一种微电流检测中的滤波电路的制作方法

本申请涉及微电流测量技术领域，具体涉及一种微电流检测中的滤波电路。

背景技术：

通常情况下，人们将量值低于1微安的电流称为“微电流”，在化学检测、纳米技术、射线检测、材料分析以及医学检测等领域中，需要检测的微电流量级有时候甚至会达到皮安量级。目前微电流在日常的检测处理中越来越频繁，这就需要对微电流进行检测放大以及进行滤波处理。

一般使用的软件滤波代码量大，电化学的电流检测时，由于电流微弱，干扰往往比要检测电流还要强，而滤波芯片一般使用在充电器等电流相对较大的场景下，若在化学检测等微电流检测中使用，在某些程度上会影响微电流检测的精度，使检测结果不够准确。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种微电流检测中的滤波电路，可以在化学检测等微电流检测中进行滤波并且避免对微电流造成干扰，进而更准确测得微电流的电流值。

本申请实施例提供一种微电流检测中的滤波电路，所述滤波电路包括低通滤波模块和电压跟随模块，所述低通滤波模块的输出端与所述电压跟随模块的输入端连接；

初始信号由信号输入端输入所述低通滤波模块的输入端，所述低通滤波模块对接收的所述电信号进行滤波处理后得到滤波信号，所述低通滤波模块将所述滤波信号输出至所述电压跟随模块的输入端，所述电压跟随模块将所述滤波信号进行处理后得到目标信号，并且将所述目标信号通过输出端输出。

可以看出，本申请实施例所述的微电流检测中的滤波电路，通过低通滤波模块对接收的电信号进行滤波处理后得到滤波信号，并且将所述滤波信号输出至所述电压跟随模块的输入端，所述电压跟随模块将该滤波信号进行处理后得到目标信号，其中用到的电阻和电容构成的rc滤波方式，与一般的软件滤波或滤波芯片相比，可以在对整个检测过程中的微电流不造成干扰的情况下，对信号进行有效滤波，进而使微电流检测结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种微电流检测中的滤波电路的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种微电流检测中的滤波电路的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的另一种微电流检测中的滤波电路的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种微电流检测中的滤波电路的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种微电流检测中的滤波电路的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的另一种微电流检测中的滤波电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

滤波是信号处理中的一个重要概念。滤波分经典滤波和现代滤波。经典滤波的概念，是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说，就是信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。

滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。滤波电路一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器，或与负载串联电感器，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。滤波电路可以为相移电路(resistance-capacitancecircuits，rc)。一个rc电路或称rc滤波器、rc网络，是一个包含利用电压源、电流源驱使电阻器、电容器运作的电路，一个最简单的rc电路是由一个电容器和一个电阻器组成的，称为一阶rc电路。

本申请实施例中提到的第一电容、第二电容等电容原件即电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，可以用字母c表示，电容为基本物理量，符号c，单位为f(法拉)。

本申请实施例中提到的运算放大器(简称“运放”)是可以具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器，其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。

请参见图1，图1是本申请实施例提供的一种微电流检测中的滤波电路的结构示意图，如图1所示，本申请实施例中的微电流检测中的滤波电路包括低通滤波模块1和电压跟随模块2，低通滤波模块1的输出端012与所述电压跟随模块2的输入端021连接；初始信号由信号输入端输入低通滤波模块1的输入端011，低通滤波模块1对接收的信号进行滤波处理后得到滤波信号，低通滤波模块1将上述滤波信号输出至电压跟随模块2的输入端021，电压跟随模块2将该滤波信号进行处理后得到目标信号，并且将该目标信号通过输出端022输出。

具体地，如图2所示的微电流检测中的滤波电路示意图，该滤波电路中的低通滤波模块1可以包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1、第二电容c2和第一运算放大器10，其中，第一电阻r1的第一端11连接信号输入端011，第一电阻r1的第二端12连接第一运算放大器10的反相输入端101，第一电容c1的第一端21连接信号输入端011，第一电容c1的第二端22连接第一运算放大器10的同相输入端102，第二电阻r2的第一端31连接第一运算放大器10的同相输入端102，第二电阻r2的第二端32接地，第二电阻r2用于该电路的限流保护，第三电阻r3的第一端41连接信号输入端011，第三电阻r3的第二端42连接第一运算放大器10的输出端103，第二电容c2的第一端51连接信号输入端011，第二电容c2的第二端52连接第一运算放大器10的输出端103。

上述低通滤波模块1可以对信号输入端011输入的初始信号进行滤波处理，同时可以具有放大作用，通过上述低通滤波模块，可以应用于一般电路实现滤波，尤其可以应用于微电流检测装置中，可选的，低通滤波模块的输入端输入的初始信号是经过微电流放大模块进行放大处理后的信号，微电流一般在微安量级甚至毫安量级，在上述微电流检测装置中，微电流经过上述微电流放大模块放大处理后，可以达到伏特量级电压(例如5伏)，即低通滤波模块的输入端输入的初始信号的电压可以为伏特量级，上述低通滤波模块，根据需要选择对应的电阻和电容组合，使用低价格的器件就可以对信号进行滤波，并且不会对整个微电流检测电路中(特别是在低通滤波模块处理前的电路中)的微电流产生干扰。

可选的，上述低通滤波模块中，第一运算放大器10可以为反相放大器，由于反相放大器内的输入阻抗小，抗干扰能力强，对信号源的干扰也比较小，因而更适用于微电流检测的电路中，减少对微电流的影响，使检测结果更准确。

在该模块的电路中，可以根据低通滤波的需要，选取合适的第二电容c2，一般大电容滤低频波，小电容滤高频波，例如：电源滤波时一般为u级，高频滤波一般为p级，通过第一电阻和第三电阻的阻值可以得到电路放大倍数，具体地，电路频率f＝1/2pr3c2，gain＝-r3/r1；其中，p为圆周率，一般可取近似值(如3.14)进行计算，r3为第三电阻r3的阻值，c2为第二电容c2的电容值，r1为第一电阻r1的阻值。

一般电化学的电流检测时，由于电流微弱，干扰往往比要检测电流还要强，因此在整个微电流检测的过程中，需要尽量降低对微电流的干扰，上述电路可以工作在微电流检测装置中，即为微电流检测的电路的一部分，该微电流检测装置可以包括其他功能电路(如放大电路)，通过上述滤波电路，在针对微电流检测的情况下，可以对信号进行有效滤波，而对检测中的微电流的干扰几乎可以忽略，进而使微电流检测结果更加准确。

具体地，如图3所示的微电流检测中的滤波电路示意图，该滤波电路中的电压跟随模块2可以包括：

第三电容c3、第四电容c4和第二运算放大器20，第三电容c3的第一端61连接低通滤波模块1的输出端012，第三电容c3的第二端62连接第二运算放大器20的反相输入端201，第二运算放大器20的同相输入端202连接低通滤波模块的输出端012，第二运算放大器20的反相输入端201与输出端202通过导线连接，第四电容c4的第一端81连接第二运算放大器20的同相输入端202，第四电容c4的第二端82接地。

其中，上述第三电容c3的第一端61，和第二运算放大器20的同相输入端202，可以认为是电压跟随模块2的输入端011。

可选的，如图4所示，电压跟随模块还包括第四电阻r4，第四电阻r4的第一端71连接低通滤波模块1的输出端012，第四电阻r4的第二端72连接第二运算放大器20的同相输入端202。第四电阻r4可以在电路中起到连接限流从而保护电路的作用。

本申请实施例中提到的电压跟随模块，可以理解为一种电压跟随器，是实现输出电压跟随输入电压的变化的一类电子元件。也就是说，电压跟随模块中，电压放大倍数恒小于且接近1。

可选的，第三电容r3和第四电容r4可以为陶瓷电容或独石电容，陶瓷电容具有使用温度较高，耐潮湿性好，介质损耗较小，电容温度系数可在大范围内选择等优点；独石电容器是多层陶瓷电容器的别称，温度特性好，频率特性好，一般电容随着频率的上升,电容量呈现下降的规律，独石电容下降比较少，容量比较稳定，是该电路的首选。

该电压跟随模块的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗可以达到几兆欧姆，而输出阻抗低，通常为几欧姆甚至更低，因而对前后级电路起到“隔离”作用。通过电压跟随模块2可以有效维持电路电压，使整个电路更加稳定，也便于后续电路进行信号处理。

可选的，如图5所示的微电流检测中的滤波电路示意图，该滤波电路还包括限流保护模块3，限流保护模块3的输入端91与低通滤波模块1的输出端012连接，限流保护模块3的输出端92与电压跟随模块2的输入端021连接。

如图6所示，该限流保护模块3可以包括第五电阻r5，第五电阻r5的第一端91连接低通滤波模块1的输出端012，第五电阻r5的第二端92连接电压跟随模块3的输入端021。

第五电阻r5的阻值可以根据上述初始信号的量级与电阻阻值的对应关系确定。一般而言，上述初始信号的量级与电阻阻值呈正相关关系，具体可以理解为，初始信号的电压或电流越大，在不阻隔电流通过造成电路无法正常工作的情况下，可以选用阻值较大的第五电阻r5。

在滤波电路中加入上述限流保护模块，可以达到限制电流保护电路效果，是使个微电路检测的电路更安全，能够保证电路的稳定性，不易发生故障而影响检测结果。

可选的，上述低通滤波模块1可以为多阶低通滤波模块，例如，可以理解为一个二阶低通滤波器，包含两个rc支路，顾名思义，就是进行了两次滤波，一阶滤波器通常是由一个电阻和电容组成的，如前述实施例中的低通滤波模块1，相对来说，二阶滤波器的过滤效果比一阶滤波器的效果好，但增加了一定成本(一般增加了一个电阻和电容)。

一般电化学的电流检测时，由于电流微弱，干扰往往比要检测电流还要强，因此在整个微电流检测的过程中，需要尽量降低对微电流的干扰，上述电路可以工作在微电流检测装置中，即为微电流检测的电路的一部分，该微电流检测装置可以包括其他功能电路(如放大电路)，通过上述滤波电路，在针对微电流检测的情况下，可以对信号进行有效滤波，而对检测中的微电流的干扰几乎可以忽略，并且电路的限流稳压能够保证电路的稳定性，进而使微电流检测结果更加准确。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的滤波电路，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例是示意性的，例如，所述模块的划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统或装置，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块可以采用硬件的形式实现，也可以结合软件功能模块的形式实现。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。