CN204089737U - 实现可变增益的高精度放大器结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种实现可变增益的高精度放大器结构，其中包括第一放大器、第二放大器、第一可变电阻、第二可变电阻、第三可变电阻和第三放大器，第一放大器的输出端通过第一可变电阻连接到第一放大器的反向输入端，第二放大器的输出端通过第二可变电阻连接到第二放大器的反向输入端，第三可变电阻连接于第一放大器的反向输入端和第二放大器的反向输入端之间，第一放大器的输出端连接于第三放大器的反向输入端，第二放大器的输出端连接于第三放大器的正向输入端。采用该种结构的实现可变增益的高精度放大器结构，可以提供更高增益、更高精度的传感器信号，同时在低频带内，对放大器本身的噪声具有抑制作用，具有更广泛的应用范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及放大器技术领域，尤其涉及可变增益的放大器领域，具体是指一种实现可变增益的高精度放大器结构。
背景技术
传统的仪表放大器一般由差分放大器和电阻网络组成，图1为传统的增益可调仪表放大器。1、2为仪表放大器的差分输入信号，3、4为仪表放大器的差分输出信号，放大器5、6的开环增益应远大于R1、R2比例确定的实际仪表放大器的增益。在理想条件下，该仪表放大器的增益可表示为：G＝1+2×R1/R2。电阻R1、R2用作仪表放大器增益的调整。
中国专利CN.203225708.U，提供了采用两级增益放大器提高增益的一种方法。
提高传统的仪表放大器电路的增益必然会提高R1、R2比例和放大器5、6的开环增益，在实际集成电路中过大的R1和放大器5、6的开环增益的提高往往会消耗更多的芯片成本，过小的R2也对影响电阻的稳定性。
中国专利CN.203225708.U虽然提高了放大器增益，但在低频或直流环境的应用中，电路的主要噪声来自热噪声和闪烁噪声，该专利无法满足放大器高精度的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现在提供更高可调增益的放大效果基础上、提供更高精度传感器信号、在低频带内对放大器本身噪声具有抑制作用的实现可变增益的高精度放大器结构。
为了实现上述目的，本实用新型的实现可变增益的高精度放大器结构具有如下构成：
该实现可变增益的高精度放大器结构，其主要特点是，所述的放大器结构包括第一放大器、第二放大器、第一可变电阻、第二可变电阻、第三可变电阻和第三放大器，所述的第一放大器的正向输入端输入系统正向输入电压，所述的第一放大器的输出端通过所述的第一可变电阻连接到所述的第一放大器的反向输入端，所述的第二放大器的正向输入端输入系统反向输入电压，所述的第二放大器的输出端通过所述的第二可变电阻连接到所述的第二放大器的反向输入端，所述的第三可变电阻连接于所述的第一放大器的反向输入端和第二放大器的反向输入端之间，所述的第一放大器的输出端连接于所述的第三放大器的反向输入端，所述的第二放大器的输出端连接于所述的第三放大器的正向输入端。
较佳地，所述的电路结构还包括第一可变电容、第二可变电容、第一固定电容和第二固定电容，所述的第一放大器的输出端通过所述的第一可变电容连接于所述的第三放大器的反向输入端，所述的第二放大器的输出端通过所述的第二可变电容连接于所述的第三放大器的正向输入端，所述的第一固定电容连接于所述的第三放大器的反向输入端和第三放大器的正向输出端之间，所述的第二固定电容连接于所述的第三放大器的正向输入端和第三放大器的反向输出端之间。
更佳地，所述的放大器结构还包括第一开关和第二开关，所述的第一开关与所述的第一固定电容并联连接，所述的第二开关与所述的第二固定电容并联连接。
较佳地，所述的放大器结构还包括阻抗匹配器，所述的第一放大器的输出端通过所述的阻抗匹配器连接于所述的第三放大器的反向输入端，所述的第二放大器的输出端通过所述的阻抗匹配器连接于所述的第三放大器的正向输入端。
更佳地，所述的放大器结构还包括第一斩波器和第二斩波器，所述的系统正向输入电压通过所述的第一斩波器输入所述的第一放大器的正向输入端，所述的系统反向输入电压通过所述的第一斩波器输入所述的第二放大器的正向输入端，所述的第一放大器的输出端通过所述的第二斩波器连接于所述的阻抗匹配器，所述的第二放大器的输出端通过所述的第二斩波器连接于所述的阻抗匹配器。
更进一步地，所述的第一斩波器和第二斩波器为具有同步频率的斩波器。
更佳地，所述的阻抗匹配器为电压跟随器、同相放大器或反向放大器。
更佳地，所述的放大器结构还包括第三斩波器和第四斩波器，所述的第一放大器的输出端通过所述的阻抗匹配器和所述的第三斩波器连接于所述的第三放大器的反向输入端，所述的第二放大器的输出端通过所述的阻抗匹配器和所述的第三斩波器连接于所述的第三放大器的正向输入端，所述的第三放大器的正向输出端连接于所述的第四斩波器的第一输入端，所述的第三放大器的反向输出端连接于所述的第四斩波器的第二输入端。
更进一步地，所述的第三斩波器和第四斩波器为具有同步频率的斩波器。
采用了该实用新型中的实现可变增益的高精度放大器结构，具有如下有益效果：
本实用新型中的可变增益的高精度放大器结构可以提供更高增益、更高精度的传感器信号，同时在低频带内，对放大器本身的噪声具有抑制作用，具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1为现有技术中的一级增益放大器结构示意图。
图2为本实用新型的实现可变增益的高精度放大器结构的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本实用新型的实现可变增益的高精度放大器结构的结构图如图2所示。其中包括第一级增益和第二级增益。
第一级增益包括：第一信号输入端1提供正向信号电压Vin+、第二信号输入端2提供反向信号电压Vin-，第一斩波器3第一输入端连接第一信号输入端1，第一斩波器3第二输入端连接第二信号输入端2，第一运算放大器9正向输入端4与第一斩波器3第一输出端连接，第一可变电阻15连接第一运算放大器9的反向输入端11和第一运算放大器的信号输出端13，第二运算放大器10正向输入端5与第一斩波器3第二输出端连接，第二可变电阻16连接第二运算放大器10的反向输入端12和第二运算放大器10的信号输出端14，第三可变电阻6连接第一运算放大器9的反向输入端11和第二运算放大器10的反向输入端12，第二斩波器17第一输入端连接第一运算放大器输出端13，第二斩波器17第二输入端连接第二运算放大器输出端14，第一开关7连接第一信号输入端1和第二斩波器第一输出端18，第二开关8连接第二信号输入端2和第二斩波器第二输出端19，第一阻抗匹配器20第一输入端连接第二斩波器17的第一输出端18、第一阻抗匹配器20第二输入端连接第二斩波器17的第二输出端19。
第二级增益包括：第三斩波器23第一输入端连接第一阻抗匹配器20第一信号输出端21，第三斩波器23第二输入端连接第一阻抗匹配器20第二信号输出端22，第一可变电容器26连接第三斩波器23第一输出端24和第三运算放大器30反向输入端28，第二可变电容器27连接第三斩波器23第二输出端25和第三运算放大器30正向输入端29，第一固定电容器31连接第三运算放大器30的反向输入端28和正向输出端35，第二固定电容器32连接第三运算放大器30的正向输入端29和反向输出端36，第三开关33连接第三运算放大器30的反向输入端28和正向输出端35，第四开关34连接第三运算放大器30的正向输入端29和反向输出端36，第四斩波器37第一输入端连接第三运算放30大器正向输出端35，第四斩波器37第二输入端连接第三运算放大器30反向输出端36。
在第一级增益中，通过可变电阻6、可变电阻15和可变电阻16的调节，可以使第一级增益得到接近60DB的增益。由于采用两级放大结构，第一级增益可以通过调节设置较低的增益值，以换取更低的芯片资源消耗和更高的信号输出精度。在第一级增益中采用了斩波技术，在低频或直流应用环境中，斩波器可有效的消除闪烁噪声和输入失调电压。
在没有高增益要求的环境中，第一开关7和第二开关8可以选择关闭。正向信号电压Vin+和方向信号Vin-直接提供给节点18和节点19，可变增益高精度放大器的增益由第二级增益调节设置。第一级增益包括内部运算放大器和斩波器可以关闭，关闭第一级增益可有效的节约电流消耗。
阻抗匹配器用于匹配第一级增益和第二级增益直接的输入、输出阻抗，其结构可以为电压跟随器、同相放大器、反向放大器等。如果第一级增益关闭，阻抗匹配器可以采用直接连接的方法，使正向信号电压Vin+和反向信号Vin-直接提供给节点21和节点22，使可变电容器26和可变电容器27耦合信号输入电压。
在第二级增益中，通过可变电容器26和可变电容器27的调节设置，可以使第二级增益得到接近30DB的增益。同第一级增益原理，输入信号经第一级增益后，第二级增益可以调节设置较低的增益值，以换取更低的芯片资源消耗和更高的信号输出精度。第二级增益也包括斩波器，可有效的消除闪烁噪声和输入失调电压。其中，第一斩波器频率和第二斩波器频率同步，第三斩波器频率和第四斩波器频率同步。第三斩波器23、第四斩波器37的频率与第一斩波器3、第二斩波器17的频率可不同步，使噪声各分布在不同的高频带中，在低频带内为ADC的采样、转换和滤波提供更高精度的信号。
在第一级增益中，可调节电阻比值可以得到较高的增益；第二级增益中，可调节电容比值可以得到较高的信号精度。第一级增益、第二级增益和阻抗匹配器的级联构成的两级放大器结构，通过适当的可变电阻比值与可变电容比值的设置，可以达到传感器更高增益、更高精度的应用要求。在第一级增益和第二级增益中斩波技术的应用，对放大器本身的噪声具有抑制作用。
采用第一级增益、第二级增益的级联而不包括阻抗匹配器及第一级增益、第二级增益内部的斩波器，可达到高增益高精度要求，也在本结构范围内。
采用了该实用新型中的实现可变增益的高精度放大器结构，具有如下有益效果：
本实用新型中的可变增益的高精度放大器结构可以提供更高增益、更高精度的传感器信号，同时在低频带内，对放大器本身的噪声具有抑制作用，具有更广泛的应用范围。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (9)
1.一种实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的放大器结构包括第一放大器、第二放大器、第一可变电阻、第二可变电阻、第三可变电阻和第三放大器，所述的第一放大器的正向输入端输入系统正向输入电压，所述的第一放大器的输出端通过所述的第一可变电阻连接到所述的第一放大器的反向输入端，所述的第二放大器的正向输入端输入系统反向输入电压，所述的第二放大器的输出端通过所述的第二可变电阻连接到所述的第二放大器的反向输入端，所述的第三可变电阻连接于所述的第一放大器的反向输入端和第二放大器的反向输入端之间，所述的第一放大器的输出端连接于所述的第三放大器的反向输入端，所述的第二放大器的输出端连接于所述的第三放大器的正向输入端。
2.根据权利要求1所述的实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的放大器结构还包括第一可变电容、第二可变电容、第一固定电容和第二固定电容，所述的第一放大器的输出端通过所述的第一可变电容连接于所述的第三放大器的反向输入端，所述的第二放大器的输出端通过所述的第二可变电容连接于所述的第三放大器的正向输入端，所述的第一固定电容连接于所述的第三放大器的反向输入端和第三放大器的正向输出端之间，所述的第二固定电容连接于所述的第三放大器的正向输入端和第三放大器的反向输出端之间。
3.根据权利要求3所述的实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的放大器结构还包括第一开关和第二开关，所述的第一开关与所述的第一固定电容并联连接，所述的第二开关与所述的第二固定电容并联连接。
4.根据权利要求1所述的实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的放大器结构还包括阻抗匹配器，所述的第一放大器的输出端通过所述的阻抗匹配器连接于所述的第三放大器的反向输入端，所述的第二放大器的输出端通过所述的阻抗匹配器连接于所述的第三放大器的正向输入端。
5.根据权利要求4所述的实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的放大器结构还包括第一斩波器和第二斩波器，所述的系统正向输入电压通过所述的第一斩波器输入所述的第一放大器的正向输入端，所述的系统反向输入电压通过所述的第一斩波器输入所述的第二放大器的正向输入端，所述的第一放大器的输出端通过所述的第二斩波器连接于所述的阻抗匹配器，所述的第二放大器的输出端通过所述的第二斩波器连接于所述的阻抗匹配器。
6.根据权利要求5所述的实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的第一 斩波器和第二斩波器为具有同步频率的斩波器。
7.根据权利要求4所述的实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的阻抗匹配器为电压跟随器、同相放大器或反向放大器。
8.根据权利要求4所述的实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的放大器结构还包括第三斩波器和第四斩波器，所述的第一放大器的输出端通过所述的阻抗匹配器和所述的第三斩波器连接于所述的第三放大器的反向输入端，所述的第二放大器的输出端通过所述的阻抗匹配器和所述的第三斩波器连接于所述的第三放大器的正向输入端，所述的第三放大器的正向输出端连接于所述的第四斩波器的第一输入端，所述的第三放大器的反向输出端连接于所述的第四斩波器的第二输入端。
9.根据权利要求8所述的实现可变增益的高精度放大器结构，其特征在于，所述的第三斩波器和第四斩波器为具有同步频率的斩波器。
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