SAW傳感器后端信號處理電路的設(shè)計(jì)

0 引 言
隨著聲表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)技術(shù)的發(fā)展，SAW傳感器已經(jīng)成為重要的一個(gè)分支。聲表面波傳感器以其體積小，重量輕，功耗低，以及靈敏度高，抗干擾強(qiáng)，精度高，重復(fù)性和一致性良好的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)無線傳感，便于大批量生產(chǎn)，成本低，目前已經(jīng)成為了各種高性能傳感器的首選。
常用的SAW氣體傳感器由SAW器件、敏感薄膜和信號處理電路組成。在實(shí)際使用中，為了使聲表面波傳感器使用更加方便，需要最終設(shè)計(jì)制造出一塊集環(huán)境感應(yīng)、數(shù)據(jù)讀出和數(shù)據(jù)處理為一體的專用電路，因此該電路最終將是一塊大規(guī)模的混合信號處理電路，是整個(gè)傳感器電路的一個(gè)重要模塊，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。對于聲表面波氣體傳感器的處理電路設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)[2，3]分別報(bào)道了采用相關(guān)高頻震蕩電路實(shí)現(xiàn)傳感器信號處理的方法。文獻(xiàn)[2]中采用了改進(jìn)的皮爾斯振蕩器和 DDS檢測法對其信號進(jìn)行處理。2005年，Shen Yutang等人提出了一種新的聲表面波傳感器電路設(shè)計(jì)方案，采用了模擬與數(shù)字結(jié)合的方法，利用雙通道結(jié)構(gòu)取得了較好的結(jié)果。
本文通對SAW傳感器原理的分析和研究，結(jié)合設(shè)計(jì)SAW氣體傳感器的要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)該傳感器后端的信號處理電路，著重分析了其后端頻率檢測電路的原理，并對其可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析，提出了電路設(shè)計(jì)方案和具體結(jié)構(gòu)，并利用FPGA技術(shù)對該電路做出了具體的實(shí)現(xiàn)。

1 SAW氣體傳感器原理
聲表面波是一種在固體表面?zhèn)鞑サ膹椥圆?。由于這種波是在固體的表面進(jìn)行換能和傳播的，所以信息的注入、提取和處理都相對比較方便。根據(jù)文獻(xiàn)[5]可知，外界環(huán)境對SAW器件波速的影響可以用式(1)表示：

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