放大電路及傳感信號處理裝置的制造方法|泰安鴻興達電子有限公司 - 最近云南彩票中奖号|中国体育彩票中奖新闻
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   新聞動態
放大電路及傳感信號處理裝置的制造方法

 

發布日期:[2018-9-30 10:15:16]    來源:泰安鴻興達電子

 
 
放大電路及傳感信號處理裝置的制造方法
【專利摘要】公開了一種放大電路及傳感信號處理裝置,所述放大電路具有輸入端和輸出端,輸入端接收輸入信號,輸入信號包括直流失調電壓和有效信號,輸出端被配置為輸出有效信號的放大信號,所述放大電路包括:第一放大器,第二放大器,以及直流失調電壓補償單元,連接在第一放大器的輸出端和第二放大器的輸入端之間,其中,放大電路工作在第一模式和第二模式,在第一模式,第一放大器的輸入端連接第一基準信號端,直流失調電壓補償單元采樣第一放大器的失調電壓,在第二模式,第一放大器的輸入端連接放大電路的輸入端,直流失調電壓補償單元根據輸入的數字信號補償被第一放大器放大的輸入信號中的直流失調電壓以及補償第二放大器的失調電壓。
【專利說明】
放大電路及傳感信號處理裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及信號處理技術領域,具體涉及一種帶有直流失調電壓補償功能的 放大電路及一種傳感信號處理裝置。
【背景技術】
[0002] 在現有技術中,在對電信號進行精密測量時,需要對電信號進行一定增益的放大, 尤其是信號較弱而且測量的精度較高時。圖1是現有技術的一種精密信號測量電路的示意 性框圖。來自于信號源20的被測信號首先通過放大器11放大,放大后的被測信號經過模數 轉換器15轉換為數字信號,該數字信號經過數字信號處理單元17進行運算處理。
[0003] 實際中,除有效信號(可以是交流信號也可以是直流信號)外,被測信號中往往還 包括不希望有的直流失調電壓(DC Offset),而且直流失調電壓可能比有效信號更強。因此 在精密信號測量時,需要直流失調電壓消除電路對直流失調電壓進行消除。
[0004] 圖2是現有技術的一種能夠消除直流失調電壓的信號測量電路的示意性框圖。被 測信號來自于信號源20,數模轉換器19接收一數字信號Din〈m:l>并產生一個對應的直流失 調電壓抵消信號,該直流失調電壓抵消信號與被測信號的直流失調電壓大小相同,極性相 反。被測信號和該直流失調電壓抵消信號疊加之后再通過放大器11放大,之后通過模數轉 換器15和數字信號處理單元17進行處理。
[0005] 這種通過在放大器前疊加與直流失調電壓大小相同,極性相反的信號來消除直流 失調電壓的方法對電路的精度要求很高,因為數模轉換器19產生的直流失調電壓抵消信號 和直流失調電壓的微小誤差都會被放大器11進行放大,導致最終的輸出信號中仍然還殘留 有很大的直流失調電壓,從而引起測量誤差。
[0006] 這種高精度的電路也需要占用更大的芯片面積和增加額外的功耗,同時會改變 測量電路輸入端的阻抗,限制測量電路的應用場合。
[0007] 圖3是現有技術的另一種能夠消除直流失調電壓的信號測量電路的示意性框圖。 來自于信號源20的被測信號首先通過放大器11放大,放大后的被測信號中包括了放大了的 直流失調電壓,放大后的被測信號與數模轉換器19產生的直流失調電壓抵消信號進行疊加 后經過模數轉換器15和數字信號處理單元17進行處理獲得最終的輸出信號,其中,所述直 流失調電壓抵消信號與經放大器11放大后的被測信號中的直流失調電壓大小相同,極性相 反。
[0008] 由于有用信號和直流失調電壓同時被放大,而且直流失調電壓可能比有用信號更 強,所以直流失調電壓會占掉很大的信號動態范圍。所以圖3所示的方法要求放大器11的線 性輸出擺幅要比有用信號需要的線性輸出擺幅大的多,才能保證有用信號不被直流失調電 壓淹沒造成信號失真,而放大器11的最大線性輸出范圍已經由電路的電源電壓限制,這會 增加電路設計的難度甚至滿足不了設計要求。 【實用新型內容】
[0009] 本實用新型提出一種帶有直流失調電壓補償功能的放大電路及一種傳感信號處 理裝置,能夠消除輸入信號中的直流失調電壓以及放大器的失調電壓。
[0010] 根據本實用新型的一個方面,提供一種帶有直流失調電壓補償功能的放大電路, 具有輸入端和輸出端,所述輸入端接收輸入信號,所述輸入信號包括直流失調電壓和有效 信號,所述輸出端被配置為輸出所述有效信號的放大信號,所述放大電路包括:第一放大 器,所述第一放大器的輸入端連接所述放大電路的輸入端或第一基準信號端;第二放大器, 所述第二放大器的輸出端被配置為所述放大電路的輸出端;以及直流失調電壓補償單元, 連接在所述第一放大器的輸出端和第二放大器的輸入端之間,其中,所述放大電路工作在 第一模式和第二模式,在所述第一模式,所述第一放大器的輸入端連接所述第一基準信號 端,所述直流失調電壓補償單元采樣所述第一放大器的失調電壓,在所述第二模式,所述第 一放大器的輸入端連接放大電路的輸入端,所述直流失調電壓補償單元根據輸入的數字 信號補償被第一放大器放大的輸入信號中的直流失調電壓以及補償所述第二放大器的失 調電壓。
[0011] 優選地,所述直流失調電壓補償單元包括:第一電容,連接在所述第一放大器的輸 出端和第二放大器的輸入端之間;數模轉換器,被配置為接收所述數字信號產生對應的模 擬信號;第二電容,所述第二電容的第一極板連接所述數模轉換器的輸出端,其中,在所述 第一模式,所述第二放大器的輸入端與所述第一電容的中間節點連接第二基準信號端,在 所述第二模式,所述第二放大器的輸入端與所述第一電容的中間節點連接所述第二電容的 第二極板,所述模擬信號通過第二電容疊加到第二放大器的輸入端。
[0012] 優選地,所述放大電路還包括:第一開關,連接在所述放大電路的輸入端和所述第 一放大器的輸入端之間;第二開關,連接在所述第一基準信號端和所述第一放大器的輸入 端之間;所述直流失調電壓補償單元還包括:第三開關,連接在所述第二基準信號端和所述 第二放大器的輸入端與所述第一電容的中間節點之間;第四開關,連接在所述第二放大器 的輸入端與所述第一電容的中間節點和所述第二電容的第二極板之間,其中,在所述第一 模式,所述第一開關和第四開關斷開,所述第二開關和第三開關閉合,在所述第二模式,所 述第一開關和第四開關閉合,所述第二開關和第三開關斷開。
[0013]優選地,所述第一放大器具有第一輸入端和第二輸入端,所述第一放大器的第二 輸入端連接第一基準信號端,所述第一開關連接在所述第一放大器的第一輸入端和所述放 大電路的輸入端之間;所述第二開關連接在所述第一放大器的第一輸入端和所述第一基準 信號端之間;所述第二放大器具有第一輸入端和第二輸入端,所述第二放大器的第二輸入 端連接所述第二基準信號端;所述第一電容連接在所述第一放大器的輸出端和第二放大器 的第一輸入端之間;所述第三開關連接在第二基準信號端和所述第一電容與所述第二放大 器的第一輸入端的中間節點之間;所述第四開關連接在所述第二電容的第二極板和所述第 一電容與所述第二放大器的第一輸入端的中間節點之間。
[0014]優選地,所述輸入信號為差分信號,所述輸入信號包括第一輸入信號和第二輸入 信號,所述放大電路具有第一輸入端和第二輸入端,所述放大電路的第一輸入端接收第一 輸入信號,所述放大電路的第二輸入端接收第二輸入信號,所述第一放大器具有第一輸入 端、第二輸入端、第一輸出端以及第二輸出端,所述第一放大器的第一輸入端連接所述放大 電路的第一輸入端或第一基準信號端,所述第一放大器的第二輸入端連接所述放大電路的 第二輸入端或第一基準信號端,所述第二放大器具有第一輸入端和第二輸入端;所述直流 失調電壓補償單元包括:第三電容,連接在所述第一放大器的第一輸出端和第二放大器的 第一輸入端之間;第四電容,連接在所述第一放大器的第二輸出端和第二放大器的第二輸 入端之間;數模轉換器,具有第一輸出端和第二輸出端,所述數模轉換器被配置為接收所述 數字信號,通過第一輸出端輸出第一模擬信號,通過第二輸出端輸出第二模擬信號,所述第 一模擬信號和第二模擬信號的大小相等,極性相反;第五電容,所述第五電容的第一極板連 接所述數模轉換器的第一輸出端,第六電容,所述第六電容的第一極板連接所述數模轉換 器的第二輸出端,第七電容,所述第七電容的第一極板連接所述數模轉換器的第一輸出端, 第八電容,所述第八電容的第一極板連接所述數模轉換器的第二輸出端,其中,在所述第一 模式,第一放大器的第一輸入端連接第一基準信號端,第一放大器的第二輸入端連接第一 基準信號端,所述第三電容和第二放大器的第一輸入端的中間節點連接第二基準信號端, 所述第四電容和第二放大器的第二輸入端的中間節點連接第二基準信號端,在所述第二模 式,第一放大器的第一輸入端連接所述放大電路的第一輸入端,第一放大器的第二輸入端 連接所述放大電路的第二輸入端,所述第三電容和第二放大器的第一輸入端的中間節點連 接第五電容的第二極板或第六電容的第二極板,所述第四電容和第二放大器的第二輸入端 的中間節點連接第七電容的第二極板或第八電容的第二極板。
[0015] 優選地,所述放大電路還包括:第五開關,連接在放大電路的第一輸入端和第一放 大器的第一輸入端之間;第六開關,連接在第一放大器的第一輸入端和第一基準信號端之 間;第七開關,連接在放大電路的第二輸入端和第一放大器的第二輸入端之間;第八開關, 連接在第一放大器的第二輸入端和第一基準信號端之間;第九開關,連接在第三電容與第 二放大器的第一輸入端的中間節點和第二基準信號端之間;第十開關,連接在第四電容與 第二放大器的第二輸入端的中間節點和第二基準信號端之間;第十一開關,連接在第五電 容的第二極板和第三電容與第二放大器的第一輸入端的中間節點之間;第十二開關,連接 在第六電容的第二極板和第三電容與第二放大器的第一輸入端的中間節點之間;第十三開 關,連接在第七電容的第二極板和第四電容與第二放大器的第二輸入端的中間節點之間; 以及第十四開關,連接在第八電容的第二極板和第四電容與第二放大器的第二輸入端的中 間節點之間,其中,在第一模式,所述第六開關、第八開關、第九開關和第十開關閉合,所述 第五、第七、第十一、第十二、第十三以及第十四開關斷開,在第二模式,所述第六開關、第八 開關、第九開關和第十開關斷開,所述第五開關、第七開關閉合,第十一開關和第十三開關 閉合、第十二開關和第十四開關斷開或第十一開關和第十三開關斷開、第十二開關和第十 四開關閉合。
[0016] 優選地,所述直流失調電壓的極性為正時,第十一開關和第十三開關閉合、第十二 開關和第十四開關斷開,所述直流失調電壓的極性為負時,第十一開關和第十三開關斷開、 第十二開關和第十四開關閉合。
[0017] 根據本實用新型的又一個方面,提出一種傳感信號處理裝置,包括:傳感器,用于 感應物理量輸出模擬檢測信號;放大電路,用于放大所述模擬檢測信號;模數轉換器,用于 將放大后的模擬檢測信號轉換為數字檢測信號;以及數字信號處理器,用于處理所述數字 檢測信號;其中,所述放大電路為上述的放大電路。
[0018] 優選地,所述傳感器為磁力計、加速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器中的至少 一種。
[0019] 優選地,所述傳感器包括磁敏電阻或壓敏電阻。
[0020] 本實用新型的帶有直流失調電壓補償功能的放大電路通過兩級放大器放大輸入 信號,在第一級放大后將抵消信號疊加到第一級放大后輸入信號,降低了對數模轉換器的 精度要求,此外,兩級放大結構可以有效降低對單個放大器線性輸出擺幅的要求,從而降低 了放大器以及總體電路的設計難度,特別是在低電壓供電情況。
【附圖說明】
[0021] 通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述,本實用新型的上述以及其它目 的、特征和優點將更為清楚,在附圖中:
[0022] 圖1是現有技術的一種精密信號測量電路的示意性框圖;
[0023] 圖2a是現有技術的一種能夠消除直流失調電壓的信號測量電路的示意性框圖;
[0024] 圖2b是現有技術的另一種能夠消除直流失調電壓的信號測量電路的示意性框圖;
[0025] 圖3是根據本實用新型第一實施例的帶有直流失調電壓補償功能的放大電路的示 意性框圖;
[0026] 圖4是根據本實用新型第二實施例的帶有直流失調電壓補償功能的放大電路的示 意性框圖;
[0027] 圖5是根據本實用新型第三實施例的帶有直流失調電壓補償功能的放大電路的示 意性框圖;以及
[0028] 圖6是根據本實用新型實施例的傳感信號處理裝置的示意性結構框圖。
【具體實施方式】
[0029] 以下基于實施例對本實用新型進行描述,但是本實用新型并不僅僅限于這些實施 例。在下文對本實用新型的細節描述中,詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人 員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本實用新型。為了避免混淆本實用新型的 實質,公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。此外,本領域普通技術人員應 當理解,在此提供的附圖都是為了說明的目的,并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0030] 除非上下文明確要求,否則整個說明書和權利要求書中的"包括"、"包含"等類似 詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義;也就是說,是"包括但不限于"的含 義。在本實用新型的描述中,需要理解的是,術語"第一"、"第二"等僅用于描述目的,而不能 理解為指示或暗示相對重要性。此外,在本實用新型的描述中,除非另有說明,"多個"的含 義是兩個或兩個以上。
[0031] 本實用新型提出一種帶有直流失調電壓補償功能的放大電路,該放大電路具有輸 入端和輸出端,所述輸入端接收來自信號源的輸入信號,所述輸入信號包括直流失調電壓 和有效信號,所述輸出端被配置為輸出所述有效信號的放大信號,該放大電路包括:第一放 大器、第二放大器以及直流失調電壓補償單元。
[0032] 第一放大器的輸入端連接放大電路的輸入端或第一基準信號端。
[0033] 第二放大器的輸出端被配置為所述放大電路的輸出端。
[0034] 直流失調電壓補償單元連接在第一放大器的輸出端和第二放大器的輸入端之間。 其中,放大電路工作在第一模式和第二模式,在第一模式,第一放大器的輸入端連接第一基 準信號端,使得第一放大器的輸出端為第一放大器的輸出失調電壓,直流失調電壓補償單 元通過電容采樣第一放大器的輸出失調電壓(Offset Voltage),在第二模式,第一放大器 的輸入端連接放大電路的輸入端以接收輸入信號,直流失調電壓補償單元根據輸入的數字 信號消除被第一放大器放大的輸入信號中的直流失調電壓以及補償第二放大器的輸出失 調電壓。
[0035]第一放大器和第二放大器根據輸入信號的形式可以是單端輸入單端輸出或單端 輸入雙端輸出或雙端輸入單端輸出或雙端輸入雙端輸出。例如輸入信號和輸出信號均為差 分信號,第一放大器和第二放大器分別為雙端輸入雙端輸出。
[0036] 第一實施例
[0037]參照圖3,放大電路30通過其輸入端從信號源20接收輸入信號Vin,該輸入信號Vin 包括直流失調電壓Vin_os和有效信號Vin_real。放大電路30包括:第一放大器31、第二放大 器33、第一開關S1、第二開關S2以及直流失調電壓補償單元。
[0038]第一放大器31為單端輸入單端輸出,并且第一放大器31具有第一增益G1。
[0039]第一開關S1連接在第一放大器31的輸入端和放大電路30的輸入端之間。第二開關 S2連接在第一放大器31的輸入端和第一基準信號端之間。
[0040] 第二放大器33為單端輸入單端輸出,第二放大器33的輸出端被配置為放大電路30 的輸出端。第二放大器33具有第二增益G2。
[0041] 直流失調電壓補償單元設置在第一放大器31和第二放大器33之間。直流失調電壓 補償單元包括:數模轉換器35、第一電容C1、第二電容C2、第三開關S3以及第四開關S4。 [00 42]第一電容C1設置在第一放大器31的輸出端和第二放大器33的輸入端之間。
[0043]數模轉換器35接收數字信號Din〈m: 1>產生模擬信號Vdac,該模擬信號Vdac可以通過 第二電容C2疊加于第二放大器33的輸入端。所述模擬信號用于消除被第一放大器31放大的 輸入信號中的直流失調電壓以及補償第二放大器33的輸出失調電壓。例如,放大電路30包 括估值單元,估值單元用于估算直流失調電壓的大小。估值單元根據直流失調電壓的大小 和第二放大器33的輸出失調電壓的大小,產生數字信號Din〈m:l>。優選地,數模轉換器35為 電荷共享型數模轉換器。
[0044] 第二電容C2的第一極板連接數模轉換器35的輸出端,第二電容C2的第二極板通過 第四開關S4連接第一電容C1和第二放大器33的輸入端之間的中間節點m。
[0045] 第一電容Cl和第二放大器33的輸入端之間的中間節點m還通過第三開關S3連接第 二基準信號端。
[0046]放大電路30工作在第一模式和第二模式。在第一模式,第二開關S2和第三開關S3 閉合,第一開關S1和第四開關S4斷開。在第二模式,第二開關S2和第三開關S3斷開,第一開 關S1和第四開關S4閉合。
[0047]在工作中,放大電路30首先處于第一模式。在第一模式,第一放大器31的輸入端連 接第一基準信號,第一放大器31的輸出端的電壓為第一放大器31的輸出失調電壓Vosl,第 一電容C1和第二放大器33的輸入端之間的中間節點m連接交流第二基準信號,此時第一電 容C1存儲的電荷為Cl*Vosl。
[0048]之后,放大電路30處于第二模式,第一放大器31的輸入端接收輸入信號Vin,第一 放大器31的輸出端的電壓為Gl*Vin+Vosl,數模轉換器35的輸出端的電壓為Vdac。在第二模 式,根據電荷守恒,第二放大器33的輸入端的電壓為V33=(Gl*Cl*Vin+C2*VDAC)/(Cl+C2) = [Gl*Cl*(Vin_os+Vin_real)+C2*VDAc]/(Cl+C2),因此在第二放大器33的輸入信號中不包括 第一放大器31的輸出失調電壓Vosl。進一步,通過設置適當的數字信號Din〈m:l>,使得數模 轉換器35的輸出信號Vdac能夠抵消經第一放大器31放大的輸入信號中的直流失調電壓同時 補償第二放大器33的輸出失調電壓Vos2。
[0049]例如,估值單元計算得到Din〈m: l>,Din〈m: 1>對應的模擬信號Vdag能夠使得第二放 大器33的輸入端的電壓為V33 = Gl*Cl*Vin_real/(Cl+C2)-V〇S2,第二放大器33的輸出端電 壓為Gl*G2*Cl*Vin_real/(Cl+C2),即輸出端為有效信號的放大信號。
[0050] 相比于圖2a所示的電路,本實用新型的放大電路30在第一放大器31和第二放大器 33之間加入直流失調電壓補償單元,由于輸入信號有了第一放大器31的增益G1,所以可以 采用精度更低的數模轉換器抵消直流失調電壓。精度更低的數模轉換器有利于采用更簡單 的電路,采用更小的芯片面積和更低的功耗實現。而且因為輸入端沒有額外電路,測量電路 的輸入阻抗就是第一放大器31的輸入阻抗。例如,第一放大器31的輸入為M0S管的柵極,那 么輸入阻抗就是高阻抗,放大電路30就可以適用于絕大多數電壓信號輸入的應用場合。
[0051] 另外,相比圖2b所示的電路,本實用新型中將前置放大器分成兩級放大器(第一放 大器31和第二放大器33),在第一放大器31和第二放大器33之間加入直流失調電壓補償單 元,可以通過配置兩個放大器的增益,靈活實現前置放大器的總增益要求。相比于單個高增 益的放大器,采用兩級放大結構可以有效降低對單個放大器線性輸出擺幅的要求,從而降 低了放大器以及總體電路的設計難度,特別是在低電壓供電情況。
[0052] 第二實施例
[0053]參照圖4,放大電路40通過其輸入端從信號源20接收輸入信號Vin,該輸入信號 Vin包括直流失調電壓Vin_os和有效信號Vin_real。放大電路40包括:第一放大器41、第二 放大器43、第一開關S1、第二開關S2以及直流失調電壓補償單元。
[0054]第一放大器41為雙端輸入單端輸出,第一放大器41具有第一輸入端和第二輸入 端,第一放大器41的第二輸入端連接第一基準信號端,第一基準信號端用于提供第一參考 電壓Vref 1。第一放大器31具有第一增益G1。
[0055]第一開關S1連接在第一放大器41的第一輸入端和放大電路40的輸入端之間。第二 開關S2連接在第一放大器41的第一輸入端和第一基準信號端之間。
[0056]第二放大器43為雙端輸入單端輸出,第二放大器43具有第一輸入端和第二輸入 端,第二放大器43的第二輸入端連接第二基準信號端,第二基準信號端用于提供第二參考 電壓Vref 2。第二放大器43的輸出端被配置為放大電路40的輸出端。第二放大器43具有第二 增益G2。
[0057] 直流失調電壓補償單元設置在第一放大器41和第二放大器43之間。直流失調電壓 補償單元包括:數模轉換器45、第一電容C1、第二電容C2、第三開關S3以及第四開關S4。 [0058]第一電容C1設置在第一放大器41的輸出端和第二放大器43的第一輸入端之間。 [00 59]數模轉換器45接收數字信號Din〈m: 1>產生模擬信號Vdag,該模擬信號Vdag可以通過 第二電容C2疊加于第二放大器43的第一輸入端。所述模擬信號用于消除被第一放大器41放 大的輸入信號中的直流失調電壓以及補償第二放大器43的輸出失調電壓。例如,放大電路 40包括估值單元,估值單元估算直流失調電壓的大小。估值單元根據直流失調電壓的大小 以及第二放大器43的輸出失調電壓的大小來產生數字信號Din〈m:l>。
[0060]第二電容C2的第一極板連接數模轉換器45的輸出端,第二電容C2的第二極板通過 第四開關S4連接第一電容C1和第二放大器43的第一輸入端之間的中間節點m。
[0061 ]第一電容Cl和第二放大器43的第一輸入端之間的中間節點m還通過第三開關S3 連接第二基準信號端。
[0062]放大電路40工作在第一模式和第二模式。在第一模式,第二開關S2和第三開關S3 閉合,第一開關S1和第四開關S4斷開。在第二模式,第二開關S2和第三開關S3斷開,第一開 關S1和第四開關S4閉合。
[0063]在工作中,放大電路40首先處于第一模式,第一放大器41的第一輸入端和第二輸 入端分別接收第一參考電壓Vrefl,第一放大器41的輸出端的電壓為第一放大器41的輸出 失調電壓Vosl,第一電容C1和第二放大器43的輸入端之間的中間節點m連接第二參考電壓 Vref 2,此時第一電容C1存儲的電荷為Cl*Vosl。之后,放大電路40處于第二模式,第一放大 器41的第一輸入端接收輸入信號Vin,第一放大器41的輸出端的電壓為Gl*Vin+Vosl,數模 轉換器45的輸出端的電壓為Vdac,根據電荷守恒,在第二模式,第二放大器43的輸入端的電 壓為
[0064] 1
[0065]因此在第二放大器43的輸入信號中不包括第一放大器41的輸出失調電壓Vos 1。進 一步,通過設置適當的數字信號Din〈m:l>,使得數模轉換器45的輸出信號VDAC能夠抵消經第 一放大器41放大的輸入信號中的直流失調電壓以及補償第二放大器43的輸出失調電壓 V〇S2,使得第二放大器43的輸出信號僅為輸入信號中的有效信號的放大信號。
[0066] 相比于圖2a所示的電路,本實用新型的放大電路40在第一放大器41和第二放大器 43之間加入直流失調電壓補償單元,由于輸入信號有了第一放大器41的增益G1,所以可以 采用精度更低的數模轉換器。精度更低的數模轉換器有利于采用更簡單的電路,采用更小 的芯片面積和更低的功耗實現。而且因為輸入端沒有額外電路,測量電路的輸入阻抗就是 第一放大器41的輸入阻抗。例如,第一放大器41的輸入為M0S管的柵極,那么輸入阻抗就是 高阻抗,放大電路40就可以適用于絕大多數電壓信號輸入的應用場合。
[0067]另外,相比圖2b所示的電路,本實用新型中將前置放大器分成兩級放大器(第一放 大器41和第二放大器43),在第一放大器41和第二放大器43之間加入直流失調電壓補償單 元,可以通過配置兩個放大器的增益,靈活實現前置放大器的總增益要求。相比于單個高 增益的放大器,采用兩級放大結構可以有效降低對單個放大器線性輸出擺幅的要求,從而 降低了放大器以及總體電路的設計難度,特別是在低電壓供電情況。
[0068] 第三實施例
[0069]參照圖5,放大電路50為全差分電路,放大電路50通過其輸入端從信號源接收輸入 信號。
[0070]信號源為磁敏電阻電橋傳感器,被測物理量通過敏感電阻R1至R4組成的電橋轉換 為差分電壓信號。信號源包括串聯在偏置電壓和地之間的電阻R1和電阻R3,串聯在偏置電 壓和地之間的電阻R2和電阻R4,電阻R1和電阻R3組成的支路和電阻R2和電阻R4組成的支路 并聯。輸入信號Vin為第一輸入信號Vinl和第二輸入信號Vin2的差分信號。
[0071]由于工藝偏差等原因,電阻R1至R4會存在較大的失配,導致輸入信號Vin中存在較 大的直流失調電壓Vin_os,而且由于工藝限制,敏感電阻的靈敏度一般較低,在弱信號檢測 時產生的有用的有效信號Vin_real可能比直流失調電壓Vin_os小的多,所以在測量有用信 號時,必須把輸入信號Vin中的直流失調電壓消除到可以忽略的程度。
[0072 ]放大電路50具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端以及第二輸出端。放大電路 50的第一輸入端連接電阻R2和電阻R4的中間節點,接收第一輸入信號Vinl,放大電路50的 第二輸入端連接電阻R1和電阻R3的中間節點,接收第二輸入信號Vin2。
[0073] 放大電路50包括:第一放大器51、第二放大器53、第五開關S5、第六開關S6、第七開 關S7、第八開關S8以及直流失調電壓補償單元。
[0074]第一放大器51為雙端輸入雙端輸出,第一放大器51具有第一輸入端、第二輸入端、 第一輸出端以及第二輸出端。第一放大器31具有第一增益G1。
[0075]第五開關S5連接在放大電路50的第一輸入端和第一放大器51的第一輸入端之間。 [0076]第六開關S6連接在第一基準信號端和第一放大器51的第一輸入端之間。第一基準 信號端用于提供第一共模電壓Vcoml。
[0077]第七開關S7連接在放大電路50的第二輸入端和第一放大器51的第一輸入端之 間。
[0078] 第八開關S8連接在第一基準信號端和第一放大器51的第二輸入端之間。
[0079] 第二放大器53為雙端輸入雙端輸出,第二放大器53具有第一輸入端、第二輸入端、 第一輸出端以及第二輸出端。第二放大器53具有第二增益G2。第二放大器53的第一輸出端 被配置為放大電路50的第一輸出端,第二放大器53的第二輸出端被配置為放大電路50的第 二輸出端。第二放大器43具有第二增益G2。
[0080] 直流失調電壓補償單元設置在第一放大器51和第二放大器53之間。直流失調電壓 補償單元包括:數模轉換器55、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電 容C7、第八電容C8、第^^一開關S11、第十二開關S12、第十三開關S13以及第十四開關S14。 [00 81 ]第三電容C3設置在第一放大器51的第一輸出端和第二放大器53的第一輸入端之 間。
[0082]第四電容C4設置在第一放大器51的第二輸出端和第二放大器53的第二輸入端之 間。
[0083]第九開關S9設置在第三電容C3與第二放大器53的第一輸入端的中間節點和第二 基準信號端之間。第二基準信號端用于提供第二共模電壓Vcom2。
[0084]第十開關S10設置在第四電容C4與第二放大器53的第二輸入端的中間節點和第二 基準信號端之間。
[0085]數模轉換器55接收數字信號Din〈m: 1>產生模擬信號Vdac,所述模擬信號Vdac用于消 除被第一放大器51放大的輸入信號Vin中的直流失調電壓以及第二放大器53的失調電壓。 例如,放大電路50包括直流失調電壓估值單元,直流失調電壓估值單元用于估算直流失調 電壓的大小,并根據直流失調電壓的大小和第二放大器53的失調電壓的大小產生數字信號 Din〈m: 1>。數模轉換器55具有第一輸出端和第二輸出端,通過第一輸出端輸出第一模擬信 號,通過第二輸出端輸出第二模擬信號,所述第一模擬信號和第二模擬信號的大小相等,極 性相反。
[0086]第五電容C5的第一極板連接數模轉換器55的第一輸出端,第五電容C5的第二極 板通過第十一開關SI 1連接第三電容C3與第二放大器53的第一輸入端的中間節點。
[0087]第六電容C6的第一極板連接數模轉換器55的第二輸出端,第六電容C6的第二極板 通過第十二開關S12連接第三電容C3與第二放大器53的第一輸入端的中間節點。
[0088]第七電容C7的第一極板連接數模轉換器55的第一輸出端,第七電容C7的第二極板 通過第十三開關S13連接第四電容C4與第二放大器53的第二輸入端的中間節點。
[0089]第八電容C8的第一極板連接數模轉換器55的第二輸出端,第八電容C8的第二極板 通過第十四開關S14連接第四電容C4與第二放大器53的第二輸入端的中間節點。
[0090]放大電路50工作在第一模式和第二模式。
[0091]在第一模式,所述第六開關S6、第八開關S8、第九開關S9和第十開關S10閉合,第五 開關S5、第七開關S7、第十一開關S11、第十二開關S12、第十三開關S13以及第十四開關S14 斷開。在第二模式,所述第六開關S6、第八開關S8、第九開關S9和第十開關S10斷開,第五開 關S5、第七開關S7、第十一開關和第十三開關閉合、第十二開關和第十四開關斷開或者第十 一開關和第十三開關斷開、第十二開關和第十四開關閉合。優選地,在所述直流失調電壓的 極性為正時,第十一開關和第十三開關閉合、第十二開關和第十四開關斷開,所述直流失調 電壓的極性為負時,第十一開關和第十三開關斷開、第十二開關和第十四開關閉合。
[0092]在工作中,放大電路50首先處于第一模式,第一放大器51的第一輸入端和第二輸 入端分別接收第一共模電壓Vcoml,第一放大器51的第一輸出端和第二輸出端輸出的差分 信號為第一放大器51的輸出失調電壓Vos 1。
[0093]之后,放大電路50處于第二模式,第一放大器51的第一輸入端接收第一輸入信號 Vinl,第一放大器51的第二輸入端接收第二輸入信號Vin2,第一放大器31的第一輸出端和 第二輸出端之間的差分信號為61*(>;[111-'\^112)+¥081。在第二放大器53的差分輸入信號中 不包括第一放大器51的輸出失調電壓Vosl。進一步,通過設置適當的數字信號Din〈m:l>, 使得數模轉換器55的輸出信號V DAC能夠抵消經第一放大器51放大的輸入信號中的直流失調 電壓以及第二放大器53的輸出失調電壓Vos2。
[0094] 在上述實施例中的開關可以使用CMOS開關,放大器可以使用連續時間有限增益放 大器,電容可以使用Μ頂電容或者其他電容。
[0095] 本實用新型還提供一種信號放大方法,通過第一放大器和第二放大器對輸入信號 進行兩級放大,所述輸入信號包括直流失調電壓和有效信號,所述方法包括:
[0096] 在第一模式下,將第一放大器的配置為連接第一基準信號端,使得第一放大器的 輸出端為其輸出失調電壓,并米樣獲取第一放大器的輸出失調電壓。
[0097] 在第二模式下,將第一放大器的配置為接收所述輸入信號,通過設置于第一放大 器和第二放大器之間的直流失調電壓補償單元獲取抵消信號并將該抵消信號與以第一增 益放大后的輸入信號疊加以獲得中間信號,并通過第二放大器以第二增益放大所述中間信 號,使得第二放大器輸出輸入信號的有效信號的放大信號。其中,所述抵消信號用于消除經 第一放大器放大后的輸入信號中的直流失調電壓,優選地,該抵消信號還用于補償第二放 大器的輸出失調電壓。
[0098] 圖6是應用本實用新型實施例的帶有直流失調電壓補償功能的放大電路的傳感信 號處理裝置。如圖6所示,所述傳感信號處理裝置包括傳感器1、放大電路2、模數轉換器3和 數字信號處理器4。
[0099] 傳感器1用于感應物理量輸出模擬檢測信號。所述傳感器為磁力計、加速度傳感 器、溫度傳感器、濕度傳感器中的至少一種。在一些實施例中,傳感器包括磁敏電阻或壓敏 電阻。
[0100] 放大電路2用于放大所述模擬檢測信號。放大電路2為以上所有實施例所述的放大 電路。
[0101] 模數轉換器3用于將放大后的模擬檢測信號轉換為數字檢測信號。
[0102] 數字信號處理器4用于處理所述數字檢測信號。
[0103] 由于應用了本實用新型實施例的帶有直流失調電壓補償功能的放大電路,圖6所 示的傳感信號處理裝置可以更加準確地獲得和處理傳感器檢測的物理量。
[0104] 以上所述僅為本實用新型的優選實施例,并不用于限制本實用新型,對于本領域 技術人員而言,本實用新型可以有各種改動和變化。凡在本實用新型的精神和原理之內所 作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本實用新型的?;し段е?。
【主權項】
1. 一種放大電路,具有輸入端和輸出端,所述輸入端接收輸入信號,所述輸入信號包括 直流失調電壓和有效信號,所述輸出端被配置為輸出所述有效信號的放大信號,其特征在 于,所述放大電路包括: 第一放大器,所述第一放大器的輸入端連接所述放大電路的輸入端或第一基準信號 端; 第二放大器,所述第二放大器的輸出端被配置為所述放大電路的輸出端;以及 直流失調電壓補償單元,連接在所述第一放大器的輸出端和第二放大器的輸入端之 間, 其中,所述放大電路工作在第一模式和第二模式,在所述第一模式,所述第一放大器的 輸入端連接所述第一基準信號端,所述直流失調電壓補償單元采樣所述第一放大器的失調 電壓,在所述第二模式,所述第一放大器的輸入端連接放大電路的輸入端,所述直流失調電 壓補償單元根據輸入的數字信號補償被第一放大器放大的輸入信號中的直流失調電壓以 及補償所述第二放大器的失調電壓。2. 根據權利要求1所述的放大電路,其特征在于,所述直流失調電壓補償單元包括: 第一電容,連接在所述第一放大器的輸出端和第二放大器的輸入端之間; 數模轉換器,被配置為接收所述數字信號產生對應的模擬信號; 第二電容,所述第二電容的第一極板連接所述數模轉換器的輸出端, 其中,在所述第一模式,所述第二放大器的輸入端與所述第一電容的中間節點連接第 二基準信號端,在所述第二模式,所述第二放大器的輸入端與所述第一電容的中間節點連 接所述第二電容的第二極板,所述模擬信號通過第二電容疊加到第二放大器的輸入端。3. 根據權利要求2所述的放大電路,其特征在于,所述放大電路還包括: 第一開關,連接在所述放大電路的輸入端和所述第一放大器的輸入端之間; 第二開關,連接在所述第一基準信號端和所述第一放大器的輸入端之間; 所述直流失調電壓補償單元還包括:第三開關,連接在所述第二基準信號端和所述第 二放大器的輸入端與所述第一電容的中間節點之間; 第四開關,連接在所述第二放大器的輸入端與所述第一電容的中間節點和所述第二電 容的第二極板之間, 其中,在所述第一模式,所述第一開關和第四開關斷開,所述第二開關和第三開關閉 合,在所述第二模式,所述第一開關和第四開關閉合,所述第二開關和第三開關斷開。4. 根據權利要求3所述的放大電路,其特征在于,所述第一放大器具有第一輸入端和第 二輸入端,所述第一放大器的第二輸入端連接第一基準信號端, 所述第一開關連接在所述第一放大器的第一輸入端和所述放大電路的輸入端之間; 所述第二開關連接在所述第一放大器的第一輸入端和所述第一基準信號端之間; 所述第二放大器具有第一輸入端和第二輸入端,所述第二放大器的第二輸入端連接所 述第二基準信號端; 所述第一電容連接在所述第一放大器的輸出端和第二放大器的第一輸入端之間; 所述第三開關連接在第二基準信號端和所述第一電容與所述第二放大器的第一輸入 端的中間節點之間; 所述第四開關連接在所述第二電容的第二極板和所述第一電容與所述第二放大器的 第一輸入端的中間節點之間。5. 根據權利要求1所述的放大電路,其特征在于,所述輸入信號為差分信號,所述輸入 信號包括第一輸入信號和第二輸入信號,所述放大電路具有第一輸入端和第二輸入端,所 述放大電路的第一輸入端接收第一輸入信號,所述放大電路的第二輸入端接收第二輸入信 號, 所述第一放大器具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端以及第二輸出端,所述第一 放大器的第一輸入端連接所述放大電路的第一輸入端或第一基準信號端,所述第一放大器 的第二輸入端連接所述放大電路的第二輸入端或第一基準信號端, 所述第二放大器具有第一輸入端和第二輸入端; 所述直流失調電壓補償單元包括: 第三電容,連接在所述第一放大器的第一輸出端和第二放大器的第一輸入端之間; 第四電容,連接在所述第一放大器的第二輸出端和第二放大器的第二輸入端之間; 數模轉換器,具有第一輸出端和第二輸出端,所述數模轉換器被配置為接收所述數字 信號,通過第一輸出端輸出第一模擬信號,通過第二輸出端輸出第二模擬信號,所述第一模 擬信號和第二模擬信號的大小相等,極性相反; 第五電容,所述第五電容的第一極板連接所述數模轉換器的第一輸出端, 第六電容,所述第六電容的第一極板連接所述數模轉換器的第二輸出端, 第七電容,所述第七電容的第一極板連接所述數模轉換器的第一輸出端, 第八電容,所述第八電容的第一極板連接所述數模轉換器的第二輸出端, 其中,在所述第一模式,第一放大器的第一輸入端連接第一基準信號端,第一放大器的 第二輸入端連接第一基準信號端,所述第三電容和第二放大器的第一輸入端的中間節點連 接第二基準信號端,所述第四電容和第二放大器的第二輸入端的中間節點連接第二基準信 號端, 在所述第二模式,第一放大器的第一輸入端連接所述放大電路的第一輸入端,第一放 大器的第二輸入端連接所述放大電路的第二輸入端,所述第三電容和第二放大器的第一輸 入端的中間節點連接第五電容的第二極板或第六電容的第二極板,所述第四電容和第二 放大器的第二輸入端的中間節點連接第七電容的第二極板或第八電容的第二極板。6. 根據權利要求5所述的放大電路,其特征在于,所述放大電路還包括: 第五開關,連接在放大電路的第一輸入端和第一放大器的第一輸入端之間; 第六開關,連接在第一放大器的第一輸入端和第一基準信號端之間; 第七開關,連接在放大電路的第二輸入端和第一放大器的第二輸入端之間; 第八開關,連接在第一放大器的第二輸入端和第一基準信號端之間; 第九開關,連接在第三電容與第二放大器的第一輸入端的中間節點和第二基準信號端 之間; 第十開關,連接在第四電容與第二放大器的第二輸入端的中間節點和第二基準信號端 之間; 第十一開關,連接在第五電容的第二極板和第三電容與第二放大器的第一輸入端的中 間節點之間; 第十二開關,連接在第六電容的第二極板和第三電容與第二放大器的第一輸入端的中 間節點之間; 第十三開關,連接在第七電容的第二極板和第四電容與第二放大器的第二輸入端的中 間節點之間;以及 第十四開關,連接在第八電容的第二極板和第四電容與第二放大器的第二輸入端的中 間節點之間, 其中,在第一模式,所述第六開關、第八開關、第九開關和第十開關閉合,所述第五、第 七、第十一、第十二、第十三以及第十四開關斷開,在第二模式,所述第六開關、第八開關、第 九開關和第十開關斷開,所述第五開關、第七開關閉合,第十一開關和第十三開關閉合、第 十二開關和第十四開關斷開或第十一開關和第十三開關斷開、第十二開關和第十四開關閉 合。7. 根據權利要求6所述的放大電路,其特征在于,所述直流失調電壓的極性為正時,第 十一開關和第十三開關閉合、第十二開關和第十四開關斷開,所述直流失調電壓的極性為 負時,第十一開關和第十三開關斷開、第十二開關和第十四開關閉合。8. -種傳感信號處理裝置,其特征在于,包括: 傳感器,用于感應物理量輸出模擬檢測信號; 放大電路,用于放大所述模擬檢測信號; 模數轉換器,用于將放大后的模擬檢測信號轉換為數字檢測信號;以及 數字信號處理器,用于處理所述數字檢測信號; 其中,所述放大電路為如權利要求1 -7中任一項所述的放大電路。9. 根據權利要求8所述的傳感信號處理裝置,其特征在于,所述傳感器為磁力計、加速 度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器中的至少一種。10. 根據權利要求8所述的傳感信號處理裝置,其特征在于,所述傳感器包括磁敏電阻 或壓敏電阻。


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