news 2026/9/16 23:54:49

改进 MCP6S22 的单边检波功能的线性

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张小明

前端开发工程师

1.2k 24
文章封面图
改进 MCP6S22 的单边检波功能的线性

简 介：本文研究了MCP6S22单边放大检波电路的特性优化。针对原电路在150kHz导航信号检测中出现的非线性问题，通过降低耦合阻抗、调整输入通道电容电阻参数（电容从0.1μF增至10μF，电阻从10kΩ减至510Ω）改善了检波线性度。实验结果显示，修改后的小信号死区消失，输出信号与输入幅度呈现良好线性关系，但信号幅度有所降低。进一步通过增加510kΩ上拉电阻提供直流偏置后，检波特性进一步改善，在较大输入范围内保持线性，但小信号增益仍偏低。研究为高频信号检测精度的提升提供了有效解决方案。

关键词：MCP6S22，检波线性

提高MCP6S22检测线性特性

  • 使用MCP6S22检测导航信号特性测试

01MCP6S22的单边放大检波特性

一、背景

为了使用 MCP6S22实现高频信号测量， 前面设计了测试线路。 发现采集到采集信号输出与信号幅度之间有着较大的非线性。 这样就使得测量信号的精度大为降低了。 下面对测量电路进行改动， 探索一下提高检测电路线性度的方法。 从而最终提高对 150kHz 导航信号检测的精度。

二、对电路进行改动

下面对电路进行改动。 首先， 将原来的耦合RC电路进行改动。 减小其中的电阻， 增加对应的电容。 使得耦合阻抗降低， 期望能够改善检波线性特性。

接下来， 改变MCP6S22 信号输入通道的耦合电容和电阻。 原来耦合电容 使用的是 0.1微法的电容， 下来电阻为 10k 欧姆。 将电阻减小到 510 欧姆。 将电容增加到 10微法。 这样降低了 MCP6S22的输入阻抗。 下面测试一下这种改动对于检波线性的影响。

测量结果显示， 原来出现的小信号对应的死区没有了。 只是开始的时候， 信号检波增益较低。 后面， 输出直流信号基本上与信号幅度成正比了。 同样也能够看到， 由于负载电阻减小， 整体上信号幅度降低了一些。

▲ 图1.3.1 不同信号幅度与ADC数值
#!/usr/local/bin/python# -*- coding: gbk -*-#============================================================# TEST1.PY -- by Dr. ZhuoQing 2025-12-12## Note:#============================================================fromheadmimport*fromtsmodule.tsvisaimport*fromtsmodule.tsstm32import*vset=linspace(0,5,100)dg1062open(53)adcdim=[]forvinvset:dg1062volt(1,v)ispclearreceive()ispsend("adc")ispcopyreceive()time.sleep(.3)s=clipboard.paste().split('\r\n')printf(s)adc=int(s[2])adcdim.append(adc)tspsave("channel0",vset=vset,adcdim=adcdim)plt.plot(vset,adcdim,lw=3)plt.xlabel("Voltage(V)",color="steelblue",fontsize=24)plt.ylabel("ADC(N)",color="steelblue",fontsize=24)plt.grid(True,which='both',linestyle='--',alpha=0.7)plt.tight_layout()plt.show()#------------------------------------------------------------printf("\a")#------------------------------------------------------------# END OF FILE : TEST1.PY#============================================================
vset=[0.0000,0.0505,0.1010,0.1515,0.2020,0.2525,0.3030,0.3535,0.4040,0.4545,0.5051,0.5556,0.6061,0.6566,0.7071,0.7576,0.8081,0.8586,0.9091,0.9596,1.0101,1.0606,1.1111,1.1616,1.2121,1.2626,1.3131,1.3636,1.4141,1.4646,1.5152,1.5657,1.6162,1.6667,1.7172,1.7677,1.8182,1.8687,1.9192,1.9697,2.0202,2.0707,2.1212,2.1717,2.2222,2.2727,2.3232,2.3737,2.4242,2.4747,2.5253,2.5758,2.6263,2.6768,2.7273,2.7778,2.8283,2.8788,2.9293,2.9798,3.0303,3.0808,3.1313,3.1818,3.2323,3.2828,3.3333,3.3838,3.4343,3.4848,3.5354,3.5859,3.6364,3.6869,3.7374,3.7879,3.8384,3.8889,3.9394,3.9899,4.0404,4.0909,4.1414,4.1919,4.2424,4.2929,4.3434,4.3939,4.4444,4.4949,4.5455,4.5960,4.6465,4.6970,4.7475,4.7980,4.8485,4.8990,4.9495,5.0000]adcdim=[14.0000,15.0000,29.0000,25.0000,23.0000,29.0000,27.0000,29.0000,31.0000,33.0000,36.0000,43.0000,47.0000,52.0000,56.0000,60.0000,62.0000,63.0000,64.0000,73.0000,81.0000,89.0000,93.0000,95.0000,98.0000,108.0000,118.0000,124.0000,127.0000,132.0000,145.0000,155.0000,159.0000,168.0000,185.0000,191.0000,200.0000,218.0000,223.0000,239.0000,251.0000,255.0000,273.0000,286.0000,295.0000,316.0000,320.0000,342.0000,351.0000,366.0000,382.0000,390.0000,413.0000,419.0000,443.0000,448.0000,471.0000,480.0000,501.0000,511.0000,531.0000,543.0000,563.0000,575.0000,594.0000,607.0000,627.0000,640.0000,659.0000,673.0000,695.0000,705.0000,729.0000,739.0000,766.0000,772.0000,798.0000,809.0000,830.0000,846.0000,864.0000,885.0000,897.0000,922.0000,934.0000,957.0000,974.0000,991.0000,1011.0000,1025.0000,1050.0000,1064.0000,1085.0000,1105.0000,1120.0000,1145.0000,1158.0000,1179.0000,1200.0000,1213.0000]

三、增加偏置

对输入信号增加一个偏置， 通过 510k欧姆上拉电阻， 给 MCP6S22输入增加一个小的直流偏置。 查看一下对于检波输出是否有影响。

增加偏置之后， 检波特性出现了变化。 但是在信号小的情况下， 仍然检波增益较小。 超过一定幅度之后， 检波输出与信号幅度之间呈现比例关系。 后面， 也出现信号饱和 引起的输出变缓。

▲ 图1.4.1 增加偏置之后的检波结果：输入信号的幅度与检波之后的直流信号

四、改变信号增益

设置MCP6S22的增益为 32. 将输入耦合工字电感移开一点， 减小输入信号的幅度。 这样可以避免信号经过放大之后的饱和特性。 重新测量输入信号的幅度增加所带来的 ADC 转换的结果。

测量结果显示， 小信号开始的时候， 检波输出呈现比较大的增益。 但是，当输入信号在1V左右的时候， 出现了一个较大的奇怪反复。 在输出达到 1200 之后， 信号呈现了饱和特性。 这说明增加增益之后， 的确改善了初期的检波线性， 但在中间也出现了较大的增益波动。

▲ 图1.5.1 改变信号放大增益之后的输入信号与ADC之间的关系

接下来， 设置MCP6S22的增益为 16， 重新进行测试。 仍然在开始的时候出现了较大的波动。 信号比较大的时候， 也出现了两个阶段不同的检波增益。

▲ 图1.5.2 MCP6S22的增益为 16 对应的测量结果

※总结 ※

本文测试了 MCP6S22的检波特性。 为了改善它的检波线性， 对于电路进行了调整。 增加了耦合电容容量， 降低信号传递电阻。 检波的非线性有了一定的改善。 增加MCP6S22的增益， 对于小信号有了很大的改善。 但是，在中档幅度的信号的时候， 检波输出也出现了较大的反复。 这些现象背后的原理， 现在还是一个迷。

● 相关图表链接:

  • 图1.3.1 不同信号幅度与ADC数值
  • 图1.4.1 增加偏置之后的检波结果：输入信号的幅度与检波之后的直流信号
  • 图1.5.1 改变信号放大增益之后的输入信号与ADC之间的关系
  • 图1.5.2 MCP6S22的增益为 16 对应的测量结果
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