如何進行一個微弱信號檢測的前置放大電路的設計

　　針對精準農業(yè)中對微弱信號檢測的技術需求，論文設計了以電流電壓轉換器，儀表放大器和低通濾波器為主要結構的微弱信號檢測前置放大電路。結合微弱信號的特點討論了電路中噪聲的抑制和隔離，提出了電路元件的選擇方法與電路設計中降低噪聲干擾的注意事項。本文利用集成程控增益儀表放大器PGA202 設計了微弱信號檢測前置放大電路， 并利用微弱低頻信號進行了測試，得到了理想的效果。

　　精準農業(yè)主要是依據(jù)實時獲取的農田環(huán)境和農作物信息，對農作物進行精確的灌溉、施肥、噴藥，最大限度地提高水、肥和藥的利用效率， 減少環(huán)境污染， 獲得最佳的經濟效益和生態(tài)效益。農田環(huán)境和農作物信息的準確獲取取決于可靠的生物傳感技術。如常規(guī)精準灌溉主要關注空氣的溫度、濕度和土壤的含水量，利用這些參數(shù)的變化控制對農作物的灌溉，而作物自身產生的一些信號能夠更準確的反映其自身的生理狀況， 通過檢測這些信號控制灌溉可以使灌溉更精確。目前精準灌溉技術正朝著以環(huán)境信息和農作物生理信息相結合為控制依據(jù)的方向發(fā)展，為此各種生物傳感器如植物電信號傳感器、植物莖流傳感器等應運而生。但一般作物自身生理狀況產生的信號極其微弱，往往電流信號只能達到納安級，電壓信號也只能達到微伏級。為有效的利用這些信號，應首先對其進行調理，本文根據(jù)植物生理信號的特點設計了適合此類微弱信號檢測的前置放大電路。

　　生物傳感器所產生的信號一般為頻率較低的微弱信號，檢測不同的植物生理參數(shù)，可能得到電壓或電流信號。對于電流信號，應首先把電流信號轉換成為電壓信號，通過放大電路的放大，最后利用低通濾波器，濾除混雜在信號中的高頻噪聲。微弱信號檢測前置放大電路的整體結構如圖1。

　　考慮到傳感器產生的信號非常微弱， 很容易受到噪聲的污染，所以放大電路選擇儀表放大器結構。儀表放大器擁有差分式結構，對共模噪聲有很強的抑制作用，同時擁有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，非常適合對微弱信號的放大。另外為了使輸出電壓在高頻段以更快的速度下降， 提高低通濾波器濾除噪聲的能力，這里選擇了二階低通濾波器。微弱信號檢測前置放大電路原理圖如圖2。生物傳感器產生的生物信號通常具有很大的動態(tài)范圍，達到幾個數(shù)量級，原理圖中R2 為可變電阻，通過改變R2 的阻值，可以改變儀表放大器的放大倍數(shù)，從而適應放大不同大小的微弱信號。