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电磁检测电路方案、运放选型

  比赛场地是20kHZ的信号，使用LC并联谐振进行选频，放大电路放大，经过检波输出为直流信号，接入ADC。  

LC并联谐振

  LC并联谐振原理   LC并联谐振选频公式为：     看了不少报告、淘宝成品，基本用的都是：   10mH电感+6.8nF电容 严格来说，根据上述公式，将20kHZ代入，10mH应该对应6.33nF。 此外，电感和电容的Q值影响选频的精度，     Q 越大，振幅特性曲线越尖锐，在f=fo附近相频特性变化越快，选频性能越好。   另外，电感和电容的制造误差，会导致不对称的情况，有条件的话，最好人工选择参数较为一致的电感和电容。   以上两点，催生了淘宝上部分“天价电感”，声称高Q值，低误差等等… （顺带吐槽一下，虽然我也小白，但坚决不交这个智商税…是不是智商税也不重要，但一个评级如此高的比赛有这样完整的产业链，让人难受。每年变动不大的命题，各种祖传代码，只要你有钞能力，这就是"调参大赛" |ps：更喜欢电赛）   我购进了几款10mH电感，之后测试效果会发出来供大家参考。  

放大电路

  有两种方案： 1.三极管放大 2.运放放大   二者区别： 三极管频率响应有先天的优势，适合高频，但线性度不如运放，存在零漂、温漂。   运放可以构成深度负反馈，但频率响应差一些，当然，如果你有“钞能力”，这些都不是问题，又好又贵的运放一大把。   综上，现在没有人用三级管了，不过用来参考学习还是可以的。  

三极管放大

  翻看古董资料的时候，看到一篇《电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案》2010年组委会发布的，里面介绍的比较详细，我搬运一下：   感应电压只有几十个毫伏。在检测幅值之前必须进行有效的放大，放大倍数一般要大于 100 倍（40db）。   最简单的设计可以只是用一阶共射三极管放大电路就可以满足要求，如下图所示：     上图中放大后直接输出，只要保证单片机的 AD 采集速率大于 20kHz 的 5-10 倍，连续采集 5-10 个周期的电压信号（大约 100 数据左右），就可以直接从采集的数据中最大值减去最小值获得信号的峰峰值，峰峰值越大，表示距离导线越近。   我打算使用的是stc8a系列单片机，它的AD采样频率：     最大为800kHZ，完全够用了。 以上就是最简单的办法了。   稍微进化一下，加入检波电路：     上面电路D1和D2进行半波检波，输出部分 C4, R3 是进行滤波作用，输出即为直流，接入单片机ADC即可。  

使用运放放大

  组委会早期的文档中使用三极管方案而不用运放的原因写的很清楚，这部分原因也是我们选择运放的指标：    

我们没有使用运算放大器进行信号的放大，这主要由于常用到的运算放大器（op07, uF741, NJM4580, NJM072B, JNM2904 等等） 在 工作电源、输出范围、频率响应等方面不能够满足我们的要求。

 

（1）工作电源：一般运放需要正负供电电源，在车模电路设计中，往往无 法直接提供正负电源。 （2）输出范围：运放输出电压范围往往要比工作电源电压小 1-2V，这样就 大大限制了信号的范围。也有部分 CMOS 运放可以实现满工作电源的输出（Rail to Rail 输出），但是这类运放的频率响应不够。 （3）频率响应：普通的运放的频率响应特性由增益带宽乘积参数决定。该 参数一般在 1-5Mhz 左右，除了高速运放外。我们的信号频率为 20kHz，如果使 用增益带宽乘积参数为 1Mhz 的运放，它对于 20kHz 的最大增益已经减少到 50 倍左右了。此时，它的最大输出电压范围也会更加减少（主要受到输出电压转换 速率参数的影响）。此时运放电路增益已经不能够满足我们的需要。 如果使用运放进行信号的放大，需要仔细选择运放，使得它的工作参数能够 满足我们电路的需要。

  根据上述需求，我们列一下运放的需要注意的参数：  

• 单电源供电
• 必须是轨到轨运放
• 一般LC谐振的峰峰值为几mV，放大到V级别，至少能保证20kHz下，100倍增益不失真，也就是说，增益带宽积至少为2MHz。
• 由于输入只有几mV，运放的输入失调电压，应该尽量低。

 

下面列出几家智能车相关的淘宝店售卖的、部分队伍技术报告中出现的运放：

  以下均为轨到轨运放：         OPA2350，在智能车的相关店铺中比较常见，报告中也出现频繁，看参数是不错的选择。 OPA2350数据手册   OPA2340，零漂相较于OPA2350更小，但增益小一些，300倍也够用。 OPA2340数据手册   AD8629，低噪声、低漂移、低失调电压，但增益不是很高，如果所需增益在100倍左右，那么这个运放可以说是上表中参数最漂亮的了，当然，具体增益大小，需要实验。另外，有国产的替代IC：MS8629，价格更低，增益更高。 AD8629数据手册   OPA4377，在智能车店铺中有卖，性价比很高，它对应的双路运放型号为OPA2377，4路的型号价格更划算。 OPA4377数据手册   AD620，一款比较常见的仪放，外围电路非常简单，在前几年的技术报告中相当常见，除了最大增益偏低，其他各项参数都不错，但成本很高，我不打算使用。 AD620数据手册   TLV4316，在一篇设计报告中发现的，这个价格很吸引人，唯一的瑕疵是，失调电压最大值偏高。 TLV4316数据手册   INA2332，也是在一篇技术报告中发现，查阅手册时，发现失调电压有些高。 INA2332数据手册   给一点小建议，如果想多测试几种运放的话，最好选用双路通用运放，封装使用SOIC-8（这种封装的常用一些），这样打一块板子，可以测试多种运放。   在上表中，OPA2350、OPA2340、AD8629、TLV2316(TLV4316的双路型号)都可以使用同一块板子测试。  

MULTISM仿真

  打板前，用multism对OPA2350、OPA2340、OPA4377、AD8629做了仿真。   信号源：20kHz，峰峰值4mV 测试电路使用差分放大，2.5V偏置   OPA2350 100倍增益，效果良好:     OPA2350 1000倍增益，可以看到，设定1000倍增益下，这块运放依然坚挺，仅在低端出现了一点点的失真，效果很好：     OPA2340 仿真时，100倍增益就开始衰减了，设定300倍增益下，放大后理应峰峰值达到1.2V，结果只能到600mV，实际增益为150倍左右。     AD8629 带宽同样偏低，设定100倍增益时，实际增益只有75倍，设定300倍增益时，实际增益只有150倍。     OPA4377同样存在部分衰减，设定300倍增益时，实际增益为200倍左右。     从仿真效果上来看，OPA2350效果最佳，带宽超宽，20kHz下，可以达到1000倍增益，其余几款最大增益都被限制在200以内。   还有一款TLV4316，multism中没有模型，这款芯片带宽也挺宽的。（OPA2350是38M，TLV4316是10M）   OPA2350和TLV2316（TLV4316的双路型号）都是通用运放，可以互换。测试可以先测这两款。   其中TLV2316有国产替代型号：RS722，价格仅1.2￥/颗。 RS722有对应的更高带宽的型号，RS822，价格也不错。   个人比较偏向RS822，看参数很nice，价格是OPA2350的1/6。  

实际测试

  最终选用RS822，使用效果不错: 立创商城链接： https://item.szlcsc.com/249384.html   电感使用了几家的黑皮10mH电感，发现： 只要是同批次的电感，差别不会太大。   只要保持电感、电容对称和一致即可，“高Q值”效果并不明显。   如果这篇博文看到现在，就踏踏实实自己准备电感吧，不必花那份冤枉钱，天价电感不是神仙。   NXP恩智浦智能车四轮组-- 2.电磁检波电路、运放模块原理图： https://blog.csdn.net/weixin_44578655/article/details/106211508