CN105305971B - 一种减小输入电容的低噪前置放大器电路 - Google Patents

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本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种减小输入电容的低噪前置放大器电路，本发明包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端接有第一反馈电容组，所述第一反馈电容组由两个等值的电容串联组成；其反相输入端和输出端之间接有第二反馈电容组，所述第二反馈电容组由两个等值的电容串联组成，且第二反馈电容组两个串联的电容之间与第二电容的一端相连接，所述第一反馈电容组两个串联的电容之间与与该第二电容的另一端相连接；所述运算放大器的同相、反向输入端还分别接有第一、第二输入电容。本发明一种减小输入电容的低噪前置放大器电路可以使等效反馈电容减小，进而所需的输入电容也会减小，减小芯片面积，进而降低芯片成本。

Description

一种减小输入电容的低噪前置放大器电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种减小输入电容的低噪前置放大器电路。
背景技术
在电子医疗仪器中，常需要对电生理信号进行监测，电生理信号是人体的组织或器官的某种活动在人体体表的表现，例如ECG(心电信号)，EEG(脑电信号)。但它们有共同的一些频率特征和幅度特征。它们一般比较微弱，频率从零点几赫兹到几百赫兹不等，一般都在一千赫兹以下的低频段，幅度为几百微伏到几毫伏。因此电生理信号在采集提取的过程中极易受到内、外环境的干扰，而最主要的干扰是人体表面的失调电压，其频率较低，幅度较大，例如对于ECG信号，失调噪声的频率为在零点零五赫兹以下，幅度为几百个毫伏，远大于有效信号。因此，如何对电生理信号进行有效采集并消除失调电压提高信噪比成为处理电生理信号的首要问题。
目前对于电生理信号去除失调电压主要方法仍是采用传统的大电容交流耦合电路。为了去极低频率的失调噪声，需要一个较大的反馈电容，同时为了保证增益，需要在放大器的输入端口加入更大的输入电容，一般前置放大要求几十倍的增益，意味着输入电容必须是反馈电容的几十倍，而大电容会占据较大是芯片面积，无法集成到芯片内部，降低了集成度或集成代价较高，提高了芯片成本。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种减小输入电容的低噪前置放大器电路。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种减小输入电容的低噪前置放大器电路，包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端接有第一反馈电路，所述第一反馈电路包括相互并联的第一虚电阻和第一反馈电容组，偏置电压信号通过所述第一反馈电路进入运算放大器的同相输入端，所述第一反馈电容组由两个等值的电容串联组成；
所述运算放大器的反相输入端和输出端之间接有第二反馈电路，所述第二反馈电路包括相互并联的第二虚电阻和第二反馈电容组，所述第二反馈电容组由两个等值的电容串联组成，且第二反馈电容组两个串联的电容之间与第二电容的一端相连接，所述第一反馈电容组两个串联的电容之间与与该第二电容的另一端相连接；
所述运算放大器的同相输入端还接有与第一反馈电路并联的第一输入电容的一端，所述第一输入电容的另一端接地；
所述运算放大器的反相输入端还接有与第二反馈电路并联的第二输入电容的一端，所述第二输入电容的另一端与输入信号相接。
进一步，所述第一、第二虚电阻均由两个栅极和漏极直接相连的PMOS管串联而成。
进一步，所述第一反馈电容组中每个电容的电容值与所述第二反馈电容组中每个电容的电容值相等，其均为第一电容值。
进一步，所述第二电容的电容值是第一电容值的两倍。
进一步，所述第一输入电容的电容值与第二输入电容的电容值相等，均为输入电容值。
进一步，所述输入电容值是第一电容值的十倍。
本发明一种减小输入电容的低噪前置放大器电路可以使等效反馈电容减小，进而所需的输入电容也会减小，减小芯片面积，进而降低芯片成本。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。
图1为现有技术的电路结构示意图；
图2为本发明的电路结构示意图；
图3为本发明中的运算放大电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2至图3，本发明是一种减小输入电容的低噪前置放大器电路，包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端接有第一反馈电路，所述第一反馈电路包括相互并联的第一虚电阻和第一反馈电容组，偏置电压信号通过所述第一反馈电路进入运算放大器的同相输入端，所述第一反馈电容组由两个等值的电容串联组成；
所述运算放大器的反相输入端和输出端之间接有第二反馈电路，所述第二反馈电路包括相互并联的第二虚电阻和第二反馈电容组，所述第二反馈电容组由两个等值的电容串联组成，且第二反馈电容组两个串联的电容之间与第二电容的一端相连接，所述第一反馈电容组两个串联的电容之间与与该第二电容的另一端相连接；
所述运算放大器的同相输入端还接有与第一反馈电路并联的第一输入电容的一端，所述第一输入电容的另一端接地；
所述运算放大器的反相输入端还接有与第二反馈电路并联的第二输入电容的一端，所述第二输入电容的另一端与输入信号相接。
直流偏置Vref为放大器提供偏置电压，使放大器正常工作。输入信号从信号输入端Vin进入后经过输入电容Cin耦合进入放大器。放大器的输出端Vo经过由电容网络和虚电阻组成的反馈网络后一部分反馈回到放大器的输入端。反馈网络由包括第一、第二反馈电路，其分别由电容C1、C2组成的电容网络，其可以等效为Cfbeq和M1、M2、M3、M4等四个虚电阻(PR)组成，这四个虚电阻均是由相同尺寸的用二极管连接方式(的PMOS管组成，其中每两个虚电阻串联在一起以提高等效电阻的阻值。虚电阻和等效电容Cfbeq组成了一个高通网络，可以滤除低频失调噪声。此时输出电压Vo就是经过初步放大后的生物电信号。
本发明采用交流耦合的方式，其输入端口的电容可以滤除直流噪声，虚电阻PR和等效电容Cfbeq组成一个高通滤波器可以滤除低频的失调电压和放大器的闪烁噪声，极大地提高信噪比，放大器采用具有低噪声高增益的两级密勒补偿跨导运算放大器结构，其电流源Ibias为放大器提供电流偏置，PM2和PM5分别与PM1组成的镜像电流源将Ibias按一定比例镜像到差分输入放大级和次级共源极放大电路，该差分输入放大级由PM2、PM3、PM4、NM1、NM2组成，该次级共源极放大电路由PM5和NM3组成)给定正确偏置后交流小信号从V+、V-两个端口流入，经过NMOS电流源(NM1、NM2)后，在节点N输出信号，之后经过共源放大电路(NM3、NM5)，在输出端Vo输出经过二级放大的小信号。同时为了使放大器能够稳定工作，有足够的相位裕度，在输出端与节点N之间加入了密勒补偿电容C，为了补偿零点，加入零点补偿电阻R。该种放大器结构具有高增益、低噪声的特点，通过调节Ibias的大小，也可以满足在采集生物电信号应用情况下的低功耗要求。
进一步，所述第一、第二虚电阻均由两个栅极和漏极直接相连的PMOS管(P沟道金属氧化物半导体场效应管)串联而成。
进一步，所述第一反馈电容组中每个电容的电容值与所述第二反馈电容组中每个电容的电容值相等，其均为第一电容值。
进一步，所述第二电容的电容值是第一电容值的两倍。
进一步，所述第一输入电容的电容值与第二输入电容的电容值相等，均为输入电容值。
进一步，所述输入电容值是第一电容值的十倍。
在传统的交流耦合电路中，其等效放大倍数是输入电容值Cin与第一电容值C1的比值，比如要获得60倍的增益，Cin的值应为C1值的60倍，则该电路至少需要122个单位电容。而采用本发明的电路。其由第一电容值C1和第二电容值C2组成电容网络的等效电容为Cfbeq，
最终放大倍数为Cin与等效电容Cfbeq的比值，比如同样要获得60倍的增益，取C2的值为两倍的C1，则等效电容Cfbeq就是C1/6,因此，Cin的值只需要取为C1的10倍就可以达到增益要求，该电路需要的总电容为25个单位电容，相比之前的结构，大大减小了电路所需要的电容，可以减小输入电容，减小芯片面积，降低芯片成本和提高集成度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减小输入电容的低噪前置放大器电路，其特征在于，包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端接有第一反馈电路，所述第一反馈电路包括相互并联的第一虚电阻和第一反馈电容组，偏置电压信号通过所述第一反馈电路进入运算放大器的同相输入端，所述第一反馈电容组由两个等值的电容串联组成；
所述运算放大器的反相输入端和输出端之间接有第二反馈电路，所述第二反馈电路包括相互并联的第二虚电阻和第二反馈电容组，所述第二反馈电容组由两个等值的电容串联组成，且第二反馈电容组两个串联的电容之间与第二电容的一端相连接，所述第一反馈电容组两个串联的电容之间与该第二电容的另一端相连接；
所述运算放大器的同相输入端还接有与第一反馈电路并联的第一输入电容的一端，所述第一输入电容的另一端接地；
所述运算放大器的反相输入端还接有与第二反馈电路并联的第二输入电容的一端，所述第二输入电容的另一端与输入信号相接；
所述第一、第二虚电阻均由两个栅极和漏极直接相连的PMOS管串联而成；
运算放大器采用具有低噪声高增益的两级密勒补偿跨导运算放大器结构，其电流源Ibias为放大器提供电流偏置，PM2和PM5分别与PM1组成的镜像电流源将Ibias按一定比例镜像到差分输入放大级和次级共源极放大电路，该差分输入放大级由PM2、PM3、PM4、NM1、NM2组成，该次级共源极放大电路由PM5和NM3组成，给定正确偏置后交流小信号从V+、V-两个端口流入，经过NMOS电流源NM1、NM2后，在节点N输出信号，之后经过共源放大电路NM3、PM5，在输出端Vo输出经过二级放大的小信号,以及在输出端Vo与节点N之间加入了密勒补偿电容C和零点补偿电阻R。
2.根据权利要求1所述的减小输入电容的低噪前置放大器电路，其特征在于，所述第一反馈电容组中每个电容的电容值与所述第二反馈电容组中每个电容的电容值相等，其均为第一电容值。
3.根据权利要求2所述的减小输入电容的低噪前置放大器电路，其特征在于，所述第二电容的电容值是第一电容值的两倍。
4.根据权利要求3所述的减小输入电容的低噪前置放大器电路，其特征在于，所述第一输入电容的电容值与第二输入电容的电容值相等，均为输入电容值。
5.根据权利要求4所述的减小输入电容的低噪前置放大器电路，其特征在于，所述输入电容值是第一电容值的十倍。
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