数字信号抗干扰电路的设计及实现方法
来源:互联网 发布:夏普空气净化器 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 16:48
摘 要:在信号的传输过程中,噪音信号不可避免的会干扰正常信号。如何对混合信号进行信噪分离,是一件非常重要的工作,同时也是非常困难的事情。SAS油藏地面数据采集系统的研制成功与成功的信号分离技术是分不开的。因此,本文对数字信号的信噪从理论及实践上进行了详细的分析,并给出了实现方法。信噪分离技术的使用,对将来的硬件设备开发将起到非常重要的作用。
关键词:数字信号;抗干扰电路
在石油现场上所使用的传感器、变送器,一般情况下都是通过长距离(100米左右)的电缆传入数据处理设备的。在信号的传输过程中,由于长距离电缆的电容及电感分布,会使数字信号发生严重的畸变。另外,线路的电阻则会使信号幅度下降,加上外部设备及天体的电场干扰,会使接收的信号变得更加恶化。
图一
图二
图三
当高电平信号来到时NPN三极管进入饱和区,于是在输出端便得到1V的输出信号;当低电平信号到来时NPN三极管便进入截止区,于是在输出端便得到5V的输出信号。
从上面的分析可知,这一电路对一般的信号整形是完全胜任的,但当信号发生严重畸变时,它就显得力不从心了。这是因为,我们无法正确的找到合适的限幅位置,因此,在使用此电路时仍有干扰不能正确的被排除的可能,必须对它加以改进才能使它达到现场作业的要求
图四
图五
1、三极管的放大倍数有限,供电电源又没有突破5V的限制。
2、干扰信号的抽样作用使混合信号发生了倍频变化。
为了完成高品质的脉冲分离,我们采取了更高技术性的脉冲分离技术,目前这一技术在SAS设备的应用中发挥了强劲的作用。现场实际应用证实了这一分离技术的有效性。使我们在数字信号处理方面真正的进入了实用阶段。这一原理对将来井下电子压力计、MWD的脉冲分离必将起到良好的借鉴作用,这一技术已成为了公司信号处理方面的成熟技术,业已逐步在生产中发挥作用。下面是改造后的传感器前置处理电路及脉冲分离电路。
图六
下面我们分析一下它的工作原理。
1、当S1处于开状态时(泵离开传感器),长距离线路中的各种干扰信号通过R1与地连接,由于S1处于开路状态,R1上的噪音信号即便达1V(噪音信号是达不到此电平的)也不足以使IC:A施密特触发器发生翻转,因此整个电路保持原有的稳定状态。
2、当S1闭合时(泵接近传感器),长距离线路中的各种干扰信号不足以降低由于S1闭合在R1上形成的电压(4V以上),因此IC:A不受干扰信号的干扰而发生误翻转。
3、当S1不注意接地时,R1直接接地,D1的正向端得约0.7V左右的电压,IC:A输入高电平,输出低电平,属于正常的电路工作,因此不会由于局部短路而损坏传感器电路。
4、当S1不注意搭接转高电压时(如50V),R1可起到保险的作用,而使整个电路得到保护。D1由于处于反向工作,因此,直接隔离了外部高压,就是说适当的选择R1的容许功率和D1的反向电压,这一电路可以隔绝外部过高的电压。
上面陈述了传感器前置电路的四个优点,除此之外,电路还有信号形状好等优点。下面是它的工作原理。
1、当S1闭合时R1得到高电平,D1截止,于是在IC:A的输入端便得到了+5V左右的高电平。
2、当S1打开时R1处于低电平,D1导通,于是在IC:A的输入端便得到1V左右的低电平。
经IC:A施密特电路的整形处理,IC:A输出端得到的波形要比图四的波形好得多,但由于电源的瞬态作用及其它考虑不到的情况,并不能完全消除方波信号上的锯齿,当这些锯齿足够大时又构成了倍频效应,因此,在设计电路时着重加上了C1,C1的选择即不能太大,太大了滤波作用加大,但同时也会降低电路接收外部变化的速率,但C1又不能太小,太小了起不到应有的作用。因此,考虑到IC:B的输入阻抗(1K左右),将C1选择在1uf左右,这样C1的充放电时间常数大约为1Kx1uf,这样就足可以完成泵冲计数、原油产量计数等要求。从原理上讲,我在设计电路时去掉了放大部份,但却极大的提高了电路的抗干扰能力,实践证明是行之有效的。图7是C1上得到的混合信号波形。
图七
图八
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