CN205666802U - 一种传感器放大电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种传感器放大电路，包括传感器模块、放大器模块、反馈电阻和反馈电容，其中，放大器模块具有非低的输入阻抗，以收集传感器模块的大部分电荷输出，并通过拉或吸取相同量的负反馈网络电荷电流对电压进行补偿以提高输出电压(V_out)，从而提高了电路中电压信号的幅值，输出功率以及带载能力。

Description

一种传感器放大电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种传感器放大电路。

背景技术

压电薄膜拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。

压电薄膜传感器中的压电陶瓷的介电常数很大，也就意味着它的电阻很大，在其应用于检测振动信息时需要连接具有低输出阻抗的电荷放大器，虽然连接电荷放大器可以输出与加速度成比例的输出电压，但是该电压信号幅值小，输出功率低，带载能力差，这是本领域技术人员所不期望见到的。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型公开了一种传感器放大电路，其中，包括：

传感器模块(1)，包括电流源(I_sensor)和与所述电流源(I_sensor)并联的第一电容(C_d)；

放大器模块(2)，与所述传感器模块(1)连接，且所述放大器模块(2)包括运算放大器(A)和连接在所述运算放大器(A)的同向输入端和反向输入端之间第二电容(C_a)；

反馈电容(C_FB)和反馈电阻(R_FB)，均跨接于所述运算放大器(A)的反相输入端和输出端之间。

上述的传感器放大电路，其中，所述运算放大器(A)为反向放大器。

上述的传感器放大电路，其中，所述电流源(I_sensor)为压电薄膜传感器一阶建模的模型。

上述的传感器放大电路，其中，所述传感器放大电路应用于睡眠监测装置中。

上述的传感器放大电路，其中，所述睡眠监测装置还包括无线通信模块，通过所述无线通信模块将所述睡眠监测装置中的数据传输至终端设备。

上述的传感器放大电路，其中，所述终端设备为手机或平板电脑。

上述的传感器放大电路，其中，所述第一电容(C_d)一端与所述运算放大器(A)的反向输入端连接，另一端接地。

上述的传感器放大电路，其中，所述电流源(I_sensor)一端与所述运算放大器(A)的反向输入端连接，另一端接地。

上述的传感器放大电路，其中，所述运算放大器(A)的同向输入端接地。

上述的传感器放大电路，其中，所述第二电容(C_a)一端与运算放大器(A)的反向输入端连接，另一端接地。

上述实用新型具有如下优点或者有益效果：

本实用新型公开了一种传感器放大电路，包括传感器模块、放大器模块、反馈电阻和反馈电容，其中，放大器模块具有非低的输入阻抗，以收集传感器模块的大部分电荷输出，并通过拉或吸取相同量的负反馈网络电荷电流对电压进行补偿以提高输出电压(V_out)，从而提高了电路中电压信号的幅值，输出功率以及带载能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是本实用新型实施例中传感器放大电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步的说明，但是不作为本实用新型的限定。

如图1所示，本实施例涉及一种传感器放大电路，可应用于睡眠监测装置中；具体的，该传感器放大电路包括传感器模块1、与传感器模块1连接的放大器模块2以及反馈电容C_FB和反馈电阻R_FB；其中，传感器模块1包括电流源I_sensor和与电流源I_sensor并联的第一电容C_d；放大器模块2与传感器模块1连接，且放大器模块2包括运算放大器A和连接在运算放大器A的同向输入端和反向输入端之间第二电容C_a；反馈电容C_FB和反馈电阻R_FB均跨接于运算放大器A的反相输入端和输出端之间。

在本实用新型一个优选的实施例中，上述运算放大器A为反向放大器。

在本实用新型一个优选的实施例中，上述电流源I_sensor为压电薄膜传感器一阶建模的模型。

在本实用新型一个优选的实施例中，上述睡眠监测装置还包括无线通信模块，通过无线通信模块将睡眠监测装置中的数据传输至终端设备；优选的，终端设备为手机或平板电脑。

在本实用新型一个优选的实施例中，第一电容C_d一端与运算放大器A的反向输入端连接，另一端接地。

在本实用新型一个优选的实施例中，电流源I_sensor一端与运算放大器A的反向输入端连接，另一端接地。

在本实用新型一个优选的实施例中，运算放大器A的同向输入端接地。

在本实用新型一个优选的实施例中，第二电容C_a一端与运算放大器A的反向输入端连接，另一端接地。

下面继续对本实用新型传感器电路的原理进行阐述：

压电薄膜传感器主要根据振动特性的不同来获取相关信息。压电薄膜传感器的形变反应在传感器电荷变化上，压电薄膜传感器主要为一种带高输出阻抗的器件，需要用电荷放大器这样的有着非常低的输入阻抗的信号调节电路。需要将电荷量转化为电压量电荷放大器的增益为：

$Gain=\frac{1}{C_{FB}}(mV/C).$

电荷放大器对AC物理激励的最终电路响应(包括传感器的寄生电容)为高通滤波器的响应，其极频为：

$f_{HPF}=\frac{1}{2{\mathrm{\πR}}_{FB}{C}_{FB}}.$

为了获得较高的增益，需要降低电容增加增益的同时，也需要增加电阻来保持低极频特性，但是增加电阻会影响噪声特性和电路偏置。

压电薄膜传感器的输出是一个由变形情况决定的电荷量，电荷量与形变成比例关系，将压电传感器一阶建模为一个与传感器寄生电容(本实施例为第一电容C_d)并联的电流源I_sensor，且电流与形状变化的速率成比例关系。

信号调节电路必须具有非常低的输入阻抗，以收集传感器的大部分电荷输出。因此，电荷放大器是理想的解决方案，因为只要运算放大器A在这些信号频率下保持高增益，其输入便会让传感器信号出现虚拟接地。换句话说，如果传感器的任何电荷想要在传感器阳极或者放大器输入寄生电容(本实施例为第二电容C_a)上增大，在运算放大器A输入端就会形成电压。通过拉或吸取相同量的负反馈网络电荷电流，即R_FB和C_FB，这种电压便立即得到了补偿。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种传感器放大电路，其特征在于，包括：

传感器模块(1)，包括电流源(I_sensor)和与所述电流源(I_sensor)并联的第一电容(C_d)；

放大器模块(2)，与所述传感器模块(1)连接，且所述放大器模块(2)包括运算放大器(A)和连接在所述运算放大器(A)的同向输入端和反向输入端之间第二电容(C_a)；

反馈电容(C_FB)和反馈电阻(R_FB)，均跨接于所述运算放大器(A)的反相输入端和输出端之间。

2.如权利要求1所述的传感器放大电路，其特征在于，所述运算放大器(A)为反向放大器。

3.如权利要求1所述的传感器放大电路，其特征在于，所述电流源(I_sensor)为压电薄膜传感器一阶建模的模型。

4.如权利要求1所述的传感器放大电路，其特征在于，所述传感器放大电路应用于睡眠监测装置中。

5.如权利要求4所述的传感器放大电路，其特征在于，所述睡眠监测装置还包括无线通信模块，以将所述睡眠监测装置中的数据传输至终端设备。

6.如权利要求5所述的传感器放大电路，其特征在于，所述终端设备为手机或平板电脑。

7.如权利要求1所述的传感器放大电路，其特征在于，所述第一电容(C_d)一端与所述运算放大器(A)的反向输入端连接，另一端接地。

8.如权利要求1所述的传感器放大电路，其特征在于，所述电流源(I_sensor)一端与所述运算放大器(A)的反向输入端连接，另一端接地。

9.如权利要求1所述的传感器放大电路，其特征在于，所述运算放大器(A)的同向输入端接地。

10.如权利要求1所述的传感器放大电路，其特征在于，所述第二电容(C_a)一端与运算放大器(A)的反向输入端连接，另一端接地。