基于AD9850超声换能器的驱动和接收电路设计

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超声换能器驱动电路及其回波接收电路设计分析

Science and Technology & Innovation ┃科技与创新·79·文章编号：2095－6835（2015）22－0079－02超声换能器驱动电路及其回波接收电路设计分析李享（佛山市顺德区美的厨房电器制造有限公司，广东佛山 528000）摘要：随着汽车工业的不断发展，超声测距技术得到了广泛运用。

超声换能器作为该技术的关键组成部件，可实现电能转化，并决定了超声测距系统能完成的最终指标。

通过分析超声换能器的工作原理，对其驱动电路和回波接收电路的设计进行了深入探讨。

关键词：超声换能器；驱动电路；回波接收电路；超声测距系统中图分类号：TB552 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2015.22.079随着科学技术的不断进步，超声测距系统在我国各行业得到了广泛应用，比如在测井工程、机器人定位和车辆导航等方面得到了普遍运用。

由于超声测距系统可进行非接触测量，且不受烟雾、光线和磁场等的影响，可准确、便捷地实现距离测量，因此，人们对该系统的重视程度越来越高。

驱动电路和回波接收电路作为超声换能器的核心部分，其性能对整个超声测距工作有着至关重要的影响。

因此，对驱动电路和回波接收电路的设计方法进行研究有着重要意义。

1 超声换能器的测距原理超声测距系统充分运用了超声波的特点，通过电能转化的形式向外发送和接收超声波，从而实现回声探测。

所谓“超声波”，是指谐振频率较高的声波，科学上定义达到20 kHz 或超过此范围的声波为超声波。

因其频率较高，且以直线的形式传播，所以，可利用这些特性实现超声换能器的换能。

图1 超声测距原理示意图利用超声换能器能将电能转换为机械能。

由于受到电脉冲的作用，超声波会沿着介质方向运动，当声波遇到目标后，因自身的反射作用形成回波，回波返回至换能器，由换能器的接收部件接收并转换成电能，如图1所示。

如果已知介质声速为c ，由超声波发出到接收第一个回波的时间为t ，则换能器与目标之间的距离s =ct /2.为了节省成本，超声换能器采用的超声波探头的实际距离d =s .2 超声换能器的驱动电路设计 2.1超声换能器驱动电路的原理图2 超声换能器驱动电路图2为超声换能器驱动电路原理示意图，TR 右侧为超声换能器的等效电路，左侧为激励信号的功率放大电路。

一种基于AD9850的信号发生器的设计

第25卷第4期2006年12月武　汉　工　业　学　院　学　报Journal of W uhan Polytechnic University Vol 125No 14Dec 12006 收稿日期:2006207216作者简介:张旭(1981-),男,河南省新乡市人,研究生。

文章编号:1009-4881(2006)04-0042-03一种基于AD9850的信号发生器的设计张　旭,孔令艳,周　龙(武汉工业学院电气信息工程系,湖北武汉430023)摘　要:介绍了由AD9850作为核心部件,MCS51单片机作为控制部件的信号发生器。

该系统体积小、稳定性好、精度高,适用于尖端的通信系统和精密的高精度仪器以及高频无线传输系统等。

关键词:直接数字频率合成技术;AD9850;单片机中图分类号:TP 335;TP 36811 文献标识码:A0　引言在频率合成领域中,常用的频率合成技术有模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环等,而随着数字技术的飞速发展,高精度大动态范围数字/模拟转换器的出现和应用,使得用数字控制方法从一个标准参考频率源产生多个频率信号的技术,即直接数字合成(D irect D igital Synthesis 2DDS )技术异军突起,成为近年来频率合成领域中的主流技术。

由于DDS 频率合成方法具有低失真输出波形、高分辨率、高频谱纯度、可编程和宽频率输出范围等优良性能,在现代频率合成领域中具有越来越重要的地位。

在许多应用领域中,如通信、导航、雷达等,DDS 频率源已成为主流的关键部件。

其主要优点有:①频率转换快,DDS 频率转换时间一般在纳秒级;②分辨率高,大多数DDS 可提供的频率分辨率在1Hz 数量级,有的则可达0.001Hz;③频率合成范围宽;④相位噪声低,信号纯度高;⑤相位可控:DDS 可方便地控制输出信号的相位,在频率变换时也能保持相位联系;⑥生成的正弦/余弦信号正交特性好等。

因此,利用DDS 技术特别容易产生频率快速转换、分辨率高、相位可控的信号,这在电子测量、雷达系统、调频通信等领域具有十分广泛的应用前景。

1 MHz换能器驱动电路的设计

1 MHz换能器驱动电路的设计高杰;曹跃进【摘要】As a practical means of detection,ultrasonic transducer can realize the conversion between the information carried by sound wave and electric energy.It has the advantages of excellent performance,lowcost,convenient operation and debugging,so plays an important role in industrial and agricultural production.However,the transmitting frequency of the driving circuit for most transducer is 40 kHz.The circuit of 1 MHz ultrasonic transducer is designed In this paper.It mainly introduces the emissive driving circuit and the receiving circuit design and the detailed function of them.Finally,the experimental platform is built,and the circuit of input and output were tested.Experiments show that the transducer's circuit works well can provide reference for ultrasonic application in the field of high precision measurement.%超声波换能器作为一种实用的检测手段,能实现声波所携带的信息和电能之间转换.它的性能优良,价格低廉,操作方便,易于调试,因此在工农业生产中发挥着重要的作用.但目前换能器驱动电路的发射频率多为40 kHz,本文针对1 MHz的超声波换能器电路进行了设计,主要介绍了它的发射驱动电路和接收驱动电路的设计方案,并对它们的功能进行了详细地说明.最后搭建实验平台,并对电路的输入、输出模块进行了测试.实验结果表明,换能器电路运行良好,可以为超声波高精度测量领域的应用提供参考.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)008【总页数】5页(P124-128)【关键词】水声换能器;驱动电路;TL082CP放大电路;1 MHz交变电【作者】高杰;曹跃进【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TN712超声波的振动频率高于20 kHz，相比于普通声波，它的指向性好，穿透力强，声能较集中，传播距离远，因此获得了普遍的认可，被广泛地应用于检验、制药、加工、洗涤以及杀菌消毒等行业[1]。

超声波电源驱动电路的设计

超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。创新点：创新点： 1 2 解释：解释：硬件电路上双重控制PWM 信号。当没有过流发生时， EXB841的5引脚不输出故障信号，此时5引脚输出的是高电平，三极管VA0 不导通，此时，与门1引脚为高电平，由单片机产生的PWM使三极管VA1导 3 通，此时，与门2引脚为高电平，与门输出高
贰
针对EXB841芯片内部提供的-5V负偏压不足重新设计的电路。创新点：创新点：解释：解释： EXB841使用单一的20V电源产生+15V和-5V偏压。在高电压大电流条件下，开关管通断会产生干扰，使截止的IGBT误导通，针对负偏压不足的问题，设计了外部负栅压成型电路，用外接8V稳压管VA9代替了EXB841芯片内部的5V VA9为8V稳压管稳压管。电源电压升为 24V。
超声波换能器驱动电路的设计
EXB841芯片简介
EXB841芯片包含正常开通过程、正常关断过程和过流保护动作三项功能. 当1 4和15两脚间外加PWM控制信号时候，15和14脚有10mA ～ 25mA，在GE两端产生约15v ～ 18v的 IGBT开通电压；当触发控制脉冲电压撤消时，在GE两端产生约-5.1 V的IGBT关断电压. 过流保护动作过程是根据IGBT的CE极间电压Uce的大小判定是否过流而进行保护的，
超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。创新点：创新点： 1 2 解释：解释：电平，三极管VA2导通，驱动EXB841芯片工作，当出现过流时，5引脚输出故障信号，一路信号输出至触发器S端，此时，S 端为高电平，Q端输出高电平，使三极管VA0导通，此时，与门1引脚为低电 3 平；另一路信号，输至单片机，经过单片机

一种基于DDS芯片AD9850的信号源

一种基于DDS芯片AD9850的信号源摘要：直接数字合成（DDS）是一种重要的频率合成技术，具有分辨率高、频率变换快等优点，在雷达及通信等领域有着广泛的应用前景。

文中介绍了一种高性能DDS芯片AD9850的基本原理和工作特点，阐述了如何利用此芯片设计一种频率在0～50 kHz内变化、相位正交的信号源，给出了AD9850芯片和MCS51单片机的硬件接口和软件流程。

关键词：直接数字频率合成；信号源；AD9850芯片；设计一、引言随着数字技术的飞速发展，高精度大动态范围数字／模拟（D/A）转换器的出现和广泛应用，用数字控制方法从一个标准参考频率源产生多个频率信号的技术，即直接数字合成（DDS）技术异军突起。

其主要优点有：（1）频率转换快：DDS频率转换时间短，一般在纳秒级；（2）分辨率高：大多数DDS可提供的频率分辨率在1 Hz数量级，许多可达0.001 Hz；（3）频率合成范围宽；（4）相位噪声低，信号纯度高；（5）可控制相位：DDS可方便地控制输出信号的相位，在频率变换时也能保持相位联系；（6）生成的正弦/余弦信号正交特性好等。

因此，利用DDS技术特别容易产生频率快速转换、分辨率高、相位可控的信号，这在电子测量、雷达系统、调频通信、电子对抗等领域具有十分广泛的应用前景。

美国AD公司推出的高集成度频率合成芯片AD9850就是采用DDS技术的典型产品之一。

针对DDS的上述特点，本文基于AD9850器件设计了一种信号源，用来产生两路相位正交、频率可在0～50 kHz范围变化、分辨率为1 Hz 的正弦波信号，并给出了AD9850芯片的工作原理和信号源设计的硬件接口电路及软件设计流程。

二、AD9850芯片介绍AD9850是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成，并具有时钟产生功能，其原理框图如图1所示。

一种基于AD9850的超声波信号发生器

分析，验证了此长度的情况下可计算得到沉积物
的声速、声衰减等声学特性参数。在沉积物声学特性的
１Ａ９５Ｄ８０芯片介绍
Ａ９５Ｄ８０是美国ＡＤ公司推出的一款低功耗、可编
ＨｖｒｕｉｓＰｅｍａｉｓ＆ＳａｓＮｏ９２２ｄａｌｎｕｔｃｃｅｌ／．．０１
位寄存器便以步长Ｍ递加。相位寄存器的输出与相位
控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中范围的一个相位点。查询表把输入地址
Ｏ引言
目前，底沉积物声学特性的实验室研究。海主要采用超声波透射法测量海底沉积物柱状样品的穿透时间
本文以Ａ９５Ｄ８０为频率合成器，以单片机为主控制核心，计了一个超声波信号发生器。通过对实验结果的设
２８
【］蒋炎坤．Ｆ辅助发动机工程的理论与应用【．京：学２ＣＤＭ】北科
出版社．０４２０．
【】苏铭德，素逸．算流体力学基础［】京：华大学出版３黄计Ｍ．北清
社．９７１９．
［吴望一．力学［．京：京大学出版社，０４４］流体Ｍ】北北２０．
文献
［】施准备，．于ＣＤ数值模拟的水泵机组振动分析［．力５等基ＦＪ水］

基于AD9850多功能信号源的设计与实现

基于AD9850多功能信号源的设计与实现赵杰英;王浩全【摘要】设计了一个以AT89S52为核心控制器件,直接控制两片DDS芯片AD9850,通过并行控制方式实现的正弦信号发生器,并且利用差动放大芯片AD830进行正弦信号幅值调节.该系统具有频率、相位可变,幅值可调,并且能够输出稳定的相位差和振幅调制的功能.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P45-47)【关键词】AT89S52;AD9850;信号源;多功能【作者】赵杰英;王浩全【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN74随着科学技术的发展和测量技术的进步，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的电子技术领域的生产调试需要。

而DDS 技术是一种新兴的直接数字频率合成技术，具有频率分辨率高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻等优点，因而在雷达及通信等领域具有广泛的应用前景［1］。

1 DDS 的工作原理AD9850 主要由DDS 系统、高性能模数转换器(DAC)和高速比较器三部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。

允许工作的最高时钟为125 MHz，其原理框图如图1 所示。

图1 AD9850 原理框图图1 是AD9850 的基本原理图，它有40 位控制字，其中有32 位的频率控制字和5 位相位控制字，分别用来控制DDS 产生的正弦波的频率和相位。

其40 位控制字功能描述表如表1 所示［2］。

表1 AD9850 控制字功能描述表正弦波信号输出频率(fout)、参考时钟频率(fCLKIN)和频率控制字(M)之间的转换公式为:AD9850 在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出，此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。

基于AD9850和MAX7490用于仪器校准信号源电路的设计

基于AD9850和MAX7490用于仪器校准信号源电路的设计王亚磊;周静雷【摘要】功率试验是扬声器生产过程中必经的一个测试环节,功率试验测试信号的种类有多种,为了提高功率试验系统在功率试验时的精度,设计一款基于AD9850和MAX7490用于仪器校准的信号源电路.该设计由直接数字合成器AD9850产生幅值为500 mV,频率为1 kHz的标准正弦信号,然后使用该信号对功率实验仪硬件电路中衰减和放大网络的实际衰减和放大倍数进行计算标定.由于该芯片内的DAC输出的信号中含有高频谐波,所以需要将该信号经过椭圆低通滤波器和基于MAX7490设计的四阶带通滤波器处理.经过对实际测量数据和波形的分析,电路实际参数标定准确,滤波电路滤波效果良好.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2018(042)005【总页数】5页(P52-56)【关键词】MAX7490;AD9850;信号源;带通滤波器;标定【作者】王亚磊;周静雷【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TN409高精密功率试验仪器为了提高系统测试的精度，在硬件电路设计上除了选用性能良好的元器件外，还会对电路具体的性能参数，如放大和衰减的倍数等进行实际的计算标定，然后将其存储起来[1]。

软件运行时通过使用这些实际放大和衰减倍数对数据进行处理，会大大提高系统测试精度。

本次设计的电路中除了有信号发生器之外，滤波器也是重中之重。

传统滤波电路大多由分立元器件搭建而来、根据理论设计、按一定的方式组合排列，虽然能够达到预期的滤波效果，但存在着很大的不足，如：成本高、占用空间大、设计过程复杂等。

随着集成电路技术的发展，集成式滤波器得到了长足的发展和广泛的应用。

此设计采用了一款开关电容滤波芯片MAX7490，它主要由3个部分组成：运算放大器、MOS开关、电容器。

在滤波电路设计时只需要少量的外部元器件即可实现很好的滤波效果。

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ｏｎＡＤ９８５０
ＷＥＩＪｕｎ — ｙｉＬＯＮＧＪｉａｎ－ｊｕｎＬＩＧａｎ — ｘｉａｎ
（１．ＦａｃｔｄｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＳｅａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｃｅａｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０３０１，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｒｅｃｅｐｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｗａｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙｃｈａｒｇｅａｍｐｌｉｉｅｆｒａｎｄｂａｎｄ — ｐａｓｓｉｌｆｔｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＤ９８５０；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｄｉｎｇａｎｄｐｈａｓｅｓｈｉｔｉｆｎｇ；ｐｕｓｈ－ｐｕｌｌａｍｐｌｉｉｆｅｒ；ｃｈａｒｇｅａｍｐｌｉｉｅｆｒ；ｂａｎｄ —ｐａｓｓｉｌｆｔｅｒ
Ｏ引言
ｃｉｒｃｕｉｔｓｎｏｔｏｎｌｙｗｅｒｅｉｎｇｏｏｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｍｅｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
研赛与
ＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１３．０７．０２８
基于ＡＤ９８５０超声换能器的驱动和接收电路设计
魏俊益，龙建军，李赶先
（１．广东工业大学机电工程学院，广东广州５１００６；２．中国科学院南海海洋研究所，广东广州５１０３０１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｉｎｇｏｎｓｕｂｍａｒｉｎｅａｃｏｕｓｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｄｔｈｅＤＤＳｃｈｉｐＡＤ９８５０ａｓａｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｄｒｉｖｅｒａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．Ｓｏｍｅｍｅｔｈｏｄｓｓｕｃｈａｓ，ｆｉ＇ｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｓｉｏｎ，ｐｈａｓｅｓｈｉｔ，ｏｆｐｔｉｃａｌｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｉｃｆａｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇ，ｅｔｃ，ｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｄｉｖｒｅ
中图分类号：ＴＢ５５２文献标识码：Ａ文章编号：１００９ —９４９２（２０１３）０７—００９７ —０５
ＤｒｉｖｅｒａｎｄＲｅｃｅｉｖｅｒＣｉｒｃｕｉｔＤｅｓｉｇｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｕｎｄＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＢａｓｅｄ
摘要：为了提高超声检测在海底声学测量中的测量精度，利用ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５０作为高精度信号源，并设计了超生换能器的驱
动和接收电路。采用分频移相、光电隔离、功率放大的和阻抗匹配的方法对换能器进行驱动；用电荷放大器和带通滤波器对接
收信号进行处理。实验结果表明，电路性能良好，满足测量要求。关键词：ＡＤ９８５０；分频移相；推挽放大器；电荷放大器；带通滤波器