CN220210433U - 一种差分消除光干扰电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于信号处理技术领域，涉及一种差分消除光干扰电路，包括：通过电气连接的LDO稳压电路、发射光信号电路、主信号采样电路、外部环境光信号采样电路、差分放大电路及单片机AD采样电路，LDO稳压电路分别与发射光信号电路、主信号采样电路、差分放大电路及单片机AD采样电路连接，外部环境光信号采样电路分别与主信号采样电路、差分放大电路连接，发射光信号电路、主信号采样电路、差分放大电路及单片机AD采样电路依次连接。通过两路光信号进行采样，再将两路信号进行差分放大，其目的主要是为了保证采样信号成分只保留自身信号，去除外部环境光信号和其他嗓声信号，提高信噪比，保证自身信号的良好质量。

Description

一种差分消除光干扰电路

技术领域

本实用新型涉及信号处理技术领域，更具体地说，涉及一种差分消除光干扰电路。

背景技术

采样电路，具有一个模拟信号输入，一个控制信号输入和一个模拟信号输出。该电路的作用是在某个规定的时刻接收输入电压，并在输出端保持该电压直至下次采样开始为止。采样电路通常有一个模拟开关，一个保持电容和一个单位增益为1的同相电路构成。采样工作在采样状态和保持状态的两种状态之一。在采样状态下，开关接通，它尽可能快地跟踪模拟输入信号的电平变化，直到保持信号的到来；在保持状态下，开关断开，跟踪过程停止，它一直保持在开关断开前输入信号的瞬时值。

现有技术中，经常使用到采样电路，但是很少对采样电路进行消除光干扰，对外部环境光或其他无用信号没有进行别除，这样信噪比低，会降低信号自身质量。

实用新型内容

针对现有技术的上述的缺陷，本实用新型提供了一种差分消除光干扰电路，包括：通过电气连接的LDO稳压电路、发射光信号电路、主信号采样电路、外部环境光信号采样电路、差分放大电路及单片机AD采样电路，所述LDO稳压电路分别与所述发射光信号电路、所述主信号采样电路、所述差分放大电路及所述单片机AD采样电路连接，所述外部环境光信号采样电路分别与所述主信号采样电路、所述差分放大电路连接，所述发射光信号电路、所述主信号采样电路、所述差分放大电路及所述单片机AD采样电路依次连接。

优选地，所述LDO稳压电路包括：三端稳压器U4的引脚1分别与电容C3的正极、电容C4的一端连接，三端稳压器U4的引脚3分别与电容C1的正极、电容C2的一端连接。

优选地，所述发射光信号电路包括：发光二极管U5的负极与电阻R8的一端连接。

优选地，所述主信号采样电路包括：光敏三极管U1的发射极与电阻R1的一端连接。

优选地，所述外部环境光信号采样电路包括：光敏三极管U2的发射极与电阻R2的一端连接。

优选地，所述差分放大电路包括：运算放大器的U3的同相输入端分别与电阻R4的一端、电阻R6的一端连接，运算放大器的U3的反相输入端分别与电阻R3的一端、电阻R56的一端连接。

优选地，所述单片机AD采样电路包括：单片机，单片机的MCU_ADC端口与电阻R7的一端连接。

优选地，所述三端稳压器U4为CJ78L05。

优选地，所述运算放大器的U3为LM358。

优选地，所述单片机为51系列单片机、AVR单片机、PIC单片机、飞思卡尔单片机、TI系列单片机、三星单片机、NEC单片机、松下单片机、三菱单片机、瑞萨单片机、义隆单片机中的任何一种。

实施本实用新型的差分消除光干扰电路，具有以下有益效果：通过两路光信号进行采样，再将两路信号进行差分放大，其目的主要是为了保证采样信号成分只保留自身信号，去除外部环境光信号和其他嗓声信号，提高信噪比，保证自身信号的良好质量。可通过两路信号差分放大的方式对自身信号降噪放大，对外部环境光或其他无用信号进行别除。差分放大后的信号，信噪比高，可大大提高产品稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型差分消除光干扰电路的结构示意图；

图2是本实用新型差分消除光干扰电路中的LDO稳压电路电路图；

图3是本实用新型差分消除光干扰电路中的发射光信号电路、主信号采样电路、外部环境光信号采样电路、差分放大电路及单片机AD采样电路电路图。

图中，10-LDO稳压电路，20-发射光信号电路，30-主信号采样电路，40-外部环境光信号采样电路，50-差分放大电路，60-单片机AD采样电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参阅图1，为本实用新型差分消除光干扰电路的结构示意图。如图1所示，在本实用新型第一实施例提供的差分消除光干扰电路中，至少包括，通过电气连接的LDO稳压电路10、发射光信号电路20、主信号采样电路30、外部环境光信号采样电路40、差分放大电路50及单片机AD采样电路60，LDO稳压电路10分别与发射光信号电路20、主信号采样电路30、差分放大电路50及单片机AD采样电路60连接，外部环境光信号采样电路40分别与主信号采样电路30、差分放大电路50连接，发射光信号电路20、主信号采样电路30、差分放大电路50及单片机AD采样电路60依次连接。

图2是本实用新型差分消除光干扰电路中的LDO稳压电路电路图。如图2所示，LDO稳压电路10包括：三端稳压器U4的引脚1分别与电容C3的正极、电容C4的一端连接，三端稳压器U4的引脚3分别与电容C1的正极、电容C2的一端连接。LDO稳压电路作为对外部供电进行线性稳压，电压稳压至5V，对后端器件如发射光信号电路20、主信号采样电路30、外部环境光信号采样电路40、差分放大电路50及单片机AD采样电路60进行供电。在本实施例的一些可选的实现方式中，三端稳压器U4可以但是不限于为CJ78L05。CJ78L05是一个固定输出三端稳压器，它的1脚是电源输入端，2脚是接地端，3脚是稳压电压输出端。最高输入电压为35V，输出稳定在5V。

LDO(Low Dropout Linera Regulator)，为低压差线性稳压器。LDO是线性稳压器的一种，也是应用最广泛的一种稳压器件。线性稳压器内部由调整管、取样电阻、比较放大器组成。这里的调整管采用了在线性区域内运行的晶体管或FET，其原理是从输入电压中去除超额的电压，产生一个经过调整的输出电压。正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为PNP，这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV左右。使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。负输出LDO使用NPN作为传递器件，其运行模式与正输出LDO的PNP器件类似。LDO线性稳压器提供极低压差，具有快速瞬态响应和出色的线路和负载调整特性，并具有在有线/无线和音频系统、FPGA/DSP/μC电源，以及RF和仪器仪表领域的最终应用中增加性能价值的功能。

图3是本实用新型差分消除光干扰电路中的发射光信号电路、主信号采样电路、外部环境光信号采样电路、差分放大电路及单片机AD采样电路电路图。如图3所示，发射光信号电路20包括：发光二极管U5的负极与电阻R8的一端连接。U5为发光二极管，光源以红光/红外光为主，以自身发光光强辐射至光敏三极管U1，进行光电转换效应。发射光信号电路用于光电转换。

主信号采样电路30包括：光敏三极管U1的发射极与电阻R1的一端连接。主信号采样电路用于对自身发射光信号采集，把光电流转换为电压信号。U2为光敏三极管，其作用主要是对自身发射光信号采集，把光电流转换为电压信号，实现过程为光敏三极管U2接收到光电流信号i，i流过R1，i与R1乘积i×R1＝V1，即I-V，电流-电压转换的光电转换效应。

外部环境光信号采样电路40包括：光敏三极管U2的发射极与电阻R2的一端连接。外郜环境光信号采样电路用于采集到外部环境光时，会将光信号转换为电流信号。U2也是光触三极管。其主要作用是对外部环境光进行采样。当U2采集到外部环境光时，会将光信号转换为电流信号，电流信号再转换为电压信号(I-V转换，电流信号i×R2＝V2)。

差分放大电路50包括：运算放大器的U3的同相输入端分别与电阻R4的一端、电阻R6的一端连接，运算放大器的U3的反相输入端分别与电阻R3的一端、电阻R56的一端连接。差分放大电路用于将主信号采样电路与外郜环境光信号采样电路进行差分放大。差分放大电路50将自身光信号V1和外部环境光信号V2进行差分放大。即：(V1-V2)×(R5/R3)＝V3。在本实施例的一些可选的实现方式中，运算放大器的U3为LM358。LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

单片机AD采样电路60包括：单片机，单片机的MCU_ADC端口与电阻R7的一端连接。单片机AD采样电路用于对经过差分放大电路的信号进行处理或者使用。经过差分放大后的电压信号V3，信噪比较高，以该电压信号进入单片机，单片机ADC采样该电压信号，将该信号进行处理或使用。

本实施例的一些可选的实现方式中，单片机为51系列单片机、AVR单片机、PIC单片机、飞思卡尔单片机、TI系列单片机、三星单片机、NEC单片机、松下单片机、三菱单片机、瑞萨单片机、义隆单片机中的任何一种。本实施例中，单片机选为TI系列MSP430单片机，也可以根据实际需要选择其他符合要求的单片机。

本实用新型通过以上实施例的设计，其有益效果是：通过两路光信号进行采样，再将两路信号进行差分放大，其目的主要是为了保证采样信号成分只保留自身信号，去除外部环境光信号和其他嗓声信号，提高信噪比，保证自身信号的良好质量。可通过两路信号差分放大的方式对自身信号降噪放大，对外部环境光或其他无用信号进行别除。差分放大后的信号，信噪比高，可大大提高产品稳定性。

本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (10)

1.一种差分消除光干扰电路，其特征在于，包括：

通过电气连接的LDO稳压电路、发射光信号电路、主信号采样电路、外部环境光信号采样电路、差分放大电路及单片机AD采样电路，所述LDO稳压电路分别与所述发射光信号电路、所述主信号采样电路、所述差分放大电路及所述单片机AD采样电路连接，所述外部环境光信号采样电路分别与所述主信号采样电路、所述差分放大电路连接，所述发射光信号电路、所述主信号采样电路、所述差分放大电路及所述单片机AD采样电路依次连接。

2.根据权利要求1所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述LDO稳压电路包括：三端稳压器U4的引脚1分别与电容C3的正极、电容C4的一端连接，三端稳压器U4的引脚3分别与电容C1的正极、电容C2的一端连接。

3.根据权利要求1所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述发射光信号电路包括：发光二极管U5的负极与电阻R8的一端连接。

4.根据权利要求1所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述主信号采样电路包括：光敏三极管U1的发射极与电阻R1的一端连接。

5.根据权利要求1所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述外部环境光信号采样电路包括：光敏三极管U2的发射极与电阻R2的一端连接。

6.根据权利要求1所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述差分放大电路包括：运算放大器的U3的同相输入端分别与电阻R4的一端、电阻R6的一端连接，运算放大器的U3的反相输入端分别与电阻R3的一端、电阻R56的一端连接。

7.根据权利要求1所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述单片机AD采样电路包括：单片机，单片机的MCU_ADC端口与电阻R7的一端连接。

8.根据权利要求2所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述三端稳压器U4为CJ78L05。

9.根据权利要求6所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述运算放大器的U3为LM358。

10.根据权利要求7所述的差分消除光干扰电路，其特征在于，所述单片机为51系列单片机、AVR单片机、PIC单片机、飞思卡尔单片机、TI系列单片机、三星单片机、NEC单片机、松下单片机、三菱单片机、瑞萨单片机、义隆单片机中的任何一种。