微功率沖擊雷達(dá)系統(tǒng)接收信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)

2．3 放大濾波電路設(shè)計(jì)
放大濾波電路可對(duì)UWB沖擊雷達(dá)的前端輸出信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并為人體生命參數(shù)檢測(cè)及距離信息的探測(cè)提供硬件平臺(tái)。針對(duì)UWB雷達(dá)輸出 信號(hào)特點(diǎn)，該放大濾波電路設(shè)計(jì)時(shí)必須注意電路的低頻響應(yīng)，電路對(duì)弱信號(hào)的放大，高倍數(shù)放大器的直流偏移量等問題。以上問題中，電路的低頻響應(yīng)可通過精確設(shè) 計(jì)濾波器的參數(shù)來解決。放大弱信號(hào)，則電路的放大倍數(shù)必須要高，但是放大倍數(shù)過大就會(huì)使電路產(chǎn)生直流量，使得基線發(fā)生漂移或產(chǎn)生失真；在電路中設(shè)置阻容耦 合電路，為各級(jí)電路的累積直流偏置電壓提供泄放回路。
放大濾波電路是根據(jù)人體的呼吸率范圍(15～20次／min)和心率范圍(50～100次／min)，經(jīng)相關(guān)檢測(cè)電路的信號(hào)分為兩路，分別檢測(cè)呼吸和心跳 信號(hào)，具體結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。其中放大電路主要包括前置放大電路、中間級(jí)放大電路和后級(jí)放大電路3部分。濾波電路主要有低通濾波、高通濾波和帶阻濾波。 其分別組成0．6 Hz的低通濾波器(CPF)、0．7 Hz的高通濾波器(HPE)及50 Hz的陷波器(BEF)。

放大電路設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到提高前級(jí)增益，有利于提高電路的共模抑制比，但前級(jí)的增益過高后，當(dāng)輸入端引入極低頻率的信號(hào)、前級(jí)“零”點(diǎn)漂移或強(qiáng)信號(hào)引入時(shí)，易使后級(jí)電路飽和而引起“阻塞”現(xiàn)象。因此電路的增益設(shè)計(jì)如下：前置級(jí)放大增益為30 dB，中間級(jí)放大增益為10～100 dB，后級(jí)放大增益為30 dB，總增益范圍為300～30 000 dB。
濾波電路在信號(hào)預(yù)處理器中起著重要作用，它決定了信號(hào)的通頻帶，同時(shí)也具有濾除干擾的作用。
2．3．1 低通濾波器設(shè)計(jì)
人體的呼吸率和心率都小于10 Hz，因此前級(jí)放大器輸出信號(hào)先通過10 Hz低通濾波器濾除其他干擾信號(hào)，后級(jí)0．6 Hz的低通濾波器用于檢測(cè)人體呼吸信號(hào)。
該低通濾波電路主要濾除干擾信號(hào)，并且要求幅頻特性中有最大的平坦區(qū)，為此選用四階壓控電壓源巴特沃斯But-terworth型濾波器。壓控電壓源型電 路結(jié)構(gòu)的濾波器特點(diǎn)是使用元件少，對(duì)放大器要求不高。在本級(jí)電路中，電阻器誤差小于0．01％，電容器誤差小于O．1％。由于電路中所選電阻值不在電阻序 列之內(nèi)，故實(shí)際電路中，用多個(gè)電阻串聯(lián)以求得到所需的阻值，電路中電容必須經(jīng)過嚴(yán)格挑選。電路原理如圖5所示。10 Hz，0．6 Hz四階Butterworth LPF電路的元件值如表1所示。

2．3．2 0．7Hz高通濾波器電路
0．7 Hz的高通濾波器用來檢測(cè)心跳信號(hào)，這里采用2個(gè)二階壓控高通濾波器串聯(lián)形成的四階高通濾波器來構(gòu)成O．7Hz高通濾波器，其電路如圖6所示。