恩智浦智能车四轮组-- 1.电磁检测方案、运放选型
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电磁检测电路方案、运放选型
比赛场地是20kHZ的信号，使用LC并联谐振进行选频，放大电路放大，经过检波输出为直流信号，接入ADC。
LC并联谐振
LC并联谐振原理
LC并联谐振选频公式为：
看了不少报告、淘宝成品，基本用的都是：
10mH电感+6.8nF电容
严格来说，根据上述公式，将20kHZ代入，10mH应该对应6.33nF。
此外，电感和电容的Q值影响选频的精度，
Q 越大，振幅特性曲线越尖锐，在f=fo附近相频特性变化越快，选频性能越好。
另外，电感和电容的制造误差，会导致不对称的情况，有条件的话，最好人工选择参数较为一致的电感和电容。
以上两点，催生了淘宝上部分“天价电感”，声称高Q值，低误差等等…
（顺带吐槽一下，虽然我也小白，但坚决不交这个智商税…是不是智商税也不重要，但一个评级如此高的比赛有这样完整的产业链，让人难受。每年变动不大的命题，各种祖传代码，只要你有钞能力，这就是"调参大赛" |ps：更喜欢电赛）
我购进了几款10mH电感，之后测试效果会发出来供大家参考。
放大电路
有两种方案：
1.三极管放大
2.运放放大
二者区别：
三极管频率响应有先天的优势，适合高频，但线性度不如运放，存在零漂、温漂。
运放可以构成深度负反馈，但频率响应差一些，当然，如果你有“钞能力”，这些都不是问题，又好又贵的运放一大把。
综上，现在没有人用三级管了，不过用来参考学习还是可以的。
三极管放大
翻看古董资料的时候，看到一篇《电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案》2010年组委会发布的，里面介绍的比较详细，我搬运一下：
感应电压只有几十个毫伏。在检测幅值之前必须进行有效的放大，放大倍数一般要大于 100 倍（40db）。
最简单的设计可以只是用一阶共射三极管放大电路就可以满足要求，如下图所示：
上图中放大后直接输出，只要保证单片机的 AD 采集速率大于 20kHz 的 5-10 倍，连续采集 5-10 个周期的电压信号（大约 100 数据左右），就可以直接从采集的数据中最大值减去最小值获得信号的峰峰值，峰峰值越大，表示距离导线越近。
我打算使用的是stc8a系列单片机，它的AD采样频率：
最大为800kHZ，完全够用了。
以上就是最简单的办法了。
稍微进化一下，加入检波电路：
上面电路D1和D2进行半波检波，输出部分 C4, R3 是进行滤波作用，输出即为直流，接入单片机ADC即可。
使用运放放大
组委会早期的文档中使用三极管方案而不用运放的原因写的很清楚，这部分原因也是我们选择运放的指标：
我们没有使用运算放大器进行信号的放大，这主要由于常用到的运算放大器（op07, uF741, NJM4580, NJM072B, JNM2904 等等） 在 工作电源、输出范围、频率响应等方面不能够满足我们的要求。
（1）工作电源：一般运放需要正负供电电源，在车模电路设计中，往往无 法直接提供正负电源。
（2）输出范围：运放输出电压范围往往要比工作电源电压小 1-2V，这样就 大大限制了信号的范围。也有部分 CMOS
运放可以实现满工作电源的输出（Rail to Rail 输出），但是这类运放的频率响应不够。
（3）频率响应：普通的运放的频率响应特性由增益带宽乘积参数决定。该 参数一般在 1-5Mhz 左右，除了高速运放外。我们的信号频率为
20kHz，如果使 用增益带宽乘积参数为 1Mhz 的运放，它对于 20kHz 的最大增益已经减少到 50
倍左右了。此时，它的最大输出电压范围也会更加减少（主要受到输出电压转换 速率参数的影响）。此时运放电路增益已经不能够满足我们的需要。
如果使用运放进行信号的放大，需要仔细选择运放，使得它的工作参数能够 满足我们电路的需要。
根据上述需求，我们列一下运放的需要注意的参数：
- 单电源供电
- 必须是轨到轨运放
- 一般LC谐振的峰峰值为几mV，放大到V级别，至少能保证20kHz下，100倍增益不失真，也就是说，增益带宽积至少为2MHz。
- 由于输入只有几mV，运放的输入失调电压，应该尽量低。
下面列出几家智能车相关的淘宝店售卖的、部分队伍技术报告中出现的运放：
以下均为轨到轨运放：
| 运放 | 种类 | 20kHz时，最大增益 | 输入失调电压 | 价格（立创商城参考价） |
|---|---|---|---|---|
| OPA2350 | 通用运放 | 1500倍 | 典型值0.15mV，最大值0.5mV | 双路运放 8.5￥/颗 |
| OPA2340 | 零漂移运放 | 300倍 | 典型值0.15mV，最大值0.5mV | 双路运放 9.5￥/颗 |
| AD8629 | 零漂移运放 | 180倍 | 典型值0.001mV，最大值0.005mV | 双路运放 10.5￥/颗 |
| OPA4377 | 通用运放 | 300倍 | 典型值0.25mV，最大值1mV | 4路运放 10￥/颗 |
| AD620 | 仪放 | 200倍 | 最大值0.05mV | 单路仪放 16￥/颗 |
| TLV4316 | 通用运放 | 800倍 | 典型值0.75mV，最大值3mV | 4路运放 6￥/颗 |
| INA2332 | 仪放 | 500倍 | 典型值2mV，最大值8mV | 双路仪放 13￥/颗 |
OPA2350，在智能车的相关店铺中比较常见，报告中也出现频繁，看参数是不错的选择。
OPA2350数据手册
OPA2340，零漂相较于OPA2350更小，但增益小一些，300倍也够用。
OPA2340数据手册
AD8629，低噪声、低漂移、低失调电压，但增益不是很高，如果所需增益在100倍左右，那么这个运放可以说是上表中参数最漂亮的了，当然，具体增益大小，需要实验。另外，有国产的替代IC：MS8629，价格更低，增益更高。
AD8629数据手册
OPA4377，在智能车店铺中有卖，性价比很高，它对应的双路运放型号为OPA2377，4路的型号价格更划算。
OPA4377数据手册
AD620，一款比较常见的仪放，外围电路非常简单，在前几年的技术报告中相当常见，除了最大增益偏低，其他各项参数都不错，但成本很高，我不打算使用。
AD620数据手册
TLV4316，在一篇设计报告中发现的，这个价格很吸引人，唯一的瑕疵是，失调电压最大值偏高。
TLV4316数据手册
INA2332，也是在一篇技术报告中发现，查阅手册时，发现失调电压有些高。
INA2332数据手册
给一点小建议，如果想多测试几种运放的话，最好选用双路通用运放，封装使用SOIC-8（这种封装的常用一些），这样打一块板子，可以测试多种运放。
在上表中，OPA2350、OPA2340、AD8629、TLV2316(TLV4316的双路型号)都可以使用同一块板子测试。
MULTISM仿真
打板前，用multism对OPA2350、OPA2340、OPA4377、AD8629做了仿真。
信号源：20kHz，峰峰值4mV
测试电路使用差分放大，2.5V偏置
OPA2350 100倍增益，效果良好:
OPA2350 1000倍增益，可以看到，设定1000倍增益下，这块运放依然坚挺，仅在低端出现了一点点的失真，效果很好：
OPA2340 仿真时，100倍增益就开始衰减了，设定300倍增益下，放大后理应峰峰值达到1.2V，结果只能到600mV，实际增益为150倍左右。
AD8629 带宽同样偏低，设定100倍增益时，实际增益只有75倍，设定300倍增益时，实际增益只有150倍。
OPA4377同样存在部分衰减，设定300倍增益时，实际增益为200倍左右。
从仿真效果上来看，OPA2350效果最佳，带宽超宽，20kHz下，可以达到1000倍增益，其余几款最大增益都被限制在200以内。
还有一款TLV4316，multism中没有模型，这款芯片带宽也挺宽的。（OPA2350是38M，TLV4316是10M）
OPA2350和TLV2316（TLV4316的双路型号）都是通用运放，可以互换。测试可以先测这两款。
其中TLV2316有国产替代型号：RS722，价格仅1.2￥/颗。
RS722有对应的更高带宽的型号，RS822，价格也不错。
个人比较偏向RS822，看参数很nice，价格是OPA2350的1/6。