CN209881738U - 可以有效提高信噪比的信号放大电路 - Google Patents
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Abstract
一种针对微弱电信号进行高倍数放大且可降低伴随放大的噪声量的可以有效提高信噪比的信号放大电路。其由一级、二级和三级精密放大电路构成，一级、二级精密放大电路的电路温度系数为正温度系数，三级精密放大电路的电路温度系数为负温度系数，该放大电路的电路温度系数控制在3ppm以内。采用三级放大电路，其中前二级为正电路温度系数且可对微弱电信号有效放大的电路，后一级为负电路温度系数，在温度系数方面进行互补配对，通过调整前二级放大倍数及后一级放大倍数，使信号放大通路整体的温度系数达到3ppm及以下。采用正负互补的放大电路可有效控制噪声随待放大的信号一并放大，从而在电路结构较简单的情况下有效提取所需的电信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电信号放大电路，特别涉及一种可将3mv以下的电信号放大百倍以上的信号放大电路。
背景技术
现有技术中，针对微弱电信号(3mv以下的电信号)的放大，通常，在将该微弱电信号通过各级放大后，伴随放大的还有各种噪声信号，因此，为了提取有用的电信号，则需要设置专门的滤波电路将相关的噪声滤除，以此，获得所需的电信号。
尤其是在无创检测血糖仪中，采用红外接收传感器获得的人体血糖信号是微弱的，稍有疏忽则会导致血糖信号检测准确率的大幅下降。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种针对微弱电信号进行高倍数放大且可降低伴随放大的噪声量的可以有效提高信噪比的信号放大电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
本实用新型的可以有效提高信噪比的信号放大电路，包括放大电路，其特征在于：所述放大电路由直接耦合的一级精密放大电路、二级精密放大电路和三级精密放大电路构成，所述一级精密放大电路和二级精密放大电路的电路温度系数为正温度系数，三级精密放大电路的电路温度系数为负温度系数，该放大电路的电路温度系数控制在3ppm以内。
所述一级精密放大电路将由光电传感器采集到的1-5mv的电信号放大至11-56mv的电信号；二级精密放大电路将一级精密放大电路输出的电信号放大至180-960mv的电信号；三级精密放大电路对二级精密放大电路输出的电信号采用可调式放大并进行模数转换输出。
所述一级精密放大电路由光电传感器、第一运放和若干电阻组成，其中，
光电传感器的信号输出端通过电阻R1、电阻R18接于第一运放的信号输入端，一级精密放大电路的信号输出端为第一运放的信号输出端，第一运放的型号为OP113PS。
所述二级精密放大电路由第二运放和若干电阻组成，其中，一级精密放大电路的信号输出端通过电阻R5接于第二运放的信号输入端，第二运放的信号输出端通过电阻R2和电阻R10输出并构成该二级精密放大电路的信号输出端，第二运放的型号为AD8237。
所述三级精密放大电路由高精度A/D转换芯片和若干电阻、电容组成，其中，二级精密放大电路的信号输出端通过电阻R8接于高精度A/D转换芯片的第26脚，该高精度A/D转换芯片的第5脚为该三级精密放大电路的信号输出端，所述高精度A/D转换芯片的型号为ADS1261。
与现有技术相比，本实用新型采用三级放大电路，其中前二级为正电路温度系数且可对微弱电信号有效放大的电路，后一级为负电路温度系数，在温度系数方面进行互补配对，通过调整前二级放大倍数及后一级放大倍数，使信号放大通路整体的温度系数达到3ppm及以下。本实用新型采用正负互补的放大电路可有效控制噪声随待放大的信号一并放大，从而在电路结构较简单的情况下有效提取所需的电信号。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图。
图2为一级放大电路原理图。
图3为二级放大电路原理图。
图4为三级放大电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的可以有效提高信噪比的信号放大电路，由直接耦合的一级精密放大电路、二级精密放大电路和三级精密放大电路构成。
一级放大电路对光电传感器采集的3mv以下的微弱电信号进行放大，一级放大电路主体芯片—op113ps具有较好的微小信号放大特性，但它信号放大的温度系数达不到3PPM以下的要求，二级放大电路主体芯片—AD8237是一款高精度信号放大器，它有较好的温度特性，缺点是具有较差的微小信号的放大特性，二者结合有效的解决了低温度系数和微小信号的放大能力的问题。所述一级精密放大电路和二级精密放大电路的电路温度系数为正温度系数，三级精密放大电路的电路温度系数为负温度系数，该放大电路的电路温度系数控制在3ppm以内。
在精密测量领域，信号放大电路的温度系数具有决定性的意义，它直接决定测量系统的稳定性、重复性及测量分辨率，是精密测量领域的关键参数之一，常规的放大电路的温度系数大多数都在10PPM以上甚至更高，它是精密测量需要解决的关键技术难题之一。
放大电路的温度系统是指：随温度变化而增加或减小幅度的干扰噪音信号叠加在正常信号之上。正温度系数是指温度升高，干扰噪音信号增大；负温度系数是指温度升高，干扰噪音信号减小。
一级精密放大电路的特点：能够进行小信号放大，但电路温度系数较高(10ppm)，单独使用难以达到温度系数3ppm以下。
二级精密放大电路的特点：是一款高性能运算放大器，放大器元件少，精度较高，电路温度性能较好，但缺点是小信号(3mv以下的信号)放大的能力较差。
三级精密放大电路的特点：是一款内部有高精度低温漂运算放大器的AD转换器，其放大倍数可调。
通过调整三个精密放大电路的放大倍数，结合一、二、三级精密放大电路的电路温度特性互补的特点，可以实现电路温度系数在3PPM以下的小信号放大功能。
本实用新型主要应用于采用红外接收传感器接收人体血糖信号的无创血糖检测仪中，其中的光电传感器将采集到的微弱电信号传送给一级精密放大电路，一级精密放大电路将1-5mv的微弱电信号放大至11-56mv的电信号；二级精密放大电路将一级精密放大电路输出的电信号放大至180-960mv的电信号；三级精密放大电路对二级精密放大电路输出的电信号采用可调式放大并进行模数转换输出并由显示装置显示出来。
1、一级精密放大电路
如图2所示，一级精密放大电路由光电传感器J1、第一运放U7、电阻R1、电阻R6、电阻R12、电阻R16、电阻R17、电阻R18和电阻R23组成。
光电传感器J1的信号输出端通过电阻R1、电阻R18接于第一运放U7的信号输入端(第3脚)，一级精密放大电路的信号输出端(OUTA端)为第一运放U7的信号输出端(第6脚)，第一运放U7的型号为op113ps。
在电阻R1与电阻R18连接端与地之间串接有电阻R6和R23。
电阻R17跨接在第一运放U7的第2脚与第6脚之间。
电阻R16连接在第一运放U7的第2脚与地之间。
电阻R12跨接在第一运放U7的第3脚与第4脚(接地端)之间。
图2中的VDD4V4_AMP是直流5v供电端。
2、二级精密放大电路
如图3所示，二级精密放大电路由第二运放U1、电阻R5、电阻R2、电阻R7和电阻R10组成。
一级精密放大电路的信号输出端(OUTA端)通过电阻R5接于第二运放U1的信号输入端(+IN接脚)，第二运放U1的信号输出端(FB接脚)通过电阻R2与电阻R10的串接输出并构成该二级精密放大电路的信号输出端(OUTB端)，第二运放U1的型号为AD8237。
电阻R7跨接在第二运放U1的“FB”接脚与“REF”接脚(接地端)之间。
图3中VDD4V4_AMP是直流5v供电。
3、三级精密放大电路
如图4所示，所述三级精密放大电路由高精度A/D转换芯片和若干电阻、电容组成，其中，二级精密放大电路的信号输出端通过电阻R8接于高精度A/D转换芯片的第26脚，该高精度A/D转换芯片的第5脚为该三级精密放大电路的信号输出端，所述高精度A/D转换芯片的型号为ADS1261。
在图4中VDD4V4_AMP是直流5v供电，vcc是直流3.3v供电。
Claims (5)
1.一种可以有效提高信噪比的信号放大电路，包括放大电路，其特征在于：所述放大电路由直接耦合的一级精密放大电路、二级精密放大电路和三级精密放大电路构成，所述一级精密放大电路和二级精密放大电路的电路温度系数为正温度系数，三级精密放大电路的电路温度系数为负温度系数，该放大电路的电路温度系数控制在3ppm以内。
2.根据权利要求1所述的可以有效提高信噪比的信号放大电路，其特征在于：所述一级精密放大电路将由光电传感器采集到的1-5mv的电信号放大至11-56mv的电信号；二级精密放大电路将一级精密放大电路输出的电信号放大至180-960mv的电信号；三级精密放大电路对二级精密放大电路输出的电信号采用可调式放大并进行模数转换输出。
3.根据权利要求2所述的可以有效提高信噪比的信号放大电路，其特征在于：所述一级精密放大电路由光电传感器、第一运放和若干电阻组成，其中，
光电传感器的信号输出端通过电阻R1、电阻R18接于第一运放的信号输入端，一级精密放大电路的信号输出端为第一运放的信号输出端，第一运放的型号为OP113PS。
4.根据权利要求3所述的可以有效提高信噪比的信号放大电路，其特征在于：所述二级精密放大电路由第二运放和若干电阻组成，其中，一级精密放大电路的信号输出端通过电阻R5接于第二运放的信号输入端，第二运放的信号输出端通过电阻R2和电阻R10输出并构成该二级精密放大电路的信号输出端，第二运放的型号为AD8237。
5.根据权利要求4所述的可以有效提高信噪比的信号放大电路，其特征在于：所述三级精密放大电路由高精度A/D转换芯片和若干电阻、电容组成，其中，二级精密放大电路的信号输出端通过电阻R8接于高精度A/D转换芯片的第26脚，该高精度A/D转换芯片的第5脚为该三级精密放大电路的信号输出端，所述高精度A/D转换芯片的型号为ADS1261。
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