智能車安全駕駛中的信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

　　信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

　　信號(hào)調(diào)理電路的任務(wù)和工作條件是：1）帶寬和增益，對(duì)20 kHz、毫伏級(jí)的信號(hào)放大約1 000倍，且動(dòng)態(tài)范圍較大；2）供電電源，車載電池供電，使用單電源放大電路，電池額定電壓為7．2 V；3）信號(hào)轉(zhuǎn)換，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行幅度檢波。使用分立元件搭建電路雖然能實(shí)現(xiàn)該功能，但電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，并且電路性能會(huì)隨電池電壓的波動(dòng)而變化。常見的通用運(yùn)放如OP07、LM324、 LM358等，對(duì)于20 kHz信號(hào)無法滿足帶寬和增益的要求，同時(shí)，其輸出擺幅較小。近年來出現(xiàn)的一些新的集成運(yùn)算放大器能很好地承擔(dān)上述任務(wù)。如OPA228系列運(yùn)放、 MAX445l系列運(yùn)放。特別是MAX4451雙運(yùn)放，-3 dB帶寬達(dá)210 MHz，可以在+4．5～+11 V單電源條件下工作，輸出擺幅大，具有軌到軌輸出，開環(huán)增益大于50 dB，使用兩級(jí)放大外加負(fù)反饋完全能勝任。實(shí)際電路如圖1所示。

　　智能車是靠電池驅(qū)動(dòng)的，隨著工作時(shí)間持續(xù)，電池電壓必然下降。由于運(yùn)放MAX4451的共模抑制比極高，典型值CMRR=95 dB，所以在單電源條件下可正常工作，并且，電池電壓的波動(dòng)基本不影響運(yùn)放的工作性能。

　　圖 1中L1是檢測線圈。R1、R2分壓為運(yùn)放提供輸入偏置電壓，適當(dāng)調(diào)節(jié)R2可改變放大器的輸入偏置電壓。由于第2級(jí)放大電路的增益設(shè)定為 （R5／R4）=30倍，可根據(jù)檢測線圈L1輸出感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，適當(dāng)選擇R3改變第1級(jí)的放大倍數(shù)，從而使總增益滿足要求。引入R7是為了降低第1級(jí)放大電路的直流增益，從而提高靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。但R7的引入降低了第1級(jí)電路的交流放大能力，故接人C4=0．47μF實(shí)現(xiàn)交流旁路。VD1、R6和 C3構(gòu)成幅度檢波電路，VD4選擇壓降較小的高頻鍺二極管，檢波電路的時(shí)間常數(shù)τ=R6C3一般選擇為激磁電流（f=20 kHz）周期的3～5倍，C3的容量越大，輸出到單片機(jī)A／D端的直流電壓中的20 kHz波紋越小，但C3的容量過大將導(dǎo)致電路響應(yīng)時(shí)間長，對(duì)智能車與賽道的偏離反應(yīng)遲鈍．C3的實(shí)際取值應(yīng)在此估算的基礎(chǔ)上通過測試確定。

　　此外，按常理，R1=R2分壓為運(yùn)放提供輸入偏置應(yīng)該為電源電壓VCC的一半，約3．6 V。但由于VD1、R6和C3構(gòu)成的是正半周峰值包絡(luò)檢波電路，檢測線圈L1的感應(yīng)電動(dòng)勢越大，檢波電路輸出的直流電位越高。如前所述，線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢受多種因素影響變化范圍較大，為增大此電路的輸出擺幅，選擇R1=20 kΩ，R2=5．1kΩ，使運(yùn)放同相端的輸入偏置電壓降低到約1．8 V，以降低檢波電路輸出端的初始直流電位，增大電路的動(dòng)態(tài)范圍。