本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种旋转体用地磁传感器低噪声信号处理电路。
背景技术
随着经济的飞速发展，道路建设的投资力度越来越大，但是由于道路建设的周期一般较长，其扩充远远跟不上车辆的急剧增长，从而使得交通状态日益恶化。为了改变这种现状，需要建立完善的交通监控系统，建立交通监控系统首当其冲是需要进行数据采集，而地磁传感器是数据采集的关键部分，地磁传感器的性能对数据采集的准确性起到决定性作用。然而，目前地磁传感器在测量磁信号时，很容易受到外界磁场环境的干扰，测量精度低。
技术实现要素：
本发明提供一种旋转体用地磁传感器低噪声信号处理电路，以解决目前地磁传感器很容易受到外界磁场环境的影响，测量精度低的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种旋转体用地磁传感器低噪声信号处理电路，包括依次连接的微处理器、置位复位电路、地磁传感器、前置放大电路和信号调理电路，所述微处理器通过所述置位复位电路按照对应周期对所述地磁传感器进行置位复位，以使所述地磁传感器输出对应周期的传感信号；
所述前置放大电路对所述传感信号进行前置放大处理；
所述信号调理电路对前置放大后的传感信号的放大倍数和信噪比进行调节，并基于调节后的放大倍数和信噪比对前置放大后的传感信号进行调理，以使调理后的传感信号与其后级模数转换器的模拟输入信号范围匹配。
在一种可选的实现方式中，所述置位复位电路包括模拟开关和功率mosfet，所述微处理器的输出端连接所述模拟开关的输入端，用于向所述模拟开关提供对应置位脉冲，所述模拟开关的输出端连接所述功率mosfet的输入端连接，所述功率mosfet的输出端与所述地磁传感器的置位复位端连接，用于向所述地磁传感器提供对应置位脉冲。
在另一种可选的实现方式中，所述微处理器的输出端通过第八电阻连接所述模拟开关的输入端，所述模拟开关的电源端连接电源vcc、第十二电容的第一端以及第十三电容的第一端，所述模拟开关的接地端接地，所述第十二电容的第二端和第十三电容的第二端接地。
在另一种可选的实现方式中，所述功率mosfet为包括n、p双沟道的hexfet系列功率mosfet，其中两个功率mosfet的门极，作为输入端，分别与所述模拟开关的输出端连接，两个功率mosfet的漏极，作为输出端，通过第十五电容与所述地磁传感器的置位复位端连接，n沟道功率moset的源极接地，p沟道功率mosfet的源极连接第十四电容的第一端，所述第十四电容的第一端通过第九电阻连接电源vcc，第二端接地。
在另一种可选的实现方式中，所述地磁传感器的电源端分别连接第十六电容、第十七电容和第十电阻的第一端，所述第十六电容和第十七电容的第二端接地，所述第十电阻的第二端连接电源vcc。
在另一种可选的实现方式中，所述前置放大电路包括前置放大器，所述地磁传感器输出的第一差分传感信号通过第二电阻连接所述前置放大器的同相输入端，所述地磁传感器输出的第二差分传感信号通过第三电阻连接所述前置放大器的反相输入端，所述同相输入端通过第一电容连接所述反相输入端，所述前置放大器的第一偏置调节端通过第一电阻连接其第二偏置调节端，所述前置放大器的正电源端分别连接接地的第二电容、接地的第三电容和正电源vcc，负电源端分别连接接地的第四电容、第五电容和负电源vee，输出端输出前置放大后的传感信号。
在另一种可选的实现方式中，所述信号调理电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接第四电阻的第二端，所述第四电阻的第一端用于输入前置放大后的传感信号，第二端通过第六电容接地，所述第一运算放大器的反相输入端连接第五电阻的第一端，所述第五电阻的第一端还通过第六电阻连接所述第一运算放大器的输出端，并通过第十一电容连接所述第一运算放大器的输出端，所述第五电阻的第二端接地，所述第一运算放大器的正电源端分别连接接地的第九电容、接地的第十电容和正电源vcc，负电源端分别连接接地的第七电容、接地的第八电容和负电源vee。
在另一种可选的实现方式中，所述信号调理电路还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第一运算放大器的输出端，反相输入端连接其输出端，所述第二运算放大器的输出端输出调理后的传感信号。
在另一种可选的实现方式中，通过调节所述第一电阻的阻值，对所述前置放大电路的放大倍数进行调节。
在另一种可选的实现方式中，通过调节所述第五电阻和第六电阻的阻值，对前置放大后的传感信号的放大倍数进行调节；通过设置所述第十一电容，对所述第十一电容的容值进行调节，对前置放大后的传感信号的信噪比进行调节。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置微处理器和置位复位电路，对地磁传感器按照对应周期进行置位复位，可以使地磁传感器输出的传感信号的周期与后级模数转换器的可精确处理信号周期范围匹配；通过设置前置放大电路和信号调理电路，对地磁传感器输出的传感信号的放大倍数和信噪比进行调理，可以使地磁传感器输出的传感信号的幅值与后级模数传感器的可精确处理信号幅值范围匹配，从而可以使模数转换器转换得到信噪比较高的数字信号，提高地磁测量精度；另外，本发明在对地磁传感器输出的传感信号进行放大处理时，采用前置放大电路和信号调理电路两个电路，而非仅采用一个电路，这样可以增大传感信号放大倍数的可调范围，即增大传感信号的幅值可调范围，使调理后的传感信号的幅值更容易与后级模数转换器的可精确处理信号幅值范围相匹配；
2、本发明通过在微处理器与模拟开关的输入端之间设置第八电阻，可以起到限流和阻抗匹配的作用；通过使模拟开关的电源端与接地端之间分别设置第十二电容和第十三电容，可以向模拟开关的电源端提供储能并进行电源滤波；通过使功率mosfet外接第九电阻和第十四电容，第九电阻和第十四电容形成充放电电路，为p沟道功率mosfet的源极供电，起到储能以及隔离电源系统干扰的作用；通过设置第十五电容，可以隔直通交，准确地为地磁传感器提供置位复位所需的脉冲电流；
3、本发明通过使地磁传感器的电源端外接第十六电容、第十七电容和第十电阻，在地磁传感器所接电源具有较大纹波或噪声时，该rc组合可以有效降低电源噪声对地磁传感器的影响；
4、本发明通过在前置放大电路中设置第二电阻、第三电阻和第一电容，可以实现差分输入滤波；通过在前置放大电路中设置第一电阻，可以对前置放大电路的放大倍数进行调节；通过在前置放大电路中设置第二电容和第三电容，可以向前置放大器的正电源端提供储能并对提供的正电源进行滤波；通过在前置放大电路中设置第四电容和第五电容，可以向前置放大器的负电源端提供储能并对提供的负电源进行滤波；
5、本发明通过在信号调理电路中设置第四电阻和第六电容，第四电阻和第六电容构成低通滤波电路，可以对信号调理电路的输入信号进行滤波；本发明在信号调理电路中通过调节所述第五电阻和第六电阻的阻值，可以对前置放大后的传感信号的放大倍数进行调节；通过设置第十一电容，对第十一电容c11的容值进行调节，可以对前置放大后的传感信号的信噪比进行调节；本发明通过设置第九电容和第十电容，可以对信号调理电路的正电源端提供储能并对提供的正电源进行滤波；通过设置第七电容和第八电容，可以对信号调理电路的负电源端提供储能并对提供的负电源进行滤波；另外，本发明通过在信号调理电路中设置第二运算放大器，将第二运算放大器的输出端与输入端直接连接，形成一个电压跟随器，可以实现信号调理电路与后级模数转换器之间的阻抗匹配；
6、本发明通过对置位复位电路、地磁传感器、前置放大电路和信号调理电路的外围电路进行设计，可以降低外界磁场环境对地磁传感器传感信号检测造成的影响。
附图说明
图1是本发明旋转体用地磁传感器低噪声信号处理电路的一个实施例电路方框图；
图2是图1中置位复位电路的一个实施例电路图；
图3是图1中地磁传感器的一个实施例电路图；
图4是图1中前置放大电路的一个实施例电路图；
图5是图1中信号调理电路的一个实施例电路图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参见图1，为本发明旋转体用地磁传感器低噪声信号处理电路的一个实施例电路方框图。该旋转体用地磁传感器低噪声信号处理电路可以包括依次连接的微处理器110、置位复位电路120、地磁传感器130、前置放大电路140和信号调理电路150，所述微处理器110通过所述置位复位电路120按照对应周期对所述地磁传感器130进行置位复位，以使所述地磁传感器130输出对应周期的传感信号；所述前置放大电路140对所述传感信号进行前置放大处理；所述信号调理电路150对前置放大后的传感信号的放大倍数和信噪比进行调节，并基于调节后的放大倍数和信噪比对前置放大后的传感信号进行调理，以使调理后的传感信号与其后级模数转换器的模拟输入信号范围匹配。
经申请人研究发现，当地磁传感器将检测到的传感信号直接传输给后级模数转换器进行处理时，由于后级模数传感器存在可精确处理的模拟输入信号范围，根据周期特性，对应地后级模数传感器存在可精确处理信号周期范围，根据幅值特性，对应地后级模数传感器存在可精确处理信号幅值范围，地磁传感器按其自身频率检测到的传感信号的周期与后级模数传感器的可精确处理信号周期范围可能并不匹配，因此模数转换器转换得到的数字信号的信噪比将较低，从而导致地磁测量精度较低。
本实施例中，为了保证调理后的传感信号与其后级模数转换器的模拟输入信号范围匹配，微处理器110在通过置位复位电路120控制地磁传感器130置位复位时，可以根据模数转换器的可精确处理信号周期范围，来确定微处理器110向置位复位电路120提供的置位脉冲的周期。本发明通过设置微处理器和置位复位电路，对地磁传感器按照对应周期进行置位复位，可以使地磁传感器输出的传感信号的周期与后级模数转换器的可精确处理信号周期范围匹配；通过设置前置放大电路和信号调理电路，对地磁传感器输出的传感信号的放大倍数和信噪比进行调理，可以使地磁传感器输出的传感信号的幅值与后级模数传感器的可精确处理信号幅值范围匹配，从而可以使模数转换器转换得到信噪比较高的数字信号，提高地磁测量精度。另外，本发明在对地磁传感器输出的传感信号进行放大处理时，采用前置放大电路和信号调理电路两个电路，而非仅采用一个电路，这样可以增大传感信号放大倍数的可调范围，即增大传感信号的幅值可调范围，使调理后的传感信号的幅值更容易与后级模数转换器的可精确处理信号幅值范围相匹配。
结合图2所示，所述置位复位电路120可以包括模拟开关u3和功率mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)u4，所述微处理器110的输出端连接所述模拟开关u3的输入端，用于向所述模拟开关u3提供对应置位脉冲armresetpulse，所述模拟开关u3的输出端连接所述功率mosfetu4的输入端连接，用于向功率msfetu4提供对应置位脉冲restpulse，所述功率mosfetu4的输出端与所述地磁传感器130的置位复位端，即图3中地磁传感器u5的置位复位端s/r+(ab)和s/r+(c)连接，用于向所述地磁传感器130提供对应置位脉冲magrestpulse。具体地，所述微处理器110的输出端通过第八电阻r8连接所述模拟开关u3的输入端in，所述模拟开关u3的电源端vdd连接电源vcc、第十二电容c12的第一端以及第十三电容c13的第一端，所述模拟开关u3的接地端gnd接地，所述第十二电容c12的第二端和第十三电容c13的第二端接地。所述功率mosfetu4可以为包括n、p双沟道的hexfet系列功率mosfet，其中两个功率mosfet的门极g1和g2，作为输入端，分别与所述模拟开关u3的输出端连接，用于接收对应置位脉冲resetpulse，两个功率mosfet的漏极d1和d2，作为输出端，通过第十五电容c15与所述地磁传感器120的置位复位端连接，用于输出对应置位脉冲magresetpulse，n沟道功率moset的源极s1接地，p沟道功率mosfet的源极s2连接第十四电容c14的第一端，所述第十四电容c14的第一端通过第九电阻r9连接电源vcc，第二端接地。
其中，本发明通过在微处理器与模拟开关的输入端之间设置第八电阻，可以起到限流和阻抗匹配的作用；通过使模拟开关的电源端与接地端之间分别设置第十二电容和第十三电容，可以向模拟开关的电源端提供储能并进行电源滤波；通过使功率mosfet外接第九电阻和第十四电容，第九电阻和第十四电容形成充放电电路，为p沟道功率mosfet的源极供电，起到储能以及隔离电源系统干扰的作用；通过设置第十五电容，可以隔直通交，准确地为地磁传感器提供置位复位所需的脉冲电流。
结合图3所示，所述地磁传感器u5的电源端vb分别连接第十六电容c16、第十七电容c17和第十电阻r10的第一端，所述第十六电容c16和第十七电容c17的第二端接地，所述第十电阻r10的第二端连接电源vcc。地磁传感器u5的置位复位端s/r+(ab)和s/r+(c)用于接收对应置位脉冲magresetpulse，第一差分输出端a_out+输出第一差分传感信号，第二差分输出端a_out-输出第二差分传感信号。本发明通过使地磁传感器的电源端外接第十六电容、第十七电容和第十电阻，在地磁传感器所接电源具有较大纹波或噪声时，该rc组合可以有效降低电源噪声对地磁传感器的影响。其中，第十电阻r10可以根据电源噪声大小进行选择，可以取47ω，第十六电容c16可以采用低esr(equivalentseriesresistance，等效串联电阻)和esl(equivalentseriesinductance，等效串联电感)的钽电解电容，容值可以取10uf；第十七电容c17可以采用0.1uf的多层片状陶瓷电容。本发明通过对第十电阻的阻值以及第十六电容和第十七电容的进行选型，可以进一步降低电源噪声对地磁传感器的影响。另外，现有的地磁传感器主要为磁敏和磁阻两种，磁阻传感器以低成本、高灵敏度、响应速度快、功耗低和高可靠性等优势应用广泛，特别是在测量弱磁场以及基于弱磁场的地磁导航、数字智能罗盘、位置测量等方面，磁阻传感器具有更显著的优越性。磁阻传感器在测量磁信号时，尤其容易受到外界磁场环境的干扰，因此本发明尤其适用于三轴磁阻传感器检测到的传感信号的处理。
结合图4所示，所述前置放大电路140可以包括前置放大器u2，所述地磁传感器u5输出的第一差分传感信号mag_x+通过第二电阻r2连接所述前置放大器u2的同相输入端，所述地磁传感器u5输出的第二差分传感信号mag_x-通过第三电阻r3连接所述前置放大器u2的反相输入端，所述同相输入端通过第一电容c1连接所述反相输入端，所述前置放大器u2的第一偏置调节端通过第一电阻r1连接其第二偏置调节端，所述前置放大器u2的正电源端分别连接接地的第二电容c2、接地的第三电容c3和正电源vcc，负电源端分别连接接地的第四电容c4、第五电容c5和负电源vee，输出端输出前置放大后的传感信号mx1。本发明通过在前置放大电路中设置第二电阻、第三电阻和第一电容，可以实现差分输入滤波；通过在前置放大电路中设置第一电阻，可以对前置放大电路的放大倍数进行调节；通过在前置放大电路中设置第二电容和第三电容，可以向前置放大器的正电源端提供储能并对提供的正电源进行滤波；通过在前置放大电路中设置第四电容和第五电容，可以向前置放大器的负电源端提供储能并对提供的负电源进行滤波。
结合图5所示，所述信号调理电路150可以包括第一运算放大器u1a，所述第一运算放大器u1a的同相输入端连接第四电阻r4的第二端，所述第四电阻r4的第一端用于输入前置放大后的传感信号mx1，第二端通过第六电容c6接地，所述第一运算放大器u1a的反相输入端连接第五电阻r5的第一端，所述第五电阻r5的第一端还通过第六电阻r6连接所述第一运算放大器u1a的输出端，并通过第十一电容c11连接所述第一运算放大器u1a的输出端，所述第五电阻r5的第二端接地，所述第一运算放大器u1a的正电源端分别连接接地的第九电容c9、接地的第十电容c10和正电源vcc，负电源端分别连接接地的第七电容c7、接地的第八电容c8和负电源vee。所述信号调理电路150还可以包括第二运算放大器u1b，所述第二运算放大器u1b的同相输入端连接所述第一运算放大器u1a的输出端，反相输入端连接其输出端，所述第二运算放大器u1b的输出端输出调理后的传感信号mx3。
其中，本发明通过在信号调理电路中设置第四电阻r4和第六电容c4，第四电阻r4和第六电容c6构成低通滤波电路，可以对信号调理电路的输入信号进行滤波；本发明在信号调理电路中通过调节所述第五电阻r5和第六电阻r6的阻值，可以对前置放大后的传感信号的放大倍数进行调节；通过设置第十一电容c11，对第十一电容c11的容值进行调节，可以对前置放大后的传感信号的信噪比进行调节；本发明通过设置第九电容和第十电容，可以对信号调理电路的正电源端提供储能并对提供的正电源进行滤波；通过设置第七电容和第八电容，可以对信号调理电路的负电源端提供储能并对提供的负电源进行滤波。另外，本发明通过设置第二运算放大器，将第二运算放大器的输出端与输入端直接连接，形成一个电压跟随器，可以实现信号调理电路与后级模数转换器之间的阻抗匹配。
为了保证调理后的传感信号与后级模数转换器的模拟输入信号范围匹配，本发明新增了置位复位电路、前置放大电路和信号调理电路，本发明通过对置位复位电路、地磁传感器、前置放大电路和信号调理电路的外围电路进行设计，可以降低外界磁场环境对地磁传感器传感信号检测造成的影响。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。