一种正弦波信号的非相干解调电路的制作方法

本实用新型涉及电磁数位板技术领域，特别涉及一种正弦波信号的非相干解调电路。

背景技术：

电磁数位板系统通常由三部分构成，带有pcb线圈的数位板，带有感应线圈的无源笔（也称为电磁笔），以及带有usb线缆的成像设备。成像设备之所以能够绘出图像，在于当数位板处于工作状态时，无源笔端谐振信号和数位板端载波信号经过叠加后会经由信号反馈接收单元接收并处理为mcu可识别处理的数字信号。其中，最为关键的一步是信号反馈单元接收叠加的信号并处理解调出无源笔反馈信号并进行数模转换，而其中信号的解调过程必不可少。

信号的解调分为相干解调和非相干解调。相干解调，也叫同步检波，电路复杂，需要同步解调信号。而解调无源笔反馈信号如果在复杂的电路中实现，那么本身电路元件之间的干扰会变得显著，并且成本也将明显提高。所以，采用非相干解调方式，也叫包络检波，不仅可以简化电路，而且可以减少成本。通常，包络检波器中会选择二极管作为非线性器件。但是，二极管包络检波容易受到二极管的限制，存在检波效率低且采样不准确的缺陷。

因此，如何设计一种正弦波信号的非相干解调电路使得信号采样准确是业界亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有采样不准确的缺陷，本实用新型提出一种正弦波信号的非相干解调电路，该电路是通过准确控制mos管通断使得解调出来的电平上升沿不出现延时现象，以达到信号采样准确的目的。

本实用新型提出一种正弦波信号的非相干解调电路，包括：运算放大模块、滤波模块、整流模块、运放积分模块和包络检波模块。其中，所述运算放大模块连接所述滤波模块，所述滤波模块连接所述整流模块，所述整流模块连接所述运放积分模块，所述运放积分模块连接所述包络检波模块。包络检波模块包括：pwm输入端、电阻r33、mos管q5和信号输出端capiuer。其中，所述mos管q5的源极连接所述运放积分模块，所述mos管q5的栅极连接所述电阻r33，所述电阻r33连接所述pwm输入端，所述mos管q5的漏极连接所述信号输出端capiuer。

在本实用新型的实施例中，所述运算放大模块采用同相运算放大器，其包括：运算放大器u4、电阻r15和r25。其中，所述电阻r25一端连接信号的输入，另一端连接所述运算放大器u4中第一运放的负极输入端和所述电阻r15的一端；所述电阻r15的另一端连接所述运算放大器u4中第一运放的输出端和所述滤波模块的输入端。

在本实用新型的实施例中，所述滤波模块包括：低通滤波器和高通滤波器。所述低通滤波器采用二阶有源低通滤波器，其包括：电阻m、电阻r、电容n、电容c和运算放大器u4。其中，所述电阻m一端连接所述运算放大模块的输出端，另一端连接所述电阻r和所述电容n；所述电阻r的另一端连接所述电容c的一端和所述运算放大器u4中第二运放的正极输入端；所述电容c的另一端接地；所述电容n的另一端连接所述高通滤波器的输入端。所述高通滤波器采用两个依次相连相同的高通滤波器，其包括：第一高通滤波器和第二高通滤波器。所述第一高通滤波器包括：电阻r1、电阻r2、电容c2、电容c3和运算放大器u5。其中，所述电容c2的一端连接所述二阶有源低通滤波器的输出端，另一端连接所述电阻r1的一端和所述电容c3的一端；所述电容c3的另一端连接所述电阻r2的一端和所述运算放大器u5中第一运放的正极输入端；所述电阻r2的另一端接地；所述电阻r1的另一端连接所述运算放大器u5中第一运放的输出端和所述第二高通滤波器的输入端。所述第二高通滤波器包括：电阻r35、电阻r44、电容c30、电容c31和运算放大器u5，其中所述电容c31的一端连接所述二阶有源低通滤波器的输出端，另一端连接所述电阻r35的另一端和所述电容c30的一端；所述电容c30的另一端连接电阻r44的一端和所述运算放大器u5中第二运放的正极输入端；所述电阻r44的另一端接地；所述电阻r35的另一端连接所述运算放大器u5中第二运放的输出端和所述整流模块的输入端。

在本实用新型的实施例中，所述整流模块采用半波整流器，其包括：二极管d2、二极管d3和运算放大器u7。其中，所述二极管d2的正极连接所述二极管d3的负极和所述运算放大器u7中第一运放的输出端，所述二极管d2的负极连接所述运算放大器u7中第一运放的负极输入端和所述滤波模块的输出端，所述二极管d3的正极连接所述运放积分模块的输入端。

在本实用新型的实施例中，所述运放积分模块包括：电阻r38、电阻r45、电容c29和所述运算放大器u7。其中，所述电阻r45两端分别连接所述运算放大器u7中第二运放的正极输入端和接地，所述电阻r38一端连接所述整流模块，另一端连接所述运算放大器u7中第二运放的负极输入端和所述电容c29，所述电容c29的另一端连接所述运算放大器u7中第二运放的输出端和包络检波模块。

与现有技术相比，本实用新型的电路连接结构简单，容易实现；所述滤波电路采用有源滤波方式，易于调试，抗噪性能好；本实用新型采用包络检波的方式，不需要恢复相干载波，并且mos管的通断由输入方波控制，这使得方波时序控制解调出来的无源笔反馈信号的时序，进而使得采样准确。

附图说明

下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：

图1是非相干解调结构框图；

图2是同相运算放大器以及二阶低通滤波器电路示意图；

图3是两个二阶高通滤波器电路示意图；

图4是半波整流、运放积分及包络检波电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。其中，相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似的元件；针对电路中诸如保护电路等惯常操作，本领域的技术人员很容易理解，具体实施例中不做描述。下面通过参考附图描述的实施例是示意性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型实施例的一种正弦波信号非相干解调电路包括：运算放大模块、滤波模块、整流模块、运放积分模块、包络检波模块，其中：运算放大模块连接滤波模块，滤波模块连接整流模块，整流模块连接运放积分模块，运放积分模块连接包络检波模块。

本实用新型实施例的运算放大模块采用同相运算放大器，如图2所示，其包括：运算放大器u4、电阻r15和r25。其中，电阻r25一端连接信号的输入，另一端连接运算放大器u4中第一运放的负极输入端和电阻r15的一端；电阻r15的另一端连接运算放大器u4中第一运放的输出端和滤波模块的输入端。优选的，放大器型号为mc4580，其内部包括两个独立的运放，其中，同相运算放大器的放大增益为avf=1+r15/r25。

本实用新型实施例的滤波模块包括：低通滤波器和高通滤波器。

如图2所示，低通滤波器采用二阶有源低通滤波器，其包括：电阻m、电阻r、电容n、电容c和运算放大器u4，其中，所述电阻m一端连接所述运算放大模块的输出端，另一端连接所述电阻r和所述电容n；所述电阻r的另一端连接所述电容c的一端和所述运算放大器u4中第二运放的正极输入端；所述电容c的另一端接地；所述电容n的另一端连接所述高通滤波器的输入端。一般的，二阶有源低通滤波器的截止频率为。

如图3所示，高通滤波器采用两个依次相连相同的高通滤波器，其包括：第一高通滤波器和第二高通滤波器。第一高通滤波器包括：电阻r1、电阻r2、电容c2、电容c3和运算放大器u5。其中，电容c2的一端连接二阶有源低通滤波器的输出端，另一端连接电阻r1的一端和电容c3的一端；电容c3的另一端连接电阻r2的一端和运算放大器u5中第一运放的正极输入端；电阻r2的另一端接地；电阻r1的另一端连接运算放大器u5中第一运放的输出端和第二高通滤波器的输入端。第二高通滤波器包括：电阻r35、电阻r44、电容c30、电容c31和运算放大器u5。其中，电容c31的一端连接二阶有源低通滤波器的输出端，另一端连接电阻r35的另一端和电容c30的一端；电容c30的另一端连接电阻r44的一端和运算放大器u5中第二运放的正极输入端；电阻r44的另一端接地；电阻r35的另一端连接运算放大器u5中第二运放的输出端和整流模块的输入端。一般的，第一高通滤波器和第二高通滤波器的截止频率分别为：

和。

本实用新型实施例的整流模块采用半波整流器，如图4所示，其包括：二极管d2、二极管d3和运算放大器u7。其中，二极管d2的正极连接二极管d3的负极和运算放大器u7中第一运放的输出端，二极管d2的负极连接运算放大器u7中第一运放的负极输入端和滤波模块的输出端，二极管d3的正极连接运放积分模块的输入端。

如图4所示，本实用新型实施例的运放积分模块包括：电阻r38、电阻r45、电容c29和运算放大器u7。其中，电阻r45两端分别连接运算放大器u7中第二运放的正极输入端和接地，电阻r38一端连接半波整流模块，另一端连接运算放大器u7中第二运放的负极输入端和电容c29，电容c29的另一端连接运算放大器u7中第二运放的输出端和包络检波模块。一般的，运放积分器的积分值为-(v/r38*c29)*t，其中，v为正弦波半周期部分的信号，t为包络信号低电平时间。

如图4所示，本实用新型实施例的包络检波模块包括：pwm输入端、电阻r33、mos管q5和信号输出端capiuer。其中，mos管q5的源极连接运放积分模块，mos管q5的栅极连接电阻r33，电阻r33连接pwm输入端，mos管q5的漏极连接信号输出端capiuer。

在具体的实现中，本实用新型实施例的一种正弦波信号非相干解调方式包括：

步骤一：放大有源笔反馈的正弦波信号，正弦波信号是通过同相运算放大器放大的。

步骤二：低通滤波，经过同相运算放大器放大处理的信号通过二阶有源低通滤波器将高于二阶有源低通滤波器截止频率的频段信号滤除。

步骤三：高通滤波，经过二阶有源低通滤波器处理的信号通过二阶有源高通滤波器将低于二阶有源高通滤波器截止频率的频段信号滤除。由于低频段噪音影响较为显著，为了滤除效果更好，进行两次高通滤波。

以上所述步骤一、步骤二和步骤三是为了找到无源笔反馈信号的有效通带，以便对所述有效通带进行进一步处理以得到所需要的信号形式。

步骤四：半波整流，经过二阶有源高通滤波器处理的信号通过半波整流器将无源笔反馈信号的正半周期信号滤除，并输出正弦波的负半周期信号，该负半周期信号变为倒相输出。

步骤五：运放积分，经过半波整流器处理的信号通过运放积分器将正弦波的负半周期信号进行积分运算，从而得到所需的信号形式，该信号形式为与步骤四中倒相输出的负半周期信号相差90度的限幅信号。

以上所述步骤四和步骤五的目的是为了得到所需要的信号形式，以便对所述信号进行进一步处理以解调出无源笔反馈的信号。

步骤六：包络检波，经过运放积分器处理的信号通过包络检波模块将包络信号低电平时间段的无源笔反馈信号解调出来，其中，pwm输入端输入固定占空比的方波控制包络检波模块中mos管的导通与关断以达到积分器输出信号上升沿不出现延时现象的目的。最终，解调出来的信号变成原无源笔反馈信号，并经由输出端capiuer到单片机ad端口以完成整个非相干解调过程。最终，经过调制后的无源笔反馈信号的时序与所述固定占空比的方波时序保持一致，有信号表示低电平，没有信号表示高电平，这就使得采样数据变得准确。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限制，术语“与…相连”、“相连”、“连接”、“包括”应当做为广义的理解，对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。并且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同予以限定。