定增益；所述電阻R13和電阻R12構成固定增益；所述電 阻R10、電阻R11和電阻R15構成電信號噪聲抑制運放電路的匹配網絡。

所述模塊在工作時，通過所述滑動變阻器VR1改變阻值，調整所述噪聲調理單元的負放大倍數；將調整所述噪聲調理單元和信號預放大單元輸出信號中幅值相同和方向相反的干擾信號抵消，達到對信號去噪的目的。

和最接近的現有技術比，本發明提供技術方案具有以下優異效果

1、本發明的技術方案結構簡單，成本低，易于控制，抑制噪聲效果可期；

2、本發明的技術方案可顯著提升分布式光纖測溫系統的信噪比，從而改善分布式光纖測溫系統的溫度指標和測量距離指標；

3、本發明的技術方案保證運放電路中信號質量，減小后續處理的難度。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的噪聲抑制模塊結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的噪聲抑制模塊電路圖；

其中，1-輸入單元、2-信號預放大單元、3-噪聲提取單元、4-噪聲調理單元、5-噪聲抑制單元、6-信號輸出單元。

具體實施方式

下面結合實施例對發明作進一步的詳細說明。

實施例1：

本例的發明提供一種用于測溫傳感器的電信號噪聲抑制模塊，如圖1所示，包括信號輸入單元1、信號預放大單元2、噪聲提取單元3、噪聲調理單元4、噪聲抑制單元5、信號輸出單元6。所述信號預放大單元2由一級運放電路、或者多級運放電路級聯構成，噪聲提取單元3由高通或低通與高通濾 波的組合、或者是其它高頻信號提取方式將電源中的干擾噪聲信號進行提取的電路，噪聲調理單元4由一級運放所構成的負比例運算放大電路，噪聲抑制單元5由一級運放所構成的加減運算放大電路，信號輸入單元1為電路輸入信號，信號輸出單元6為電路輸出信號。

信號輸入單元1與信號預放大單元2輸入端連接，信號預放大單元2的輸出端和噪聲抑制單元5的一路輸入端相連，噪聲提取單元3的輸出端與噪聲調理單元4的輸入端連接，噪聲調理單元4的輸出端與噪聲抑制單元5的另一路輸入端相連，噪聲抑制單元5的輸出端與信號輸出單元6連接。

結合電子元器件實現的電信號噪聲抑制電路如圖2所示，采用典型的THS4304芯片運算放大器作為實現這種噪聲抑制電路的主元件。其包括第一THS4304芯片U1、第二THS4304芯片U2、第三THS4304芯片U3，THS4304芯片的第2引腳、第3引腳、第4引腳、第6引腳、第7引腳分別為IN-引腳、IN+引腳、Vs^-引腳、Vout引腳、Vs⁺引腳。第一THS4304芯片U1、第二THS4304芯片U2和第三THS4304芯片U3的第4引腳均接負電源Vcc-，第一THS4304芯片U1、第二THS4304芯片U2和第三THS4304芯片U3的第7引腳均接正電源Vcc+。輸入信號Input通過第十三電阻R13與第三THS4304芯片U3的第2引腳相連，第三THS4304芯片U3的第3引腳通過第十五電阻R15接地，同時第三THS4304芯片U3的第2引腳和第6引腳之間通過第十二電阻R12連接，第三THS4304芯片U3的第6引腳通過第十四電阻R14與第二THS4304芯片U2的第3引腳相連，同時第二THS4304芯片U2的第3引腳通過第十一電阻R11與地相連。

正電源Vcc+接到第二滑動變阻器VR2的一端，負電源Vcc-接到第二滑動變阻器VR2的另一端，第二滑動變阻器VR2的分壓端通過第三電阻R3同 時與第二電容C2和第四電阻R4的一端相連，第二電容C2的另一端與地相連，第四電阻R4的另一端通過第一電容C1同時與第五電阻R5和第八電阻R8的一端相連，第八電阻R8的另一端接地，第五電阻R5的另一端與第一THS4304芯片U1的第2引腳相連。第一THS4304芯片U1的第3引腳通過第十電阻R10與地相連，第一THS4304芯片U1的第2引腳與第一電阻R1的一端相連，第一電阻R1的另一端與第一滑動變阻器VR1的一端相連，第一滑動變阻器VR1的分壓端與第一THS4304芯片U1的第6引腳相連，第一THS4304芯片U1的第6引腳通過第六電阻R6與第二THS4304芯片U1的第2引腳相連，第二THS4304芯片U1的第2引腳同時通過第七電阻R7接地，第二THS4304芯片U1的第2引腳和第6引腳之間通過第二電阻R2連接，第二THS4304芯片U1第6引腳通過第九電阻R9與輸出信號Output相連。

電源VCC+為+5V，VCC-為-5V，該運算放大器U1、U2和U3為THS4304芯片。

在圖2電路中，第二滑動變阻器VR2構成了電源噪聲輸出端，第三電阻R3、第四電阻R4、第八電阻R8、第一電容C1和第二電容C2構成了帶通取噪電路，第一電阻R1、第五電阻R5和第一滑動變阻器VR1構成可變增益，第七電阻R7和第二電阻R2構成固定增益，第十三電阻R13和第十二電阻R12構成固定增益，第十電阻R10、第十一電阻R11和第十五電阻R15分別構成電信號噪聲抑制運放電路的匹配網絡。

第一THS4304芯片U1通過R5、R1和VR1構成負比例運算，若R5與C1連接處的信號為V_ni、VR1的回路電阻為R_VR1、THS4304芯片U1的第6引腳信號為V_no，則表達式如公式(1)所示：

$V_{no}=-\frac{R_1+R_{VR1}}{R_5}\·V_{ni}---\left(1\right)$

第三THS4304芯片U3通過R13和R12構成負比例運算，若輸入干擾信號為V_inno、THS4304芯片U3的第6引腳信號為V_o1，則表達式如公式(2)所示：

$V_{o1}=-\frac{R_{12}}{R_{13}}\·V_{inno}---\left(2\right)$

第二THS4304芯片U2通過R2、R6、R7、R11和R14構成加減運算，按照運算放大器“虛短”和“虛斷”原則，則干擾信號輸出V_ono如公式(3)示：

$V_{ono}=R2\·\frac{R_{14}//R_{11}}{R_2//R_6//R_7}\·\frac{V_{o1}}{R_{14}}-\frac{R_2}{R_6}\·V_{no}---\left(3\right)$

將公式(1)及公式(2)帶入公式(3)，令其V_ono＝0，則有：

(R₁+R_VR1)·(R₂//R₆//R₇)·R₁₃·R₁₄＝(R₁₄//R₁₁)·R₅·R₆·R₁₂ (4)

將公式(4)化簡，即可得到反饋電阻VR1的阻值，其表達式如下(5)所示：

$R_{VR1}=\frac{(R_{14}//R_{11})\·R_5\·R_6\·R_{12}}{(R_2//R_6//R_7)\·R_{13}\·R_{14}}-R_1---\left(5\right)$

根據上述的說明，采用一級運算放大器實現信號預放大單元的功能。同時，可以將信號預放大單元擴展成由多級運放串聯方式實現其功能。若不考慮嚴格的電壓失調，則匹配網絡電阻將不唯一，便于選取合適的阻值。

工作時，通過第一滑動變阻器VR1改變阻值，調整噪聲調理單元的負放大倍數，實現對干擾信號的取反和強度調理功能；通過由第二THS4304芯片及外圍電阻器件構成噪聲抑制單元，實現加減運算功能，將調整噪聲調理單元和信號預放大單元輸出信號中幅值相同、方向相反的干擾信號抵消，達到 對信號去噪的目的。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員盡管參照上述實施例應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護范圍之內。