引言

　　微弱信號檢測(weak signal detection)是隨著工程應用而不斷發(fā)展的一門學科，是利用電子學、信息論和物理的方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測信號的特點與相關性，采用一系列信號處理的方法，檢測被噪聲背景淹沒的微弱信號[1]。強噪聲背景下微弱信號處理是現(xiàn)代信號處理技術中的一項綜合技術和尖端領域，運用這種技術使得微弱量(如弱光、小位移、微振動、弱聲及微電流等)的檢測成為可能，大大提高了微弱信號檢測的精度。

　　對信號的預濾波處理則成為了提高其準確度的關鍵要素，本文就是基于這樣的思想，利用max260的特性來進行設計出具有良好效果的預濾波器。我相信，隨著社會以及科技的發(fā)展，在這方面的應用于開發(fā)必將在物理、化學、天文、生物、醫(yī)學以及多種工程應用領域得到廣泛的應用，在國內外越來越得到重視。

　　模擬信號處理系統(tǒng)原理

　　我們假定接收到的信號已經(jīng)通過頻率轉換變?yōu)榛鶐盘�。為了防止未知的噪聲信號使放大器飽和，我們通常進行多級放大。先將輸入的基帶信號通過濾波器提取出我們感興趣的頻段，并抑制一定的噪聲。通過兩級濾波放大，已經(jīng)將隱藏在噪聲中的微弱信號變?yōu)檫m當幅度的平穩(wěn)信號，為后續(xù)的a/d變換、lcd顯示等信號處理打下良好的基礎。這個過程就構成了信號濾波放大系統(tǒng)，原理框圖如圖1所示：

　　圖1 模擬信號處理系統(tǒng)原理框圖

　　器件的選擇與應用

　　很多情況下我們要處理頻率接近于零頻的微弱信號,比如人體呼吸及心跳所產(chǎn)生的頻率（0.03hz～3.3hz），因此在選擇濾波器件時，要求該濾波器具有很低的中心頻率范圍以及陡峭的過渡帶，這就對器件提出了很高的要求。

　　可編程開關電容濾波器max260

　　max260 是美國maxim公司推出的cmos雙二階通用開關電容有源濾波器，可以采用微處理器控制其精確濾波器函數(shù)，無需外圍元件即可構成多種帶通、低通、高通、帶阻、全通濾波器，其內部含有兩個二階濾波單元，每個單元中心頻率、q值、濾波器工作模式均可由程序設置。max260比max261和max262有較好的偏移與直流特性。具有如下特點：微處理器接口、64步中心頻率控制、128步品質因數(shù)控制、獨立的中心頻率和品質因數(shù)編程、保證時鐘頻率f0對比值精度為1%、單+5v或±5v電源電壓工作以及0.01hz到7.5khz的中心頻率范圍。并且與數(shù)字濾波器相比，處理速度快、整體結構簡單。芯片的內部結構如圖2所示：

　　圖2 濾波器框圖（一個二階組）

　　其芯片主要由放大器、積分器、電容切換網(wǎng)絡(scn) 和工作模式選擇器組成。積分器、電容切換網(wǎng)絡和工作模式選擇器分別由編程數(shù)據(jù)m0,m1、 f0～f5 和q0～q6 控制。每片max260包括兩個二階開關電容有源濾波器，每個二階組使用兩個串聯(lián)的積分器和一個求和運算放大器。每個二階濾波器組件有四種工作方式及各自的時鐘輸入和獨立的f0和q控制。每個二階組的中心頻率是由其輸入的時鐘頻率和六位編程代碼決定的，q值由七位代碼控制。 max260系列濾波器中，內部采樣速率為輸入速率的一半。max260使用了max261或max262中不具有的自動調零電路，這可以提供更好的dc 特性，并通過犧牲高端頻率和信號帶寬提供改進的低頻特性。故可很好的用于低頻信號的濾波處理。

　　圖3為一個帶通濾波器。該濾波器由低通濾波器和高通濾波器設計組成。其參數(shù)信號（clka、clkb、a1~a0、d3~d0、 ）的輸入均可由cpu控制設置。將濾波器a設置為一個切比雪夫低通濾波器，濾波器b設置為一個切比雪夫高通濾波器，clka與clkb分別為低通濾波器與高通濾波器的時鐘輸入信號，可根據(jù)不同的濾波器參數(shù)設置不同的頻率，信號引腳 控制地址位與數(shù)據(jù)位的更新。具體參數(shù)設計可以利用maxim的濾波器設計軟件，可極大的簡化采用max260構成多種有源濾波器的設計過程。

　　圖3 帶通濾波器

　　高精度斬波穩(wěn)零運算放大器tlc2652

　　斬波穩(wěn)零型運算放大器提供了一種解決微弱信號放大問題的廉價方案。tlc2652和tlc2652a是德州儀器公司使用先進的lincmostm工藝生產(chǎn)的高精度斬波穩(wěn)零運算放大器。

　　圖4 tlc2652的8引腳封裝圖

　　圖5 tlc2652的簡化框圖

　　在tlc2652 中，內部時鐘使放大器以450hz的頻率校零。在8引腳封裝的芯片中，這個頻率是不可調的。這時，電路中的負反饋電阻要選的大些，以使箝位發(fā)揮作用時電路的增益下降得更多