频率补偿电路设计报告
频率补偿电路
频率补偿电路概述频率补偿电路，又称为频率响应补偿电路，是一种能够改善信号传输过程中频率响应不平衡的电路。
在实际的电子系统中，由于各种原因导致信号的频率在传输过程中受到损失或变形，频率补偿电路通过对信号进行适当的处理，使得信号在传输过程中频率特性更加均衡和稳定。
频率失真问题在电子系统中，信号传输过程中往往会遇到频率失真的问题。
这种失真通常是由于电路元件的非线性特性、传输介质的衰减和传输线路的反射等原因所导致的。
频率失真会导致信号传输中的某些频率分量受到削弱或失真，从而影响传输信号的准确性和可靠性。
频率补偿电路的工作原理频率补偿电路通过对输入信号进行适当的放大或衰减，以及对不同频率分量的相位进行调整，来实现对信号频率响应的均衡和稳定。
频率补偿电路通常包括滤波器、放大器和相位校正电路等组成部分。
滤波器滤波器是频率补偿电路中最重要的组成部分之一。
它能够选择性地通过或阻断不同频率的信号分量，从而达到补偿频率失真的目的。
滤波器常用的类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
通过合理的设计和配置滤波器，可以实现对信号频率响应的补偿和调整。
放大器放大器在频率补偿电路中起到补偿信号衰减的作用。
由于信号在传输过程中会受到衰减，放大器可以对信号进行适当的放大，使其达到原始输入信号的幅度水平。
放大器的增益可以根据实际需要进行调整，以实现对信号频率响应的补偿。
相位校正电路相位校正电路用于对信号的相位进行校正，以使得输入信号和输出信号的相位差最小化。
相位校正电路通常采用相移电路或移频电路等形式，通过引入适当的相位延迟或提前来对信号的相位进行调整，从而达到对信号频率响应的补偿。
应用领域频率补偿电路在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：通信系统在通信系统中，频率补偿电路用于对传输信号进行补偿，以提高信号传输的质量和可靠性。
它可以应对信号在传输过程中所遇到的衰减、失真和延迟等问题，从而保证通信系统的正常工作。
CMOS模拟集成电路设计_ch10稳定性和频率补偿
– 减小带宽
– 密勒补偿 ：需要考虑RHZ
G
18.08.2021
BAv(0)|p1|gCm CI
p2
g mII CL
z
g mII CC
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二级运放设计实例（optional）
• 约束条件
– 电源电压 – 工艺 – 温度
设计描述
小信号增益
频率响应，增 益带宽积GB
相位裕度PM 输入共模范围
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• 单级运放的频率补偿（续）
Bode图，β＝1
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• 单级运放的频率补偿（续）
方法： ▪增加负载电容，即调整主极点 ▪避免镜像极点 ▪第一非主极点，必须离原点尽量远（大于等于GB）
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• 单级运放的频率补偿（续）
↑ Rout→AV↑，虽然ωp，out=(RoutCL)-1降低, 由于不影响GX和PX，因此，增大Rout并不能对运放进行补偿
18.08.2021
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• 增益交点 • 相位交点
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在一般反馈电路的处理中，β小于或等于1，且与频率无关；当β<1，幅值 曲线会下移，增益交叉点会向原点方向移动，系统更易稳定。因此，常分 析βH=H （β=1）的相位图和幅值图。
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• 波特（Bode）图
1、在每个零点频率处，幅值曲线 的斜率按20dB/dec变化；在每个极 点频率处，其斜率按－20dB/dec变 化。 2、对一个在左半平面的极点（零 点）频率ωm ，相位约在0.1 ωm处开 始下降（上升），在ωm处经历－ 45°（ ＋45）的变化，在大约10 ωm处达到－90 °（ ＋90 °）的变 化。右半平面的情况，反之。
基于动态频率补偿的LDO电路设计
基于动态频率补偿的LDO电路设计牛刚刚;李威;刘文韬;翟亚红【摘要】文中提出了一种基于动态频率补偿技术的LDO电路.通过添加电压缓冲器,提高了LDO的环路增益和瞬态响应特性.该电路通过电流镜采样调整管电流,使主极点频率与第三极点频率随负载电流的改变而产生相同倍数的变化,克服了LDO 零极点随负载变化而导致环路稳定性变差的问题.文中设计采用中电二十四所HC12.BJT工艺,利用Spectre仿真工具进行仿真,研究了不同负载电流下该LDO的频率特性及其稳定性问题.仿真结果表明,该电路在10 μA～100 mA负载电流的变化范围内,LDO环路的相位裕度保持在50°～70°之间,证明提出的LDO调整器具有良好的稳定性.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2019(032)002【总页数】5页(P61-65)【关键词】动态频率补偿;电流镜;零极点;频率特性;相位裕度;稳定性【作者】牛刚刚;李威;刘文韬;翟亚红【作者单位】电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054;中国电子科技集团第二十四研究所,重庆400060;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN431在低功耗便携式电子设备高速发展的今天，越来越多的高科技电子产品在我们的日常生活中发挥了重要作用。
电子产品正常工作离不开性能优良的电源管理芯片。
在降压变换器中，LDO(Low Dropout Regulator)因其低纹波、低噪声、低静态电流、结构简单等特点得到了越来越广泛的应用。
相对而言，开关电源虽然具有效率高的优点，但其输出电压纹波大，且需要外接电感，因此在便携式电子产品领域的应用中受到了很大的限制[1]。
LDO需要负反馈环路以保证输入电压在一定范围内变化时仍然能产生恒定的输出电压。
开关调节器设计中的频率补偿(二)
开关调节器设计中的频率补偿（二）作者：Nigel Smith便携式电源业务开发经理德州仪器公司在该系列文章的第一部分中，我们探讨了开关转换器的正向通道。
在该第二部分(即最后一部分)中，我们将要探讨的是在环路处于关闭状态且全部电路被补偿时的反馈通道。
第二部分：反馈通道补偿一旦正向通道的增益和相位响应为已知，那么就可以设计出误差放大器的响应。
频率补偿的主要目的是为了确保：(a) 足够的相位裕度（通常大于 45°）；及 (b) 一个足够的增益裕度（通常大于 10 dB）。
除此以外，环路增益还应该通过单位增益 (unity)，斜率为 -20dB/decade。
在将频率补偿设计出来以前，必须选择一个合适的交叉频率f c。
高交叉频率的开关转换器可以对运行状态的变化迅速地做出响应，因此一般为较好的选择；但是，采样原理限制了可以使用的最大交叉频率。
在实践中，f c 一般位于 1/10 和1/6 f sw之间，但是，如果该频率上误差放大器的开环路增益不足，那么则可能要进一步减小f c。
可以从其 Bode 曲线中选择理想的交叉频率、增益、相位和f c处正向通道的斜率。
通过对两者进行比较，现在可以很容易地获得所要求的增益、相位和f c处补偿误差放大器的斜率。
通常使用的三种补偿方案为类型I、类型 II和类型 III（见图1）。
类型 I 通常不用于开关调节器电路，这里将不作讨论。
图1、常用的补偿电路及其响应类型 II 补偿在源端 (origin) 具有一个极点（以获得高 DC 增益），以及一个额外的零点和极点。
其产生的频率响应包含一个介于零点和极点的偏平区域。
类型II 补偿一般被用于那些在交叉频率上输出滤波器具有一个单极点衰减的应用中。
通过确保交叉频率出现在误差放大器响应偏平部分的区域，可以获得f c上理想的 -20dB/decade 衰减。
表1、一个类型 II 补偿电路的相位变化表2、一个类型 III 补偿电路的相位变化除了一个源端极点以外，类型 III 补偿还包含了两个零点和两个极点。
频率补偿电路设计报告
频率补偿电路设计报告【摘要】：本系统由题目要求的模拟某传感器特性的电路模块、频率补偿电路构成。
模拟模块中的运算放大器A采用TI的精密低噪声运算放大器OPA637，尽量减小“模拟模块”的噪声，以满足题目的要求。
频率补偿电路是由频带扩展电路和低通滤波电路组成。
频带扩展电路是通过分析“模拟模块”传递函数，通过对称性来设计的，使频带得到扩展，达到了题目的要求。
低通滤波器由TI的宽带放大器OPA602、OPA606组成四阶滤波电路，主要滤除高频干扰，减小系统噪声。
另外，系统增加一个幅值测量电路，提供实时电压的参考。
本系统工作稳定，测试结果表明各项指标都达到了题目规定的要求。
【关键词】：频率补偿、频带扩展、低通滤波一、系统方案论证与比较该系统主要由“模拟模块”、频率补偿电路两大部分构成。
频率补偿电路由频率扩展电路和低通滤波电路组成。
通过推导“模拟模块”的传递函数可知，其具有低通特性，高频信号输入到“模拟模块”会衰减，需要通过频率扩展电路得到补偿，低通滤波电路主要是滤除系统的高频干扰。
每个模块必须具备良好的性能，以便整个系统稳定，降低系统的噪声，另外增加了幅值测量电路，能完成题目的基本要求和发挥部分要求。
下面对各部分进行方案论证。
模拟某传感器特性的电路模块+−R f 1 5.1M Ω C f 1 4.7pF V b A5.1M Ω R f 2 C f 2 4.7pF10M ΩR sV s 正弦波电压信号发生器TK 频率补偿电路V o TP1TP2图1 电路结构1、“模拟模块”电路该部分题目已经提供电路，因此主要是考虑运放A 的选型，题目对噪声、带宽有一定的要求，所以必须选低噪声，高宽带的运放。
通过多次测试比较，最终选择了高速精度OPA637。
OPA637有非常低的噪声，当频率是10KHz 是噪声为4.5nV/z H ，0.8uV/o C 低漂移,而且增益为10时，带宽达到80M ，满足题目的要求。
2、频带扩展电路方案一：引入负反馈可以扩展频带。
频率补偿电路设计报告
频率补偿电路（B题）电子科技大学余波何剑锋郝昊奇摘要：本系统充分应用TI的高精度低噪放大器OPA2227，设计了噪声抑制比较好的频率补偿电路。
本系统实现了题目要求的所有基本要求和发挥要求，并且频率在0到85KHz电压波动小于10%；系统所有滤波器均采用压控反馈形式，有效的防止了系统自激振荡而又可以适当的增大电压放大倍数；自制直流稳压电源及基于MSP430的液晶显示模块，可显示输入信号的频率。
关键词：频率补偿，压控反馈，低噪声Abstract：This system makes application to TI's high-precision low-noise amplifier, OPA2227, and noise suppression better frequency compensation circuit. This system subject to the requirements of all the basic requirements and play requirements, and voltage fluctuations from 0 to 85KHz less than 10%; system, all filters are used to voltage-controlled feedback in the form of preventing the self-excited oscillation system and appropriate increase the voltage amplification factor; homemade DC power supply and MSP430-based liquid crystal display module can display the frequency of the input signal.Keywords: frequency compensation, voltage-controlled feedback, low-noise一．方案设计与论证经过仔细的分析与激烈的论证，我们认为频率补偿即扩宽频带如下：题目模拟模块部分传递函数为惯性环节（4.5KHz低通滤波器），我们要扩宽频带，就必须再后面加一个一阶微分环节,使4.5KHz到100KHz信号频带变水平；后加一个惯性环节,使100KHz以后的信号呈现衰减，而这三个环节的频域合成则是通过求和放大器实现。
频率补偿电路
频率补偿电路（B题）摘要：本系统以TI高性能音频运算放大器OPA2134为核心，组成多级模拟信号运算电路，对已知模拟模块的高频特性做补偿。
模拟模块的信号输出分为两路处理，一路经过高通滤波器，补偿原电路的高频特性。
另一路经过一个一阶RC低通网路，用来获取原通带特性。
然后将低通信号衰减，最后将两路信号做加法线性放大、低通滤波，完成对高频特性的补偿。
整个系统采用了高性能运算放大器，系统噪声小，运算电路稳定，失调电压小，波形失真小，较好的完成了设计要求。
关键词：频率补偿，OPA2134，模拟信号运算电路，高性能运算放大器目录一、系统方案设计与论证 (1)1.1频率补偿电路 (1)1.2总体方案描述 (1)二、理论分析与计算 (2)2.1“模拟模块”电路分析 (2)2.2频率补偿电路 (2)2.2.1 高通滤波器 (2)2.2.2 低通滤波器 (3)2.2.3 衰减电路、加法电路、比例放大电路、低通滤波器 (3)三、各部分电路设计 (4)3.1高通滤波 (4)3.2低通滤波与衰减电路 (4)3.3加法电路与比例放大电路 (4)3.4100K H Z低通滤波电路 (5)四、系统软件设计 (5)五、测试方案与测试结果 (6)5.1测试仪器 (6)5.2“模拟模块”电路测试 (6)5.3频率补偿测试 (6)5.4输出噪声电压测量 (7)六、参考文献 (7)一、系统方案设计与论证1.1 频率补偿电路方案一：使用VCA810组成AGC(自动增益控制)电路自动稳定输出峰值，使频率补偿模块在一个较宽的频带内输出峰值稳定，然后经过低通滤波器调整通频带宽度。
达到补偿高频特性的目的，此种方案补偿相对简单，频率补偿电路输出增益波动较小，但是AGC输入电压范围较小，随输入信号变化时需要动态切换衰减网络，电路复杂，实测低频段容易失真，故不采用。
方案二：使用FIR数字滤波器，由已知电路特性可推得其传递函数，然后计算数字滤波器传递函数，使用FPGA或是DSP做数字滤波，实现高频补偿，此方法实现复杂，程序的复杂度较高，鉴于时间有限和调试的难度，所以不采用。
一种LDO稳压器内部动态频率补偿电路的设计
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摘 要 ：针 对 Ｌ ＤＯ 稳压 器 需 要 进 行 频 率 补 偿 的特 点 ，本 文在 分 析 了 Ｌ ＤＯ 稳 压 器 利 用 输 出 电容 等效 串联 电阻 （ ｓ 进 行 频 率 补 偿 原理 的基 础 上 ，提 出 了一 种 新 颖 的 ＬＤＯ 稳压 器 动 态 频 率 补偿 方法 。 Ｅ Ｒ）
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频率补偿电路（B题）电子科技大学余波何剑锋郝昊奇摘要：本系统充分应用TI的高精度低噪放大器OPA2227，设计了噪声抑制比较好的频率补偿电路。
本系统实现了题目要求的所有基本要求和发挥要求，并且频率在0到85KHz电压波动小于10%；系统所有滤波器均采用压控反馈形式，有效的防止了系统自激振荡而又可以适当的增大电压放大倍数；自制直流稳压电源及基于MSP430的液晶显示模块，可显示输入信号的频率。
关键词：频率补偿，压控反馈，低噪声Abstract：This system makes application to TI's high-precision low-noise amplifier, OPA2227, and noise suppression better frequency compensation circuit. This system subject to the requirements of all the basic requirements and play requirements, and voltage fluctuations from 0 to 85KHz less than 10%; system, all filters are used to voltage-controlled feedback in the form of preventing the self-excited oscillation system and appropriate increase the voltage amplification factor; homemade DC power supply and MSP430-based liquid crystal display module can display the frequency of the input signal.Keywords: frequency compensation, voltage-controlled feedback, low-noise一．方案设计与论证经过仔细的分析与激烈的论证，我们认为频率补偿即扩宽频带如下：题目模拟模块部分传递函数为惯性环节（4.5KHz低通滤波器），我们要扩宽频带，就必须再后面加一个一阶微分环节,使4.5KHz到100KHz信号频带变水平；后加一个惯性环节,使100KHz以后的信号呈现衰减，而这三个环节的频域合成则是通过求和放大器实现。
综上所述，电路可分为截止频率100KHz的高通滤波器，可控增益放大，求和放大器，截止频率100KHz的低通滤波器，单片机最小系统，直流稳压电源这几个模块。
系统主要框图如下：图1：总体系统框图1.1高通滤波器的论证与选择方案一：用RC无源滤波器。
RC无源滤波器电路简单，参数计算也比较简单；但其增益有一定衰减，对于100KHz截止频率的滤波不大合适。
方案二：LC无源滤波器。
对于100KHz左右的频率用LC滤波器及RC滤波器都没有太大差别，但是LC滤波器要求很好的阻抗匹配，而且理想情况下输出信号衰减一半。
对于前级输出电阻比较大的或输出电阻不确定的电路就不适合用LC无源滤波器。
方案三：RC有源滤波器。
对于要求信号在通频带内要平坦的电路，用RC有源滤波器是最好的选择，因为其可控增益，可引入电压反馈，进一步保持了通频带内信号的平坦。
方案选择：经过以上充分考虑，我们选择方案三——RC滤波器，来设计略高于100KHz的高通滤波器。
1.2可控增益放大方案一：由于处理的信号频率较低，选用上兆带宽运放的单级放大电路即可对信号有很大的增益，选用低噪运放OPA2227做单级放大电路，且参数设计时将电阻的值取小，可以有效提高放大电路的信噪比，且不容易产生自激。
但是对运放的压摆率有一定的要求，OPA2227的压摆率为2.3V/us，理论上刚好满足本电路的要求。
方案二：选用低噪运放OPA2227做两级级联放大电路，通过降低每级放大电路的增益，可以防止压摆率不够而使信号失真，但是两级放大电路大大降低了信噪比，且容易产生自激。
方案选择：考虑到本题对信噪比的要求较高，我们选择方案一，采用OPA2227做单级放大电路。
1.3求和放大器由总体方案可知，高通滤波器对电路的高频特性能有效地补偿，但是高通滤波器大大衰减了低频信号，且完全隔绝了直流信号，而原信号Vb的低频特性很好，所以我们用求和放大器对补偿电路和原信号进行频域合成，可以使系统的频域特性满足要求。
为了提高系统信噪比，我们采用反相求和电路且将电阻的参数取小。
1.4低通滤波器加于电路末级的截止频率为100KHz的低通滤波器主要作用有二：一是确定整个系统的截止频率为100KHz，从而满足题目要求；二是进一步滤除电路噪声，从而避免信号失真或自激。
通过1.1的论证，本设计选择RC有源滤波器为佳。
1.5单片机最小系统（“其他”部分）本部分是题目“发挥部分”中“其他”部分，即测量输入信号、在500Hz到100KHz范围内显示信号频率，显示频率相对误差不大于1%。
1.6直流稳压电源（“其他”部分）本部分是题目“发挥部分”中“其他”部分，它是整个系统的供能模块。
本设计通过变压器将220V交流电变为12V交流电，再通过整流桥，7912、7812、7905、7805四块稳压芯片，其中伴随一系列整流滤波电路；最后得到稳定的正负12V、5V直流电源。
二．理论分析与计算2.1系统传递函数及系统零极点因为系统频率补偿前后都是一个惯性环节，只是其开环极点不同而已。
其中，由开环极点（=4.5KHz）推出频率补偿前系统传递函数：；率补偿后=100KHz，系统传递函数：。
频率补偿前系统幅频特性图：图2：截止频率4.5KHz波特图频率补偿后系统幅频特性图：图3：截止频率100KHz波特图2.2滤波电路分析本系统中各低通、高通滤波器均根据滤波器设计软件Filter solution10设计而成；因为系统要求信号在通频带内尽量平坦，所以各滤波器均采用通带内最平坦的Butterworth滤波器，而根据我们观察：在滤波器阶数小于4时，Butterworth 滤波器在通带外的衰减速率比其他几种滤波器的都要快（有陷波点的除外），而此次设计的滤波器都是4阶以下，所以都采用了Butterworth滤波器。
2.3可控增益放大器分析放大器的信噪比要求较高，同相放大器的共模噪声较大，不适合此电路，电阻不能选的过大。
所以我们选用单级反相放大器，且在正负电源处用0.1uF电容做褪耦，可以有效滤除噪声。
2.4求和放大器分析选用反相求和电路，将电阻的参数取小，正负电源处严格地用0.1uF电容褪耦。
2.5低噪声设计分析对于噪声抑制，我们采取了以下措施：首先，用粗地线将频率补偿电路包围，可以减小外界噪声对信号线的干扰；其次，在电源线的旁边平行的走一条地线，可以有效吸收电源线的噪声；最后，每个模块电路都要严格地做褪耦处理。
2.6单片机最小系统分析本次设计采用MSP430单片机最小系统，通过采样输入信号，进而显示信号频率。
2.7直流稳压电源分析作为一个合格的直流稳压电源，其输出直流电压应做到纹波小、带负载能力强、电流输出足够大等，而本设计采用电桥整流，用到可靠性比较高的79/78系列稳压芯片，而外围电路加上了许多合理的滤波电容，更有整流二极管等做保护，参考了网上比较好的电路排版模块，是比较好的直流源。
三．电路与程序设计3.1高通滤波器设计截止频率为100KHz高通滤波器可以使原系统4.5KHz到100KH衰减频带变得平滑，但是系统测试得到的信号整体被衰减了很多，所以要经过下面的可控增益放大器进行放大。
由于前级模拟模块的滤波为1阶，为了匹配前级，这里的高通滤波器也设计为1阶，设计过程通过滤波器设计软件Filter solution完成，再经过修改参数使其与实际元件相符。
最后结果如下：图4:=100KHz3.2可控增益放大器设计OPA2227的带宽为8MHz，理论上100k的正弦信号可以放大80倍，但是实际要比80倍小，我们实测得此电路对100k的正弦信号的最高增益为60倍，且压摆率刚好满足要求，在输出信号为10V峰峰值时信号没有失真。
图5：可调增益放大器3.3求和放大器设计通过求和放大器对两个频域的信号进行合成。
调试可使信号在0-70KHz以200Hz为基准时波动在10%以内。
图6：求和放大器3.4低通滤波器设计此处的低通滤波器截止频率为100KHz，作为整个系统的最后输出级。
作用是为了让补偿后的系统截止频率为100KHz及滤除系统噪声。
滤波器通过软件Filter solution10设计，同上，电路图如下：图7：=100KHz3.5单片机最小系统MSP430单片机最小系统测量信号后通过液晶显示信号频率大小。
四．系统测试我们是直接按照题目发挥部分测试的，测试结果表明：200Hz的输入信号在Vb处没有明显失真；Vb及Vo的截止频率分别是4.3KHz和102KHz；在0到85KHz 通频带内Vo起伏不超过10%(以电压增益A(200Hz)为基准)；系统噪声均方根小于4.57mV.具体测试如下：4.1 测试条件（1）100M数字存储示波器：型号Tektronix TDS1012B；（2）四位半万用表：型号FLUKE45；（3）函数信号发生器：F40型数字函数发生器4.2测试过程4.2.1测试Vs=200Hz时，Vb是否有明显失真测试结果：没有明显失真,满足题目要求。
4.2.3 Vs=200Hz时，电压增益A(200Hz)=|V o/V s测试结果：A(200Hz)=10.1V/10.3V=0.98.测试结果：①由上表看出，频率0~87kHz范围内的电压增益A(f)的波动在±10%以内，超过了题目发挥部分0~70kHz 的范围，为本设计“发挥部分”中的“其他”部分。
②系统截止频率扩展到103.5KHz，达到题目发挥部分要求。
4.2.5输入接地后，Vo的均方根值。
测试结果：Vo<4.57mV，满足题目发挥部分要求。
大致在500Hz到100KHz频率范围内单片机测量的频率是比较准的，偶尔的波动也没有超过1%五．总结整个系统主要基于信号系统中的频域分析方法，运用了传递函数、零极点之间的关系，从而使得电路总体思想目标明确、思路清晰，电路简单；特别是加法器作为频域上各环节叠加的纽带，让我们看到了滤波器频域上的映射，看到了滤波器的本质。
此外，系统开始就运用了一个跟随器与前级隔离，防止系统中进入过大的噪声。
整个系统采用低噪放大器，使电路噪声降到最低。
采用多级滤波、逐级滤波，在每一个阶段都抑制着噪声。
自制直流稳压电源，保证电路平稳供电的需要。