CN107070426A

CN107070426A - 一种放大器及其实现方法

Info

Publication number: CN107070426A
Application number: CN201710160165.9A
Authority: CN
Inventors: 赵潇腾; 尹军舰; 李仲茂; 郭瑞; 邱昕; 慕福奇
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2017-08-18
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: CN107070426B

Abstract

本发明涉及一种放大器及其实现方法。放大器包括主放大器、电平比较器、差分放大路、第一检波器、第二检波器和一阶低通滤波器。方法包括：以输入信号通过一阶低通滤波器前后的功率差表征其频率；通过检波器将功率差转化为具有一定函数关系的电压，通过差分放大器将差分电压信号放大并转换为单端电压；将差分放大器的输出与DAC输出经过电平比较器进行选频，得到主放大器的偏置电压。本发明的有益效果为：1、本发明可以通过对直流电平的运算实现较高频率的选频功能；2、电路配置灵活，选频特性可随需灵活配置。

Description

一种放大器及其实现方法

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别涉及一种放大器及其实现方法。

背景技术

频率与幅度是电路中极为重要的两个参数，放大器被广泛的应用于幅度的变换，而频率的选择通常使用滤波器完成。

在现有的电路中，放大器与滤波器通常是两个分立的模块，分别负责幅度与频率的控制。

通常滤波器的频率响应一旦确定，组成滤波器的电阻，电容，电感或其等效电路就确定下来，为了实现不同的滤波特性，需要选用成本更高的程控滤波器，或者重新选择滤波器，导致设计及系统成本的增加。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种放大器，通过改变处于信号通路上放大器的偏置电压，使放大器具有选频作用，而且选频的区间可以根据需求灵活的改变，以解决现有技术中的放大器的频率不可选的技术问题。

本发明所采用的技术方案为：

其一，提供一种放大器，包括主放大器(101)、电平比较器(104)、差分放大器(a)、第一检波器(102)、第二检波器(105)与一阶低通滤波器(b)；其中，一阶低通滤波器(b)与第二检波器(105)的一端分别接信号输入端，一阶低通滤波器(b)的另一端接第一检波器(102)；第一检波器(102)、第二检波器(105)的输出端分别接差分放大器(a)的两输入端；差分放大器(a)的输出端接电平比较器(104)的反相输入端；电平比较器(104)的同相输入端接DAC的输入端，电平比较器(104)的输出端接主放大器(101)。

进一步，所述一阶低通滤波器(b)包括电阻R和电容C；其中，电阻R和电容C串联；所述电阻R和电容C之间的连接点连接第一检波器(102)；电容C与第一检波器(102)连接的另一端接地。

进一步，所述差分放大器(a)包括运算放大器(103)，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4；其中，电阻R1的一端接第二检波器(105)，另一端接运算放大器(103)的同相输入端；电阻R2的一端接电阻R1和运算放大器(103)之间的连接点，另一端接地；电阻R3的一端接第一检波器(102)，另一端接运算放大器(103)的反相输入端；电阻R4的一端接电阻R3和运算放大器(103)之间的连接点，另一端接运算放大器(103)的输出端；电阻R4和运算放大器(103)之间的连接点，接电平比较器(104)的反相输入端。

进一步，所述电阻R1与电阻R3的电阻值相等，所述电阻R2与电阻R4的电阻值相等。

进一步，所述DAC为可编程数模转换器。

其二，还提供一种放大器实现方法，包括：以输入信号通过一阶低通滤波器前后的功率差表征其频率；通过检波器将功率差分别转换为电压差；通过差分放大器将差分电压信号转换为具有一定函数关系的单端电压；将差分放大器的输出与DAC输出经过电平比较器进行选频，得到主放大器的偏置电压。

进一步，所述将输入信号的功率差分别转换为差分电压信号，包括：将输入信号分为两路，一路经过一阶低通滤波器滤波输入第一检波器进行功率检测，得到衰减后输入信号对应功率的电压信号；另一路直接输入第二检波器进行功率检测，得到输入信号对应功率的电压信号。

进一步，所述通过差分放大器将差分电压信号转换为具有一定函数关系的单端电压，包括：将差分电压信号分别输入差分放大器的两输入端；将差分电压信号放大，转换为具有一定函数关系的单端电压。

进一步，所述差分放大器由运算放大器、R1、R2、R3、R4组成，运算放大器的两输入端为等效开路，一路由R1、R2串联，另一路由R3、R4串联，在满足式(1)的条件下，差分放大器的输入输出满足式(2)的关系，

R₁＝R₃；R₂＝R₄(1)

进一步，所述主放大器的偏置电压为电平比较器的输出电压。

进一步，所述将差分放大器的输出与DAC输出经过电平比较器进行选频为：当DAC的输出电压高于差分放大器的输出时，电平比较器输出其电源电压，放大器正常工作；反之，电平比较器输出其0电平，使放大器关闭。

本发明的有益效果为：1、本发明放大器通过低通滤波器和检波器将输入信号的频率转换为功率进而以差分电压信号表征，再通过差分放大器将差分电压信号转换为具有一定函数关系的单端电压，改变处于信号通路上放大器的偏置电压，从而实现选频放大的功能。2、由于信号通路上放大器的偏置电压是通过将差分放大器的输出电压与DAC的输出经过电压比较器而改变的，其中频带的改变依靠可编程DAC实现，因此不但使放大器具有选频作用，而且选频的区间可以根据需求灵活的改变，相对于现有技术，其设计及系统成本也因此明显降低。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的放大器的电路结构示意图；

图2是本发明实施例2提供的放大器实现方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种放大器及其实现方法，以解决现有技术中的放大器的频率不可选的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种放大器，包括主放大器101，电平比较器106，差分放大器a，第一检波器102,第二检波器105与一阶低通滤波器b。其中，一阶低通滤波器b与第二检波器105的一端分别接信号输入端，一阶低通滤波器b的另一端接第一检波器102；第一检波器102、第二检波器105的输出端分别接差分放大器a的两输入端；差分放大器a的输出端接电平比较器104的反相输入端；电平比较器104的同相输入端接DAC的输入端，电平比较器104的输出端接主放大器101。

进一步，一阶低通滤波器b包括电阻R和电容C；其中，电阻R和电容C串联；电阻R和电容C之间的连接点连接第一检波器102；电容C与第一检波器102连接的另一端接地。

再进一步，差分放大器a包括运算放大器103，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4；其中，电阻R1的一端接第二检波器105，另一端接运算放大器103的同相输入端；电阻R2的一端接电阻R1和运算放大器103之间的连接点，另一端接地；电阻R3的一端接第一检波器102，另一端接运算放大器103的反相输入端；电阻R4的一端接电阻R3和运算放大器103之间的连接点，另一端接运算放大器103的输出端；电阻R4和运算放大器103之间的连接点，接电平比较器104的反相输入端。

更进一步，电阻R1与电阻R3的电阻值相等，电阻R2与电阻R4的电阻值相等。

再更进一步，DAC为可编程数模转换器。因此，通频带的改变可依靠可编程DAC实现。

该放大器的电路原理如下：待处理信号由输入端口Vi n进入系统，分为两路，一路经过由电阻R，电容C组成的一阶低通滤波器b，再输入第一检波器102；另一路直接输入第二检波器105。检波器的作用是将输入信号的功率转换为具有一定函数关系的电压。其中，输入信号的功率与电压间的函数关系为：

电压＝k×功率+b；

其中功率单位为dBm，电压单位为V，k、b为与检波器器件相关的常数。第一检波器102的输出V1与第二检波器105的输出V2分别作为差分放大器a的两输入，差分放大器a由运算放大器103、R1、R2、R3、R4组成，在满足式(1)的条件下，差分放大器a的输入输出满足式(2)的关系，即将(V2-V1)的电压差放大了(R4/R3)倍。

R₁＝R₃；R₂＝R₄ (1)

差分放大器a的输出Vo与DAC的输出经过一个电平比较器104得到主放大器101的偏置电压Vb。当DAC的输出电压高于Vo时，电平比较器104输出其电源电压，放大器正常工作；反之，电平比较器104输出其0电平，使放大器关闭，从而实现选频放大的功能。

需要特别指出的是，关于频率选择特性：因为不同频率的信号经过RC低通滤波器后功率的衰减不同，因此电压差(V2-V1)以及Vo中包含了输入信号的频率信息。因此，频带的改变依靠可编程DAC实现。

因此，本发明具有如下优点：1、本发明通过低通滤波器和检波器对输入信号分为两路，作为差分放大器的两输入，将输入信号频率转换为具有一定函数关系的输出电压，改变处于信号通路上放大器的偏置电压，从而对直流电平的运算可实现较高频率的选频功能；2、由于主放大器的偏置电压是通过将差分放大器的输出电压与DAC的输出经过电压比较器而得到的，其中通频带的改变依靠可编程DAC实现因此不但使放大器具有选频作用，而且选频的区间可以根据需求灵活的改变，相对于现有技术，其设计及系统成本也因此明显降低。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种放大器实现方法，包括：

S1)将待处理的输入信号的频率转换为电压差；

S2)通过差分放大器将所述电压差放大，并转换为单端电压；

S3)将差分放大器输出的所述单端电压与DAC输出经过电平比较器进行选频，得到主放大器的偏置电压。

实施例3

本实施例作为上述方法实施例的一种优选实施方式，其中S1)将待处理的输入信号的频率转换为电压差，包括：

S11)将待处理的输入信号的频率以通过一阶低通滤波器前后的功率差进行表征，将输入信号分成两路具有功率差的信号；

S12)将所述两路具有功率差的信号分别通过检波器转换为两路具有电压差的电压信号。

优选地，其中S11)将待处理的输入信号的频率以通过一阶低通滤波器前后的功率差进行表征，将输入信号分成两路具有功率差的信号，包括：将输入信号分为两路，其中一路经过一阶低通滤波器滤波得到衰减后的低功率信号。

即将输入信号分为两路，一路经过一阶低通滤波器滤波输入第一检波器进行功率检测，得到衰减后输入信号功率对应的电压信号；另一路直接输入第二检波器进行功率检测，得到没有经过衰减的原输入信号功率对应的电压信号。

实施例4

本实施例作为上述实施例的进一步优选实施方式，其中S2)所述通过差分放大器将所述电压差放大，并转换为单端电压，包括：

将两路具有电压差的电压信号分别输入差分放大器的两输入端，获得差分电压信号；

将差分电压信号放大，转换为具有一定函数关系的单端电压。

优选地，差分放大器由运算放大器、R1、R2、R3、R4组成，其具体实现之一参见实施例1，运算放大器的两输入端为等效开路，一路由R1、R2串联，另一路由R3、R4串联，在满足式(1)的条件下，差分放大器的输入输出满足式(2)的关系，

R₁＝R₃；R₂＝R₄ (1)

作为上述实施例的进一步优选的实施方式，主放大器的偏置电压为电平比较器的输出电压。

作为上述实施例的更进一步优选的实施方式，S3)将差分放大器输出的所述单端电压与DAC输出经过电平比较器进行选频为：当DAC的输出电压高于差分放大器的输出时，电平比较器输出其电源电压，放大器正常工作；反之，电平比较器输出其0电平，使放大器关闭。

需要特别指出的是，上述方法步骤不一定按照编号顺序执行，之所以用编号只是为了表述的方便，只要能实现本发明的目的，任何步骤上的改变都应在本发明的权利要求保护范围内。

由上述实施例可见，本发明产生的有益效果是：本发明提供的放大器及其实现方法，通过改变处于信号通路上放大器的偏置电压，使放大器具有选频作用，而且选频的区间可以根据需求灵活的改变，相对于现有技术，其设计及系统成本明显降低。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种放大器，其特征在于，包括主放大器、电平比较器、差分放大器、第一检波器、第二检波器与一阶低通滤波器；其中，

所述一阶低通滤波器与所述第二检波器的一端分别接信号输入端，所述一阶低通滤波器的另一端接所述第一检波器；

所述第一检波器、第二检波器的输出端分别接所述差分放大器的两输入端；

所述差分放大器的输出端接所述电平比较器的反相输入端；

所述电平比较器的同相输入端接DAC的输入端，所述电平比较器的输出端接所述主放大器。

2.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述一阶低通滤波器包括电阻R和电容C；其中，所述电阻R和电容C串联；所述电阻R和电容C之间的连接点连接所述第一检波器；所述电容C与所述第一检波器连接的另一端接地。

3.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述差分放大器包括运算放大器，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4；其中，所述电阻R1的一端接所述第二检波器，另一端接所述运算放大器的同相输入端；所述电阻R2的一端接所述电阻R1和所述运算放大器之间的连接点，另一端接地；所述电阻R3的一端接所述第一检波器，另一端接所述运算放大器的反相输入端；所述电阻R4的一端接所述电阻R3和所述运算放大器之间的连接点，另一端接所述运算放大器的输出端；所述电阻R4和所述运算放大器之间的连接点，接所述电平比较器的反相输入端。

4.如权利要求3所述的放大器，其特征在于，所述电阻R1与电阻R3的电阻值相等，所述电阻R2与电阻R4的电阻值相等。

5.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述DAC为可编程数模转换器。

6.一种放大器实现方法，其特征在于，包括：

将待处理的输入信号的频率转换为电压差；

通过差分放大器将所述电压差放大，并转换为单端电压；

将差分放大器输出的所述单端电压与DAC输出经过电平比较器进行选频，得到主放大器的偏置电压。

7.如权利要求6所述的放大器，其特征在于，所述将待处理的输入信号的频率转换为电压差，包括：

将待处理的输入信号分为两路，一路经过一阶低通滤波器滤波输入第一检波器进行功率检测，另一路直接输入第二检波器进行功率检测，获得两路具有电压差的电压信号。

8.如权利要求7所述的放大器，其特征在于，所述通过差分放大器将所述电压差放大，并转换为单端电压，包括：

将所述两路具有电压差的电压信号分别输入所述差分放大器的两输入端；

9.如权利要求6-8任一所述的放大器，其特征在于，所述差分放大器由运算放大器、R1、R2、R3、R4组成，运算放大器的两输入端为等效开路，一路由R1、R2串联，另一路由R3、R4串联，在满足式(1)的条件下，差分放大器输出的所述单端电压满足式(2)，

R₁＝R₃；R₂＝R₄ (1)

10.如权利要求6所述的放大器，其特征在于，所述将差分放大器输出的所述单端电压与DAC输出经过电平比较器进行选频为：

当DAC的输出电压高于差分放大器的输出时，电平比较器输出其电源电压，放大器正常工作；反之，电平比较器输出其0电平，使放大器关闭。