微弱信号检测装置（A题）
【专业组】 一、任务
设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。 图1 微弱信号检测装置示意图
VS A B 噪声源 VN 加法器 VC C 纯电阻 分压网络 Vi D 微弱信号 检测电路 Vo E 显示 电路 正弦波信号源 二、要求 1. 基本要求
（1）噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。 （2）微弱信号检测电路的输入阻抗Ri≥1 M?。
（3）当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。 2. 发挥部分
（1）当输入正弦波信号VS 的幅度峰峰值在20mV ~ 2V范围内时， 检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
（2）扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率在500Hz ~ 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
（3）进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。 （4）其它（例如，进一步降低VS 的幅度等）。 三、说明
本题必须使用TI 的Launchpad（MSP430小开发板）来完成。
微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的微弱信号检测方法有：滤波，锁相放大，取样积分等（仅供参考）。
为便于各个模块的测试，所有测试端点（A~E）应做成跳线连接方式。 检测并显示正弦波信号的幅度值是指输入正弦波信号VS 的幅度（即峰值）。
0.1V；加法器的输出VC =VS+VN，带宽大于1MHz；
赛区测评时，应固定使用某一装置（PC机或MP3）来产生噪声源，所有作品均应采用该噪声源进行测试。 四、评分标准
发挥部分 基本要求 设计报告 项 目 方案论证 理论分析与计算 电路设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 总分 实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 其它 总分 满分 5 4 6 3 2 20 50 13 12 15 10 50
频率补偿电路（B题）
【专业组】 一、任务
设计并制作一个频率补偿电路，补偿“模拟某传感器特性的电路模块”（以下简称“模拟模块”）的高频特性。电路结构如图1所示。
模拟某传感器特性的电路模块 正弦波电压信号发生器 Vs K Rs 10MΩ Cf 1 5.1MΩ Rf 1 Cf 2 ? 4.7pF 5.1MΩ Rf 2 4.7pF A T + Vb TP1 频率补偿电路 Vo TP2
图1 电路结构 二、要求 1. 基本要求
(1) 按图1所示组装“模拟模块”电路，其中正弦波电压信号发生器可使用普通函数信号发生器。在开关K接Vs的条件下达到如下要求：
① Vs为200Hz、峰峰值为10V时，“模拟模块”输出Vb没有明显失真。 ② 以200Hz为基准，Vb 的?3dB高频截止频率为4.5 kHz ± 0.5 kHz。 (2) 设计并制作频率补偿电路，使之达到如下要求： ① 频率为200Hz时的电压增益A(200Hz)=|Vo/Vs|=1± 0.05。
② 以电压增益A(200Hz)为基准，将A(f)=|Vo/Vs|的?3dB高频截止频率扩展到大于50kHz。 ③ 以电压增益A(200Hz)为基准，频率0~35kHz范围内的电压增益A(f)的波动在±20%以内。 (3) 在达到基本要求(2)的第①、②项指标后，将开关K切换到接地端，输出Vo的噪声均方根电压Vn≤30 mV。 2. 发挥部分
(1) 在达到基本要求(2)的第①项指标后，以电压增益A(200Hz)为基准，将A(f)的?3dB高频截止频率扩展到100kHz ± 5kHz。
(2) 以电压增益A(200Hz)为基准，频率0~70kHz范围内的电压增益A(f)的波动在±10%以内。 (3) 在达到基本要求(2)的第①项和发挥部分(1)的指标后，将开关K切换到接地端，输出Vo的噪声均方根电压Vn ≤10 mV。 (4) 其他。 三、说明
1. 根据频带要求，直流特性和外部元件参数，自选“模拟模块”中的运算放大器A，该运放必须为TI公司产品。
2. 要求“模拟模块”输出Vb 的?3dB高频截止频率为4.5 kHz ± 0.5 kHz。如果所测高频截止频率≥6 kHz，则以后项目将不予评测。
3. 根据对高频响应特性的要求，频率补偿电路中插入适当的低通滤波电路可以有效降低输出Vo的高频噪声。此外，还应注意输入电路的屏蔽。
4. 在图1所示开关K切换到接地端的条件下，在T端接入图2(a)所示的电路可简化系统频率特性的测试、调整过程。设定函数信号发生器输出Vt为频率500Hz、峰峰值5V的三角波电压，则输出Vb的波形应近似为方波脉冲。如果频率补偿电路的参数已调整适当，则输出Vo的方波脉冲会接近理想形状。若高频截止频率为fH=50kHz，则输出的方波脉冲上升时间应为tr ≈ 7μs；若fH=100kHz，则tr ≈ 3.5μs；tr的定义如图2(b)所示。应用fH·tr ≈ 0.35的原理，可将系统的频率响应特性调整到所要求的指标。注意：Ci到运放A反相输入端的引线应尽量短，以避免引入额外干扰。
三角波电压信号 V C i t（函数信号发生器） 47pF T 100% 0 90% 10% tr (a) (b) 图2 辅助调试电路及波形定义
4. 要求在Vb端和Vo端预设测试点（TP1、TP2），以便于测试时连接示波器探头。 四、评分标准
项 目 方案论证 主要内容 比较与选择 方案描述 系统传递函数及零、极点分析 频率补偿各部分电路的分析 频率补偿各部分电路的设计 测试方法与仪器 测试结果及分析 摘要 设计报告结构及规范性 设计报告正文的结构 图表的规范性 总分 20 2 满分 3 理论分析与计算 6 设计报告 电路设计 6 测试方案与测试结果 3 基本要求 实际制作完成情况 完成第（1）项 50 15 15 15 5 50 发挥部分 完成第（2）项 完成第（3）项 其他 总分
【2024年整理】山东理工大学第七届电子设计竞赛题目
