CN116232241A - 仪表放大电路及电流监测仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种仪表放大电路及电流监测仪，交流耦合斩波输入电路作为输入级，中间级斩波放大电路和输出级斩波放大电路分别作为中间级和输出级，依次对目标差分信号和反馈信号进行斩波放大处理之后，向外部处理装置发送输出信号。通过将输入级与后级之间的斩波开关频率设置不相同，利用双频斩波稳定技术降低仪表放大电路的低频噪声和残余失调电压，有效提高共模抑制比。输入级采用交流耦合输入，可有效去除直流偏置信号，并通过纹波抑制电路来减少由于斩波引起的输出纹波。通过本申请的斩波稳定技术，在得到低频噪声、低失调和高共模抑制比的输出信号的同时，还能避免出现白噪声混叠的现象，提高仪表放大电路的运行可靠性。

Description

仪表放大电路及电流监测仪

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种仪表放大电路及电流监测仪。

背景技术

仪表放大器（IA）是集成在生物信息采集装置中的关键元件，主要用于传感器接口、生物电位记录和电源管理。在这些应用中，整体性能受到仪表放大器的偏移和噪声的限制。低频噪声、低失调和高共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio，CMRR）是仪表放大器不断追求的重要指标。

目前，降低低频噪声和失调的方法主要包括偏移微调技术和自动调零技术，然而，两者技术在实际应用中，经常会发生白噪声混叠的现象。

发明内容

基于此，有必要提供一种仪表放大电路及电流监测仪，以解决仪表放大器在实际应用过程中容易发生白噪声混叠的问题。

一种仪表放大电路，包括：交流耦合斩波输入电路、中间级斩波放大电路、输出级斩波放大电路和纹波抑制电路，所述交流耦合斩波输入电路用于根据目标差分信号和输出级斩波放大电路发送的反馈信号进行斩波放大处理，得到第一信号并发送至中间级斩波放大电路；所述中间级斩波放大电路连接所述交流耦合斩波输入电路，用于根据所述第一信号进行斩波放大处理，得到第二信号并发送至输出级斩波放大电路；所述输出级斩波放大电路与所述交流耦合斩波输入电路和所述中间级斩波放大电路分别连接，用于对所述第二信号进行斩波放大处理，得到输出信号和反馈信号，并将所述输出信号发送至外部处理装置和纹波抑制电路，将所述反馈信号发送至所述交流耦合斩波输入电路；所述纹波抑制电路与所述输出级斩波放大电路和所述交流耦合斩波输入电路分别连接；其中，所述交流耦合斩波输入电路的斩波开关频率大于所述中间级斩波放大电路的斩波开关频率，所述中间级斩波放大电路的斩波开关频率与所述输出级斩波放大电路的斩波开关频率相同。

在一个实施例中，所述交流耦合斩波输入电路包括第一斩波器、第二斩波器、第三斩波器、第一跨导放大器和第二跨导放大器，所述第一斩波器的第一输入端和第二输入端用于输入所述目标差分信号，所述第二斩波器的第一输入端和第二输入端用于输入所述反馈信号，所述第一斩波器的第一输出端连接所述第一跨导放大器的第一输入端，所述第一斩波器的第二输出端连接所述第一跨导放大器的第二输入端，所述第二斩波器的第一输出端连接所述第二跨导放大器的第一输入端，所述第二斩波器的第二输出端连接所述第二跨导放大器的第二输入端，所述第一跨导放大器的第一输出端连接所述第三斩波器的第一输入端、所述第二跨导放大器的第一输出端和所述纹波抑制电路，所述第一跨导放大器的第二输出端连接所述第三斩波器的第二输入端、所述第二跨导放大器的第二输出端和所述纹波抑制电路，所述第三斩波器的第一输出端和第二输出端分别连接所述中间级斩波放大电路。

在一个实施例中，所述中间级斩波放大电路包括第四斩波器和第三跨导放大器，所述第四斩波器的第一输入端连接所述交流耦合斩波输入电路和所述输出级斩波放大电路，所述第四斩波器的第二输入端连接所述交流耦合斩波输入电路和所述输出级斩波放大电路，所述第四斩波器的第一输出端连接所述第三跨导放大器的第一输入端，所述第四斩波器的第二输出端连接所述第三跨导放大器的第二输入端，所述第三跨导放大器的第一输出端和第二输出端分别连接所述输出级斩波放大电路。

在一个实施例中，所述输出级斩波放大电路包括第五斩波器、第四跨导放大器、第一补偿电容、第二补偿电容、第三补偿电容、第四补偿电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第五斩波器的第一输入端和第二输入端分别连接所述中间级斩波放大电路，所述第五斩波器的第一输出端连接所述第一补偿电容的第一端和所述第四跨导放大器的第一输入端，所述第一补偿电容的第二端连接所述第四跨导放大器的第一输出端、所述第二补偿电容的第一端和所述第一电阻的第一端，所述第二补偿电容的第二端连接所述中间级斩波放大电路，所述第五斩波器的第二输出端连接所述第三补偿电容的第一端和所述第四跨导放大器的第二输入端，所述第三补偿电容的第二端连接所述第四跨导放大器的第一输出端、所述第四补偿电容的第一端和所述第二电阻的第一端，所述第四补偿电容的第二端连接所述中间级斩波放大电路，所述第一电阻的第一端还与所述纹波抑制电路连接，所述第二电阻的第一端还与所述纹波抑制电路连接，所述第一电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端和所述交流耦合斩波输入电路，所述第三电阻的第二端连接所述交流耦合斩波输入电路和所述第二电阻的第二端。

在一个实施例中，所述纹波抑制电路包括缓冲电路、第六斩波器、积分器和第五跨导放大器，所述缓冲电路连接所述输出级斩波放大电路，所述第六斩波器连接所述缓冲电路，所述积分器连接所述第六斩波器，所述第五跨导放大器连接所述积分器，所述第五跨导放大器还连接所述交流耦合斩波输入电路。

在一个实施例中，所述缓冲电路包括第一电容、第二电容、第四电阻、第五电阻、第一开关器件和第二开关器件，所述第一电容的第一端连接所述输出级斩波放大电路，所述第一电容的第二端连接所述第四电阻的第一端和所述第一开关器件的第一端，所述第一开关器件的第二端连接所述第六斩波器，所述第二电容的第一端连接所述输出级斩波放大电路，所述第二电容的第二端连接所述第五电阻的第一端和所述第二开关器件的第一端，所述第二开关器件的第二端连接所述第六斩波器，所述第一开关器件的第三端连接所述第二开关器件的第三端，所述第四电阻的第二端和所述第五电阻的第二端接地。

在一个实施例中，所述积分器包括第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件和第三电容，所述第三开关器件的第一端和第三端分别连接所述第六斩波器，所述第三开关器件的第二端连接第三电容的第一端、所述第四开关器件的第一端和所述第五跨导放大器，所述第四开关器件的第二端连接电源，所述第五开关器件的第一端和第三端分别连接所述第六斩波器，所述第五开关器件的第二端连接第三电容的第二端、所述第六开关器件的第一端和所述第五跨导放大器，所述第六开关器件的第二端连接电源，所述第四开关器件的第三端连接所述第六开关器件的第三端。

在一个实施例中，所述第五跨导放大器包括第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件和第十开关器件，所述第七开关器件的第三端和所述第八开关器件的第三端分别连接所述积分器，所述第七开关器件的第一端和所述第八开关器件的第一端分别连接所述交流耦合斩波输入电路，所述第七开关器件的第二端连接所述第八开关器件的第二端和所述第九开关器件的第一端，所述第九开关器件的第二端连接所述第十开关器件的第一端，所述第十开关器件的第二端接地，所述第九开关器件的第三端和所述第十开关器件的第三端分别用于连接外部控制器。

在一个实施例中，所述交流耦合斩波输入电路的斩波开关频率与所述中间级斩波放大电路的斩波开关频率的比值满足以下条件：K≥0.5+f_corner/2*B，其中，K表示比值，f_corner表示噪声转角频率，B表示目标差分信号的带宽。

一种电流监测仪，包括上述的仪表放大电路。

上述仪表放大电路及电流监测仪，包括交流耦合斩波输入电路、中间级斩波放大电路和输出级斩波放大电路三级放大电路，交流耦合斩波输入电路作为输入级，中间级斩波放大电路和输出级斩波放大电路分别作为中间级和输出级，依次对目标差分信号和反馈信号进行斩波放大处理之后，向外部处理装置发送输出信号。通过将输入级与后级之间的斩波开关频率设置不相同，利用双频斩波稳定技术降低仪表放大电路的低频噪声和残余失调电压，有效提高共模抑制比。输入级采用交流耦合输入，也即分别输入目标差分信号和反馈信号进行斩波放大处理，可有效去除直流偏置信号，并通过纹波抑制电路来减少由于斩波引起的输出纹波。通过本申请的斩波稳定技术，在得到低频噪声、低失调和高共模抑制比的输出信号的同时，还能避免出现白噪声混叠的现象，提高仪表放大电路的运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例中仪表放大电路结构示意图；

图2为本申请另一实施例中仪表放大电路结构示意图；

图3为本申请一实施例中纹波抑制电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种仪表放大电路，包括：交流耦合斩波输入电路101、中间级斩波放大电路103、输出级斩波放大电路105和纹波抑制电路107，交流耦合斩波输入电路101用于根据目标差分信号（也即图示Vin+和Vin-）和输出级斩波放大电路105发送的反馈信号进行斩波放大处理，得到第一信号并发送至中间级斩波放大电路103；中间级斩波放大电路103连接交流耦合斩波输入电路101，用于根据第一信号进行斩波放大处理，得到第二信号并发送至输出级斩波放大电路105；输出级斩波放大电路105与交流耦合斩波输入电路101和中间级斩波放大电路103分别连接，用于对第二信号进行斩波放大处理，得到输出信号（也即图示Vout+和Vout-）和反馈信号，并将输出信号发送至外部处理装置和纹波抑制电路107，将反馈信号发送至交流耦合斩波输入电路101；纹波抑制电路107与输出级斩波放大电路105和交流耦合斩波输入电路101分别连接；其中，交流耦合斩波输入电路101的斩波开关频率大于中间级斩波放大电路103的斩波开关频率，中间级斩波放大电路103的斩波开关频率与输出级斩波放大电路105的斩波开关频率相同。

具体地，目标差分信号即为输入仪表放大电路，需要仪表放大电路进行斩波放大处理的信号。本实施例的仪表放大电路，输入级采用交流耦合输入的形式，分别对目标差分信号以及输出级斩波放大电路105发送的反馈信号进行斩波放大处理之后，进行耦合，得到第一信号并传输到下一级电路，也即传输到中间级斩波放大电路103，该种方式可有效去除直流偏置信号，得到不含直流偏置信号的第一信号传输至中间级斩波放大电路103，提高信号处理可靠性。之后第一信号依次被中间级斩波放大电路103和输出级斩波放大电路105进行斩波放大处理，最终在输出级斩波放大电路105处得到输出信号和反馈信号，输出信号传输至外部处理装置，实现目标差分信号的放大处理，而反馈信号则传输至交流耦合斩波输入电路101，实现仪表放大电路的反馈调节。

本实施例的方案，将交流耦合斩波输入电路101的斩波开关频率设置大于中间级斩波放大电路103的斩波开关频率，中间级斩波放大电路103的斩波开关频率设置与输出级斩波放大电路105的斩波开关频率相同。也即将交流耦合斩波输入电路101中的斩波器的开关频率设置大于中间级斩波放大电路103中斩波器的开关频率，中间级斩波放大电路103中斩波器的开关频率与输出级斩波放大电路105中斩波器的开关频率一致。从通过双频斩波器的输入级和中间级，降低了输入参考噪声功率谱密度（PSD）及仪表放大器的闪烁噪声（1/f噪声），得到低频噪声、低失调和高共模抑制比的输出信号。

在一个较为详细的实施例中，中间级斩波放大电路103和输出级斩波放大电路105采用套筒结构搭建，以提高直流增益和速度，输出级斩波放大电路105为轨对轨类型的输出级斩波放大电路105，纹波抑制电路107为交流耦合类型的纹波抑制电路107，用以减少仪表放大电路在运行过程中，由于斩波所引起的纹波，提高仪表放大电路的运行可靠性。

虽然双频斩波可以有效的降低直流偏置电压和残余失调电压，但实际应用中由于斩波开关的源极阻抗并不能保证完全平衡，因此仍有直流偏置电压和残余失调电压导致的少量输出纹波出现。为了减小由于斩波引起的输出纹波，采用纹波抑制电路107来抑制纹波，进一步保证仪表放大电路的运行可靠性。

上述仪表放大电路，包括交流耦合斩波输入电路101、中间级斩波放大电路103和输出级斩波放大电路105三级放大电路，交流耦合斩波输入电路101作为输入级，中间级斩波放大电路103和输出级斩波放大电路105分别作为中间级和输出级，依次对目标差分信号和反馈信号进行斩波放大处理之后，向外部处理装置发送输出信号。通过将输入级与后级之间的斩波开关频率设置不相同，利用双频斩波稳定技术降低仪表放大电路的低频噪声和残余失调电压，有效提高共模抑制比。输入级采用交流耦合输入，也即分别输入目标差分信号和反馈信号进行斩波放大处理，可有效去除直流偏置信号，并通过纹波抑制电路107来减少由于斩波引起的输出纹波。通过本申请的斩波稳定技术，在得到低频噪声、低失调和高共模抑制比的输出信号的同时，还能避免出现白噪声混叠的现象，提高仪表放大电路的运行可靠性。

请参阅图2，在一个实施例中，交流耦合斩波输入电路101包括第一斩波器201、第二斩波器202、第三斩波器203、第一跨导放大器204和第二跨导放大器205，第一斩波器201的第一输入端和第二输入端用于输入目标差分信号，第二斩波器202的第一输入端和第二输入端用于输入反馈信号（也即图示Vf+和Vf-），第一斩波器201的第一输出端连接第一跨导放大器204的第一输入端，第一斩波器201的第二输出端连接第一跨导放大器204的第二输入端，第二斩波器202的第一输出端连接第二跨导放大器205的第一输入端，第二斩波器202的第二输出端连接第二跨导放大器205的第二输入端，第一跨导放大器204的第一输出端连接第三斩波器203的第一输入端、第二跨导放大器205的第一输出端和纹波抑制电路107，第一跨导放大器204的第二输出端连接第三斩波器203的第二输入端、第二跨导放大器205的第二输出端和纹波抑制电路107，第三斩波器203的第一输出端和第二输出端分别连接中间级斩波放大电路103。

具体地，跨导放大器是一种将输入差分电压转换为输出电流的放大器，跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，增益叫跨导。斩波器也即直流斩波器，又称为截波器，是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置。第一斩波器201、第二斩波器202和第三斩波器203的开关频率相同。该方案中，第一跨导放大器204和第二跨导放大器205分别实现目标差分信号和反馈信号的放大处理，交流耦合斩波输入电路101采用折叠级联和增益提升拓扑结构，以实现高DC（Direct Current，直流）增益，提高了仪表放大电路的轨对轨传感能力和高增益精度。

交流耦合斩波输入电路101中所设置的斩波器用来减少仪表放大电路中的输出失调电压，输入失调电压V_{in_ov}、斩波器的开关频率f_ch及输出失调电压V_{out_ov}的关系为：V_{out_ov}=V_{in_ov *}Gm1/C*f_ch，其中，Gm1表示第一跨导放大器204的跨导，C为交流耦合斩波输入电路101的等效电容。所以可以通过增大电容或者开关频率来减少输出失调电压，因为增大电容会增大电路面积，所以一般采取增大开关频率来减少输出失调电压。斩波时钟的引入会导致仪表放大电路出交流尖峰信号，即残余失调电压，该电压的幅度大小与斩波时钟频率成反比，所以本申请采用双频斩波结构，前级斩波（也即第一斩波器201、第二斩波器202和第三斩波器203）采用较高的开关频率降低直流偏置电压，后级斩波（也即中间级斩波放大电路103中的斩波器）采用较低开关频率降低残余失调电压。

本申请所提供的仪表放大电路可用于电流传感应用，因此两个跨导（第一跨导放大器204和第二跨导放大器205）的共模（CM）电压不同。中间级可以采用晶体管低阈值级联，从而给予输入级晶体管提供恒定栅源电压，因此内部晶体管对共模电压变化不敏感，所以该仪表放大电路可以有效放大差模电压，保持共模电压，最终能够大大提升共模抑制比。

请参阅图2，在一个实施例中，中间级斩波放大电路103包括第四斩波器206和第三跨导放大器207，第四斩波器206的第一输入端连接交流耦合斩波输入电路101和输出级斩波放大电路105，第四斩波器206的第二输入端连接交流耦合斩波输入电路101和输出级斩波放大电路105，第四斩波器206的第一输出端连接第三跨导放大器207的第一输入端，第四斩波器206的第二输出端连接第三跨导放大器207的第二输入端，第三跨导放大器207的第一输出端和第二输出端分别连接输出级斩波放大电路105。

具体地，在一个较为详细的实施例中，第四斩波器206的第一输入端连接第三斩波器203的第一输出端，第四斩波器206的第二输入端连接所述第三斩波器203的第二输出端。输入级和中间级采用双频斩波放大，因此，第四斩波器206的开关频率需要设置与第一斩波器201（或者第二斩波器202、第三斩波器203）不同，具体而言，第一斩波器201、第二斩波器202和第三斩波器203采用较高的开关频率降低直流偏置电压，后级斩波（也即中间级斩波放大电路103中的斩波器）采用较低开关频率降低残余失调电压。

另外，交流耦合斩波输入电路101的输入参考噪声在很大程度上取决于输入级和反馈级，包括热噪声和1/f噪声分量的总输入参考噪声，通过简单的使用大电流或大面积可以降低噪声，由于本申请提出双频斩波技术，这大大降低了对总电流和硅面积的要求，进一步提高仪表放大电路的工作可靠性。

请参阅图2，在一个实施例中，输出级斩波放大电路105包括第五斩波器208、第四跨导放大器209、第一补偿电容C11、第二补偿电容C12、第三补偿电容C13、第四补偿电容C14、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第五斩波器208的第一输入端和第二输入端分别连接中间级斩波放大电路103，第五斩波器208的第一输出端连接第一补偿电容C11的第一端和第四跨导放大器209的第一输入端，第一补偿电容C11的第二端连接第四跨导放大器209的第一输出端、第二补偿电容C12的第一端和第一电阻R1的第一端，第二补偿电容C12的第二端连接中间级斩波放大电路103，第五斩波器208的第二输出端连接第三补偿电容C13的第一端和第四跨导放大器209的第二输入端，第三补偿电容C13的第二端连接第四跨导放大器209的第一输出端、第四补偿电容C14的第一端和第二电阻R2的第一端，第四补偿电容C14的第二端连接中间级斩波放大电路103，第一电阻R1的第一端还与纹波抑制电路107连接，第二电阻R2的第一端还与纹波抑制电路107连接，第一电阻R1的第二端连接第三电阻R3的第一端和交流耦合斩波输入电路101，第三电阻R3的第二端连接交流耦合斩波输入电路101和第二电阻R2的第二端。

具体地，在一个较为详细的实施例中，第五斩波器208的第一输入端连接第三跨导放大器207的第一输出端，第五斩波器208的第二输入端连接第三跨导放大器207的第二输出端；第二补偿电容C12的第二端连接第四斩波器206的第一输入端，第四补偿电容C14的第二端连接第四斩波器206的第二输入端。

本实施例的方案，输出级斩波放大电路105除了用于对第二信号进行斩波放大的第五斩波器208和第四跨导放大器209之外，在第五斩波器208和第四跨导放大器209外围还设置有第一补偿电容C11、第二补偿电容C12、第三补偿电容C13、第四补偿电容C14、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。通过第一补偿电容C11、第二补偿电容C12、第三补偿电容C13、第四补偿电容C14实现极点分离，以确保仪表放大电路的稳定性，另外本实施例的方案，由于电阻和电容的搭建形成RC滤波电路，有助于滤除输入级的斩波偏移，进一步保证仪表放大电路的工作可靠性。

较为详细的，在一个实施例中，第一补偿电容C11、第二补偿电容C12、第三补偿电容C13、第四补偿电容C14均为米勒补偿电容。第五斩波器208的开关频率设置与第四斩波器206的开关频率相同，且均小于第一斩波器201（第二斩波器202或第三斩波器203）的开关频率。

通过上述方案，该仪表放大电路包括一个具有嵌套米勒补偿的三级放大电路和一个连续时间波纹电感回路（也即纹波抑制电路107），该仪表放大电路的总体反馈增益为：

其中，Gm1表示第一跨导放大器204的跨导，Gmf表示第二跨导放大器205的跨导，R11表示第一电阻R1的阻值，R12表示第二电阻R2的阻值，R0表示第三电阻R3的阻值，因此，可以通过选择不同的Gm1/Gmf和

来得到一个很宽的增益范围。

请继续参阅图2，在一个实施例中，纹波抑制电路107包括缓冲电路210、第六斩波器211、积分器213和第五跨导放大器214，缓冲电路210连接输出级斩波放大电路105，第六斩波器211连接缓冲电路210，积分器213连接第六斩波器211，第五跨导放大器214连接积分器213，第五跨导放大器214还连接交流耦合斩波输入电路101。

具体地，纹波抑制电路107的具体类型并不是唯一的，本实施例的方案，纹波抑制电路107包括缓冲电路210、第六斩波器211、积分器213和第五跨导放大器214。具体地，在一个实施例中，虽然可通过电路布局减少输入级偏移，通过增加斩波频率或米勒补偿电容的大小，可以减小纹波幅度，但是因为物理因素的限制，减少的有限。故本实施例的方案中，设置纹波抑制电路107来进行纹波的抑制，依次对输入的信号进行缓冲、斩波和放大处理之后，反馈至交流耦合斩波输入电路101进行耦合，从而可靠抑制由于斩波所产生的纹波。较为详细的，第六斩波器211的开关频率与第一斩波器201的开关频率相同。

请参阅图3，在一个实施例中，缓冲电路210包括第一电容C1、第二电容C2、第四电阻、第五电阻、第一开关器件M1和第二开关器件M2，第一电容C1的第一端连接输出级斩波放大电路105，第一电容C1的第二端连接第四电阻的第一端和第一开关器件M1的第一端，第一开关器件M1的第二端连接第六斩波器211，第二电容C2的第一端连接输出级斩波放大电路105，第二电容C2的第二端连接第五电阻的第一端和第二开关器件M2的第一端，第二开关器件M2的第二端连接第六斩波器211，第一开关器件M1的第三端连接第二开关器件M2的第三端，第四电阻的第二端和第五电阻的第二端接地（图示GND）。

具体地，在一个较为详细的实施例中，第一电容C1的第一端连接第一电阻R1的第一端，第二电容C2的第一端连接第二电阻R2的第一端。本实施例的方案，通过第一电容C1、第二电容C2、第四电阻、第五电阻的搭建，形成低通滤波器，可以通过设定第一电容C1和第二电容C2的电容值，第四电阻和第五电阻的阻值的方式，来设置较低的低通截止频率，进一步滤除高频输出纹波。

第一开关器件M1和第二开关器件M2的具体类型并不是唯一的，可以是晶体三极管、场效应晶体管或者绝缘栅双极型晶体管等，具体不做限定，下述各个实施例中所涉及的开关器件与第一开关器件M1、第二开关器件M2类似，后续不再赘述。

请结合参阅图3，在一个实施例中，积分器213包括第三开关器件M3、第四开关器件M4、第五开关器件M5、第六开关器件M6和第三电容C3，第三开关器件M3的第一端和第三端分别连接第六斩波器211，第三开关器件M3的第二端连接第三电容C3的第一端、第四开关器件M4的第一端和第五跨导放大器214，第四开关器件M4的第二端连接电源（图示VDD），第五开关器件M5的第一端和第三端分别连接第六斩波器211，第五开关器件M5的第二端连接第三电容C3的第二端、第六开关器件M6的第一端和第五跨导放大器214，第六开关器件M6的第二端连接电源，第四开关器件M4的第三端连接第六开关器件M6的第三端。

具体地，在积分器213中，第三开关器和第五开关器搭建形成跨导放大器，因该跨导放大器的偏移量通过第六斩波器211，最后以方波的形式，加上斩波器引起的纹波，在纹波抑制电路107的C、D点输出，通过增益增强级联缓冲来隔离纹波输出噪声。因此，积分器213中跨导放大器的偏移决定了残余纹波量，故可通过调整第三开关器和第五开关器，以改变残余纹波量，也即改变纹波抑制能力。

请参阅图3，在一个实施例中，第五跨导放大器214包括第七开关器件M7、第八开关器件M8、第九开关器件M9和第十开关器件M10，第七开关器件M7的第三端和第八开关器件M8的第三端分别连接积分器213，第七开关器件M7的第一端和第八开关器件M8的第一端（也即图示A点和B点）分别连接交流耦合斩波输入电路101，第七开关器件M7的第二端连接第八开关器件M8的第二端和第九开关器件M9的第一端，第九开关器件M9的第二端连接第十开关器件M10的第一端，第十开关器件M10的第二端接地，第九开关器件M9的第三端和第十开关器件M10的第三端分别用于连接外部控制器。

具体地，在一个较为详细的实施例中，第三开关器件M3的第一端连接第七开关器件M7的第三端，第五开关器件M5的第一端连接第八开关器件M8的第三端。第九开关器件M9和第十开关器件M10的第三端连接外部控制器，在外部控制器的作用下实现通断。

在一个实施例中，交流耦合斩波输入电路101的斩波开关频率与中间级斩波放大电路103的斩波开关频率的比值满足以下条件：K≥0.5+f_corner/2*B，其中，K表示比值，f_corner表示噪声转角频率，B表示目标差分信号的带宽。

具体地，本实施例的方案，将双频斩波的开关频率的比值设置大于或等于0.5+f_corner/2*B，以确保输入级的斩波开关频率大于中间级的斩波开关频率一定范围，进一步保证仪表放大电路的工作可靠性。

本申请还提供一种电流监测仪，包括上述的仪表放大电路。

具体地，仪表放大电路如上述各个实施例以及附图所示，在此不再赘述。上述电流监测仪，包括交流耦合斩波输入电路101、中间级斩波放大电路103和输出级斩波放大电路105三级放大电路，交流耦合斩波输入电路101作为输入级，中间级斩波放大电路103和输出级斩波放大电路105分别作为中间级和输出级，依次对目标差分信号和反馈信号进行斩波放大处理之后，向外部处理装置发送输出信号。通过将输入级与后级之间的斩波开关频率设置不相同，利用双频斩波稳定技术降低仪表放大电路的低频噪声和残余失调电压，有效提高共模抑制比。输入级采用交流耦合输入，也即分别输入目标差分信号和反馈信号进行斩波放大处理，可有效去除直流偏置信号，并通过纹波抑制电路107来减少由于斩波引起的输出纹波。通过本申请的斩波稳定技术，在得到低频噪声、低失调和高共模抑制比的输出信号的同时，还能避免出现白噪声混叠的现象，提高仪表放大电路的运行可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种仪表放大电路，其特征在于，包括：

交流耦合斩波输入电路，用于根据目标差分信号和输出级斩波放大电路发送的反馈信号进行斩波放大处理，得到第一信号并发送至中间级斩波放大电路；

中间级斩波放大电路，连接所述交流耦合斩波输入电路，用于根据所述第一信号进行斩波放大处理，得到第二信号并发送至输出级斩波放大电路；

输出级斩波放大电路，与所述交流耦合斩波输入电路和所述中间级斩波放大电路分别连接，用于对所述第二信号进行斩波放大处理，得到输出信号和反馈信号，并将所述输出信号发送至外部处理装置和纹波抑制电路，将所述反馈信号发送至所述交流耦合斩波输入电路；其中，所述交流耦合斩波输入电路的斩波开关频率大于所述中间级斩波放大电路的斩波开关频率，所述中间级斩波放大电路的斩波开关频率与所述输出级斩波放大电路的斩波开关频率相同；

纹波抑制电路，与所述输出级斩波放大电路和所述交流耦合斩波输入电路分别连接。

2.根据权利要求1所述的仪表放大电路，其特征在于，所述交流耦合斩波输入电路包括第一斩波器、第二斩波器、第三斩波器、第一跨导放大器和第二跨导放大器，所述第一斩波器的第一输入端和第二输入端用于输入所述目标差分信号，所述第二斩波器的第一输入端和第二输入端用于输入所述反馈信号，所述第一斩波器的第一输出端连接所述第一跨导放大器的第一输入端，所述第一斩波器的第二输出端连接所述第一跨导放大器的第二输入端，所述第二斩波器的第一输出端连接所述第二跨导放大器的第一输入端，所述第二斩波器的第二输出端连接所述第二跨导放大器的第二输入端，所述第一跨导放大器的第一输出端连接所述第三斩波器的第一输入端、所述第二跨导放大器的第一输出端和所述纹波抑制电路，所述第一跨导放大器的第二输出端连接所述第三斩波器的第二输入端、所述第二跨导放大器的第二输出端和所述纹波抑制电路，所述第三斩波器的第一输出端和第二输出端分别连接所述中间级斩波放大电路。

3.根据权利要求1所述的仪表放大电路，其特征在于，所述中间级斩波放大电路包括第四斩波器和第三跨导放大器，所述第四斩波器的第一输入端连接所述交流耦合斩波输入电路和所述输出级斩波放大电路，所述第四斩波器的第二输入端连接所述交流耦合斩波输入电路和所述输出级斩波放大电路，所述第四斩波器的第一输出端连接所述第三跨导放大器的第一输入端，所述第四斩波器的第二输出端连接所述第三跨导放大器的第二输入端，所述第三跨导放大器的第一输出端和第二输出端分别连接所述输出级斩波放大电路。

4.根据权利要求1所述的仪表放大电路，其特征在于，所述输出级斩波放大电路包括第五斩波器、第四跨导放大器、第一补偿电容、第二补偿电容、第三补偿电容、第四补偿电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第五斩波器的第一输入端和第二输入端分别连接所述中间级斩波放大电路，所述第五斩波器的第一输出端连接所述第一补偿电容的第一端和所述第四跨导放大器的第一输入端，所述第一补偿电容的第二端连接所述第四跨导放大器的第一输出端、所述第二补偿电容的第一端和所述第一电阻的第一端，所述第二补偿电容的第二端连接所述中间级斩波放大电路，所述第五斩波器的第二输出端连接所述第三补偿电容的第一端和所述第四跨导放大器的第二输入端，所述第三补偿电容的第二端连接所述第四跨导放大器的第一输出端、所述第四补偿电容的第一端和所述第二电阻的第一端，所述第四补偿电容的第二端连接所述中间级斩波放大电路，所述第一电阻的第一端还与所述纹波抑制电路连接，所述第二电阻的第一端还与所述纹波抑制电路连接，所述第一电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端和所述交流耦合斩波输入电路，所述第三电阻的第二端连接所述交流耦合斩波输入电路和所述第二电阻的第二端。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的仪表放大电路，其特征在于，所述纹波抑制电路包括缓冲电路、第六斩波器、积分器和第五跨导放大器，所述缓冲电路连接所述输出级斩波放大电路，所述第六斩波器连接所述缓冲电路，所述积分器连接所述第六斩波器，所述第五跨导放大器连接所述积分器，所述第五跨导放大器还连接所述交流耦合斩波输入电路。

6.根据权利要求5所述的仪表放大电路，其特征在于，所述缓冲电路包括第一电容、第二电容、第四电阻、第五电阻、第一开关器件和第二开关器件，所述第一电容的第一端连接所述输出级斩波放大电路，所述第一电容的第二端连接所述第四电阻的第一端和所述第一开关器件的第一端，所述第一开关器件的第二端连接所述第六斩波器，所述第二电容的第一端连接所述输出级斩波放大电路，所述第二电容的第二端连接所述第五电阻的第一端和所述第二开关器件的第一端，所述第二开关器件的第二端连接所述第六斩波器，所述第一开关器件的第三端连接所述第二开关器件的第三端，所述第四电阻的第二端和所述第五电阻的第二端接地。

7.根据权利要求5所述的仪表放大电路，其特征在于，所述积分器包括第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件和第三电容，所述第三开关器件的第一端和第三端分别连接所述第六斩波器，所述第三开关器件的第二端连接第三电容的第一端、所述第四开关器件的第一端和所述第五跨导放大器，所述第四开关器件的第二端连接电源，所述第五开关器件的第一端和第三端分别连接所述第六斩波器，所述第五开关器件的第二端连接第三电容的第二端、所述第六开关器件的第一端和所述第五跨导放大器，所述第六开关器件的第二端连接电源，所述第四开关器件的第三端连接所述第六开关器件的第三端。

8.根据权利要求5所述的仪表放大电路，其特征在于，所述第五跨导放大器包括第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件和第十开关器件，所述第七开关器件的第三端和所述第八开关器件的第三端分别连接所述积分器，所述第七开关器件的第一端和所述第八开关器件的第一端分别连接所述交流耦合斩波输入电路，所述第七开关器件的第二端连接所述第八开关器件的第二端和所述第九开关器件的第一端，所述第九开关器件的第二端连接所述第十开关器件的第一端，所述第十开关器件的第二端接地，所述第九开关器件的第三端和所述第十开关器件的第三端分别用于连接外部控制器。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的仪表放大电路，其特征在于，所述交流耦合斩波输入电路的斩波开关频率与所述中间级斩波放大电路的斩波开关频率的比值满足以下条件：K≥0.5+f_corner/2*B，其中，K表示比值，f_corner表示噪声转角频率，B表示目标差分信号的带宽。

10.一种电流监测仪，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的仪表放大电路。

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