本發(fā)明屬于激光語音還原技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PSD的激光語音還原的方法及電路。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有的激光語音還原系統(tǒng)電路多采用離散型位置探測器采集激光位置信號?，F(xiàn)有技術(shù)具有精度低，處理電流信號少，缺乏濾波或濾波不夠徹底的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種基于PSD的激光語音還原的方法及電路，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)存在的精度低，處理電流信號少，缺乏濾波或濾波不夠徹底的問題。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種基于PSD的激光語音還原的方法，該基于PSD的激光語音還原的方法包括以下步驟：PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊的設(shè)計；流壓變換電路模塊的設(shè)計；差分放大電路模塊的設(shè)計。進(jìn)一步，PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊的設(shè)計的具體步驟為：噪聲分析模型；PSD參數(shù)的確定。進(jìn)一步，噪聲分析模型的具體方法為：Io為光電流，ID為暗電流，Rie為極間電阻，Cj為結(jié)電容，互相并聯(lián)后接地，構(gòu)成PSD模型，連接等效噪聲輸入電容的運算放大器in；Rf為反饋電阻，Cf為反饋電容，組成的并聯(lián)電路一端接于PSD和等效噪聲輸入電容的運算放大器in之間，另一端接于運放輸出端；in為等效噪聲輸入電容的運算放大器，連接等效噪聲輸入電壓的運算放大器En后接地，與反饋電阻Rf，反饋電容Cf構(gòu)成流壓轉(zhuǎn)換電路模型；Vo為輸出電壓。進(jìn)一步，PSD參數(shù)的確定的具體方法為：輸出電壓Vo＝﹣Io·Rf，為了保證PSD測量精度，必須使兩路信號輸出盡可能一致，因此電阻采用高精度的無色環(huán)電阻，由于PSD的內(nèi)阻較大(S3931內(nèi)阻約為50K)，在電路中Rf的取值不能太大，Rf的取值過大時，容易產(chǎn)生振蕩，在此Rf選用典型值50K，使信號放大到mV級，確定反饋電阻Rf；同時在電路的設(shè)計中，還要在反饋回路上加上電容，小電容稱為移相電容，防止運放自激的一般取0點幾皮法到幾十皮法，由于在此系統(tǒng)中運放是工作在音頻300HZ到3400HZ之間的，也可以起到濾波濾除高頻噪聲，取值根據(jù)：防止振蕩Rf和運放的輸入電容及雜散電容形成極點，如果該極點在運放使用的頻率范圍內(nèi)就可能使運放產(chǎn)生振蕩；加入Cf后，Cf和Rf產(chǎn)生零點，用來抵消極點，在這里Cf取值為10pF，并用溫度補償型的陶瓷電容，確定反饋電容Cf。進(jìn)一步，流壓變換電路模塊設(shè)計的具體步驟為：第一步，完成運放和電源電壓的選擇；第二步，完成流壓變換電路的基本設(shè)計和噪聲計算；第三步，對基本設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化；第四步，確定流壓變換電路的總體設(shè)計電路。進(jìn)一步，第一步的具體步驟為：運放的選擇：對于光電傳感的微弱信號處理，必須選擇低噪聲低偏置電流，輸入阻抗大的運放，根據(jù)OP07，AD823，AD704的參數(shù)，由于對該系統(tǒng)是交流信號進(jìn)行處理，應(yīng)選用雙電源供電的運放，選用AD704作為主運放，因為它只有1/20的OP07輸入偏置電流,且不需要常用平衡電阻，典型噪聲為OP07的1/5,這使得AD704可用具有更高的源阻抗，AD704集成式差分輸出緩沖放大器，可將單端輸入信號轉(zhuǎn)換為具有高輸出驅(qū)動能力的一對平衡輸出信號；電源電壓的確定：輸出信號進(jìn)行測試，其振幅約為4.6Vpp,所以即使考慮到運放內(nèi)部晶體管的損耗，電源電壓有5V足夠了，不過還應(yīng)該考慮到運放用電源(AD704Vs：±2.5V到±18V，典型值為±13.5V)，根據(jù)共模輸入電壓限制與電源電壓的曲線，將電源電壓取為常用的±12V。進(jìn)一步，第二步的流壓變換電路的基本設(shè)計的具體步驟為：輸入電流進(jìn)入運放的反相輸入端，同相輸入端接地；反饋電阻Rf，反饋電容Cf構(gòu)成并聯(lián)電路接于運放輸出端與反相輸入端之間，總體電路中：反饋電阻Rf的確定：輸出電壓Vo＝﹣Io·Rf，為了保證PSD測量精度，必須使兩路信號輸出盡可能一致，因此電阻采用高精度的無色環(huán)電阻，由于PSD的內(nèi)阻較大(S3931內(nèi)阻約為50K)，在電路中Rf的取值不能太大，Rf的取值過大時，容易產(chǎn)生振蕩，在此Rf選用典型值50K，使信號放大到mV級，反饋電容Cf的確定：同時在電路的設(shè)計中，還要在反饋回路上加上電容，該小電容稱為移相電容，防止運放自激的一般取0點幾皮法到幾十皮法，由于在此系統(tǒng)中運放是工作在音頻300HZ到3400HZ之間的，也可以起到濾波濾除高頻噪聲，取值根據(jù)：防止振蕩Rf和運放的輸入電容及雜散電容形成極點，如果該極點在運放使用的頻率范圍內(nèi)就可能使運放產(chǎn)生振蕩；加入Cf后，Cf和Rf產(chǎn)生零點，用來抵消極點，在這里Cf取值為10pF，并用溫度補償型的陶瓷電容。進(jìn)一步，噪聲電流的計算方法為：Vo為輸出電壓，假設(shè)流壓轉(zhuǎn)換電路中的反饋電阻遠(yuǎn)大于PSD的極間電阻Rie,此時，因為1/Rf與1/Rie相比足夠小，可以忽略；散粒噪聲電流源自光電流和暗電流，大小為其中：q：電子電荷常量(1.60×10-19C)；Io：信號光電流(A)；ID：暗電流(A)；B：帶寬(HZ)；熱噪聲電流(約翰遜噪聲電流)Ij來自電極間的電阻，這可以被忽略,因為Rsh>>Rie，大小為：其中：k:玻耳茲曼常量；T:絕對溫度Rie:電極間電阻；等效噪聲輸入電壓的運算放大器電流噪聲Ien；其中：En:等效噪聲輸入電壓的運算放大器(V/Hz1/2)綜合上述三個方程知，PSD噪聲電流可以表達(dá)為如下的一個均方根：如果Rf不能被忽略，那么等效噪聲輸出電壓必須被考慮，在這種情況下，方程可轉(zhuǎn)換為如下：熱噪聲從反饋電阻和等效噪聲輸入電流的運算放大器也可變換,如下所示：最終等效噪聲輸入電壓的運算放大器由以下方程表示為一個均方根值：本發(fā)明的目的在于提供一種基于PSD的激光語音還原的電路，該基于PSD的激光語音還原的電路包括：PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊、流壓變換電路模塊、差分放大電路模塊；用于間接得到玻璃振動振幅的相對值并產(chǎn)生強弱變化的電流信號的PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊；用于對PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊輸出的兩路微弱電流信號分別進(jìn)行流壓轉(zhuǎn)換的流壓變換電路模塊，連接PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊；用于將兩路信號進(jìn)行差分同時主放大以及濾波的差分放大電路模塊，連接流壓變換電路模塊，使得信號幅值達(dá)到3V左右，便于后端信號的采集，實現(xiàn)激光語音信號的還原。進(jìn)一步，PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊的具體連接為：U1A為運放AD704，接±12V電源，+12V電源端通過由10pF小電容C9和10uF的大電容C15接地，-12V電源端通過由10pF小電容C10和10uF的大電容C16接地，反相輸入端輸入電流，同相輸入端接地，輸出端通過50Ω的電阻R11和5000pF的電容C12接地，50KΩ的反饋電阻R1和10pF的反饋電容C1構(gòu)成的并聯(lián)電路一端接輸出端，另一端接反相輸入端，10pF的濾波電容C11接于U1A的反相輸入端與輸出端之間；U1D為運放AD704，反相輸入端輸入電流，同相輸入端接地，輸出端通過50Ω的電阻R12和5000pF的電容C14接地，50KΩ的反饋電阻R4和10pF的反饋電容C2構(gòu)成的并聯(lián)電路一端接輸出端，另一端接反相輸入端，10pF的濾波電容C13接于U1D的反相輸入端與輸出端之間；U1B為運放AD704，同相輸入端通過1KΩ的電阻R8接地，通過1KΩ的電阻R7接R11，反相輸入端通過1KΩ的電阻R2接輸出端，通過1KΩ的電阻R3接R12，構(gòu)成加法電路，輸出端接CN1；U1C為運放AD704，同相輸入端通過1KΩ的電阻R10接地，反相輸入端通過1KΩ的電阻R5接輸出端，通過1KΩ的電阻R6接R11，通過1KΩ的電阻R9接R12，構(gòu)成加法電路，輸出端接CN2；TPA，TPB為輸入端，TP1，TP2為流壓轉(zhuǎn)換后的輸出端，TP3,TP4分別為進(jìn)行加法和減法之后信號的輸出端。本發(fā)明提供的基于PSD的激光語音還原的方法及電路，通過流壓變換電路模塊采用四路低噪聲、低偏置電流的運放AD704，可同時完成兩路電流信號I-V轉(zhuǎn)化、加法與減法，可以消除電源線路“嗡嗡”聲、RF干擾、壓降以及長音頻電纜線路經(jīng)常遇到的其它外來噪聲，從而有助于保持音頻系統(tǒng)的聲波品質(zhì)；通過流壓變換電路模塊利用RC網(wǎng)絡(luò)結(jié)合AD704實現(xiàn)信號的濾波，提高了信號質(zhì)量；通過差分放大電路模塊采用AD8274，完成了兩路電壓信號的差分放大。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例提供的基于PSD的激光語音還原的方法的流程圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的基于PSD的激光語音還原電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的噪音分析模型示意圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的流壓轉(zhuǎn)換基本原理圖；圖5是本發(fā)明實施例提供的共模輸入電壓與電源電壓曲線圖；圖6是本發(fā)明實施例提供的流壓轉(zhuǎn)換基本設(shè)計電路；圖7是本發(fā)明實施例提供的基于PSD的激光語音還原的方法電路的流壓轉(zhuǎn)換優(yōu)化設(shè)計電路圖；圖8是本發(fā)明實施例提供的電源去耦電容設(shè)計電路圖；圖9是本發(fā)明實施例提供的流壓變換電路模塊的電路示意圖；圖中：1、PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊；2、流壓變換電路模塊；3、差分放大電路模塊。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖1示出了本發(fā)明提供的基于PSD的激光語音還原的方法的流程。為了便于說明，僅僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。本發(fā)明的基于PSD的激光語音還原的方法，該基于PSD的激光語音還原的方法包括以下步驟：PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊的設(shè)計；流壓變換電路模塊的設(shè)計；差分放大電路模塊的設(shè)計。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊的設(shè)計的具體步驟為：噪聲分析模型；PSD參數(shù)的確定。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，噪聲分析模型的具體方法為：Io為光電流，ID為暗電流，Rie為極間電阻，Cj為結(jié)電容，互相并聯(lián)后接地，構(gòu)成PSD模型，連接等效噪聲輸入電容的運算放大器in；Rf為反饋電阻，Cf為反饋電容，組成的并聯(lián)電路一端接于PSD和等效噪聲輸入電容的運算放大器in之間，另一端接于運放輸出端；in為等效噪聲輸入電容的運算放大器，連接等效噪聲輸入電壓的運算放大器En后接地，與反饋電阻Rf，反饋電容Cf構(gòu)成流壓轉(zhuǎn)換電路模型；Vo為輸出電壓。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，PSD參數(shù)的確定的具體方法為：輸出電壓Vo＝﹣Io·Rf，為了保證PSD測量精度，必須使兩路信號輸出盡可能一致，因此電阻采用高精度的無色環(huán)電阻，由于PSD的內(nèi)阻較大(S3931內(nèi)阻約為50K)，在電路中Rf的取值不能太大，Rf的取值過大時，容易產(chǎn)生振蕩，在此Rf選用典型值50K，使信號放大到mV級，確定反饋電阻Rf；同時在電路的設(shè)計中，還要在反饋回路上加上電容，小電容稱為移相電容，防止運放自激的一般取0點幾皮法到幾十皮法，由于在此系統(tǒng)中運放是工作在音頻300HZ到3400HZ之間的，也可以起到濾波濾除高頻噪聲，取值根據(jù)：防止振蕩Rf和運放的輸入電容及雜散電容形成極點，如果該極點在運放使用的頻率范圍內(nèi)就可能使運放產(chǎn)生振蕩；加入Cf后，Cf和Rf產(chǎn)生零點，用來抵消極點，在這里Cf取值為10pF，并用溫度補償型的陶瓷電容，確定反饋電容Cf。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，流壓變換電路模塊設(shè)計的具體步驟為：第一步，完成運放和電源電壓的選擇；第二步，完成流壓變換電路的基本設(shè)計和噪聲計算；第三步，對基本設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化；第四步，確定流壓變換電路的總體設(shè)計電路。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，第一步的具體步驟為：運放的選擇：對于光電傳感的微弱信號處理，必須選擇低噪聲低偏置電流，輸入阻抗大的運放，根據(jù)OP07，AD823，AD704的參數(shù)，由于對該系統(tǒng)是交流信號進(jìn)行處理，應(yīng)選用雙電源供電的運放，選用AD704作為主運放，因為它只有1/20的OP07輸入偏置電流,且不需要常用平衡電阻，典型噪聲為OP07的1/5,這使得AD704可用具有更高的源阻抗，AD704集成式差分輸出緩沖放大器，可將單端輸入信號轉(zhuǎn)換為具有高輸出驅(qū)動能力的一對平衡輸出信號；電源電壓的確定：輸出信號進(jìn)行測試，其振幅約為4.6Vpp,所以即使考慮到運放內(nèi)部晶體管的損耗，電源電壓有5V足夠了，不過還應(yīng)該考慮到運放用電源(AD704Vs：±2.5V到±18V，典型值為±13.5V)，根據(jù)共模輸入電壓限制與電源電壓的曲線，將電源電壓取為常用的±12V。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，第二步的流壓變換電路的基本設(shè)計的具體步驟為：輸入電流進(jìn)入運放的反相輸入端，同相輸入端接地；反饋電阻Rf，反饋電容Cf構(gòu)成并聯(lián)電路接于運放輸出端與反相輸入端之間，總體電路中：反饋電阻Rf的確定：輸出電壓Vo＝﹣Io·Rf，為了保證PSD測量精度，必須使兩路信號輸出盡可能一致，因此電阻采用高精度的無色環(huán)電阻，由于PSD的內(nèi)阻較大(S3931內(nèi)阻約為50K)，在電路中Rf的取值不能太大，Rf的取值過大時，容易產(chǎn)生振蕩，在此Rf選用典型值50K，使信號放大到mV級，反饋電容Cf的確定：同時在電路的設(shè)計中，還要在反饋回路上加上電容，該小電容稱為移相電容，防止運放自激的一般取0點幾皮法到幾十皮法，由于在此系統(tǒng)中運放是工作在音頻300HZ到3400HZ之間的，也可以起到濾波濾除高頻噪聲，取值根據(jù)：防止振蕩Rf和運放的輸入電容及雜散電容形成極點，如果該極點在運放使用的頻率范圍內(nèi)就可能使運放產(chǎn)生振蕩；加入Cf后，Cf和Rf產(chǎn)生零點，用來抵消極點，在這里Cf取值為10pF，并用溫度補償型的陶瓷電容。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，噪聲電流的計算方法為：Vo為輸出電壓，假設(shè)流壓轉(zhuǎn)換電路中的反饋電阻遠(yuǎn)大于PSD的極間電阻Rie,此時，因為1/Rf與1/Rie相比足夠小，可以忽略；散粒噪聲電流源自光電流和暗電流，大小為其中：q：電子電荷常量(1.60×10-19C)；Io：信號光電流(A)；ID：暗電流(A)；B：帶寬(HZ)；熱噪聲電流(約翰遜噪聲電流)Ij來自電極間的電阻，這可以被忽略,因為Rsh>>Rie，大小為：其中：k:玻耳茲曼常量；T:絕對溫度Rie:電極間電阻；等效噪聲輸入電壓的運算放大器電流噪聲Ien；其中：En:等效噪聲輸入電壓的運算放大器(V/Hz1/2)綜合上述三個方程知，PSD噪聲電流可以表達(dá)為如下的一個均方根：如果Rf不能被忽略，那么等效噪聲輸出電壓必須被考慮，在這種情況下，方程可轉(zhuǎn)換為如下：熱噪聲從反饋電阻和等效噪聲輸入電流的運算放大器也可變換,如下所示：最終等效噪聲輸入電壓的運算放大器由以下方程表示為一個均方根值：下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本發(fā)明實施例的基于PSD的激光語音還原的方法包括以下步驟：S101：PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊設(shè)計；S102：流壓變換電路模塊設(shè)計；S103：差分放大電路模塊設(shè)計。如圖2所示，本發(fā)明的基于PSD的激光語音還原電路主要由PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊1、流壓變換電路模塊2、差分放大電路模塊3組成；PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊1，連接流壓變換電路模塊2，用于間接得到玻璃振動振幅的相對值并產(chǎn)生強弱變化的電流信號，該模塊的設(shè)計方法包括噪聲分析和PSD參數(shù)的確定；流壓變換電路模塊2，連接差分放大電路模塊3，用于對PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊1輸出的兩路微弱電流信號分別進(jìn)行流壓轉(zhuǎn)換，該模塊的設(shè)計方法包括運放的選擇，電源電壓的確定，基本電路的設(shè)計，流壓電路的噪聲計算，優(yōu)化電路的設(shè)計，電源去耦電容的確定，總體電路的設(shè)計；差分放大電路模塊3，用于將兩路信號進(jìn)行差分同時主放大以及濾波，從而使得信號幅值達(dá)到3V左右，便于后端信號的采集，實現(xiàn)激光語音信號的還原，該模塊的設(shè)計方法包括差分放大器的選擇；PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊1的噪聲分析模型的電路連接為：如圖3所示：Io為光電流，ID為暗電流，Rie為極間電阻，Cj為結(jié)電容，互相并聯(lián)后接地，構(gòu)成PSD模型，連接等效噪聲輸入電容的運算放大器in；Rf為反饋電阻，Cf為反饋電容，組成的并聯(lián)電路一端接于PSD和等效噪聲輸入電容的運算放大器in之間，另一端接于運放輸出端；in為等效噪聲輸入電容的運算放大器，連接等效噪聲輸入電壓的運算放大器En后接地，與反饋電阻Rf，反饋電容Cf構(gòu)成流壓轉(zhuǎn)換電路模型；Vo為輸出電壓，噪聲電流計算如下：假設(shè)流壓轉(zhuǎn)換電路中的反饋電阻遠(yuǎn)大于PSD的極間電阻Rie,此時，因為1/Rf與1/Rie相比足夠小，因此其大小可以忽略；散粒噪聲電流源自光電流和暗電流，大小為其中：q：電子電荷常量(1.60×10-19C)；Io：信號光電流(A)；ID：暗電流(A)；B：帶寬(HZ)；熱噪聲電流(約翰遜噪聲電流)Ij來自電極間的電阻(這可以被忽略,因為Rsh>>Rie)，大小為：其中：k:玻耳茲曼常量；T:絕對溫度Rie:電極間電阻；等效噪聲輸入電壓的運算放大器電流噪聲Ien；其中：En:等效噪聲輸入電壓的運算放大器(V/Hz1/2)綜合上述三個方程知，PSD噪聲電流可以表達(dá)為如下的一個均方根：如果Rf不能被忽略，那么等效噪聲輸出電壓必須被考慮，在這種情況下，上述方程可轉(zhuǎn)換為如下：熱噪聲從反饋電阻和等效噪聲輸入電流的運算放大器也可變換,如下所示：最終等效噪聲輸入電壓的運算放大器由以下方程表示為一個均方根值：當(dāng)Rf>>Rie時，繪制散射噪聲電流隨著光電流信號變化的曲線及沿著極間阻力值的熱噪聲電流和噪聲電流的等效噪聲輸入電壓的運算放大器可知：當(dāng)使用一個PSD電極間的電阻大約10kΩ,其噪聲來源主要為運算放大器，當(dāng)PSD電極間的電阻超過100kΩ，PSD本身的噪聲占主導(dǎo)地位；PSD位置分辨率取決于電極間的電阻和光照強度，說明PSD大大不同于離散型位置探測器，PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊1為一維PSD(S3931)，光譜響應(yīng)范圍為4000～1100nm，峰值響應(yīng)波長為960nm,內(nèi)電阻典型值為50kΩ,飽和光電流為100μA,暗電流為0.2nA-20nA,暗電流的溫度系數(shù)為每攝氏度1.15倍，結(jié)電容為80pF，利用光照情況下光敏二極管表面阻抗的變化來檢測光斑的位置；流壓變換電路模塊2的設(shè)計原理為：要把從探測器上輸出的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，需要連接電阻，如圖4(a)所示，但是這樣一來Is就會變大，又由Is·R＝Vs，Vs也就上升，對于PSD輸出的電流信號并非理想的電流源，因此流入R，另外，若要讀取Vs而連接什么的話，由于其內(nèi)部電阻與R并聯(lián)進(jìn)入，將使等效電阻改變；因此選用運放，如圖4(b)所示，那么在P點會發(fā)生虛地，其電位同Is無關(guān)成為接低電平，在這種狀態(tài)下，流經(jīng)Rf只有Is，與負(fù)載的大小無關(guān)，所以能正確地從電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；這種方式的限界，在于微小電流方面為OP放大器的偏置Io，由于偏置電流Io與信號Is一起流過Rf，再加上運放本身的偏置電壓Vos，得到其實際的輸出電壓：Vo＝(Is+I0)Rf+Vos，因此應(yīng)選擇低噪聲，低偏置電流的運放；運放的選擇：對于光電傳感的微弱信號處理，必須選擇低噪聲低偏置電流，輸入阻抗大的運放，表1給出了OP07，AD823，AD704的參數(shù)，由于對該系統(tǒng)是交流信號進(jìn)行處理，應(yīng)選用雙電源供電的運放，選用AD704作為主運放；表1因為它只有1/20的OP07輸入偏置電流,且不需要常用平衡電阻，典型噪聲為OP07的1/5,這使得AD704可用具有更高的源阻抗，AD704集成式差分輸出緩沖放大器，可將單端輸入信號轉(zhuǎn)換為具有高輸出驅(qū)動能力的一對平衡輸出信號；電源電壓的確定：輸出信號進(jìn)行測試，其振幅約為4.6Vpp,所以即使考慮到運放內(nèi)部晶體管的損耗，電源電壓有5V足夠了，不過還應(yīng)該考慮到運放用電源(AD704Vs：±2.5V到±18V，典型值為±13.5V)，根據(jù)圖5所示共模輸入電壓限制與電源電壓的曲線，將電源電壓取為常用的±12V，流壓轉(zhuǎn)換電路模塊2基本設(shè)計如圖6所示：輸入電流進(jìn)入運放的反相輸入端，同相輸入端接地；反饋電阻Rf，反饋電容Cf構(gòu)成并聯(lián)支路接于運放輸出端與反相輸入端之間，其中：反饋電阻Rf的確定：輸出電壓Vo＝﹣Io·Rf，為了保證PSD測量精度，必須使兩路信號輸出盡可能一致，因此電阻采用高精度的無色環(huán)電阻，由于PSD的內(nèi)阻較大(S3931內(nèi)阻約為50K)，在電路中Rf的取值不能太大，Rf的取值過大時，容易產(chǎn)生振蕩，在此Rf選用典型值50K，使信號放大到mV級；反饋電容Cf的確定：同時在電路的設(shè)計中，還要在反饋回路上加上電容，該小電容稱為移相電容，防止運放自激的一般取0點幾皮法到幾十皮法，由于在此系統(tǒng)中運放是工作在音頻300HZ到3400HZ之間的，也可以起到濾波濾除高頻噪聲，取值根據(jù)：防止振蕩Rf和運放的輸入電容及雜散電容形成極點，如果該極點在運放使用的頻率范圍內(nèi)就可能使運放產(chǎn)生振蕩；加入Cf后，Cf和Rf產(chǎn)生零點，用來抵消極點，在這里Cf取值為10pF，并用溫度補償型的陶瓷電容；噪聲計算：從三個方面考慮噪聲源：運放的噪聲電壓密度：IN為運放的輸入電流密度，電壓降等于電阻Rf與運放的噪聲電流密度之積：Ef＝IN·Rf；電阻Rf的溫度噪聲：使用的AD704的反饋電阻Rf＝50KΩ，頻率帶寬BW＝DC～800KHz，各噪聲電壓密度計算如下：所以，總輸入噪聲電壓密度為故，結(jié)果說明I-V轉(zhuǎn)換電路中的噪聲取決于電阻Rf的大小，雖然輸出電壓與Rf成正比，當(dāng)Rf小時，很難得到好的S/N，但同時要注意到，運放的偏置電流IB會在反饋電阻上產(chǎn)生失調(diào)電壓，因而Rf也不能太大，所以，Rf取值應(yīng)合適；流壓轉(zhuǎn)換電路模塊2的優(yōu)化設(shè)計如圖7所示：輸入電流進(jìn)入運放的反相輸入端，運放的同相輸入端接地；Cc濾波電容，接于運放的反相輸入端與輸出端之間；運放輸出端經(jīng)電阻Rc，電容CL接地；反饋電阻反饋電容組成的并聯(lián)支路一端接于運放反相輸入端，一端接于電阻Rc，電容CL之間；用流壓轉(zhuǎn)換電路模塊2基本設(shè)計電路相比，為了更加有效的抑制噪聲，電路在放大器的輸出和探測電路的輸出之間加了一個由電阻Rc，電容Cc構(gòu)成的RC低通濾波電路，濾掉經(jīng)過運放的噪聲和運放本身的噪聲，電容Cc用來補償Rc濾波電路帶來的相位滯后，電容CL用來補償因PSD位置探測器結(jié)電容CD引起的相位滯后，抑制噪聲增益峰值，一般使Rc≈Ro，Ro是放大器的等效輸出阻抗，AD704的輸出阻抗Ro≈50Ω，則調(diào)整Cc的值可以去除振蕩，求解可知CL＝5000pF；電源去耦電容的確定：電源上的電容是用來降低電源對GND的交流阻抗用的電容(又稱為旁路電容)，當(dāng)沒有這個電容時，電路的交流特性變的很奇特，嚴(yán)重時電路產(chǎn)生振蕩，電容的阻抗為頻率越高，阻抗應(yīng)該越小，但是，實際上因內(nèi)部感抗的成分等因素的影響，在某個頻率開始，阻抗反而變高，在結(jié)構(gòu)上，小容量的電容在高頻處，而大容量的電容器則在較低的頻率處，電容的阻抗變得最低，因此，在電源通過一個小電容和一個大電容組成的并聯(lián)電路接地后，如圖8所示，可以在很寬的頻率范圍降低電源對GND的阻抗，在這里采用小電容10pF,大電容10uF；流壓轉(zhuǎn)換電路模塊2的總體設(shè)計如圖9所示：U1A為運放AD704，接±12V電源，+12V電源端通過由10pF小電容C9和10uF的大電容C15接地，-12V電源端通過由10pF小電容C10和10uF的大電容C16接地，反相輸入端輸入電流，同相輸入端接地，輸出端通過50Ω的電阻R11和5000pF的電容C12接地，50KΩ的反饋電阻R1和10pF的反饋電容C1構(gòu)成的并聯(lián)電路一端接輸出端，另一端接反相輸入端，10pF的濾波電容C11接于U1A的反相輸入端與輸出端之間；U1D為運放AD704，反相輸入端輸入電流，同相輸入端接地，輸出端通過50Ω的電阻R12和5000pF的電容C14接地，50KΩ的反饋電阻R4和10pF的反饋電容C2構(gòu)成的并聯(lián)電路一端接輸出端，另一端接反相輸入端，10pF的濾波電容C13接于U1D的反相輸入端與輸出端之間；U1B為運放AD704，同相輸入端通過1KΩ的電阻R8接地，通過1KΩ的電阻R7接R11，反相輸入端通過1KΩ的電阻R2接輸出端，通過1KΩ的電阻R3接R12，構(gòu)成加法電路，輸出端接CN1；U1C為運放AD704，同相輸入端通過1KΩ的電阻R10接地，反相輸入端通過1KΩ的電阻R5接輸出端，通過1KΩ的電阻R6接R11，通過1KΩ的電阻R9接R12，構(gòu)成加法電路，輸出端接CN2；TPA，TPB為輸入端，TP1，TP2為流壓轉(zhuǎn)換后的輸出端，接差分放大電路模塊3，TP3,TP4分別為進(jìn)行加法和減法之后信號的輸出端，差分放大電路模塊3采用一個差分放大器AD8274完成兩路電壓信號的差分放大。本發(fā)明的工作原理PSD光電轉(zhuǎn)換電路模塊1通過PSD位置靈敏探測器檢測光斑的位置移動，即可間接得到玻璃振動振幅的相對值，通過反射光照射在PSD位置靈敏探測器上的光斑位置的移動，產(chǎn)生強弱變化的電流信號；流壓變換電路模塊2通過運放芯片AD704將PSD前端的兩路微弱電流信號I1，I2分別進(jìn)行流壓轉(zhuǎn)換，光電流I1經(jīng)反向放大器UA1放大后送給放大器U1B，而光電流I2經(jīng)反向放大器U1D放大后送給放大器U1C，放大器U1B為加法電路，完成光電流I1與I2相加的運算；放大器U1C用作減法電路，完成光電流I2與I1相減的運算，同時在此前端信號放大電路中通過反饋電阻、反饋電容以及去耦電容使得放大后的信號從噪聲中提取出來；然后利用差分放大電路模塊3的一個差分放大器AD8274，將兩路信號進(jìn)行差分同時放大以及濾波，從而使得信號幅值達(dá)到3V左右，便于后端信號的采集，實現(xiàn)激光語音信號的還原。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍。