超声波测距系统如何设计？这几个电路 藏着秘诀

3．2 仪表放大器
仪表放大器是精密差动电压放大器，其源于运算放大器，但优于运算放大器，其独特的性能使其在传感器信号放大、数据采集、精密电子仪器设备、医疗仪器等方面广泛被采用。
仪表放大器构成的超声波接收电路如图3所示，其有两部分构成，第一级由A1、A2组成，均采用高阻抗同相输入形式且结构对称，使得电路的漂移和失调都有互相抵消的作用；第二级由A3组成差动放大电路，同样具有很高的共模抑制比、极高的输入阻抗，与前级匹配。电阻R1=R2、R3=R4、R5=R6，调节Rp的电阻值，即可调节放大倍数，在A1和A2可增设调零电位器VR1和VR2，电路差模电压增益为：Au=R5／R3，
(1+2R1／Rp)由上式仪表放大器的增益即可由电阻R1、R3、R5预置，也可根据需要通调节Rp设置仪表放大器的增益。

核心器件可选用的集成运放相当多，在选用运放时，首先应选用低噪声、输入失调电流小、共模抑制比的运放；A1、A2运放的特性尽可能一致，电路采用了OP-07。电阻、电容的确定，在低噪声电路中，电阻选用低温度系数的电阻精密金属膜电阻，以获得尽可能低的漂移其噪声指数可达到0．2～1μV。放大器的放大倍数Au我们设定为10～10 000可调，根据Au=R5／R3(1+2R1／VR)，选取R1=R2=10 kΩ，R3=R4=2 kΩ，R5=R6=20 kΩ，Rp=10 kΩ足以满足Au。电路中的C主要滤除信号中的高频干扰成分，采用用云母电容或瓷片，均可降低电路噪声。

电路特点：1)电路具有抗共模干扰，抑制温漂功能。2)具有低噪声、高输入阻抗、低线性误差、高共模抑制比、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点。3)具有增益100～1 000可调，带宽达到100 kHz，集成运放改用宽带集成运放可提高接收电路响应带宽。

3．3 CX20106A构成接收电路
超声波接收集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控器。因红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。CX20106A构成的超声波接收电路如图4所示，该电路主要有集成电路

CX20106A和超声波探头构成，其利用CX20106A做接收电路载波频率为38 kHz；通过适当的改变C3的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

工作原理：CX20106A集成芯片是集放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形电路为一体的芯片。当超声波接收探头接收到超声波信号时，压迫压电晶体做振动，将机械能转化成电信号，由红外线检波接收集成芯片CX20106A接收到电信号后，对所接信号进行识别，若频率在38～40 kHz左右，则输出为低电平，否则输出为高电平。
电路特点：1)CX20106A输出的是电平信号，只能对标准距离作定性的判断，不能作为定量距离测量。2)CX20106A芯片外电路结构简单，使用简洁方便，价格低廉。3)CX20106A芯片中的滤波器为带通，带宽较窄，限制了噪声，但同时也限制了自身接收信号频率范围。4)具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力，适当调节电容C3的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

4 结论
超声波测距系统中，接收电路是核心电路。超声波接收电路直接决定了测距系统所测的数据准确度，在设计电路时，需调整部分分立元件的参数，以保证电路准确性。文中采用了同相放大器、仪表放大器、CX20106A 3种方案作为超声波接收电路，分析了3种方案的性能和特点。实验证明同相放大器、仪表放大器、CX20106A构成的超声波接收电路均适合超声波测距系统。