一种用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大电路，属于地 震前兆信号处理领域。
【背景技术】
[0002] 地震给人类的生活带来了巨大的灾难，严重威胁人类的生命财产安全，如何预测 地震的发生就凸显出其必要性，该也是全人类的期待。介于目前地震前兆预测研究领域没 有一个精确的手段能够预测地震的发生，对于新的地震前兆预测研究很有必要，W便去寻 找一个更好的方法预测地震的发生。
[0003] 地震发生前地球天然脉冲小信号可用于地震预测，地球天然脉冲小信号分析所采 集的地磁信号来自于磁信号感应传感器，传感器最终输出的地磁信号幅度非常小，从几毫 伏至百毫伏不等，另外还包含了一些其他不必要的噪声，如闪电、高压线、施工电器等都会 产生磁信号来干扰系统。再加上地磁信号本身具有微弱、波动范围大、来源广、易受干扰等 特点，因此需要对信号的幅度进行一定的调整，方便对信号的采集，W获取较为真实的震前 电磁异常信号，从而为后续进行有效的基于地球天然脉冲电磁场分析的孕震信息时频特点 研究。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，并提供一种用于地球天然脉冲电磁 场信号的程控增益放大电路，该系统能有效的对地球天然脉冲小信号进行放大，实现对小 信号幅度的调整，为后续算法分析提供稳定可靠的信号数据。
[0005] 实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种用于地球天然脉冲电磁场信号的 程控增益放大电路，至少包括电连接的运算放大器和滤波器，程控增益放大电路由依次串 联的程控增益前级放大电路、程控增益二级放大电路、程控衰减电路和程控增益末级放大 电路四级电路构成，其中程控增益前级放大电路由运算放大器和滤波器串联构成，滤波器 的输出端即为程控增益前级放大电路的输出端，程控增益二级放大电路为运算放大电路B， 程控衰减电路由模数转换器和运算放大电路C串联构成，程控增益末级放大电路包括并联 的开关元件和运算放大电路D，开关元件控制运算放大电路D的通断。
[0006] 所述程控增益放大电路的放大倍数为10000倍，其中程控增益前级放大电路的放 大倍数为100倍，增益设定公式为
其中Rg值为499Q;程控增益二级放 大电路的放大倍数为10倍，增益设定公式为
其中化值为100Q，Rf值为 910Q;运算放大电路D的放大倍数为10倍。
[0007] 程控增益前级放大电路由仪表放大器和RC高通滤波电路串联构成，程控衰减电 路为乘法型DAC与运算放大电路C的组合电路，开关元件为继电器或模拟开关。
[0008] 程控衰减电路为压控电路或模拟乘法器。
[0009] 由上述技术方案可知，本实用新型提供的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增 益放大电路，通过程控增益放大电路对传感器采集的地球天然脉冲电磁场信号（该信号的 特点是幅度小并且包含较多干扰信号）进行信号调整，程控增益放大电路对信号进行=级 放大同时插入衰减电路实现放大倍数程控可调，四级电路具体为：
[0010] (1)程控增益前级放大电路，由仪表放大器和RC高通滤波电路（300Hz)串联构成， 其放大倍数为100倍，增益设定公式为
其中Rg值为499Q，输入信号幅 度不超过200mVp-p，最大输出幅度不超过20化-p;
[0011] (2)程控增益二级放大电路，为运算放大电路B或运算放大器，其放大倍数为10 倍，增益设定公式为
其中化值为100Q，Rf值为910 0,输入信号幅度不 超过2化-P，避免由于供电原因造成输出截止；
[001引 做程控衰减电路，为乘法型DAC与运算放大电路C的组合电路，该电路具有MHz级别的带宽；
[0013] (4)程控增益末级放大电路，包括并联的开关元件和运算放大电路D，放大倍数为 1倍或10倍，开关元件控制运算放大电路D的接通（信号经过运算放大电路D，信号放大10 倍后输出）或断开（信号直接输出），信号最高输入幅度不超过2化-P。
[0014] 本实用新型提供的程控增益放大电路，程控增益前级放大电路为仪表放大器，具 有高共模抑制比、高输入阻抗、共模抑制比与放大倍数成正比的特点，可有效放大传感器采 集的差分信号，程控增益放大电路的总放大增益为10000倍，其中程控增益前级放大电路 输入信号的幅度最小，不会受到压摆率参数的限制，该电路具有共模抑制比与放大倍数成 正比的特点，因此设计增益为100倍；程控增益放大电路中插入程控衰减电路，通过控制衰 减参数W实现放大倍数0~80地程控可调。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型提供的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放 大电路，针对地球天然脉冲小信号的幅度调整，可W方便于地磁信号的采集工作，采用仪表 放大器作为前级获取微弱信号，后两级采用精密低噪声运放组成高增益放大电路，最高放 大倍数实现80地，并在中间级插入由乘法型DAC与运算放大电路C组成的程控衰减电路实 现放大倍数0~80地程控可调。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型提供的程控增益放大电路的结构框图。
[0017] 图2为程控增益前级放大电路的电路图。
[001引图3为程控增益二级放大电路的电路图。
[0019] 图4为程控衰减电路的电路图。
[0020] 图5为程控增益末级放大电路的电路图。
[0021] 其中，1-仪表放大器，2-RC高通滤波电路，3-乘法型DAC，4-运算放大电路C，5-开 关元件，6-运算放大电路D。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细具体说明，本实用新型的内容不局 限于W下实施例。
[0023] 本实用新型提供的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大电路，如图1所 示，由依次串联的程控增益前级放大电路、程控增益二级放大电路、程控衰减电路和程控增 益末级放大电路四级电路构成，放大倍数为10000倍，其中程控增益前级放大电路如图2所 示，由INA128仪表放大器1和300HzRC高通滤波电路2串联构成，放大倍数为100倍，增 益设定公式为
其中Rg值为499Q，输入信号幅度不超过200mVp-p，最大 输出幅度不超过20化-P，INA128仪表放大器1的偏置电压设定引脚接入设定的偏置电压，RC高通滤波电路的输出端即为程控增益前级放大电路的输出端，其中INA128仪表放大器 可W用其他仪表运放替代，比如ADI的AD8221 ;
[0024] 程控增益二级放大电路为运算放大电路B，如图3所示，放大倍数为10倍，增益 设定公式为
其中化值为100Q，Rf值为910Q，其输入信号幅度不超过 2化-P，运算放大电路B可用其他精密、低噪声运放进行替代，如ADI公司的0P177F;
[002引程控衰减电路如图4所示，为DAC7811乘法型DAC3与0PA277运算放大电路C4的 组合电路，其中DA口811为SPI控制总线，信号最高的输入范围是30化-P，其中输出跟随运 放要求选择低偏置电流、低失调电压的运放，DA口811乘法型DAC可用其他同类巧片替代， 如ADI公司的AD5452,程控衰减电路可替换为压控电路或模拟乘法器；
[0026] 程控增益末级放大电路如图5所示，包括并联的开关元件5和0PA211运算放大 电路D6, 0PA211实现固定增益10倍放大，同时通过控制开关元件来控制信号是否通过 0PA211 (10倍放大）或是直接输出，开关元件为继电器或模拟开关，单片机通过开关元件控 制运算放大电路D的通断，信号最高输入幅度不超过2化-p，0PA211可采用其他压摆率稍高 的低噪声运放替代，如0PA228、AD817等。
【主权项】
1. 一种用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大电路，至少包括电连接的运算放 大器和滤波器，其特征在于：程控增益放大电路由依次串联的程控增益前级放大电路、程控 增益二级放大电路、程控衰减电路和程控增益末级放大电路四级电路构成，其中程控增益 前级放大电路由运算放大器和滤波器串联构成，滤波器的输出端即为程控增益前级放大电 路的输出端，程控增益二级放大电路为运算放大电路B，程控衰减电路由模数转换器和运算 放大电路C串联构成，程控增益末级放大电路包括并联的开关元件和运算放大电路D，开关 元件控制运算放大电路D的通断。2. 根据权利要求1所述的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大电路，其特征 在于：所述程控增益放大电路的放大倍数为10000倍，其中程控增益前级放大电路的放大 倍数为100倍，增益设定公式为：其中Rg值为499Q;程控增益二级放大 电路的放大倍数为10倍，增益设定公式为：其中Rh值为100Q，Rf值为 910Q;运算放大电路D的放大倍数为10倍。3. 根据权利要求1所述的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大电路，其特征 在于：程控增益前级放大电路由仪表放大器和RC高通滤波电路串联构成，程控衰减电路为 乘法型DAC与运算放大电路C的组合电路，开关元件为继电器或模拟开关。4. 根据权利要求1所述的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大电路，其特征 在于：程控衰减电路为压控电路或模拟乘法器。
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大电路，由依次串联的程控增益前级放大电路、程控增益二级放大电路、程控衰减电路和程控增益末级放大电路四级电路构成，其中程控增益前级放大电路由仪表放大器和RC高通滤波电路串联构成，程控增益二级放大电路为运算放大电路B，程控衰减电路由模数转换器和运算放大电路C串联构成，程控增益末级放大电路包括并联的开关元件和运算放大电路D，开关元件控制运算放大电路D的通断；该程控增益放大电路中采用仪表放大器作为前级获取微弱信号，后两级采用精密低噪声运放组成高增益放大电路，中间级插入程控衰减电路，实现放大倍数0～80dB程控可调。
【IPC分类】H03G3/20
【公开号】CN204652317
【申请号】CN201520456083
【发明人】郝国成, 白雨晓, 韩家斌, 陈忠昌, 康坊
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月29日