本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電路技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種用于測溫傳感器的電信號(hào)噪聲抑制模塊。

背景技術(shù)：
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電信號(hào)運(yùn)放電路作為一種常見的電路形式，廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)以及控制鏈路中。在運(yùn)放電路中傳輸?shù)男盘?hào)易受到電源的干擾，導(dǎo)致輸出信號(hào)中耦合或響應(yīng)出與電源干擾相同特性的干擾噪聲信號(hào)，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量惡化，從而造成后續(xù)處理的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種用于測溫傳感器的電信號(hào)噪聲抑制模塊，提升分布式光纖測溫系統(tǒng)的信噪比，從而改善分布式光纖測溫系統(tǒng)的溫度指標(biāo)和測量距離指標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種用于測溫傳感器的電信號(hào)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(hào)預(yù)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(diào)理單元和與所述噪聲抑制單元的輸出端連接的信號(hào)輸出單元；所述信號(hào)預(yù)放大單元輸入端與信號(hào)輸入單元連接；所述噪聲調(diào)理單元的輸入端與噪聲提取單元的輸出端連接。

所述信號(hào)預(yù)放大單元由一級運(yùn)放電路或者多級運(yùn)放電路級聯(lián)構(gòu)成；所述噪聲提取單元包括通過高頻信號(hào)提取方式將電源中的干擾噪聲信號(hào)進(jìn)行提取的電路；所述噪聲調(diào)理單元包括一級運(yùn)放所構(gòu)成的負(fù)比例運(yùn)算放大電路； 所述噪聲抑制單包括一級運(yùn)放所構(gòu)成的加減運(yùn)算放大電路。

所述噪聲抑制單元包括運(yùn)算放大器2；所述運(yùn)算放大器2的同相輸入端通過電阻R11接地；所述運(yùn)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(yùn)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(hào)輸出單元連接。

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

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

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

所述電阻R1、電阻R5和滑動(dòng)變阻器VR1構(gòu)成可變增益；所述電阻R7和電阻R2構(gòu)成固定增益；所述電阻R13和電阻R12構(gòu)成固定增益；所述電 阻R10、電阻R11和電阻R15構(gòu)成電信號(hào)噪聲抑制運(yùn)放電路的匹配網(wǎng)絡(luò)。

所述模塊在工作時(shí)，通過所述滑動(dòng)變阻器VR1改變阻值，調(diào)整所述噪聲調(diào)理單元的負(fù)放大倍數(shù)；將調(diào)整所述噪聲調(diào)理單元和信號(hào)預(yù)放大單元輸出信號(hào)中幅值相同和方向相反的干擾信號(hào)抵消，達(dá)到對信號(hào)去噪的目的。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果

1、本發(fā)明的技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于控制，抑制噪聲效果可期；

2、本發(fā)明的技術(shù)方案可顯著提升分布式光纖測溫系統(tǒng)的信噪比，從而改善分布式光纖測溫系統(tǒng)的溫度指標(biāo)和測量距離指標(biāo)；

3、本發(fā)明的技術(shù)方案保證運(yùn)放電路中信號(hào)質(zhì)量，減小后續(xù)處理的難度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的噪聲抑制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的噪聲抑制模塊電路圖；

其中，1-輸入單元、2-信號(hào)預(yù)放大單元、3-噪聲提取單元、4-噪聲調(diào)理單元、5-噪聲抑制單元、6-信號(hào)輸出單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

本例的發(fā)明提供一種用于測溫傳感器的電信號(hào)噪聲抑制模塊，如圖1所示，包括信號(hào)輸入單元1、信號(hào)預(yù)放大單元2、噪聲提取單元3、噪聲調(diào)理單元4、噪聲抑制單元5、信號(hào)輸出單元6。所述信號(hào)預(yù)放大單元2由一級運(yùn)放電路、或者多級運(yùn)放電路級聯(lián)構(gòu)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(hào)提取方式將電源中的干擾噪聲信號(hào)進(jìn)行提取的電路，噪聲調(diào)理單元4由一級運(yùn)放所構(gòu)成的負(fù)比例運(yùn)算放大電路，噪聲抑制單元5由一級運(yùn)放所構(gòu)成的加減運(yùn)算放大電路，信號(hào)輸入單元1為電路輸入信號(hào)，信號(hào)輸出單元6為電路輸出信號(hào)。

信號(hào)輸入單元1與信號(hào)預(yù)放大單元2輸入端連接，信號(hào)預(yù)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(diào)理單元4的輸入端連接，噪聲調(diào)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(hào)輸出單元6連接。

結(jié)合電子元器件實(shí)現(xiàn)的電信號(hào)噪聲抑制電路如圖2所示，采用典型的THS4304芯片運(yùn)算放大器作為實(shí)現(xiàn)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(fù)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(hào)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(shí)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(shí)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(dòng)變阻器VR2的一端，負(fù)電源Vcc-接到第二滑動(dòng)變阻器VR2的另一端，第二滑動(dòng)變阻器VR2的分壓端通過第三電阻R3同 時(shí)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(shí)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(dòng)變阻器VR1的一端相連，第一滑動(dòng)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(shí)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(hào)Output相連。

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

在圖2電路中，第二滑動(dòng)變阻器VR2構(gòu)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(gòu)成了帶通取噪電路，第一電阻R1、第五電阻R5和第一滑動(dòng)變阻器VR1構(gòu)成可變增益，第七電阻R7和第二電阻R2構(gòu)成固定增益，第十三電阻R13和第十二電阻R12構(gòu)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(gòu)成電信號(hào)噪聲抑制運(yùn)放電路的匹配網(wǎng)絡(luò)。

第一THS4304芯片U1通過R5、R1和VR1構(gòu)成負(fù)比例運(yùn)算，若R5與C1連接處的信號(hào)為V_ni、VR1的回路電阻為R_VR1、THS4304芯片U1的第6引腳信號(hào)為V_no，則表達(dá)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(gòu)成負(fù)比例運(yùn)算，若輸入干擾信號(hào)為V_inno、THS4304芯片U3的第6引腳信號(hào)為V_o1，則表達(dá)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(gòu)成加減運(yùn)算，按照運(yùn)算放大器“虛短”和“虛斷”原則，則干擾信號(hào)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(dá)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(jù)上述的說明，采用一級運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)預(yù)放大單元的功能。同時(shí)，可以將信號(hào)預(yù)放大單元擴(kuò)展成由多級運(yùn)放串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)其功能。若不考慮嚴(yán)格的電壓失調(diào)，則匹配網(wǎng)絡(luò)電阻將不唯一，便于選取合適的阻值。

工作時(shí)，通過第一滑動(dòng)變阻器VR1改變阻值，調(diào)整噪聲調(diào)理單元的負(fù)放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)對干擾信號(hào)的取反和強(qiáng)度調(diào)理功能；通過由第二THS4304芯片及外圍電阻器件構(gòu)成噪聲抑制單元，實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算功能，將調(diào)整噪聲調(diào)理單元和信號(hào)預(yù)放大單元輸出信號(hào)中幅值相同、方向相反的干擾信號(hào)抵消，達(dá)到 對信號(hào)去噪的目的。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)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(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。