CN103762950A - 一种大动态范围放大电路及其构建方法 - Google Patents

一种大动态范围放大电路及其构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103762950A
CN103762950A CN201310728349.2A CN201310728349A CN103762950A CN 103762950 A CN103762950 A CN 103762950A CN 201310728349 A CN201310728349 A CN 201310728349A CN 103762950 A CN103762950 A CN 103762950A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dynamic range
amplifying circuit
signal
enlargement unit
limited range
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310728349.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103762950B (zh
Inventor
陈忠祥
裴智果
吴云良
钟金凤
王策
马玉婷
严心涛
赵书涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongsheng Medical Technology Hefei Co ltd
Original Assignee
Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS filed Critical Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority to CN201310728349.2A priority Critical patent/CN103762950B/zh
Publication of CN103762950A publication Critical patent/CN103762950A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103762950B publication Critical patent/CN103762950B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大动态范围放大电路及其构建方法，包括多路限幅放大单元，所述多路限幅放大单元将信号通过加法单元进行相加得到输出信号，所述输出信号通过解析模块进行解析得到原信号的值。本发明不需改变电路的任何参数既可实现大动态范围的电信号放大，并且满足短脉冲，高重复率的信号测量要求，线性度好。

Description

一种大动态范围放大电路及其构建方法
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及的是一种大动态范围放大电路及其构建方法。 
背景技术
光信号的动态范围非常大，通常可以达到106量级以上（最强光和最弱光的比值），因此用光电传感器测试光信号的时，光信号转化为电信号，此时电信号的动态范围也具有106量级，但是受到电噪声背景和电压摆幅的限制，通常的线性放大器只能达到104量级，非常巧妙的放大器也很难超过105量级。对数放大器可以轻松实现106量级的动态范围，但是其线性度较差，对信号的细节分辨不清。可变增益放大器可以根据信号的强弱变化增益，从而实现106以上的动态范围，光通信领域广泛使用着这种放大器。但是光通信中的光信号通常只有0,1之分，因此只需要改变增益使得代表“1”的光信号达到系统设定的“高电平”以上，而保持噪声低于“低电平”就能满足要求，而增益的准确值，以及增益一致性并不重要。 
对于一些需要准确知道一组光信号强度相对比例的应用中，比如一组重复率在几十KHz，脉冲宽度1微秒，强度分布达到106的荧光信号，上述线性放大器动态范围不能满足要求，对数放大器线性度及对信号细节的分辨能力不能满足要求，可变增益放大器增益从判别到稳定的时间太长，而且前后增益很难做到一致，所以也难以实现对上述信号的测定。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种大动态范围放大电路及其构建方法，前后增益能一致。 
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现： 
一种大动态范围放大电路，包括多路限幅放大单元，所述多路限幅放大单元将信号通过加法单元进行相加得到输出信号，所述输出信号通过解析模块进行解析得到原信号的值。
进一步的，所述多路限幅放大单元包含若干个单电源供电的反比例限幅放大电路。 
一种大动态范围放大的构建方法，包括以下步骤： 
步骤1）根据信号极性确定电源极性，正极性则反比例放大电路用正电源供电，反极性则反比例放大电路用负电源供电；
步骤2）确定多路限幅放大单元两路之间的增益比例；
步骤3）根据放大器动态范围R确定所需要的限幅放大单元的路数n=log2(R/104)/k；
步骤4）确定Vref的取值，Vref=Vmax/n，Vmax设定的输出信号最大摆幅，n为多路限幅放大单元的路数；
步骤5）根据上述参数构建电路；
步骤6）根据电路的输出特性曲线，判断结果所对应的区间，根据公式反推出输入结果。
进一步的，所述步骤2的增益比例，优选后一路的增益为前一路所有增益之和的2k-1。 
本发明的有益效果是: 
本发明不需改变电路的任何参数既可实现大动态范围的电信号放大，并且满足短脉冲，高重复率的信号测量要求，线性度好。
  
附图说明
图1整体结构示意图； 
图2为电路的输出特性曲线示意图。
图中标号说明：1、多路限幅放大单元，2、加法单元，3、解析模块。 
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。 
参照图1所示，一种大动态范围放大电路，包括多路限幅放大单元1，所述多路限幅放大单元1将信号通过加法单元2进行相加得到输出信号，所述输出信号通过解析模块3进行解析得到原信号的值。 
进一步的，所述多路限幅放大单元1包含若干个单电源供电的反比例限幅放大电路。 
一种大动态范围放大的构建方法，包括以下步骤： 
步骤1）根据输入信号的极性确定电源极性，正极性则反比例放大电路用正电源供电，反极性则反比例放大电路用负电源供电；
步骤2）确定多路限幅放大单元两路之间的增益比例；优选后一路（第k路）的增益为前一路所有增益之和的2k-1，以k=3为例，最后一级的增益为前级所有的增益之和的7倍，方便通过移位的方法解析原信号值；
步骤3）根据放大器动态范围R确定所需要的限幅放大单元的路数n=log2(R/104)，假设R=105，则n=3；
步骤4）确定Vref的取值，Vref=Vmax/n，Vmax为设定的信号最大摆幅，n为多路限幅放大单元的路数，假设所设定的信号最大摆幅为Vmax=3，则Vref=1；
步骤5）根据上述参数构建电路；
步骤6）根据电路的输出特性曲线，判断结果所对应的区间，根据公式反推出输入结果。
本实施例的工作原理如下： 
假设电信号是正单边信号，则反比例放大器4，采用+5V单边供电，电压基准10的电压为Vref，显然反比例放大器的输出被限制在0到Vref之间，多路限幅放大单元有两个或以上的限幅反比例放大器构成，其放大倍率比例为1:7:56: … :7*8n-2，设n=3，则输入信号为Vi，其输出符合下式方程，
            
Figure 2013107283492100002DEST_PATH_IMAGE002
设Vref=1，其输出随输入变化曲线如图2所示
输出随着输入增加单调递减，两者是一一映射，因此可以根据结果解析出输出。假设原有电路的动态范围为R1，则此电路的动态范围可以扩展为64*R1，不需要改变电路参数，使整个动态范围内的信号具有可比性。

Claims (4)

1.一种大动态范围放大电路，其特征在于：包括多路限幅放大单元（1），所述多路限幅放大单元（1）将信号通过加法单元（2）进行相加得到输出信号，所述输出信号通过解析模块（3）进行解析得到原信号的值。
2.根据权利要求1所述的大动态范围放大电路，其特征在于：所述多路限幅放大单元（1）包含若干个单电源供电的反比例限幅放大电路。
3.一种大动态范围放大电路的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）根据信号源确定输入信号的极性，正极性则反比例放大电路用正电源供电，反极性则反比例放大电路用负电源供电；
步骤2）确定多路限幅放大单元两路之间的增益比例；
步骤3）根据放大器动态范围R确定所需要的限幅放大单元的路数n=log2(R/104)；
步骤4）确定Vref的取值，Vref=Vmax/n，Vmax设定的输出信号最大摆幅，n为多路限幅放大单元的路数；
步骤5）根据上述参数构建电路；
步骤6）根据电路的输出特性曲线，判断结果所对应的区间，根据公式反推出输入结果。
4.根据权利要求3所述的大动态范围放大的构建方法，其特征在于：所述步骤2的增益比例，优选后一路的增益为前一路所有增益之和的2k-1。
CN201310728349.2A 2013-12-26 2013-12-26 一种大动态范围放大电路及其构建方法 Active CN103762950B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310728349.2A CN103762950B (zh) 2013-12-26 2013-12-26 一种大动态范围放大电路及其构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310728349.2A CN103762950B (zh) 2013-12-26 2013-12-26 一种大动态范围放大电路及其构建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103762950A true CN103762950A (zh) 2014-04-30
CN103762950B CN103762950B (zh) 2017-04-26

Family

ID=50530131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310728349.2A Active CN103762950B (zh) 2013-12-26 2013-12-26 一种大动态范围放大电路及其构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103762950B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1771658A (zh) * 2003-04-04 2006-05-10 皇家飞利浦电子股份有限公司 线性放大器
JP2011250084A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Sony Corp ジャイレータ回路、広帯域増幅器及び無線通信装置
CN103236864A (zh) * 2013-04-10 2013-08-07 中国科学院微电子研究所 一种版图面积缩小的接收信号强度指示电路
CN203734627U (zh) * 2013-12-26 2014-07-23 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种大动态范围放大电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1771658A (zh) * 2003-04-04 2006-05-10 皇家飞利浦电子股份有限公司 线性放大器
JP2011250084A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Sony Corp ジャイレータ回路、広帯域増幅器及び無線通信装置
CN102332871A (zh) * 2010-05-26 2012-01-25 索尼公司 回转器电路、宽带放大器和无线通信设备
CN103236864A (zh) * 2013-04-10 2013-08-07 中国科学院微电子研究所 一种版图面积缩小的接收信号强度指示电路
CN203734627U (zh) * 2013-12-26 2014-07-23 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种大动态范围放大电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
俞红珊: "一种大动态范围对数放大器的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103762950B (zh) 2017-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104020346A (zh) 微电流信号提取系统
CN104020460A (zh) 一种激光测距系统的回波信号放大电路
CN203734627U (zh) 一种大动态范围放大电路
CN205067735U (zh) 一种激光探测信号处理电路
CN101847973B (zh) 用于电力线载波通信系统接收端的自动增益控制电路
CN107966167B (zh) 一种光信号接收装置和光电检测设备
CN205229184U (zh) 一种电流源激励的压电加速度传感器信号变换电路
CN105092894A (zh) 一种电流源激励的压电加速度传感器信号变换电路
EP1841101A3 (en) Optical transmission system
CN103762950A (zh) 一种大动态范围放大电路及其构建方法
CN100529675C (zh) 双通道差分抗干扰电流放大电路
CN103138696A (zh) 电荷积分放大器
CN204206117U (zh) 一种快速检测仪的生物电信号放大电路
CN203135890U (zh) 光接收机
CN201936215U (zh) 新型高精密恒流源电路
CN209767486U (zh) 一种快速高频电流放大器
CN203965986U (zh) 一种数控可调直流稳压电源
CN103457558A (zh) 一种可变增益小电流拾取放大电路
CN202918246U (zh) 一种低噪声前置电荷放大器
CN204389095U (zh) 小型化压力传感器参数修正单元
CN209767484U (zh) 一种快速高频电压放大器
CN104880586A (zh) 大功率函数发生器及发生方法
CN204536386U (zh) 一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的电路
CN104714456A (zh) 一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法
CN205066935U (zh) 实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20151216

Address after: Kolding road high tech Zone of Suzhou City, Jiangsu Province, No. 88 215000

Applicant after: SUZHOU GUOKE MEDICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Address before: Kolding road high tech Zone of Suzhou City, Jiangsu Province, No. 88 215000

Applicant before: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology Chinese Academy of Sciences

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20160324

Address after: Science and Technology City kolding road high tech Zone of Suzhou City, Jiangsu Province, No. 88 215163

Applicant after: Suzhou Zhongke Medical Device Industry Development Co.,Ltd.

Address before: Kolding road high tech Zone of Suzhou City, Jiangsu Province, No. 88 215000

Applicant before: SUZHOU GUOKE MEDICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20170117

Address after: 215000 floor, building No. 8, Jinfeng Road, high tech Zone, Jiangsu, Suzhou, 3, China

Applicant after: Zhongsheng (Suzhou) Medical Instrument Co.,Ltd.

Address before: Science and Technology City kolding road high tech Zone of Suzhou City, Jiangsu Province, No. 88 215163

Applicant before: Suzhou Zhongke Medical Device Industry Development Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 215000 floor, building No. 8, Jinfeng Road, high tech Zone, Jiangsu, Suzhou, 3, China

Patentee after: ZHONGSHENG (SUZHOU) MEDICAL TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: 215000 floor, building No. 8, Jinfeng Road, high tech Zone, Jiangsu, Suzhou, 3, China

Patentee before: Zhongsheng (Suzhou) Medical Instrument Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240129

Address after: 230000, West Half Floor, 2nd Floor, Building 2, Phase II, Intelligent Science and Technology Park, No. 3959 Susong Road, Hefei Economic and Technological Development Zone, Anhui Province

Patentee after: Zhongsheng Medical Technology (Hefei) Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 215000 3rd floor, building 3, No.8 Jinfeng Road, high tech Zone, Suzhou, Jiangsu Province

Patentee before: ZHONGSHENG (SUZHOU) MEDICAL TECHNOLOGY CO.,LTD.

Country or region before: China