CN101783510B - 基于反馈的红外接收系统直流干扰抑制电路 - Google Patents

Abstract

基于反馈的红外接收系统直流干扰抑制电路，其通过误差放大器连接调整管，调整管连接电阻网络形成了一个反馈电路，可在红外接收器的输入端对直流干扰电流进行抑制。针对红外接收器中存在的直流光干扰的情况，此直流干扰抑制电路通过反馈能够在红外接收器的输入端对直流光电流进行抑制，从而减小直流光电流对红外接收器中后续电路的影响，确保红外接收器能够稳定的工作。

Description

基于反馈的红外接收系统直流干扰抑制电路

技术领域

本发明属于红外接收系统中直流干扰抑制的电路部分，特别涉及一种可在红外接收器输入端对直流干扰电流进行抑制的反馈电路结构——基于反馈的红外接收系统直流干扰抑制电路。

背景技术

红外线是波长在0.75μm至100μm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，因其频段的使用是免费的而得到了广泛的关注，尤其在1993年红外通讯协会成立之后，为了获得不同厂家产品的兼容，而制订了红外通讯协议，使红外技术得到了更加迅速的发展。由于红外技术具有低功耗、低成本、体积小，易于应用等特点，因此红外技术被广泛应用在各种电子设备中，例如便携式设备的数据传输，以及电子设备的遥控等等。红外接收器是红外技术的必要组成部分，它完成了红外信号的检测，把其转换为电信号并对该电信号进行进一步的恢复与还原，因此红外接收器必须具有很高的灵敏度才能在检测到微弱的红外信号。但由于红外信号是在开放式的环境中传输的，这意味着各种干扰光源产生的干扰光也可以随着红外信号一起进入红外接收器，对红外信号的正确接收产生影响。由日光、白炽灯等直流光源产生的直流干扰光进入光电二极管后会产生一个直流干扰电流，其进入红外接收器后相当于白噪声会对微弱的红外信号产生干扰，还会引起电路的直流工作点发生漂移，将对电路的性能产生影响。为了确保红外接收器能够正常工作，对光干扰所转化成的直流干扰电流的抑制尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于反馈的红外接收系统直流干扰抑制电路。达到减少直流干扰光经光电转换后所产生的直流干扰电流对红外接收器性能的影响。通过本发明中的直流干扰抑制电路在红外接收器输入端的应用，可以在直流干扰电流进入信号通路之前就对其进行抑制，使红外接收器的工作状态不受直流干扰电流的影响，从而确保了红外接收器的正常性能。

本发明中的目的是这样实现的：

一种基于反馈的红外接收系统直流干扰抑制电路，其特征在于：其通过误差放大器(1)连接调整管(2)，调整管连接电阻网络(3)形成了一个反馈电路，可在红外接收器的输入端对直流干扰电流进行抑制；

所述直流干扰抑制电路包括误差放大器、调整管、电阻网络、所述直流干扰抑制电路应用于红外接收电路的输入端，与跨阻前置放大器连接；所述电阻网络(3)由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)组成，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)串联接，二者之间的连接点为B，通过误差放大器(1)的正向输入端对第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接点B电位的实时检测来调整反馈的强弱，从而对直流干扰电流进行抑制；反馈是通过误差放大器的输出对调整管(2)的栅极电压的控制来完成的；

所述第一电阻的另一端A和第二电阻的另一端C分别与两个起隔离作用的电容相连，两个电容的另一端与跨阻前置放大器的两个输出端相连，跨阻前置放大器采用双端输入双端输出方式；

所述第一电阻的另一端A除与跨阻前置放大器正向输入端相连接外还与外接光电二极管D的阴极相连，光电二极管D的阴极接地；

所述误差放大器的输入端与调整管M0的栅极相连，误差放大器的正向输入端与电阻网络中的第一电阻和第二电阻的连接点B相连，误差放大器的反向输入端接基准源Vref；

误差放大器包括第六MOS晶体管M6、第七MOS晶体管M7、第八MOS晶体管M8、第九MOS晶体管M9和作为电流源使用的第十MOS晶体管M10、第十一MOS晶体管M11。第六MOS晶体管M6的源极与第七MOS晶体管M7的源极相连并且接电源Vcc，第六MOS晶体管M6的漏极与栅极相连并于第八MOS晶体管M8的漏极相连，第六MOS晶体管M6的栅极还与第七MOS晶体管M7的栅极相连；第七MOS晶体管M7的漏极与第九MOS晶体管的漏极相连作为误差放大器1的输出端，该输出端与作为调整管的M0相连，第八MOS晶体管M8的漏极与第九MOS晶体管M9的漏极相连后与第十MOS晶体管M10的漏端相连，第十MOS晶体管M10的源极与第十一MOS晶体管M11的漏极相连，第十一MOS晶体管M11的源极接地，第十MOS晶体管M10的栅极与第十一MOS晶体管M11的栅极分别与偏置电压bias1、bias2相连，第九MOS晶体管M9的栅极作为误差放大器的反向输入端接基准源Vref，第八MOS晶体管M8的栅极作为误差放大器的正向输入端与电阻网络中的第一电阻和第二电阻的连接点B相连；

调整管M0的源极接电源Vcc，M0的漏极与第一MOS晶体管M1的源极相连，第一MOS晶体管M1的栅极由bias提供偏置电压，第一MOS晶体管M1的漏极与第二MOS晶体管M2的漏极相连，该连接点还与R2的另一端C相连后接入跨阻前置放大器的反向输入端；

第二MOS晶体管M2的源极与第三MOS晶体管M3的漏极相连，第三MOS晶体管M3的源极接地，第二第二MOS晶体管M2的栅极和第三MOS晶体管M3的栅极分别与偏置电压bias1、bias2相连，这里M2与M3作为电流源来使用。

本发明的优点：通过本发明的直流干扰抑制电路对进入红外接收器的直流干扰电流进行抑制，利用调整管作为电压控制电流源所提供的直流电流来补偿由直流光干扰所产生的干扰电流。由于反馈的存在，当光干扰电流发生改变时，调整管的控制电压也随之改变，从而使其提供的直流电流发生变化，进而补偿了光电二极管产生的直流干扰电流。并且输入的信号可以通过电阻网络转换成双端输入提供给后续的跨阻前置放大器，这样不单抑制了噪声，而且与单端的放大相比使信号的放大倍数提高了一倍，提高了红外接收器对微小信号的接收能力，即提高了灵敏度。

附图说明

图1是本发明应用于跨阻前置放大器上的结构示意图，

图2是实施方式的具体电路图，

图3是在不同直流干扰信号I_in，DC下本发明提供的补偿电流的仿真示意图。

图4是红外信号经本发明后从单端转换为差分信号的仿真示意图，

图5是不带直流干扰抑制电路情况下，输入电流信号为600pA时，跨阻前置放大器在不同直流干扰信号I_in，DC下的幅频特性曲线仿真示意图，其中，曲线a表示I_in，DC＝0时的增益，曲线b表示I_in，DC＝12μA时的增益，介于曲线a和曲线b之间的一组曲线表示I_in，DC介于0和12μA之间跨阻前置放大器的增益，图6是采用本发明直流干扰抑制电路的跨阻前置放大器在输入电流信号为600pA时，不同直流干扰信号I_in，DC下的幅频特性曲线仿真示意图，其中，横轴表示带宽，曲线c表示I_in，DC＝0时的增益，曲线d表示I_in，DC＝12μA时的增益，介于曲线c和曲线d之间的一组曲线表示I_in，DC介于0和12μA之间跨阻前置放大器的增益。

具体实施方式

下面结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式包括误差放大器1、调整管2、反馈电阻网络3和补偿电路。本发明所述直流干扰抑制电路应用于红外接收电路的输入端，所述直流干扰抑制电路与跨阻前置放大器4的连接方式如图1所示，跨阻前置放大器4采用双端输入双端输出方式时，电阻网络3的两端分别与跨阻前置放大器的两个输入端相连，其中电阻网络与跨阻前置放大器正向输入端相连后还与外接光电二极管D的阴极相连，光电二极管D的阳极接地。误差放大器1的输出端与调整管M0的栅极相连，误差放大器1的正向输入端与电阻网络3的中间相连，误差放大器1的反向输入端接基准源Vref。误差放大器1包括第六MOS晶体管M6、第七MOS晶体管M7、第八MOS晶体管M8、第九MOS晶体管M9和作为电流源使用的第十MOS晶体管M10、第十一MOS晶体管M11。第六MOS晶体管M6的源极与第七MOS晶体管M7的源极相连并且接电源Vcc，第六MOS晶体管M6的漏极与栅极相连并于第八MOS晶体管M8的漏极相连，第六MOS晶体管M6的栅极还与第七MOS晶体管M7的栅极相连。第七MOS晶体管M7的漏极与第九MOS晶体管的漏极相连作为误差放大器1的输出端，该输出端与作为调整管的M0相连，第八MOS晶体管M8的漏极与第九MOS晶体管M9的漏极相连后与第十MOS晶体管M10的漏端相连，第十MOS晶体管M10的源极与第十一MOS晶体管M11的漏极相连，第十一MOS晶体管M11的源极接地，第十MOS晶体管M10的栅极与第十一MOS晶体管M11的栅极分别与偏置电压bias1、bias2相连，第九MOS晶体管M9的栅极作为误差放大器的反向输入端接基准源Vref，第八MOS晶体管M8的栅极作为误差放大器的正向输入端与电阻网络3的中间相连，该点为R1与R2的连接处。调整管M0的源极接电源Vcc，M0的漏极与第一MOS晶体管M1的源极相连，第一MOS晶体管M1的栅极由bias提供偏置电压，第一MOS晶体管M1的漏极与第二MOS晶体管M2的漏极相连，该连接点还与R2的另一端相连后接入跨阻前置放大器的反向输入端。第二MOS晶体管M2的源极与第三MOS晶体管M3的漏极相连，第三MOS晶体管M3的源极接地，这里M2与M3作为电流源来使用。另外为了补偿相位裕度，本实施方式增加了补偿电路，该补偿电路由电容C、第五MOS晶体管M5与第四MOS晶体管M4组成。电容C的一端与误差放大器1的输出端相连，另一端与第五MOS晶体管M5的源端相连，第五MOS晶体管M5的栅端与第一MOS晶体管M1的漏端相连，这样在补偿的同时可以消除由电容C产生的影响，第五MOS晶体管M5的漏接电源Vcc，第四MOS晶体管M4的源极接地，栅极接偏置电压bias2，第四MOS晶体管M4的漏极与第五MOS晶体管M5的源极相连接。

本发明的工作原理：

基于反馈的红外接收系统直流干扰抑制电路结构如图1所示，本发明所述的电路可对直流干扰电流在红外接收器的输入端进行抑制。当外界没有直流光干扰时，由于电阻网络的阻值远大于Rs的阻值，因此这个直流抑制电路并不影响交流信号的传输，使信号i_s能够通过C1而顺利地进入跨阻前置放大器的in1端。同时由于电阻网络的存在，使in2端也有-(R1/R2)i_s大小的信号进入，这样使跨阻前置放大器的放大倍数能比单端输入时相应地增加，可以有效地提高红外接收器的灵敏度，改善其性能。这时由于没有直流干扰电流的流入，直流抑制电路处于一个相对稳定的状态，由I₀给调整管提供偏置电流。

当直流干扰光经外接光电二极管转化为直流干扰电流I_in，DC进入红外接收器时，由于电容C1的存在，I_in，DC流入电阻网络，导致B点的电位发生变化，该点电位反馈到误差放大器的输入端与基准源Vref进行比较，误差信号被放大后输出，使D点的电位发生变化，即调整管的栅极控制电压改变，由于调整管M0的宽长比是一个较大的值，因此其栅极电压即D点电位微小的改变就会使流过过调整管的电流I_M0发生较大变化，而I₀是恒流源，其值不发生改变，因此就会有部分电流I_M0-I₀通过电阻网络流出，流入到光电二极管，通过计算使I_M0-I₀＝I_in，DC则通过该反馈电路正好能补偿直流干扰光产生干扰电流。而B点与D点的电位是随着I_in，DC的改变而时时发生变化的，即这个对直流干扰抑制的过程是动态的随时的，外接光电二极管D抽取的电流I_in，DC由本发明所述的直流干扰抑制电路提供，而不影响到跨阻前置放大器4及其后的信号通路，起到直流干扰抑制的作用。

本实施方式给出了具体的电路图，如图2所示。

如果没有这个用来做直流抑制的反馈电路，跨阻前置放大器4的增益与直流干扰信号I_in，DC变化如图5所示，该跨阻前置放大器已经无法正常工作。这是因为在直流干扰信号I_in，DC流入红外接收器的电路后会使电容C1的两极板之间的电压差增大，到达一定值后会对跨阻前置放大器的输入端in1的电压产生影响，由于红外信号转换成的交流信号非常微弱，in1的直流工作点的微小变化都会导致该信号无法正常进行放大，即无法输出正确的结果。

本发明中的直流抑制电路应用在跨阻前置放大器的前端后，当直流干扰信号I_in，DC的值变大时，B点的电位有一个下降的趋势，其反馈到误差放大器的输入端，即M8的栅极，与基准源Vref比较后，误差信号被放大去控制调整管的栅极电压，即D点的电位发生向下变化的趋势，从而来控制调整管的输出电流I_M0变大，而M3的偏置电压是恒定的，即M3相当于一个恒流源，I_M3不变，因此I_M0-I_M3的值增大，通过计算使其等于I_in，DC，即补偿了进入红外接收器的直流干扰电流。另外由于调整管在这里相对于误差放大器来说相当于一个第二级的放大，因此必须对其进行相位的补偿，本具体实施的电路中通过电容C与MOS管M4和M5来连接两级的输出，从而达到了补偿的效果，使其能够稳定的输出。如图6所示，在直流干扰从0变化到12μA时，应用了直流抑制电路的跨阻放大器的交流特性曲线只有微小的变化，即该跨阻放大其能够正常工作，并且增益可以达到124dB

图2中涉及的电源电压Vcc的取值介于2.7V至5V之间。

这样，通过采用以上实例中的电路，该红外接收器的抑制直流干扰范围可达到0～12μA，能较好满足红外接收系统对直流干扰抑制的要求。

Claims (1)

1.一种基于反馈的红外接收系统直流干扰抑制电路，其特征在于：其通过误差放大器(1)连接调整管(2)，调整管连接电阻网络(3)形成了一个反馈电路，可在红外接收器的输入端对直流干扰电流进行抑制；

所述直流干扰抑制电路包括误差放大器、调整管、电阻网络，所述直流干扰抑制电路应用于红外接收器的输入端，与跨阻前置放大器连接；所述电阻网络(3)由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)组成，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)串接，二者之间的连接点为B，通过误差放大器(1)的正向输入端对第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接点B电位的实时检测来调整反馈的强弱，从而对直流干扰电流进行抑制；反馈是通过误差放大器的输出对调整管(2)的栅极电压的控制来完成的；

所述第一电阻的另一端A和第二电阻的另一端C分别与两个起隔离作用的电容相连，两个电容的另一端分别与跨阻前置放大器的两个输入端相连，跨阻前置放大器采用双端输入双端输出方式；

所述第一电阻的另一端A除与跨阻前置放大器正向输入端相连接外还与外接光电二极管D的阴极相连，光电二极管D的阳极接地；

所述误差放大器的输出端与调整管的栅极相连，误差放大器的正向输入端与电阻网络中的第一电阻和第二电阻的连接点B相连，误差放大器的反向输入端接基准源Vref；

误差放大器包括第六MOS晶体管M6、第七MOS晶体管M7、第八MOS晶体管M8、第九MOS晶体管M9和作为电流源使用的第十MOS晶体管M10、第十一MOS晶体管M11；第六MOS晶体管M6的源极与第七MOS晶体管M7的源极相连并且接电源Vcc，第六MOS晶体管M6的漏极与栅极相连并与第八MOS晶体管M8的漏极相连，第六MOS晶体管M6的栅极还与第七MOS晶体管M7的栅极相连；第七MOS晶体管M7的漏极与第九MOS晶体管的漏极相连作为误差放大器的输出端，该输出端与作为调整管的MOS晶体管M0的栅极相连，第八MOS晶体管M8的源极与第九MOS晶体管M9的源极相连后与第十MOS晶体管M10的漏极相连，第十MOS晶体管M10的源极与第十一MOS晶体管M11的漏极相连，第十一MOS晶体管M11的源极接地，第十MOS晶体管M10的栅极与第十一MOS晶体管M11的栅极分别与偏置电压bias1、bias2相连，第九MOS晶体管M9的栅极作为误差放大器的反向输入端接基准源Vref，第八MOS晶体管M8的栅极作为误差放大器的正向输入端与电阻网络中的第一电阻和第二电阻的连接点B相连；

作为调整管的MOS晶体管M0的源极接电源Vcc，漏极与第一MOS晶体管M1的源极相连，第一MOS晶体管M1的栅极由bias提供偏置电压，第一MOS晶体管M1的漏极与第二MOS晶体管M2的漏极相连，该连接点还与第二电阻的另一端C相连后接入跨阻前置放大器的反向输入端；

第二MOS晶体管M2的源极与第三MOS晶体管M3的漏极相连，第三MOS晶体管M3的源极接地，第二MOS晶体管M2的栅极和第三MOS晶体管M3的栅极分别与偏置电压bias1、bias2相连，这里M2与M3作为电流源来使用。

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