CN112769408B - 一种自归零电流型高精度可编程增益放大器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自归零电流型高精度可编程增益放大器及方法。本发明包括自动调零运放A1、调零运放A2和二级调零运放A3，自动调零运放A1的输出端接一级输出管P1，一级输出管P1的源端上拉转换电阻R2，漏端接可变电阻阵列R1，可变电阻阵列R1的可变量程端接自动调零运放A1的负输入端，满量程端接调零运放A2的负输入端和输出端，上拉转换电阻R2与一级输出管P1连接处为二级输入信号，接二级调零运放A3，二级调零运放A3的输出端分别接二级输出管P2和二级输出管P3的栅端，二级输出管P2的源端接上拉转换电阻R3，二级输出管P3的源端接上拉转换电阻Ros，二级输出管P2的漏端为输出端口。本发明可以将传感器输入信号精确按比例放大，并可对传感器零点进行调零，同时对输出信号的幅度进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及航空、航海和航天等领域，尤其涉及一种自归零电流型高精度可编程增益放大器及方法。
背景技术
现有的增益放大器，其方案多采用三运放结构的仪表放大器，为电压模式，在实际应用过程中，电压在长距离传输过程中存在寄生，这种长距离传输造成的精度误差，会严重影响信号放大的精度，存在拓展性差的确定。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种自归零电流型高精度可编程增益放大器及方法，可以将传感器输入信号精确按比例放大，并可对传感器零点进行调零，同时对输出信号的幅度进行控制。
本发明的技术解决方案是：本发明为一种自归零电流型高精度可编程增益放大器，其特殊之处在于：所述放大器包括自动调零运放A1、调零运放A2和二级调零运放A3，自动调零运放A1的输出端接一级输出管P1，一级输出管P1的源端上拉转换电阻R2，漏端接可变电阻阵列R1，可变电阻阵列R1的可变量程端接自动调零运放A1的负输入端，满量程端接调零运放A2的负输入端和输出端，调零点电流Izero从一级输出管P1和电阻阵列R1连接处流入或流出，上拉转换电阻R2与一级输出管P1连接处为二级输入信号，接二级调零运放A3，二级调零运放A3的输出端分别接二级输出管P2和二级输出管P3的栅端，二级输出管P2的源端接上拉转换电阻R3，二级输出管P3的源端接上拉转换电阻Ros，二级输出管P2和转换电阻R3的连接处为接点X，二级输出管P3和上拉转换电阻Ros的连接处为Y点，接点X接二级调零运放A3的负输入端和对地通路管N2的源端，对地通路管N2的漏端接地，栅端接二级输出管P3的漏端，同时输出过压控制电流Iover从二级输出管P3的漏端输入加载在对地通路管N1的栅端以及对地通路管N2的栅端，对地通路管N1的源端接接点Y，漏端接地，二级输出管P2的漏端为输出端口，同时欠压补偿电流Iunder从输出端口流入。
优选的，输出端口接转换电阻R4，转换电阻R4另一端接地。
一种实现上述的自归零电流型高精度可编程增益放大器的方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：
1)通过自动调零运放A1的输入级将输入电压差通过可编程电阻R1转化为电流；
2)在应用传感器调理电路时，在可编程电阻R1转换为电流后，引入Izero电流可以对传感器零输入时的差分电压进行调零控制，修正传感器的零点漂移；
3)在二级调零运放A3的输出级，通过转换电阻R3将前级输入电压转换为电流；
5)在输出电压达不到最低要求时通过Iunder电流注入电流，抬高输入；
6)在输出电压大于要求电压时，Iover电流注入转换电阻Ros，开启对地通路管N1以及对地通路管N2，将多余电流泄放至地以保证满足；输出限压。
优选的，步骤2)中所述Izero电流通过注电流和抽电流来实现。
优选的，步骤4)中转换电阻R3和转换电阻Ros，以及二级输出管P2和二级输出管P3的尺寸大小按比例设计以保证电压VX和VY始终相等。
本发明提供的一种自归零电流型高精度可编程增益放大器及方法，该放大器包括自动调零运放，可编程电阻阵列，以及调零点电流，欠压灌电流和过压抽电流，本发明不同于三运放结构的放大器结构，采用电流型结构的同时，在输入第一级加入调零电点流Izero，以便于对传感器输入零点进行调零。在输出级以及输出反馈环路加入Iunder和Iover电流对输出电压的上下限进行控制，上述3种控制电流都可以采用简单的电流镜模式，选择不同大小的电流以适用不同传感器需求，以此可以对用于传感器输入信号进行精确放大、调零和输出上下限控制。因此本发明具有以下优点：
1)本发明通过自动调零运放以及可编程电阻和各类抽、灌电路配合，可以将传感器输入信号精确按比例放大，并可对传感器零点进行调零，同时对输出信号的幅度进行控制。
2)本发明采用电流型，对电流进行抽、灌控制输出，结构简单，方便操作，抗干扰能力强。
3)本发明采用电流形式可以避免长距离传输造成的精度误差，并可以简单的使用抽电流和灌电流的形式对放大后输出的信号进行幅度限制，以至于使输出信号适用与后级各种器件。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
参见图1，本发明的具体实施例的结构包括自动调零运放A1、调零运放A2和二级调零运放A3，输入信号VIN1接自动调零运放A1的正输入端，自动调零运放A1的输出端接一级输出管P1，一级输出管P1的源端上拉转换电阻R2，漏端接可变电阻阵列R1，可变电阻阵列R1的可变量程端接自动调零运放A1的负输入端，满量程端接调零运放A2的负输入端和输出端，VIN2信号接调零运放A2的正输入端，调零点电流Izero从一级输出管P1和电阻阵列R1连接处流入或流出，上拉转换电阻R2与一级输出管P1连接处为二级输入信号，接二级调零运放A3，二级调零运放A3的输出端分别接二级输出管P2和二级输出管P3的栅端，二级输出管P2的源端接上拉转换电阻R3，二级输出管P3的源端接上拉转换电阻Ros，二级输出管P2和转换电阻R3的连接处为接点X，二级输出管P3和上拉转换电阻Ros的连接处为Y点，接点X接二级调零运放A3的负输入端和对地通路管N2的源端，对地通路管N2的漏端接地，栅端接二级输出管P3的漏端，同时输出过压控制电流Iover从二级输出管P3的漏端输入加载在对地通路管N1的栅端以及对地通路管N2的栅端，对地通路管N1的源端接接点Y，漏端接地，二级输出管P2的漏端为输出端口，同时欠压补偿电流Iunder从输出端口流入，输出端口接转换电阻R4，转换电阻R4另一端接地。
本发明的电路采用自动调零运放A1作为基本单元，该电路可以通过采样电容以及开关，将大幅减小输入失调电压；
本发明还提供了一种实现自归零电流型高精度可编程增益放大器的方法，该方法包括以下步骤：
1)通过自动调零运放A1的输入级将输入电压差通过可编程电阻R1转化为电流；
2)在应用传感器调理电路时，在可编程电阻R1转换为电流后，引入调零点电流Izero可以对传感器零输入时的差分电压进行调零控制，修正传感器的零点漂移；
3)在二级调零运放A3的输出级，通过转换电阻R3将前级输入电压转换为电流，转换电阻R3和转换电阻Ros，以及二级输出管P2和二级输出管P3的尺寸大小按比例设计以保证电压VX和VY始终相等；
5)在输出电压达不到最低要求时通过欠压补偿电流Iunder注入电流，抬高输入；
6)在输出电压大于要求电压时，输出过压控制电流Iover注入转换电阻Ros，开启对地通路管N1以及对地通路管N2，将多余电流泄放至地以保证满足；输出限压。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种自归零电流型高精度可编程增益放大器，其特征在于：所述放大器包括自动调零运放A1、调零运放A2和二级调零运放A3，所述自动调零运放A1的输出端接一级输出管P1，一级输出管P1的源端上拉转换电阻R2，漏端接可变电阻阵列R1，所述可变电阻阵列R1的可变量程端接自动调零运放A1的负输入端，满量程端接调零运放A2的负输入端和输出端，调零点电流Izero从一级输出管P1和电阻阵列R1连接处流入或流出，所述上拉转换电阻R2与一级输出管P1连接处为二级输入信号，接二级调零运放A3，二级调零运放A3的输出端分别接二级输出管P2和二级输出管P3的栅端，所述二级输出管P2的源端接上拉转换电阻R3，所述二级输出管P3的源端接上拉转换电阻Ros，所述二级输出管P2和转换电阻R3的连接处为接点X，所述二级输出管P3和上拉转换电阻Ros的连接处为Y点，所述接点X接二级调零运放A3的负输入端和对地通路管N2的源端，所述对地通路管N2的漏端接地，栅端接二级输出管P3的漏端，同时输出过压控制电流Iover从二级输出管P3的漏端输入加载在对地通路管N1的栅端以及对地通路管N2的栅端，所述对地通路管N1的源端接接点Y，漏端接地，所述二级输出管P2的漏端为输出端口，同时欠压补偿电流Iunder从输出端口流入。
2.根据权利要求1所述的自归零电流型高精度可编程增益放大器，其特征在于：所述输出端口接转换电阻R4，所述转换电阻R4另一端接地。
3.一种实现权利要求1所述的自归零电流型高精度可编程增益放大器的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)通过自动调零运放A1的输入级将输入电压差通过可编程电阻R1转化为电流；
2)在应用传感器调理电路时，在可编程电阻R1转换为电流后，引入调零点电流Izero可以对传感器零输入时的差分电压进行调零控制；
3)在二级调零运放A3的输出级，通过转换电阻R3将前级输入电压转换为电流；
5)在输出电压达不到最低要求时通过欠压补偿电流Iunder注入电流，抬高输入；
6)在输出电压大于要求电压时，输出过压控制电流Iover注入转换电阻Ros，开启对地通路管N1以及对地通路管N2，将多余电流泄放至地以保证满足；输出限压。
4.根据权利要求3所述的自归零电流型高精度可编程增益放大器的方法，其特征在于：所述步骤2)中所述调零点电流Izero通过注电流和抽电流来实现。
5.根据权利要求4所述的自归零电流型高精度可编程增益放大器的方法，其特征在于：所述步骤4)中转换电阻R3和转换电阻Ros，以及二级输出管P2和二级输出管P3的尺寸大小按比例设计以保证电压VX和VY始终相等。
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| 低电压全摆幅恒跨导CMOS运算放大器的设计;谢长焱;何怡刚;;吉首大学学报(自然科学版);20061020(05);全文 * |
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