加速度信號調理電路設計及仿真

摘要：基于高沖擊環境試驗中對瞬態加速度信號的高精度測試需求，采用存儲測試的方法設計了加速度存儲測試儀。由于壓電式傳感器具有靈敏度高、量程大、較高固有頻率、耐沖擊等優點，所以使用其作為傳感元件，設計了電荷放大電路、增益可調節的前置放大電路及濾波電路。較為詳細地介紹了信號調理電路的設計及電阻電容的參數計算公式。通過仿真分析軟件ORCAD，對電路參數進行了合理配置。仿真結果表明系統的信號幅度控制合理，濾波效果明顯，電路設計具有實際應用價值。
關鍵詞：存儲測試儀；加速度瞬態信號；信號調理電路；仿真分析；ORCAD

為滿足跌落等高沖擊環境試驗中對瞬態加速度測試的需求，文中設計的嵌入式加速度存儲測試儀不但要求電路精簡、體積小、功耗低，耐強沖擊，干電池供電，還要求每片子卡實現雙通道加速度測量，通道量程達100 000 g，且量程設置可根據試驗條件通過軟件靈活設置已提高信噪比。在其外圍電路的設計中，壓電式傳感器具有成本低、靈敏度高、頻響寬和動態范圍大等優點，使用其作為傳感源，由于信號調理電路的設計直接影響到加速度時間歷程信號的可靠采集和存儲，本文主要針對這部分進行了介紹，并通過ORCAD仿真分析軟件對調理電路進行了參數配置和分析。

1 電路設計及芯片選型
系統信號調理的工作原理是壓電式加速度傳感器將沖擊信號轉化為電荷信號，電荷放大器將該信號轉化為相應的電壓量，經增益控制、濾波電路調理后，輸出至A／D轉換器。由A／D轉換器負責模擬量到數字量的轉換，轉換后的數據存入非易失性存儲器，試驗完成后將數據回讀出來，其原理框圖如圖1所示。

信號調理電路部分主要由電荷放大器、增益放大器、濾波幾部分組成，電路連線如圖2所示。