课程设计说明书压电式加速度传感器信号调理设计.doc

中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名:胡修勇学号：1106024234学院:仪器与电子学院专业:微电子科学与工程题目:压电式加速度传感器信号调理设计指导教师：谭秋林职称:副教授2014年6月27日目录1、 设计目的12、 设计内容和要求13、 设计内容11、任务分析12、滤波模块23、放大模块44、各电路模块连接55、pcb版图 8四、心得体会8五、参考文献8一、设计目的1、掌握电子系统的一般设计方法和设计流程；2、学习使用protel软件绘制电路原理图及印刷板图；3、掌握应用protues等软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性，完成压电加速度计的信号调理电路。2、 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）压电式加速度传感器作为一种微型传感器其输出信号比较微弱，通常为几十个毫伏或几百个微伏。所以有必要对其输出电压进行信号调理。主要包括放大模块、滤波模块等组成。3、 设计内容1、 任务分析设计要求为对压电式加速度传感器输出信号进行放大，滤波等。为保证处理效果，先进行滤波处理，在进行信号放大。滤波电路采用有源滤波电路，即由集成运放和电阻电容组成的滤波电路。不采用无源滤波电路的原因是该电路带负载能力差、无放大倍数及过渡带宽。但是由于集成运放带宽有限，所以在工作频率不是很高的情况下可以使用。分为一阶带通滤波频率范围10-1khz，二阶低通滤波频率范围=1khz.原理设计完成后，运用proteus进行电路仿真并绘制pcb版图。2、 滤波模块一阶有源带通滤波电路在一阶rc无源低通滤波电路的输出端加上一个电压跟随器，即构成简单的一阶有源低通滤波电路。在一阶rc无源高通滤波电路的输出端加上一个电压跟随器，即构成简单的一阶有源高通滤波电路。将低通高通电路通过适当方式连接便可达到带通的目的。如下图1所示：图1：一阶有源带通滤波电路其通带截止频率，故fh=1khz；，故fl=10hz。au=r2/r1=0.01。二阶有源带通滤波电路将串联的两节rc低通网络直接与电压跟随器相连，可构成如图所示的压控电压源二阶有源低通滤波电路，电路如图2所示：图2：二阶有源带通滤波电路该电路的等效品质因数，令，电压放大倍数为，其中aup=1当f=fh时，上式分母的模应等于，故fh=1khz将串联的两节rc高通网络直接与电压跟随器相连，可构成如图所示的压控电压源二阶有源高通滤波电路，电路如图3所示：图3：二阶高通滤波电路该电路的等效品质因数，令，电压放大倍数为，其中aup=1当f=fl时，上式分母的模应等于，故fl=10hz将低通、高通串联得到带通电路，电路如图4所示：图4：二阶低通滤波电路3、 放大模块由于一阶带通滤波电路放大倍数为0.01，要真正达到预期放大效果，需增加一级放大电路，故采用两级au=100的电路。放大电路采用反向放大并且串联电压跟随器，电路如图5所示：图5：同相放大电路参数确定如下：au=r3/r2=100k/990=100r1=r2/r3=990约为1k仿真波形如下图6所示：图6：同相放大电路仿真4、各电路模块连接一阶带通滤波模块和二阶低通滤波模块、两级放大模块，四个模块连接后的电路如图7所示：图7：各电路模块连接元器件报表如表1所示：表1：元器件报表其仿真波形如图8所示图8：仿真波形图一阶滤波幅频特性如图9所示图9：一阶滤波幅频特性二阶低通滤波如图10所示：图10：二阶低通滤波幅频特性二阶高通滤波幅频特性如图11所示：图11：二阶高通滤波幅频特性5、pcb版pcb版图如图12所示：图12：pcb版图4、 心得体会为了完成本次课程设计，我找出了模拟电子技术基础（毕满清主编）、传感器原理与应用这两本书。重新学习了关于一阶、二阶滤波以及放大电路的知识。正如每个设计过程都是坎坷的一样，在我设计这个信号放大滤波电路的过程中也不免出现了一些问题。在我的不懈努力之下，最终都得以解决。通过本次课程设计，我体会到了理论和实践结合的重要性。在理论计算和软件仿真的过程中，多次出现了结果不一致的情况。查阅参考资料和思考之后，才发现有些是电路设计的问题，有些是需要考虑实际情况用对公式。将书本上的知识和设计方法结合起来，放能更好地运用到实践当中。经过本次课程设计，我已经充分掌握了放大和滤波的相关知识，并能运用所学的知识设计出实用的信号放大滤波电路。5、 参考文献（1）童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2002（2）张建华数字电子技术北京：机械工业出版社，2004（3）陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，2005（4）毕满清