CN216699952U - 电容反接式负反馈放大电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一电容反接式负反馈放大电路，其包括运算放大器，反馈电阻和反馈分压支路，所述反馈电阻连接于所述运算放大器的输出端和反相输入端之间，所述反馈分压支路包括分压电阻和隔直耦合电容，所述隔直耦合电容被设置为钽电容或铌电容而具有极性，通过将所述隔直耦合电容反接的方式，突破本领域技术人员对具有极性的电容严格禁止反接以避免造成漏电流增加和不可逆的结构破坏的常识性要求和惯性认知，形成所述反馈分压支路的内阻随信号的幅度的增大而减小的变化趋势特征，以基于所述电容反接式负反馈放大电路对输入信号的放大倍数关联于所述反馈电阻和所述反馈分压支路的阻值比的特性，抑制对低幅度信号的放大作用而提高信噪比。
Description
技术领域
本实用新型涉及弱信号放大领域，特别涉及基于微波多普勒效应原理生成的多普勒中频信号的放大处理的电容反接式负反馈放大电路。
背景技术
运算放大器是一种用途广泛，又便于使用的集成电路。在采用所述运算放大器进行信号放大的电路应用中，所述运算放大器加负反馈网络而形成的负反馈放大电路由于能够形成趋于恒定的闭环增益，并具有较为平坦的幅频特性和较宽的通频带宽而被广泛使用。
具体地，参考说明书附图之图1A和图1B所示，所述负反馈放大电路于同相输入状态和反相输入状态下的结构原理分别被示意，其中所述负反馈放大电路包括所述运算放大器和所述负反馈网络，其中所述运算放大器具有一同相输入端(+)和一反相输入端(-)以及一输出端，其中所述负反馈网络包括至少一反馈电阻R2和具有至少一分压电阻R1的一反馈分压支路，其中所述反馈电阻R2的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端(-)，所述反馈电阻R2的另一端被电性连接于所述运算放大器的所述输出端，即所述输出端经所述反馈电阻R2连接到所述反相输入端(-)，以将输出信号的一部分反馈到所述反相输入端(-)而形成对所述运算放大器的负反馈，其中所述反馈分压支路以所述分压电阻R1的一端与所述反相输入端(-)电性相连的状态被电性连接于所述反相输入端(-)，如此以基于所述运算放大器的虚短特性，即在所述输出端未加电源电压时，所述同相输入端(+)与所述反相输入端(-)之间相当于短路而被认为具有相同的电压(对应图中A点电压VA)的电学特性，在图1A所示意的所述负反馈放大电路的反相输入状态，对应在所述分压电阻R1的另一端接入输入信号Vin，和于所述同相输入端(+)接入所述输入信号Vin的参考地的状态，所述分压电阻R1两端的电压为(Vin-VA)，根据欧姆定律，经过所述分压电阻R1的电流I1＝(Vin-VA)/R1，其中由于所述运算放大器的输入阻抗极高，所述反相输入端(-)中基本没有电流，因此当I1经由A点流向所述反馈电阻R2时，流经所述反馈电阻R2的电流与I1基本相等，则所述输出端的输出电压信号Vout＝VA-I1·R2，因此所述负反馈放大电路在反相输入状态的增益对应于(VA-Vout)/(Vin-VA)＝R2/R1而直接关联于所述反馈电阻R2和所述分压电阻R1的阻值比；和在图1B所示意的所述负反馈放大电路的同相输入状态，对应在所述同相输入端(+)接入所述输入信号Vin，和于所述分压电阻R1的另一端接入所述输入信号Vin的参考地的状态，所述分压电阻R1两端的电压为VA而基于所述运算放大器的虚短特性与所述Vin相等，根据欧姆定律，经过所述分压电阻R1的电流I1＝Vin/R1，同样由于流经所述反馈电阻R2的电流与I1基本相等，则所述输出端的输出电压信号Vout＝I1·(R1+R2)，因此所述负反馈放大电路在同相输入状态的增益对应于Vout/Vin＝1+R2/R1而同样关联于所述反馈电阻R2和所述分压电阻R1的阻值比。也就是说，在所述负反馈放大电路的反相输入状态和同相输入状态，所述负反馈放大电路对输入信号的放大倍数均关联于所述反馈电阻R2和所述反馈分压支路的阻值比。
进一步地，对应于图2A和图2B，在将所述负反馈放大电路应用于对具有直流分量的低频信号进行放大时，如对基于微波多普勒效应原理生成的多普勒中频信号进行放大时，往往需要于所述反馈分压支路进一步串联一隔直耦合电容C，其中所述隔直耦合电容C于所述反馈分压支路中与所述分压电阻R1串联，对应所述反馈分压支路以所述隔直耦合电容C的两端分别被电性连接于所述反相输入端(-)和所述分压电阻R1的状态，或以所述分压电阻R1的两端分别被电性连接于所述反相输入端(-)和所述隔直耦合电容C的状态被电性连接于所述反相输入端(-)，其中基于电容在实际电路中等效于串联的理想电容C0与等效串联电阻ESR以及等效串联电感ESL的电学特性，在所述负反馈放大电路对输入信号的放大倍数关联于所述反馈电阻R2和所述反馈分压支路的阻值比的状态，为保障所述负反馈放大电路被应用于对具有直流分量的低频信号进行放大时的稳定性和响应速度以及信噪比，通常对所述隔直耦合电容C具有在低频状态下的高电容量、低内阻、高响应速度以及低漏电流的电学性能要求。因此，在将所述负反馈放大电路应用于对具有直流分量的低频信号进行放大时，所述隔直耦合电容C通常被设置为具有极性的钽电容，以同时满足所述隔直耦合电容C在低频状态下的高电容量、低内阻、高响应速度以及低漏电流的电学性能要求，其中基于本领域技术人员对具有极性的电容严格禁止反接以避免造成漏电流增加和不可逆的结构破坏甚至爆炸的常识性要求和惯性认知，当所述隔直耦合电容C被设置为钽电容时，在所述负反馈放大电路的同相输入状态，所述反馈分压支路以所述钽电容的正极与所述反相输入端(-)电性相连的状态被电性连接于所述所述反相输入端(-)，对应形成所述分压电阻R1的一端被连接于所述钽电容的正极，所述分压电阻R1的另一端被连接于所述反相输入端(-)的状态，或形成所述钽电容的正极被电性连接于所述反相输入端(-)，所述钽电容的负极被电性连接于所述分压电阻R1的状态；和在所述负反馈放大电路的反相输入状态，所述反馈分压支路以所述钽电容的负极与所述反相输入端(-)电性相连的状态被电性连接于所述所述反相输入端(-)，对应形成所述分压电阻R1的一端被连接于所述钽电容的负极，所述分压电阻R1的另一端被连接于所述反相输入端(-)的状态，或形成所述钽电容的负极被电性连接于所述反相输入端(-)，所述钽电容的正极被电性连接于所述分压电阻R1的状态。
实用新型内容
本实用新型的一个目的在于提供一电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路能够在对信号放大的应用中降低放大过程中的环境噪声和被放大信号中的原始底噪对放大输出后的信号的影响，因而有利于提高放大输出后的信号的信噪比而具有良好的抗干扰特性。
本实用新型的另一目的在于提供一电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括一运算放大器和一负反馈网络，其中所述负反馈网络包括一反馈电阻和一反馈分压支路，其中所述反馈电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的反相输入端，所述反馈电阻的另一端被电性连接于所述运算放大器的输出端，其中所述反馈分压支路的一端被电性连接于所述运算放大器的反相输入端，以使得所述电容反接式负反馈放大电路具有对输入信号的放大倍数关联于所述反馈电阻和所述反馈分压支路的阻值比的特性，其中通过改变所述反馈分压支路的内阻对不同幅度的信号的响应，形成所述反馈分压支路的内阻随信号的幅度的增大而减小的变化趋势特征，对应形成所述电容反接式负反馈放大电路对输入信号的放大倍数随输入信号的幅度增大而增大的趋势特性，因而能够在对信号放大的应用中抑制对低幅度的信号的放大作用，从而有利于在对信号放大的应用中抑制对环境噪声和被放大信号中的原始底噪的放大作用，进而提高放大输出后的信号的信噪比。
本实用新型的另一目的在于提供一电容反接式负反馈放大电路，其中所述反馈分压支路包括一分压电阻和与所述分压电阻串联的一隔直耦合电容，其中在所述隔直耦合电容采用钽电容或铌电容而具有极性的状态，突破本领域技术人员对具有极性的电容严格禁止反接以避免造成漏电流增加和不可逆的结构破坏甚至爆炸的常识性要求和惯性认知，通过将被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容反接的方式，基于被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容在反向电压下的电学特性探索发现，改变所述反馈分压支路的内阻对不同幅度的信号的响应，具体形成所述反馈分压支路的内阻随信号的幅度的增大而减小的变化趋势特征，如此以基于所述电容反接式负反馈放大电路具有对输入信号的放大倍数关联于所述反馈电阻和所述反馈分压支路的阻值比的特性，在信号放大应用中抑制对低幅度的信号的放大作用，进而提高放大输出后的信号的信噪比。
本实用新型的另一个目的在于提供一电容反接式负反馈放大电路，其中基于被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容在与相应工作环境参数和本征电学参数相关联的相应反向电压区间仍具有较低的漏电流并能够长时间稳定工作的探索发现，在所述输入信号的幅度区间与相应所述反向电压区间相适配的状态，被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容的反向电压能够与相应所述反向电压区间相适配或被调节至与相应所述反向电压区间相适配，以保障所述隔直耦合电容在被反接状态下的稳定性和工作寿命，即所述电容反接式负反馈放大电路适用于对相应所述输入信号的放大应用，尤其是弱信号形态的所述输入信号，如基于微波多普勒效应原理生成的多普勒中频信号，因而突破了本领域技术人员对具有极性的电容严格禁止反接以避免造成漏电流增加和不可逆的结构破坏的常识性甚至爆炸要求和惯性认知。
本实用新型的另一个目的在于提供一电容反接式负反馈放大电路，其中在所述电容反接式负反馈放大电路的同相输入状态，对应于所述运算放大器的所述同相输入端接入相应的输入信号，和于所述反馈分压支路的另一端接入所述输入信号的参考地的状态，所述隔直耦合电容以其负极与所述运算放大器的所述反相输入端电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路，如所述隔直耦合电容以其负极与所述运算放大器的所述反相输入端直接电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路，或以其负极与所述运算放大器的所述反相输入端经所述分压电阻电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路，如此以在所述电容反接式负反馈放大电路的同相输入状态，形成所述隔直耦合电容反极性串联于所述反馈分压支路的状态。
本实用新型的另一个目的在于提供一电容反接式负反馈放大电路，其中在所述电容反接式负反馈放大电路的反相输入状态，对应于所述反馈分压支路的另一端接入所述输入信号，和于所述运算放大器的所述同相输入端接入所述输入信号的参考地的状态，所述隔直耦合电容以其正极与所述运算放大器的所述反相输入端电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路，如所述隔直耦合电容以其正极与所述运算放大器的所述反相输入端直接电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路，或以其正极与所述运算放大器的所述反相输入端经所述分压电阻电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路，如此以在所述电容反接式负反馈放大电路的反相输入状态，形成所述隔直耦合电容反极性串联于所述反馈分压支路的状态。
本实用新型的另一个目的在于提供一电容反接式负反馈放大电路，其中在所述输入信号的幅度区间与相应所述反向电压区间相适配的状态，基于对被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容的反向电压的调节需求，通过调节所述反馈分压支路的分压大小的方式，所述输入信号的基准电压能够被调节而调节所述隔直耦合电容的反向电压至与相应反向电压区间相适配，以在突破本领域技术人员对具有极性的电容严格禁止反接以避免造成漏电流增加和不可逆的结构破坏甚至爆炸的常识性要求和惯性认知而保障反接状态的所述隔直耦合电容的稳定性和工作寿命的同时，降低了所述隔直耦合电容的反接对适用于被所述电容反接式负反馈放大电路放大的所述输入信号的电压幅值的限制，因而有利于提高所述电容反接式负反馈放大电路的适用性。
本实用新型的另一个目的在于提供一电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路进一步包括一基准电压调节支路，其中所述基准电压调节支路具有一分压节点和以所述分压节点为界的具有预设阻值的两分支电阻，其中所述基准电压调节支路于其分压节点与所述运算放大器的所述同相输入端电性相连，以基于所述基准电压调节支路的两端的电压差设置，和两所述分支电阻的预设阻值大小设置，调节所述运算放大器的所述同相输入端和所述反相输入端的电压大小而在所述电容反接式负反馈放大电路的同相输入状态或反相输入状态，调节所述输入信号的基准电压，进而形成对所述反馈分压支路的分压调节而调节被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容的反向电压，以在被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态保障反接状态的所述隔直耦合电容的稳定性和工作寿命。
为实现以上至少一目的，本实用新型提供一电容反接式负反馈放大电路，所述电容反接式负反馈放大电路适用于对基于微波多普勒效应原理生成的多普勒中频信号进行放大，其中以所述电容反接式负反馈放大电路在一级放大的电路形态为一电容反接式负反馈放大电路单元，所述电容反接式负反馈放大电路单元包括：
一运算放大器，其中所述运算放大器具有一同相输入端，一反相输入端以及一输出端；和
一负反馈网络，其中所述负反馈网络包括一反馈电阻和一反馈分压支路，其中所述反馈电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述反馈电阻的另一端被电性连接于所述运算放大器的所述输出端，其中所述反馈分压支路包括一分压电阻和与所述分压电阻串联的一隔直耦合电容，其中所述隔直耦合电容被设置为钽电容或铌电容而具有极性，其中所述反馈分压支路的一端以所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，对应在所述电容反接式负反馈放大电路单元的同相输入状态，即于所述运算放大器的所述同相输入端接入所述多普勒中频信号，和于所述反馈分压支路的另一端接入所述多普勒中频信号的参考地的状态，所述隔直耦合电容以其负极与所述运算放大器的所述反相输入端电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路，和在所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态，即于所述反馈分压支路的另一端接入所述多普勒中频信号，和于所述运算放大器的所述同相输入端接入所述多普勒中频信号的参考地的状态，所述隔直耦合电容以其正极与所述运算放大器的所述反相输入端电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路。
在一实施例中，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括至少两所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路以其中一所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以另一所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应在后级电路的同相输入状态形成后级电路的所述同相输入端被电性连接于前级电路的所述输出端的两级放大电路，和在后级电路的反相输入状态形成后级电路的所述反馈分压支路被电性连接于前级电路的所述输出端和后级电路的所述反相输入端之间的两级放大电路。
在一实施例中，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括一个同相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元和一个反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路以同相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成后级电路的所述反馈分压支路被电性连接于前级电路的所述输出端和后级电路的所述反相输入端之间的两级放大电路。
在一实施例中，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括两个同相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路以其中一所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以另一所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成前级电路的所述输出端被电性连接于后级电路的所述同相输入端的两级放大电路。
在一实施例中，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括两个反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路以其中一所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以另一所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成后级电路的所述反馈分压支路被电性连接于前级电路的所述输出端和后级电路的所述反相输入端之间的两级放大电路。
在一实施例中，其中至少一所述电容反接式负反馈放大电路单元还包括一基准电压调节支路，其中所述基准电压调节支路具有一分压节点和以所述分压节点为界的具有预设阻值的两分支电阻，其中所述基准电压调节支路于所述分压节点与所述运算放大器的所述同相输入端电性相连。
在一实施例中，其中仅作为前级电路的所述电容反接式负反馈放大电路单元包括所述基准电压调节支路。
在一实施例中，其中所述隔直耦合电容在被反极性串联于所述反馈分压支路的状态经所述分压电阻被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，对应在所述电容反接式负反馈放大电路单元的同相输入状态，所述分压电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述分压电阻的另一端被电性连接于所述隔直耦合电容的负极，和在所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态，所述分压电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述分压电阻的另一端被电性连接于所述隔直耦合电容的正极，以形成所述反馈分压支路的一端以所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端的连接关系。
在一实施例中，其中所述隔直耦合电容在被反极性串联于所述反馈分压支路的状态经所述分压电阻被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，对应在所述电容反接式负反馈放大电路单元的同相输入状态，所述分压电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述分压电阻的另一端被电性连接于所述隔直耦合电容的负极，和在所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态，所述分压电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述分压电阻的另一端被电性连接于所述隔直耦合电容的正极，以形成所述反馈分压支路的一端以所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端的连接关系。
在一实施例中，其中所述电容反接式负反馈放大电路还包括一电压跟随器，其中所述隔直耦合电容的正极被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述隔直耦合电容的负极被电性连接于所述电压跟随器的输出端，以形成所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态和于所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态形成所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态。
附图说明
图1A为现有的反相输入状态的负反馈放大电路的结构原理示意图。
图1B为现有的同相输入状态的负反馈放大电路的结构原理示意图。
图2A为现有的反相输入状态的负反馈放大电路在设置有隔直耦合电容时的结构原理示意图。
图2B为现有的同相输入状态的负反馈放大电路在设置有隔直耦合电容时的结构原理示意图。
图3A为依本实用新型的一实施例的一电容反接式负反馈放大电路的结构示意图。
图3B为依本实用新型的另一实施例的一电容反接式负反馈放大电路的结构示意图。
图4A为依本实用新型的另一实施例的一电容反接式负反馈放大电路的结构示意图。
图4B为依本实用新型的另一实施例的一电容反接式负反馈放大电路的结构示意图。
图5A为依本实用新型的上述实施例的所述电容反接式负反馈放大电路在其隔直耦合电容被反接前后对同一微波探测模块输出的对应无人状态的多普勒中频信号放大输出后的信号对比示意图。
图5B为依本实用新型的上述实施例的所述电容反接式负反馈放大电路在其隔直耦合电容被反接前后对同一微波探测模块输出的对应有人状态的多普勒中频信号放大输出后的信号对比示意图。
图6A为依本实用新型的另一实施例的一电容反接式负反馈放大电路的结构示意图。
图6B为依本实用新型的另一实施例的一电容反接式负反馈放大电路的结构示意图。
图6C为依本实用新型的另一实施例的一电容反接式负反馈放大电路的结构示意图。
图6D为依本实用新型的另一实施例的一电容反接式负反馈放大电路的结构示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
本实用新型提供一电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路能够在对信号放大的应用中降低放大过程中的环境噪声和被放大信号中的原始底噪对放大输出后的信号的影响，因而有利于提高放大输出后的信号的信噪比而具有良好的抗干扰特性。
参考本实用新型的说明书附图之图3A和图3B，基于对所述电容反接式负反馈放大电路的同相输入和反相输入，依本实用新型的两实施例的所述电容反接式负反馈放大电路的电路结构分别被示意，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括一运算放大器10和一负反馈网络20，其中所述运算放大器10具有一反相输入端11，一同相输入端12以及一输出端13，其中所述负反馈网络20包括一反馈电阻21和一反馈分压支路22，其中所述反馈电阻21的一端被电性连接于所述运算放大器10的所述反相输入端11，所述反馈电阻21的另一端被电性连接于所述运算放大器10的所述输出端13，即所述运算放大器10的所述输出端13经所述反馈电阻21连接到所述反相输入端11，以将输出信号的一部分反馈到所述反相输入端11而形成对所述运算放大器10的负反馈。
值得一提的是，实际上所述运算放大器10还具有正电源引脚和负电源引脚以及偏移输入引脚等，在不对所述运算放大器10的电源引脚和偏移输入引脚及其电路连接关系作进一步限定的状态，在本实用新型的图示中，所述运算放大器10的电源引脚和偏移输入引脚未被标示，其并不构成对本实用新型的描述中的所述运算放大器10的结构和与所述运算放大器10的电源引脚和偏移输入引脚相关的电路连接关系的限制。
进一步地，所述反馈分压支路22的一端被电性连接于所述运算放大器10的反相输入端11，以使得所述电容反接式负反馈放大电路具有对输入信号的放大倍数关联于所述反馈电阻21和所述反馈分压支路22的阻值比的特性，其中通过改变所述反馈分压支路22的内阻对不同幅度的信号的响应，形成所述反馈分压支路22的内阻随信号的幅度的增大而减小的变化趋势特征，对应形成所述电容反接式负反馈放大电路对输入信号的放大倍数随输入信号的幅度增大而增大的趋势特性，因而能够在对信号放大的应用中抑制对低幅度的信号的放大作用，从而有利于在对信号放大的应用中抑制对环境噪声和被放大信号中的原始底噪的放大作用，进而提高放大输出后的信号的信噪比。
具体地，所述反馈分压支路22包括一分压电阻221和与所述分压电阻221串联的一隔直耦合电容222，其中在所述隔直耦合电容222采用钽电容或铌电容而具有极性的状态，突破本领域技术人员对具有极性的电容严格禁止反接以避免造成漏电流增加和不可逆的结构破坏甚至爆炸的常识性要求和惯性认知，通过将被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222反接的方式，基于被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222在反向电压下的电学特性探索发现，改变所述反馈分压支路22的内阻对不同幅度的信号的响应，具体形成所述反馈分压支路22的内阻随信号的幅度的增大而减小的变化趋势特征，如此以基于所述电容反接式负反馈放大电路具有对输入信号的放大倍数关联于所述反馈电阻21和所述反馈分压支路22的阻值比的特性，在信号放大应用中抑制对低幅度的信号的放大作用，进而提高放大输出后的信号的信噪比。
值得一提的是，基于被设置为钽电容(如二氧化锰钽电容、导电性高分子聚合物钽电容)或铌电容(如二氧化锰铌电容、导电性高分子聚合物铌电容)的所述隔直耦合电容222在与相应工作环境参数和本征电学参数相关联的相应反向电压区间仍具有较低的漏电流并能够长时间稳定工作的探索发现，例如，二氧化锰钽电容在25℃的工作环境下时，所述反向电压区间为电压值小于额定电压的10％或1V的区间，并取两者的最小值；在85℃的工作环境下，所述反向电压区间为电压值小于额定电压的5％或0.5V的区间，并取两者的最小值；在125℃的工作环境下，所述反向电压区间为电压值小于额定电压的1％或0.1V的区间，并取两者的最小值。又例如，对于导电性高分子聚合物钽电容，在25℃的工作环境下，所述反向电压区间为电压值小于额定电压的15％的区间；在55℃的工作环境下，所述反向电压区间为电压值小于额定电压的10％的区间；在85℃的工作环境下，所述反向电压区间为电压值小于额定电压的5％的区间；在105℃的工作环境下，所述反向电压区间为电压值小于额定电压的1％的区间。在所述输入信号的幅度区间与相应所述反向电压区间相适配的状态，被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222的反向电压能够与相应所述反向电压区间相适配或被调节至与相应所述反向电压区间相适配，以保障所述隔直耦合电容222在被反接状态下的稳定性和工作寿命，即所述电容反接式负反馈放大电路适用于对相应所述输入信号的放大应用，尤其是信号幅度区间与所述反向电压区间相对应的弱信号形态的所述输入信号，如基于微波多普勒效应原理生成的多普勒中频信号，并在被应用于微波探测中对基于微波多普勒效应原理生成的多普勒中频信号进行放大时，由于能够提高放大输出后的信号的信噪比，在所述多普勒中频信号基于远距离(高安装)的探测条件，或对应于人体呼吸动作/心跳动作/肢体微动作而极为微弱的状态，能够提高对微弱的所述多普勒中频信号中的有效信号的放大倍数而提高相应微波探测装置的灵敏度和精度，因而突破了本领域技术人员对具有极性的电容严格禁止反接以避免造成漏电流增加和不可逆的结构破坏甚至爆炸的常识性要求和惯性认知。
进一步地，基于被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222的所述反向电压区间与所述隔直耦合电容222的材料和工艺的关联性，所述隔直耦合电容优选地被设置为AVX品牌的钽电容，以便于依AVX品牌的相应型号的钽电容的规格说明确定所述反向电压区间。
具体地，参考本实用新型的说明书附图之图3A所示，基于前述描述中“所述反馈分压支路22的一端被电性连接于所述运算放大器10的反相输入端11”的描述，在所述电容反接式负反馈放大电路的反相输入状态，对应于所述反馈分压支路22的另一端接入所述输入信号，和于所述运算放大器10的所述同相输入端12接入所述输入信号的参考地的状态，所述隔直耦合电容222以其正极与所述运算放大器10的所述反相输入端11电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路22，包括所述隔直耦合电容222以其正极与所述运算放大器10的所述反相输入端11直接电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路22，和所述隔直耦合电容222以其正极与所述运算放大器10的所述反相输入端11经所述分压电阻221电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路22，如此以在所述电容反接式负反馈放大电路的反相输入状态，形成所述隔直耦合电容222反极性串联于所述反馈分压支路22的状态。
参考本实用新型的说明书附图之图3B所示，基于前述描述中“所述反馈分压支路22的一端被电性连接于所述运算放大器10的反相输入端11”的描述，在所述电容反接式负反馈放大电路的同相输入状态，对应于所述运算放大器10的所述同相输入端12接入相应的输入信号，和于所述反馈分压支路22的另一端接入所述输入信号的参考地的状态，所述隔直耦合电容222以其负极与所述运算放大器10的所述反相输入端11电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路22，包括所述隔直耦合电容222以其负极与所述运算放大器10的所述反相输入端11直接电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路22，和所述隔直耦合电容222以其负极与所述运算放大器10的所述反相输入端11经所述分压电阻221电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路22，如此以在所述电容反接式负反馈放大电路的同相输入状态，形成所述隔直耦合电容222反极性串联于所述反馈分压支路22的状态。
值得一提的是，本领域技术人员应当理解，至少两个电阻的串联和/或并联能够等效为一个电阻，至少两个电容的串联和/或并联同样能够等效为一个电容，因此，在本实用新型的描述中，对所述反馈电阻21的描述的理解，并不构成对连接于所述运算放大器10的所述反相输入端11和所述输出端13之间的实际电阻的数量和连接关系的限制，其应理解为连接于所述运算放大器10的所述反相输入端11和所述输出端13之间的线路所等效的电阻。同样地，对所述反馈分压支路22中的所述隔直耦合电容222和所述分压电阻221的描述的理解，并不构成对所述反馈分压支路22中的实际电阻和电容的数量以及连接关系(包括连接顺序)的限制，其应理解为所述反馈分压支路22所等效的相互串联的电容和电阻。
也就是说，在所述电容反接式负反馈放大电路的实际电路结构中，所述反馈电阻21为连接于所述运算放大器10的所述反相输入端11和所述输出端13之间的一个电阻，或为连接于所述运算放大器10的所述反相输入端11和所述输出端13之间的多个电阻基于串联和/或并联等效形成的电阻。所述隔直耦合电容222为串联设置于所述反馈分压支路22中的一个钽电容或铌电容，或为所述反馈分压支路22中的多个钽电容和/或铌电容基于串联和/或并联等效形成的电容。所述分压电阻221为串联设置于所述反馈分压支路22中的一个电阻，或为所述反馈分压支路中的多个电阻基于串联和/或并联等效形成的串联于所述反馈分压支路22中的电阻，本实用新型对此不作限制。
值得一提的是，在所述输入信号的幅度区间与相应所述反向电压区间相适配的状态，基于对被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222的反向电压的调节需求，通过调节所述反馈分压支路22的分压大小的方式，所述输入信号的基准电压能够被调节而调节所述隔直耦合电容222的反向电压至与相应反向电压区间相适配，以在突破本领域技术人员对具有极性的电容严格禁止反接以避免造成漏电流增加和不可逆的结构破坏甚至爆炸的常识性要求和惯性认知而保障反接状态的所述隔直耦合电容222的稳定性和工作寿命的同时，降低了所述隔直耦合电容222的反接对适用于被所述电容反接式负反馈放大电路放大的所述输入信号的电压幅值的限制，因而有利于提高所述电容反接式负反馈放大电路的适用性。
对应地，参考本实用新型的说明书附图之图4A和图4B所示，基于对被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222的反向电压的调节需求，所述电容反接式负反馈放大电路进一步包括一基准电压调节支路30，其中所述基准电压调节支路具有一分压节点32和以所述分压节点32为界的具有预设阻值的两分支电阻31，其中所述基准电压调节支路30于其分压节点32与所述运算放大器10的所述同相输入端12电性相连，以基于所述基准电压调节支路30的两端的电压差设置，和两所述分支电阻31的预设阻值大小设置，调节所述运算放大器10的所述同相输入端12和所述反相输入端11的电压大小而在所述电容反接式负反馈放大电路的同相输入状态或反相输入状态，调节所述输入信号的基准电压，进而形成对所述反馈分压支路22的分压调节而调节被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222的反向电压，以在被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222被反极性串联于所述反馈分压支路22的状态保障反接状态的所述隔直耦合电容222的稳定性和工作寿命。
同样可以理解的是，在所述电容反接式负反馈放大电路的实际电路结构中，所述分支电阻31为所述基准电压调节支路30中，以所述分压节点32为界的一个电阻，或为所述基准电压调节支路30中，以所述分压节点32为界的的多个电阻基于串联和/或并联等效形成的电阻，本实用新型对此不作限制。
进一步地，参考本实用新型的说明书附图之图5A和图5B所示，为充分展示本实用新型的所述电容反接式负反馈放大电路能够提高放大输出后的信号的信噪比的有益效果，对应于图4B的所述电容反接式负反馈放大电路在被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222被反接前后对同一微波探测模块输出的对应无人状态的多普勒中频信号和有人状态的多普勒中频信号分别放大输出后的信号被对比示意，其中对应于图5A，所述电容反接式负反馈放大电路在所述隔直耦合电容222被反接前后对同一微波探测模块输出的对应无人状态的多普勒中频信号(即环境底噪信号)放大输出后的信号的幅度相近，即所述电容反接式负反馈放大电路在所述隔直耦合电容222被反接前后对低幅度信号的放大倍数趋于相同，而对应于图5B，所述电容反接式负反馈放大电路在所述隔直耦合电容222被反接前后对同一微波探测模块输出的对应有人状态的多普勒中频信号放大输出后的信号的幅度差距明显，具体体现为所述电容反接式负反馈放大电路在所述隔直耦合电容222被反接的状态对同一微波探测模块输出的对应有人状态的多普勒中频信号的放大倍数更大。也就是说，由于所述电容反接式负反馈放大电路具有对输入信号的放大倍数关联于所述反馈电阻21和所述反馈分压支路22的阻值比的特性，基于以上比较，在所述隔直耦合电容222被反接的状态，所述反馈分压支路22具有其内阻随信号的幅度的增大而减小的变化趋势特征，对应表现出所述电容反接式负反馈放大电路对输入信号的放大倍数随信号的幅度的增大而增大的变化趋势，如此以在信号放大应用中抑制对低幅度的信号的放大作用而提高放大输出后的信号的信噪比。
值得一提的是，为清楚简要地说明和理解本实用新型的所述电容反接式负反馈放大电路的基础电路形态和原理，在本实用新型的这些实施例所对应的说明书附图中，所述电容反接式负反馈放大电路以同相输入状态或反相输入状态下的一级放大的基础电路形态被示意，但这并不限定本实用新型的所述电容反接式负反馈放大电路为一级放大电路，所述电容反接式负反馈放大电路既可以是本实用新型的说明书附图之图3A至图4B中任一附图所示意的一级放大的基础电路形态，也可以是包含本实用新型的说明书附图之图3A至图4B中任一附图所示意的一级放大的基础电路形态的一级或多级放大电路，如基于本实用新型的说明书附图之图3A至图4B中任一附图所示意的一级放大的基础电路形态与现有电压跟随器和/或现有的负反馈放大电路之间的组合形成的一级或多级放大电路，或基于本实用新型的说明书附图之图3A至图4B中相同或不同附图所示意的一级放大的基础电路形态之间的组合形成的多级放大电路，本实用新型对此不作限制。
也就是说，命名本实用新型的说明书附图之图3A至图4B中任一附图所示意的所述电容反接式负反馈放大电路在同相输入状态或反相输入状态下的一级放大的基础电路形态为一电容反接式负反馈放大电路单元，本实用新型的所述电容反接式负反馈放大电路包括至少一所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路单元包括所述运算放大器10和所述负反馈网络20，或进一步包括所述基准电压调节支路30，其中所述运算放大器10具有所述反相输入端11，所述同相输入端12以及所述输出端13；其中所述负反馈网络20包括所述反馈电阻21和所述反馈分压支路22，其中所述反馈电阻21的一端被电性连接于所述运算放大器10的所述反相输入端11，所述反馈电阻21的另一端被电性连接于所述运算放大器10的所述输出端13，即所述运算放大器10的所述输出端13经所述反馈电阻21连接到所述反相输入端11，其中所述反馈分压支路22包括所述分压电阻221和与所述分压电阻221串联的所述隔直耦合电容222，其中所述隔直耦合电容222被设置为钽电容或铌电容而具有极性，其中所述反馈分压支路22的一端以所述隔直耦合电容222被反极性串联于所述反馈分压支路22的状态被电性连接于所述运算放大器10的所述反相输入端11，对应在所述电容反接式负反馈放大电路单元被同相输入时，即于所述运算放大器10的所述同相输入端12接入相应的输入信号，和于所述反馈分压支路22的另一端接入所述输入信号的参考地时，所述隔直耦合电容222以其负极与所述运算放大器10的所述反相输入端11电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路22，和在所述电容反接式负反馈放大电路单元被反相输入时，即于所述反馈分压支路22的另一端接入所述输入信号，和于所述运算放大器10的所述同相输入端12接入所述输入信号的参考地时，所述隔直耦合电容222以其正极与所述运算放大器10的所述反相输入端11电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路22，如此以形成所述隔直耦合电容222被反极性串联于所述反馈分压支路22的状态；其中所述基准电压调节支路具有所述分压节点32和以所述分压节点32为界的具有预设阻值的两所述分支电阻31，其中所述基准电压调节支路30于其分压节点32与所述运算放大器10的所述同相输入端12电性相连，以基于所述基准电压调节支路30的两端的电压差设置，和两所述分支电阻31的预设阻值大小设置，调节所述运算放大器10的所述同相输入端12和所述反相输入端11的电压大小而在所述电容反接式负反馈放大电路的同相输入状态或反相输入状态，调节所述输入信号的基准电压，进而形成对所述反馈分压支路22的分压调节而调节被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222的反向电压，以在被设置为钽电容或铌电容的所述隔直耦合电容222被反极性串联于所述反馈分压支路22的状态保障反接状态的所述隔直耦合电容222的稳定性和工作寿命。
示例地，参考本实用新型的说明书附图之图6A至图6D所示，基于所述电容反接式负反馈放大电路单元与现有电压跟随器之间组合，和与相同或不同所述电容反接式负反馈放大电路之间的两级组合，不同实施例的所述电容反接式负反馈放大电路分别被示意。
对应于图6A，基于反相输入状态下的所述电容反接式负反馈放大电路单元与现有的电压跟随器之间的组合，依本实用新型的一实施例的所述电容反接式负反馈放大电路被示意，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元和电压跟随器，其中反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元的所述反馈分压支路22被电性连接于所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入端和所述电压跟随器的输出端之间，如此以基于所述电压跟随器对信号源内阻的降低作用，提高所述反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元对输入信号的放大倍数。
对应于图6B，基于同相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元与反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元的组合，依本实用新型的另一实施例的所述电容反接式负反馈放大电路被示意，其中所述电容反接式负反馈放大电路以同相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成后级电路的所述反馈分压支路22被电性连接于前级电路的所述输出端13和后级电路的所述反相输入端11之间的两级放大电路。
对应于图6C，基于同相输入状态的两所述电容反接式负反馈放大电路单元的组合，依本实用新型的另一实施例的所述电容反接式负反馈放大电路被示意，其中所述电容反接式负反馈放大电路以同相输入状态的其中一所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以另一所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成前级电路的所述输出端13被电性连接于后级电路的所述同相输入端12的两级放大电路。
对应于图6D，基于反相输入状态的两所述电容反接式负反馈放大电路单元的组合，依本实用新型的另一实施例的所述电容反接式负反馈放大电路被示意，其中所述电容反接式负反馈放大电路以反相输入状态的其中一所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以另一所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成后级电路的所述反馈分压支路22被电性连接于前级电路的所述输出端13和后级电路的所述反相输入端11之间的两级放大电路。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.电容反接式负反馈放大电路，适用于对基于微波多普勒效应原理生成的多普勒中频信号进行放大，其特征在于，以所述电容反接式负反馈放大电路在一级放大的电路形态为一电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路单元包括：
一运算放大器，其中所述运算放大器具有一同相输入端，一反相输入端以及一输出端；和
一负反馈网络，其中所述负反馈网络包括一反馈电阻和一反馈分压支路，其中所述反馈电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述反馈电阻的另一端被电性连接于所述运算放大器的所述输出端，其中所述反馈分压支路包括一分压电阻和与所述分压电阻串联的一隔直耦合电容，其中所述隔直耦合电容被设置为钽电容或铌电容而具有极性，其中所述反馈分压支路的一端以所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，对应在所述电容反接式负反馈放大电路单元的同相输入状态，即于所述运算放大器的所述同相输入端接入所述多普勒中频信号，和于所述反馈分压支路的另一端接入所述多普勒中频信号的参考地的状态，所述隔直耦合电容以其负极与所述运算放大器的所述反相输入端电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路，和在所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态，即于所述反馈分压支路的另一端接入所述多普勒中频信号，和于所述运算放大器的所述同相输入端接入所述多普勒中频信号的参考地的状态，所述隔直耦合电容以其正极与所述运算放大器的所述反相输入端电性相连的状态被串联设置于所述反馈分压支路。
2.根据权利要求1所述的电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括至少两所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路以其中一所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以另一所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应在后级电路的同相输入状态形成后级电路的所述同相输入端被电性连接于前级电路的所述输出端的两级放大电路，和在后级电路的反相输入状态形成后级电路的所述反馈分压支路被电性连接于前级电路的所述输出端和后级电路的所述反相输入端之间的两级放大电路。
3.根据权利要求2所述的电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括一个同相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元和一个反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路以同相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成后级电路的所述反馈分压支路被电性连接于前级电路的所述输出端和后级电路的所述反相输入端之间的两级放大电路。
4.根据权利要求2所述的电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括两个同相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路以其中一所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以另一所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成前级电路的所述输出端被电性连接于后级电路的所述同相输入端的两级放大电路。
5.根据权利要求2所述的电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路包括两个反相输入状态的所述电容反接式负反馈放大电路单元，其中所述电容反接式负反馈放大电路以其中一所述电容反接式负反馈放大电路单元为前级电路，和以另一所述电容反接式负反馈放大电路单元为后级电路，对应形成后级电路的所述反馈分压支路被电性连接于前级电路的所述输出端和后级电路的所述反相输入端之间的两级放大电路。
6.根据权利要求2所述的电容反接式负反馈放大电路，其中至少一所述电容反接式负反馈放大电路单元还包括一基准电压调节支路，其中所述基准电压调节支路具有一分压节点和以所述分压节点为界的具有预设阻值的两分支电阻，其中所述基准电压调节支路于所述分压节点与所述运算放大器的所述同相输入端电性相连。
7.根据权利要求6所述的电容反接式负反馈放大电路，其中仅作为前级电路的所述电容反接式负反馈放大电路单元包括所述基准电压调节支路。
8.根据权利要求1至7中任一所述的电容反接式负反馈放大电路，其中所述隔直耦合电容在被反极性串联于所述反馈分压支路的状态经所述分压电阻被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，对应在所述电容反接式负反馈放大电路单元的同相输入状态，所述分压电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述分压电阻的另一端被电性连接于所述隔直耦合电容的负极，和在所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态，所述分压电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述分压电阻的另一端被电性连接于所述隔直耦合电容的正极，以形成所述反馈分压支路的一端以所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端的连接关系。
9.根据权利要求1至7中任一所述的电容反接式负反馈放大电路，其中所述隔直耦合电容在被反极性串联于所述反馈分压支路的状态经所述分压电阻被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，对应在所述电容反接式负反馈放大电路单元的同相输入状态，所述分压电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述分压电阻的另一端被电性连接于所述隔直耦合电容的负极，和在所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态，所述分压电阻的一端被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述分压电阻的另一端被电性连接于所述隔直耦合电容的正极，以形成所述反馈分压支路的一端以所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端的连接关系。
10.根据权利要求1所述的电容反接式负反馈放大电路，其中所述电容反接式负反馈放大电路还包括一电压跟随器，其中所述隔直耦合电容的正极被电性连接于所述运算放大器的所述反相输入端，所述隔直耦合电容的负极被电性连接于所述电压跟随器的输出端，以形成所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态和于所述电容反接式负反馈放大电路单元的反相输入状态形成所述隔直耦合电容被反极性串联于所述反馈分压支路的状态。
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| CN202123098489.5U Active CN216699952U (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 电容反接式负反馈放大电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN216699952U (zh) |
-
2021
- 2021-12-10 CN CN202123098489.5U patent/CN216699952U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |