低噪声、远距离 PIR 传感器调节器电路

最新推荐文章于 2025-03-05 11:01:41 发布

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分类专栏：基础电路设计文章标签： PIR 传感器调节器电路 PIR 传感器低噪声

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1 简介

此两级放大器设计可对来自被动红外 (PIR) 传感器的信号进行放大和滤波。此电路包括多个低通和高通滤波器，可降低电路输出端的噪声，从而能够检测出远距离运动并减少误触发。此电路后跟一个窗口比较器电路，以生成数字输出或直接连接到模数转换器 (ADC) 输入端。

2 设计目标

2.1 交流增益

$Gac=90dB$

2.2 电源

$V_{cc}=5V$
$V_{ee}=0V$

2.3 截止频率

$f_{L}=0.7Hz$
$f_{H}=10Hz$

3 电路设计

根据设计目标，最终设计的电路结构和参数如下图：

注意事项：

对于共模电压和输出偏置电压，使用 R2 和 R3（以及 R7 和 R8）之间的电阻分压器进行设置
必须使用两个或更多个放大器级以能够有足够的环路增益
可以添加其他低通和高通滤波器以进一步降低噪声
电容器 C4 和 C8 通过减小电路带宽来过滤噪声，并帮助稳定放大器
需要使用放大器输出端的 RC 滤波器（例如，R6 和 C5）来降低放大器的总集成噪声
电路的最大增益会受滤波器截止频率的影响。可能需要调整截止频率以实现所需增益

4 设计计算

为低通滤波器选择高电容值电容器 C1、C5 和 C9。应首先选择这些电容器，因为与标准电阻器的值相比，高电容值电容器的可供选择的标准值有限

$C_{1}=C_{5}=C_{9}=10uF$

计算 R1、R6 和 R11 的电阻器值以构成低通滤波器

$R_{1}=R_{6}=R_{11}=\frac{1}{2*\pi *f_{H}*C_{1}} =\frac{1}{2*\pi *10 Hz*10uF} = 1.592k\Omega$

为高通滤波器选择 C2、C3、C6 和 C7 的电容器值

$C_{2}=C_{3}=C_{6}=C_{7}=33uF$

为高通滤波器计算 R4 和 R9 的电阻器值

$R_{4}=R_{9}=\frac{1}{2*\pi *f_{L}*C_{2}}=\frac{1}{2*\pi *0.7Hz*33uF}=6.89k\Omega \approx 6.81k\Omega$

使用分压器将放大器的共模电压设置为中位电压。分压器的等效电阻应该等于 R4，以正确设置高通滤波器的转角频率

$R_{2}=R_{3}=R_{7}=R_{8}=2*R_{4}=2*6.81k=13.62k\approx 13.7k$

计算每个增益级所需的增益以满足总增益需求。在两个增益级之间平均分配电路的总增益目标

$Gain = \frac{90dB}{2}=177.828\frac{V}{V}$

计算 R5 以设置第一级的增益

$R_{5}=(Gain -1)*R_{4}=(177.828 -1)*6.81k=1.204M\Omega\approx 1.2M\Omega$

计算 C4 以设置低通滤波器截止频率

$C_{4}=\frac{1}{2*\pi *R_{5}*f_{H}}=\frac{1}{2*\pi *1.2M*10H}=13.263nF\approx 15nF$

第一个增益级的增益和截止频率与第二个增益级相等，因此请将两个级的所有组件值设置为彼此相等

$R_{1}=R_{6}=5k$

$R_{7}=R_{8}=13.7k$

$R_{9}=R_{4}=6.81k$

$R_{10}=R_{5}=1.2M$

$C_{8}=C_{4}=15nF$

计算 R11 以设置电路输出端低通滤波器的截止频率

$R_{11}=\frac{1}{2*\pi *C_{9}*f_{H}}=\frac{1}{2*\pi *10uF*10H}=1.592k\approx 1.5k$

5 电路仿真

噪声仿真：

频域仿真：