實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其中包括第一放大器、第二放大器、第一可變電阻、第二可變電阻、第三可變電阻和第三放大器，第一放大器的輸出端通過第一可變電阻連接到第一放大器的反向輸入端，第二放大器的輸出端通過第二可變電阻連接到第二放大器的反向輸入端，第三可變電阻連接于第一放大器的反向輸入端和第二放大器的反向輸入端之間，第一放大器的輸出端連接于第三放大器的反向輸入端，第二放大器的輸出端連接于第三放大器的正向輸入端。采用該種結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，可以提供更高增益、更高精度的傳感器信號，同時在低頻帶內(nèi)，對放大器本身的噪聲具有抑制作用，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
【專利說明】實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及放大器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及可變增益的放大器領(lǐng)域，具體是指一種實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的儀表放大器一般由差分放大器和電阻網(wǎng)絡(luò)組成，圖1為傳統(tǒng)的增益可調(diào)儀表放大器。1、2為儀表放大器的差分輸入信號,3、4為儀表放大器的差分輸出信號,放大器5、6的開環(huán)增益應(yīng)遠(yuǎn)大于Rl、R2比例確定的實際儀表放大器的增益。在理想條件下，該儀表放大器的增益可表示為:G = 1+2XR1/R2。電阻R1、R2用作儀表放大器增益的調(diào)整。
[0003]中國專利CN.203225708.U，提供了采用兩級增益放大器提高增益的一種方法。
[0004]提高傳統(tǒng)的儀表放大器電路的增益必然會提高R1、R2比例和放大器5、6的開環(huán)增益，在實際集成電路中過大的Rl和放大器5、6的開環(huán)增益的提高往往會消耗更多的芯片成本，過小的R2也對影響電阻的穩(wěn)定性。
[0005]中國專利CN.203225708.U雖然提高了放大器增益，但在低頻或直流環(huán)境的應(yīng)用中，電路的主要噪聲來自熱噪聲和閃爍噪聲，該專利無法滿足放大器高精度的要求。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)在提供更高可調(diào)增益的放大效果基礎(chǔ)上、提供更高精度傳感器信號、在低頻帶內(nèi)對放大器本身噪聲具有抑制作用的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)具有如下構(gòu)成:
[0008]該實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其主要特點是，所述的放大器結(jié)構(gòu)包括第一放大器、第二放大器、第一可變電阻、第二可變電阻、第三可變電阻和第三放大器，所述的第一放大器的正向輸入端輸入系統(tǒng)正向輸入電壓，所述的第一放大器的輸出端通過所述的第一可變電阻連接到所述的第一放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的正向輸入端輸入系統(tǒng)反向輸入電壓，所述的第二放大器的輸出端通過所述的第二可變電阻連接到所述的第二放大器的反向輸入端，所述的第三可變電阻連接于所述的第一放大器的反向輸入端和第二放大器的反向輸入端之間，所述的第一放大器的輸出端連接于所述的第三放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的輸出端連接于所述的第三放大器的正向輸入端。
[0009]較佳地，所述的電路結(jié)構(gòu)還包括第一可變電容、第二可變電容、第一固定電容和第二固定電容，所述的第一放大器的輸出端通過所述的第一可變電容連接于所述的第三放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的輸出端通過所述的第二可變電容連接于所述的第三放大器的正向輸入端，所述的第一固定電容連接于所述的第三放大器的反向輸入端和第三放大器的正向輸出端之間，所述的第二固定電容連接于所述的第三放大器的正向輸入端和第三放大器的反向輸出端之間。
[0010]更佳地，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述的第一開關(guān)與所述的第一固定電容并聯(lián)連接，所述的第二開關(guān)與所述的第二固定電容并聯(lián)連接。
[0011]較佳地，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括阻抗匹配器，所述的第一放大器的輸出端通過所述的阻抗匹配器連接于所述的第三放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的輸出端通過所述的阻抗匹配器連接于所述的第三放大器的正向輸入端。
[0012]更佳地，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括第一斬波器和第二斬波器，所述的系統(tǒng)正向輸入電壓通過所述的第一斬波器輸入所述的第一放大器的正向輸入端，所述的系統(tǒng)反向輸入電壓通過所述的第一斬波器輸入所述的第二放大器的正向輸入端，所述的第一放大器的輸出端通過所述的第二斬波器連接于所述的阻抗匹配器，所述的第二放大器的輸出端通過所述的第二斬波器連接于所述的阻抗匹配器。
[0013]更進一步地，所述的第一斬波器和第二斬波器為具有同步頻率的斬波器。
[0014]更佳地，所述的阻抗匹配器為電壓跟隨器、同相放大器或反向放大器。
[0015]更佳地，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括第三斬波器和第四斬波器，所述的第一放大器的輸出端通過所述的阻抗匹配器和所述的第三斬波器連接于所述的第三放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的輸出端通過所述的阻抗匹配器和所述的第三斬波器連接于所述的第三放大器的正向輸入端，所述的第三放大器的正向輸出端連接于所述的第四斬波器的第一輸入端，所述的第三放大器的反向輸出端連接于所述的第四斬波器的第二輸入端。
[0016]更進一步地，所述的第三斬波器和第四斬波器為具有同步頻率的斬波器。
[0017]采用了該實用新型中的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，具有如下有益效果:
[0018]本實用新型中的可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)可以提供更高增益、更高精度的傳感器信號，同時在低頻帶內(nèi)，對放大器本身的噪聲具有抑制作用，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一級增益放大器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本實用新型的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0021]為了能夠更清楚地描述本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例來進行進一步的描述。
[0022]本實用新型的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。其中包括第一級增益和第二級增益。
[0023]第一級增益包括:第一信號輸入端I提供正向信號電壓Vin+、第二信號輸入端2提供反向信號電壓Vin-,第一斬波器3第一輸入端連接第一信號輸入端I，第一斬波器3第二輸入端連接第二信號輸入端2,第一運算放大器9正向輸入端4與第一斬波器3第一輸出端連接，第一可變電阻15連接第一運算放大器9的反向輸入端11和第一運算放大器的信號輸出端13,第二運算放大器10正向輸入端5與第一斬波器3第二輸出端連接,第二可變電阻16連接第二運算放大器10的反向輸入端12和第二運算放大器10的信號輸出端14，第三可變電阻6連接第一運算放大器9的反向輸入端11和第二運算放大器10的反向輸入端12,第二斬波器17第一輸入端連接第一運算放大器輸出端13,第二斬波器17第二輸入端連接第二運算放大器輸出端14,第一開關(guān)I連接第一信號輸入端I和第二斬波器第一輸出端18，第二開關(guān)8連接第二信號輸入端2和第二斬波器第二輸出端19，第一阻抗匹配器20第一輸入端連接第二斬波器17的第一輸出端18、第一阻抗匹配器20第二輸入端連接第二斬波器17的第二輸出端19。
[0024]第二級增益包括:第三斬波器23第一輸入端連接第一阻抗匹配器20第一信號輸出端21,第三斬波器23第二輸入端連接第一阻抗匹配器20第二信號輸出端22,第一可變電容器26連接第三斬波器23第一輸出端24和第三運算放大器30反向輸入端28，第二可變電容器27連接第三斬波器23第二輸出端25和第三運算放大器30正向輸入端29，第一固定電容器31連接第三運算放大器30的反向輸入端28和正向輸出端35，第二固定電容器32連接第三運算放大器30的正向輸入端29和反向輸出端36，第三開關(guān)33連接第三運算放大器30的反向輸入端28和正向輸出端35，第四開關(guān)34連接第三運算放大器30的正向輸入端29和反向輸出端36,第四斬波器37第一輸入端連接第三運算放30大器正向輸出端35，第四斬波器37第二輸入端連接第三運算放大器30反向輸出端36。
[0025]在第一級增益中，通過可變電阻6、可變電阻15和可變電阻16的調(diào)節(jié)，可以使第一級增益得到接近60DB的增益。由于采用兩級放大結(jié)構(gòu)，第一級增益可以通過調(diào)節(jié)設(shè)置較低的增益值，以換取更低的芯片資源消耗和更高的信號輸出精度。在第一級增益中采用了斬波技術(shù)，在低頻或直流應(yīng)用環(huán)境中，斬波器可有效的消除閃爍噪聲和輸入失調(diào)電壓。
[0026]在沒有高增益要求的環(huán)境中，第一開關(guān)7和第二開關(guān)8可以選擇關(guān)閉。正向信號電壓Vin+和方向信號Vin-直接提供給節(jié)點18和節(jié)點19，可變增益高精度放大器的增益由第二級增益調(diào)節(jié)設(shè)置。第一級增益包括內(nèi)部運算放大器和斬波器可以關(guān)閉，關(guān)閉第一級增益可有效的節(jié)約電流消耗。
[0027]阻抗匹配器用于匹配第一級增益和第二級增益直接的輸入、輸出阻抗，其結(jié)構(gòu)可以為電壓跟隨器、同相放大器、反向放大器等。如果第一級增益關(guān)閉，阻抗匹配器可以采用直接連接的方法，使正向信號電壓Vin+和反向信號Vin-直接提供給節(jié)點21和節(jié)點22，使可變電容器26和可變電容器27稱合信號輸入電壓。
[0028]在第二級增益中，通過可變電容器26和可變電容器27的調(diào)節(jié)設(shè)置，可以使第二級增益得到接近30DB的增益。同第一級增益原理，輸入信號經(jīng)第一級增益后，第二級增益可以調(diào)節(jié)設(shè)置較低的增益值，以換取更低的芯片資源消耗和更高的信號輸出精度。第二級增益也包括斬波器，可有效的消除閃爍噪聲和輸入失調(diào)電壓。其中，第一斬波器頻率和第二斬波器頻率同步，第三斬波器頻率和第四斬波器頻率同步。第三斬波器23、第四斬波器37的頻率與第一斬波器3、第二斬波器17的頻率可不同步，使噪聲各分布在不同的高頻帶中，在低頻帶內(nèi)為ADC的采樣、轉(zhuǎn)換和濾波提供更高精度的信號。
[0029]在第一級增益中，可調(diào)節(jié)電阻比值可以得到較高的增益；第二級增益中，可調(diào)節(jié)電容比值可以得到較高的信號精度。第一級增益、第二級增益和阻抗匹配器的級聯(lián)構(gòu)成的兩級放大器結(jié)構(gòu)，通過適當(dāng)?shù)目勺冸娮璞戎蹬c可變電容比值的設(shè)置，可以達到傳感器更高增益、更高精度的應(yīng)用要求。在第一級增益和第二級增益中斬波技術(shù)的應(yīng)用，對放大器本身的噪聲具有抑制作用。
[0030]采用第一級增益、第二級增益的級聯(lián)而不包括阻抗匹配器及第一級增益、第二級增益內(nèi)部的斬波器，可達到高增益高精度要求，也在本結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)。
[0031]采用了該實用新型中的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，具有如下有益效果:
[0032]本實用新型中的可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)可以提供更高增益、更高精度的傳感器信號，同時在低頻帶內(nèi)，對放大器本身的噪聲具有抑制作用，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
[0033]在此說明書中，本實用新型已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本實用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的放大器結(jié)構(gòu)包括第一放大器、第二放大器、第一可變電阻、第二可變電阻、第三可變電阻和第三放大器，所述的第一放大器的正向輸入端輸入系統(tǒng)正向輸入電壓，所述的第一放大器的輸出端通過所述的第一可變電阻連接到所述的第一放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的正向輸入端輸入系統(tǒng)反向輸入電壓，所述的第二放大器的輸出端通過所述的第二可變電阻連接到所述的第二放大器的反向輸入端，所述的第三可變電阻連接于所述的第一放大器的反向輸入端和第二放大器的反向輸入端之間，所述的第一放大器的輸出端連接于所述的第三放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的輸出端連接于所述的第三放大器的正向輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括第一可變電容、第二可變電容、第一固定電容和第二固定電容，所述的第一放大器的輸出端通過所述的第一可變電容連接于所述的第三放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的輸出端通過所述的第二可變電容連接于所述的第三放大器的正向輸入端，所述的第一固定電容連接于所述的第三放大器的反向輸入端和第三放大器的正向輸出端之間，所述的第二固定電容連接于所述的第三放大器的正向輸入端和第三放大器的反向輸出端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述的第一開關(guān)與所述的第一固定電容并聯(lián)連接，所述的第二開關(guān)與所述的第二固定電容并聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括阻抗匹配器，所述的第一放大器的輸出端通過所述的阻抗匹配器連接于所述的第三放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的輸出端通過所述的阻抗匹配器連接于所述的第三放大器的正向輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括第一斬波器和第二斬波器，所述的系統(tǒng)正向輸入電壓通過所述的第一斬波器輸入所述的第一放大器的正向輸入端，所述的系統(tǒng)反向輸入電壓通過所述的第一斬波器輸入所述的第二放大器的正向輸入端，所述的第一放大器的輸出端通過所述的第二斬波器連接于所述的阻抗匹配器，所述的第二放大器的輸出端通過所述的第二斬波器連接于所述的阻抗匹配器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第一斬波器和第二斬波器為具有同步頻率的斬波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的阻抗匹配器為電壓跟隨器、同相放大器或反向放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的放大器結(jié)構(gòu)還包括第三斬波器和第四斬波器，所述的第一放大器的輸出端通過所述的阻抗匹配器和所述的第三斬波器連接于所述的第三放大器的反向輸入端，所述的第二放大器的輸出端通過所述的阻抗匹配器和所述的第三斬波器連接于所述的第三放大器的正向輸入端，所述的第三放大器的正向輸出端連接于所述的第四斬波器的第一輸入端，所述的第三放大器的反向輸出端連接于所述的第四斬波器的第二輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的實現(xiàn)可變增益的高精度放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第三斬波器和第四斬波器為具有同步頻率的斬波器。
【文檔編號】H03G3/20GK204089737SQ201420423583
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】顧宇飛, 鄒一照, 趙健 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司