《信号处理电路设计》课件.ppt
信号处理电路设计本课程介绍信号处理电路设计基础与应用涵盖模拟与数字电路培养实用电路设计能力
什么是信号处理电路基本定义处理和转换各类信号的专用电路模拟与数字之分连续变化与离散采样处理作用与意义信息提取净化与传输增强
信号的基础知识信号类型模拟信号连续变化，数字信号离散取值常见信号特性振幅、频率、相位、波形时域与频域表示时间关系与频率分布视角
信号分类与应用实例声音信号音频处理与语音识别图像信号摄像头与图像增强传感信号温度、压力、位置检测
信号调理的典型流程放大提升微弱信号幅度滤波去除干扰与噪声变换转换信号形式与参数处理提取有用信息特征
模拟信号处理电路总览放大电路电压/电流增益1滤波电路频率选择与噪声抑制2变换电路电压/电流/阻抗转换3波形处理整形与调制解调4
数字信号处理电路总览DSP/MCU/FPGA算法实现核心A/D与D/A转换模/数信号接口存储与缓冲数据临时保存接口电路系统互联基础
常用电子元器件介绍基础元件是电路设计的核心选择合适元件确保电路性能
运算放大器基础结构框图差分输入，单端输出高增益电压放大器负反馈稳定工作关键参数开环增益、输入阻抗带宽、转换率、噪声
放大电路分类1反相放大器输出与输入相位相差180°2同相放大器输出与输入相位相同3差分放大器放大两输入信号差值4仪表放大器高精度测量专用结构
滤波电路概述低通滤波器允许低频通过高通滤波器允许高频通过带通滤波器允许特定频段通过带阻滤波器阻断特定频段
有源RC滤波器设计Butterworth滤波器最平坦通带响应Chebyshev滤波器陡峭过渡带Bessel滤波器良好相位线性度
无源滤波电路2基本元件电阻和电容/电感构成-3dB截止频率信号功率减半点LC串并联结构组合电路获得滤波特性
信号调制与解调电路载波生成提供基准信号调制过程信息附加到载波信号传输通过媒介传播解调接收提取原始信息
比较器与检波电路
示波器与信号测试接口高阻抗输入防止负载效应影响大于1MΩ输入阻抗保护电路防止过压/过流损坏二极管限幅和熔断器缓冲放大信号隔离与增益控制提高测量精度
电路噪声分析热噪声电阻产生的随机噪声散粒噪声载流子随机运动1/f噪声低频噪声随频率增加减小干扰噪声外部辐射和耦合
电源管理与滤波DC/DC转换降压/升压/反相高效率能量转换开关频率影响特性LDO稳压低压差线性稳压低噪声高精度需要热管理电源滤波去耦合电容配置LC滤波减少纹波地线设计很关键
采样保持电路跟踪模式输出跟随输入变化保持命令开关断开，电容锁住电压保持状态维持稳定电压直到下次采样
模数(A/D)转换电路不同类型ADC适合不同应用场景分辨率、速度、功耗是关键指标
数模(D/A)转换电路R-2R电阻阵列型结构简单，精度适中电流输出型高速，需转换为电压电压输出型直接输出，但速度较慢PWM型低成本，需滤波
数字滤波技术入门信号采样A/D转换获取离散值系数计算根据滤波需求设计系数算法实现使用乘加运算处理数据结果输出D/A转换恢复模拟信号
信号处理中的时钟与同步时钟分配确保信号同步传输相位锁定保持系统时序稳定抖动控制减小时钟边沿不确定性
锁相环(PLL)电路鉴相器检测输入与反馈信号相位差1环路滤波器滤除高频分量2压控振荡器产生频率可控输出3分频器降低频率用于反馈比较4
混频与倍频电路设计混频原理两信号相乘产生和频差频混频应用频率转换与调制解调倍频技术利用非线性产生谐波
自动增益控制(AGC)电路信号检测测量输出信号幅度比较参考与期望值比较增益调整自动改变放大器增益
信号分离与多路选择信号源多个输入通道2多路复用选择与切换3信号处理放大与转换分配输出路由到目标位置
信号整形与限幅电路波形整形功能将不规则信号转换为标准形式方波、三角波生成时序信号边沿调整限幅电路作用防止信号过大导致失真利用二极管或钳位电路
微弱信号检测专用电路前置低噪放放大微弱信号，抑制噪声输入阻抗匹配相关检波利用信号相关性提取有用部分抵抗随机噪声锁相检测针对已知频率信号提高信噪比
仿真软件在信号电路设计中的运用1电路原理图绘制元件选择与连接2参数设置定义元件特性与信号3仿真运行计算电路响应结果分析波形查看与优化
PCB设计基础4关键层次信号层、电源层、地层、屏蔽层50Ω阻抗控制高频线路特性阻抗3W布线规则信号线最小距离为线宽3倍
信号完整性问题分析1反射问题阻抗不匹配引起信号反弹2串扰干扰相邻信号线间的电磁耦合3地弹噪声大电流瞬变引起地电位波动4电源噪声供电不稳定影响信号质量
高频信号电路设计要点阻抗匹配防止信号反射和失真完整接地减少环路面积和辐射适当屏蔽防止外部干扰和信号泄漏走线控制微带线和共面波导设计
射频(RF)信号处理电路
干扰抑制电路设计共模抑制平衡输入和扼流圈1差模滤波串联阻抗和并联电容2电源滤波去耦和隔离供电屏蔽技术接地层和金属壳体
功率信号处理电路功