一种超声波信号调理电路及流量计的制作方法

1.本公开涉及信号调理电路技术领域，更为具体来说，本公开涉及一种超声波信号调理电路及流量计。


背景技术：

2.随着超声波技术的发展，超声波计量在燃气表中的应用日渐成熟。超声波计量模组作为核心部件，承担信号检测和流量计算的功能，直接影响燃气表计量的准确性和可靠性。
3.超声波计量的回波信号为交流信号，但主流的燃气表技术多采用电池供电。因此，当信号调理电路对信号进行处理时，需要额外增加直流偏置电压和隔直电容，如图1所示。如果调理电路中存在多级运放，那么直流偏置处理会变的更加复杂，给电源系统和低功耗设计带来很多问题。同时单极性电源并不能使运放工作在理想的条件下，对运放性能也会带来一定影响。


技术实现要素：

4.为解决现有技术的电路存在运放输入引入偏置电压，增加额外的噪声输入源，增加了系统噪声的技术问题。
5.为实现上述技术目的，本公开提供了一种超声波信号调理电路，包括：
6.电源电路、至少一级放大电路以及滤波电路；
7.所述电源电路包括：
8.供电模块、用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器，以及，用于对所述供电模块输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器；
9.所述供电模块分别连接第一线性稳压器和第二线性稳压器；
10.所述电源电路分别连接所述放大电路以及所述滤波电路。
11.进一步，所述电源电路为双极性电源电路。
12.进一步，所述供电模块具体包括：
13.电池或电池组。
14.进一步，所述供电模块具体包括：
15.用于输出负极性电源的电荷泵电压逆变器。
16.进一步，所述放大电路为二级放大电路，具体包括：初级放大电路和次级放大电路；
17.所述初级放大电路和次级放大电路为同向放大电路；
18.电路放大总增益g
总
＝g1×
g2，其中g1为初级电路的放大增益，g2为次级电路的放大增益。
19.进一步，所述滤波电路具体包括：
20.二阶有源高通滤波器和一阶无源低通滤波器；
21.所述二阶有源高通滤波器和所述一阶无源低通滤波的中心频点根据超声波信号频率决定。
22.进一步，所述放大电路为三级放大电路，具体包括：初级放大电路、次级放大电路和三级放大电路；
23.所述初级放大电路、次级放大电路和三级放大电路为同向放大电路；
24.电路放大总增益g
总
＝g1×
g2×
g3，其中g1为初级电路的放大增益，g2为次级电路的放大增益，g3为三级电路的放大增益。
25.本公开的有益效果为：
26.本公开的技术方案通过增加双极性电源，为运放提供更理想的工作条件，提升运放的性能；
27.本公开的技术方案省去了隔直电容和偏置电压，降低了电源的复杂度和噪声输入，提高了电路的交流响应性能，解决了多级之间应偏置电压导致的隔离度降低问题。
28.本公开的技术方案在信号调理部分采用的多级放大，降低了对器件性能的要求。
附图说明
29.图1示出了现有技术的信号调理电路的结构示意图；
30.图2示出了本公开的实施例一的超声波信号调理电路的结构示意图；
31.图3示出了本公开的实施例一的超声波信号调理电路的电源电路的结构示意图；
32.图4示出了本公开的实施例一的超声波信号调理电路的优选信号调理电路示意图；
33.图5示出了本公开的实施例二的超声波信号调理电路的结构示意图；
34.图6示出了本公开的实施例三的超声波信号调理电路的结构示意图。
具体实施方式
35.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
36.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
37.实施例一：
38.如图2所示：
39.一种超声波信号调理电路，包括：
40.电源电路、不少于一级放大电路以及滤波电路；
41.需要说明的是，在该实施例一种所述不少于一级放大电路为两级放大电路；
42.所述电源电路包括：
43.供电模块、用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器，以及，用于对所述
供电模块输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器；
44.所述供电模块分别连接第一线性稳压器和第二线性稳压器；
45.所述电源电路依次连接所述放大电路以及所述滤波电路。
46.进一步，所述电源电路为双极性电源电路。
47.进一步，所述双极性电源电路具体包括：
48.用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器；
49.用于输出负极性电源的电荷泵电压逆变器；
50.用于对所述电荷泵电压逆变器输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器。
51.进一步，所述放大电路为二级放大电路，具体包括：初级放大电路和次级放大电路；
52.所述初级放大电路和次级放大电路为同向放大电路；
53.电路放大总增益g
总
＝g1×
g2，其中g1为初级电路的放大增益，g2为次级电路的放大增益。
54.如图3所示，示出了本公开的实施例一的超声波信号调理电路的电源电路的结构示意图；
55.电源电路中包含多个电容c1～c6。电容间的具体连接关系参加图3。
56.其中u1为线性稳压器1，输出正极性电源vcc。u5为电荷泵电压逆变器，用于输出负极性电源v1。u6为线性稳压器2，用于对v1进行稳定和降噪，最后输出vss。
57.图4为信号调理电路的结构示意图。
58.所述信号调理电路具体分为初级放大电路、次级放大电路和滤波电路3个部分，每个部分由1颗运放和若干阻容构成，具体结构如图4所示。
59.具体地，初级放大电路包括第一运放，第一运放反向输入端经电阻r6接地；
60.第一运放的输出端和方向输入端并联有电阻r7和电容c16；
61.第一运放的正向输入端介入输入信号。
62.具体地，次级放大电路包括第二运放，第二运放的正向输入端接入初级放大电路的输出信号；
63.第二运放反向输入端经电阻r5接地；
64.第二运放的方向输入端与输出端间并联有电阻r8和电容c17。
65.其中初级放大电路和次级放大电路都为同向放大，增益分别为
66.总的增益为g
总
＝g1×
g2。
67.滤波器电路有二阶有源高通滤波器和一阶无源低通滤波器构成。滤波器中心频点根据超声波信号频率决定。
68.具体地，滤波电路包括第三运放，次级放大电路的输出信号经电容c11、c12、c13后输入第三运放的正向输入端；
69.电容c11和c12之间通过电阻r1连接第三运放的输出端；
70.电容c12和c13之间通过电阻r3接地；
71.第三运放的输出端经电阻r4和电容c15接地。
72.实施例二：
73.如图5所示，示出了本公开的实施例二的超声波信号调理电路的电源电路的结构示意图；
74.一种超声波信号调理电路，包括：
75.电源电路、初级放大电路以及滤波电路；
76.所述电源电路包括：
77.供电模块、用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器，以及，用于对所述供电模块输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器；
78.所述供电模块分别连接第一线性稳压器和第二线性稳压器；
79.所述电源电路依次连接所述初级放大电路以及所述滤波电路。
80.进一步，所述电源电路为双极性电源电路。
81.可选地，所述双极性电源电路具体包括：
82.电池或电池组；
83.用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器；
84.用于对电池组输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器；
85.所述电池或电池组分别连接第一线性稳压器和第二线性稳压器。
86.可选地，所述双极性电源电路具体包括：
87.用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器；
88.用于输出负极性电源的电荷泵电压逆变器；
89.用于对所述电荷泵电压逆变器输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器。
90.实施例三：
91.如图6所示，在实施例一的基础上还可以增加放大电路的级数，具体级数视实际信号放大需求进行合理选择，在此本技术不对放大电路的技术做具体限定。
92.一种超声波信号调理电路，包括：
93.电源电路、不少于三级放大电路以及滤波电路；
94.所述电源电路包括：
95.供电模块、用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器，以及，用于对所述供电模块输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器；
96.所述供电模块分别连接第一线性稳压器和第二线性稳压器；
97.所述电源电路依次连接所述放大电路以及所述滤波电路。
98.进一步，所述电源电路为双极性电源电路。
99.可选地，所述双极性电源电路具体包括：
100.电池或电池组；
101.用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器；
102.用于对电池组输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器；
103.所述电池或电池组分别连接第一线性稳压器和第二线性稳压器。
104.可选地，所述双极性电源电路具体包括：
105.用于输出稳定低噪的正极性电源的第一线性稳压器；
106.用于输出负极性电源的电荷泵电压逆变器；
107.用于对所述电荷泵电压逆变器输出的负极性电源进行稳定和降噪的第二线性稳压器。
108.进一步，所述放大电路为三级放大电路，具体包括：初级放大电路、次级放大电路和三级放大电路；
109.所述初级放大电路、次级放大电路和三级放大电路为同向放大电路；
110.电路放大总增益g
总
＝g1×
g2×
g3，其中g1为初级电路的放大增益，g2为次级电路的放大增益，g3为三级电路的放大增益。
111.本公开的有益效果为：
112.本公开的技术方案通过增加双极性电源，为运放提供更理想的工作条件，提升运放的性能；
113.本公开的技术方案省去了隔直电容和偏置电压，降低了电源的复杂度和噪声输入，提高了电路的交流响应性能，解决了多级之间应偏置电压导致的隔离度降低问题。
114.本公开的技术方案在信号调理部分采用的多级放大，降低了对器件性能的要求。
115.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。