加速度信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)及仿真

摘要：基于高沖擊環(huán)境試驗(yàn)中對瞬態(tài)加速度信號的高精度測試需求，采用存儲測試的方法設(shè)計(jì)了加速度存儲測試儀。由于壓電式傳感器具有靈敏度高、量程大、較高固有頻率、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，所以使用其作為傳感元件，設(shè)計(jì)了電荷放大電路、增益可調(diào)節(jié)的前置放大電路及濾波電路。較為詳細(xì)地介紹了信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)及電阻電容的參數(shù)計(jì)算公式。通過仿真分析軟件ORCAD，對電路參數(shù)進(jìn)行了合理配置。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)的信號幅度控制合理，濾波效果明顯，電路設(shè)計(jì)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：存儲測試儀；加速度瞬態(tài)信號；信號調(diào)理電路；仿真分析；ORCAD

為滿足跌落等高沖擊環(huán)境試驗(yàn)中對瞬態(tài)加速度測試的需求，文中設(shè)計(jì)的嵌入式加速度存儲測試儀不但要求電路精簡、體積小、功耗低，耐強(qiáng)沖擊，干電池供電，還要求每片子卡實(shí)現(xiàn)雙通道加速度測量，通道量程達(dá)100 000 g，且量程設(shè)置可根據(jù)試驗(yàn)條件通過軟件靈活設(shè)置已提高信噪比。在其外圍電路的設(shè)計(jì)中，壓電式傳感器具有成本低、靈敏度高、頻響寬和動態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，使用其作為傳感源，由于信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)直接影響到加速度時間歷程信號的可靠采集和存儲，本文主要針對這部分進(jìn)行了介紹，并通過ORCAD仿真分析軟件對調(diào)理電路進(jìn)行了參數(shù)配置和分析。

1 電路設(shè)計(jì)及芯片選型
系統(tǒng)信號調(diào)理的工作原理是壓電式加速度傳感器將沖擊信號轉(zhuǎn)化為電荷信號，電荷放大器將該信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓量，經(jīng)增益控制、濾波電路調(diào)理后，輸出至A／D轉(zhuǎn)換器。由A／D轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入非易失性存儲器，試驗(yàn)完成后將數(shù)據(jù)回讀出來，其原理框圖如圖1所示。

信號調(diào)理電路部分主要由電荷放大器、增益放大器、濾波幾部分組成，電路連線如圖2所示。