CN203734627U - 一种大动态范围放大电路 - Google Patents

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陈忠祥
吴云良
王策
钟金凤
马玉婷
裴智果
严心涛
赵书涛
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Suzhou Zhongke Medical Device Industry Development Co ltd
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Abstract

本实用新型公开了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。本实用新型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
技术领域
本实用新型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。
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。
实用新型内容
本实用新型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，前后增益能一致。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型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。
本实用新型的有益效果是:
本实用新型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，来详细说明本实用新型。
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，
                                                           
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 (2)

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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103762950A (zh) * 2013-12-26 2014-04-30 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及其构建方法

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

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Assignee: Zhongsheng (Suzhou) Medical Instrument Co.,Ltd.

Assignor: Suzhou Zhongke Medical Device Industry Development Co.,Ltd.

Contract record no.: 2017320010008

Denomination of utility model: Large dynamic range amplifying circuit and establishing method thereof

Granted publication date: 20140723

License type: Exclusive License

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Granted publication date: 20140723

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