混合集成加速度传感器信号处理及滤波器的设计

　　1 引言

　　混合集成加速度传感器是一种全新、集成化的导波型传感器,它将电极调制器、分支波导、偏振器集成在妮酸埋晶片上,制作出混合集成光加速度计的核心部分,并将干涉型芯片、单模光纤与质量块构成的简谐振子、DL(工作波长λ =1.3pm)和 PIN 光电探测器进行了混合集成[1]。

　　而信号处理电路是混合型集成光学加速度传感器中极其重要的一部分,它的性能高低也决定着传感器性能的高低。传统的方法是采用模拟信号处理电路对的输出信号进行滤波、解调、补偿等处理。但是高速数字信号处理芯片的出现,使传感器信号处理的数字化成为可能[2]。本文在对传感器的信号处理原理进行了深入的理论研究和分析后,提出了基于 TI 公司的定点 DSP 数字信号处理芯片为核心对传感器的输出信号进行设计的方案,并对滤波器的特性进行了测试与分析。这种方案进一步提高信号处理系统的精度和速度,并且数字输出信号便于输入计算机继续处理。

　　2 信号处理电路的 DSP 设计

　　2.1 信号处理电路工作原理

　　本处理电路以 TI 公司的高性能数字信号处理芯片TMS320C5410 为核心[3],辅之以必要的外围电路,实现了对加速度信号的高精度检测和对误差信号的精确补偿。其电路框图如下图 1 所示:

　　本系统工作原理如下:首先,光电二极管 PIN 输出的电流信号经过一组高精密放大器转换为电压信号并进行放大;然后,对电压信号用低通滤波器进行抗混叠滤波后送入模数转换器,将模拟电压信号转换成数字信号;接着,由 TI 公司的高性能 DSPTMS320C5410 芯片以中断方式读取模数转换器输出的数字信号。TMS320C54l0功能如下:一方面,在 TMS320C54l0 内部对输入的数字信号进行解调、带通滤波等运算后,得到数字形式的待测加速度信号,然后把此数字信号送到数模转换器,得到 模 拟 形 式 的 待 测 加 速 度 信 号 ; 另 一 方 面 , 在　　TMS320C5410 内部把上面解调得到的信号经过低通滤波、变换后,再和信号发生器产生的信号相加后也送入数模转换器,再把此数模转换器输出的模拟信号送入混合型集成光学芯片上的波导调制器,以实现对光波相位进行调制和反馈补偿。由于对光纤中光波的相位变化信息直接进行检测是非常困难的,而对于光强的检测非常方便,因此一般是把相位变化转变为光强的变化再进行检测。其程序流程图如图 2 所示。

　　TMS320C5410 的自引导程序在系统上电后,将需要实时运行的程序从 FLASHROM(闪存)中装入。自引导程序运行完毕后,程序开始运行,并行口中断服务程序进行解调、滤波等运算。