CN220401717U - 一种可修调的放大器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可修调的放大器结构，包括放大器AMP1、放大器AMP2、电阻R11、电阻R12、电容C1、电阻R21、电阻R22、控制开关S0、控制开关S1、控制开关S2和控制开关S3。对放大器的反馈电阻加入修调结构，通过修调控制位，来校准放大器的放大倍数；将输入电压加上一个基准电压再进行放大，防止待放大的电压过小，当Vin+Vos<0时，运放也能正常对Vin进行放大，解决了输入电压加上失调电压后小于零的问题；同时本放大结构的修调方法可以省去精密的电压输出设备和电压测量设备，纯数字信号即可完成，程序简单。

Description

一种可修调的放大器结构

技术领域

本实用新型涉及放大器设备领域，尤其涉及一种可修调的放大器结构。

背景技术

现有放大器结构通常采用负反馈连接方式，如图1所示，通过反馈电阻比例来确定放大倍数，放大倍数放大器存在输入失调电压Vos，所以输出电压Vout＝Gain×(Vin+Vos)。这种结构存在两个问题，一是通过/>的方式测到的Gain存在误差；二是当Vin+Vos＜0时，的Vout就会一直输出0，此时无法检测到Vin的电压值。常规测试运放的方法就是采用电源提供一个输入电压Vin，再用仪器测量运放输出的电压Vout，得到的/>就是这个运放的放大倍数。

现有放大器结构存在以下缺点：1.由于工艺制造引起的电阻偏差，或者对于大规模工业制造，会有一定的离散型，导致电阻比例偏差，使得放大倍数离散，进而导致放大器的放大倍数和设计值存在偏差，最后造成放大倍数不符合设计预期。2.由于器件匹配和制造偏差，运放本身存在失调误差，导致放大器的输出电压存在一个误差，真实的放大倍数为Vos代表运放失调电压的大小。所以这种测试方法得到的放大倍数误差为

发明内容

本实用新型要解决以上技术问题，提供一种可修调的放大器结构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种可修调的放大器结构，包括放大器AMP1、放大器AMP2、电阻R11、电阻R12、电容C1、电阻R21、电阻R22、控制开关S0、控制开关S1、控制开关S2和控制开关S3，所述放大器AMP1的正相输入端分别连接所述电阻R11和所述电阻R21的一端，所述电阻R11的另一端分别连接所述控制开关S0、所述控制开关S1和所述控制开关S2的一端，所述控制开关S0的另一端连接DAC模块的输出电压DACO，所述控制开关S1的另一端连接输入电压Vin，所述控制开关S2的另一端接地，所述电阻R21的另一端连接基准电压VREF，所述放大器AMP1的负相输入端分别连接所述电阻R12和所述电阻R22的一端，所述电阻R12的另一端接地，所述电阻R22的另一端连接所述放大器AMP1的输出端，所述放大器AMP1的输出端还连接所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端分别连接所述控制开关S3的一端和所述放大器AMP2的正相输入端，所述放大器AMP2的负相输入端与输出端相连，所述放大器AMP2的输出端输出电压Vout。

所述电阻R21、电阻R22为可调阵列电阻。

所述电阻R11和所述电阻R12阻值相同，所述电阻R21和所述电阻R22阻值相同。

所述放大器结构的输出端还连接ADC模块，通过所述ADC模块输出数据Data。

本实用新型具有的优点和积极效果是：一种可修调的放大器结构，对放大器的反馈电阻加入修调结构，通过修调控制位，来校准放大器的放大倍数；将输入电压加上一个基准电压再进行放大，防止待放大的电压过小，当Vin+Vos<0时，运放也能正常对Vin进行放大，解决了输入电压加上失调电压后小于零的问题；同时本放大结构的修调方法可以省去精密的电压输出设备和电压测量设备，纯数字信号即可完成，程序简单。

附图说明

图1是现有放大器结构连接图；

图2是一种可修调的放大器结构连接图；

图3是一种可修调的放大器结构实施例示意图；

图4是可调阵列电阻结构连接图；

图5是一种可修调的放大器结构测试和修调工作时结构连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图2所示，一种可修调的放大器结构，包括放大器AMP1、放大器AMP2、电阻R11、电阻R12、电容C1、电阻R21、电阻R22、控制开关S0、控制开关S1、控制开关S2和控制开关S3，所述放大器AMP1的正相输入端分别连接所述电阻R11和所述电阻R21的一端，所述电阻R11的另一端分别连接所述控制开关S0、所述控制开关S1和所述控制开关S2的一端，所述控制开关S0的另一端连接DAC模块的输出电压DACO，所述控制开关S1的另一端连接输入电压Vin，所述控制开关S2的另一端接地，所述电阻R21的另一端连接基准电压VREF，所述放大器AMP1的负相输入端分别连接所述电阻R12和所述电阻R22的一端，所述电阻R12的另一端接地，所述电阻R22的另一端连接所述放大器AMP1的输出端，所述放大器AMP1的输出端还连接所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端分别连接所述控制开关S3的一端和所述放大器AMP2的正相输入端，所述放大器AMP2的负相输入端与输出端相连，所述放大器AMP2的输出端输出电压Vout。

所述电阻R21、电阻R22为可调阵列电阻。

所述电阻R11和所述电阻R12阻值相同，所述电阻R21和所述电阻R22阻值相同。

所述放大器结构的输出端还连接ADC模块，通过所述ADC模块输出数据Data。

如图3所示，一种可修调的放大器结构最佳实施例中，DAC模块和ADC模块是现有技术结构，一般MCU电路内部会集成这些模块，如果内部没有，也可以通过测试机台外接。DACO是DAC模块输出的输出电压，Data是ADC模块输出的数据，这两个模块用于测试修调。VREF是基准电压，由其他电路提供，一般MCU内部会有基准电压，可以提供该电压。但是测试修调中会将该电压约除，其精度不影响该电路的使用。一种可修调的放大器工作时，输出电压Vout。

一种可修调的放大器的结构中，放大器AMP1负反馈接法，用作对输入电压Vin进行电压放大；放大器AMP2负反馈接法，用作电压跟随器；电容C1是耦合电容，用于将V3的电压耦合到V4上；电阻R11、电阻R12是固定电阻；电阻R21、电阻R22是可调阵列电阻，通过RSEL的设置可以调整其阻值大小。电阻R21、电阻R22的一种结构如图4所示，工作时可通过RSEL<N:0>来逐一控制开关S0...Sn。若RSEL<N>＝0，那么Sn闭合，此时对应的电阻2ⁿ*R不接入；若RSEL<N>＝1，那么Sn断开，此时电阻2ⁿ*R接入。可以得到总电阻R₂＝K×R+R5，其中K＝DEC_SEL<N:0>,就是RSEL<N:0>的十进制值，K＝{0,1,2...2ⁿ⁺¹-1}。

一种可修调的放大器的结构的工作过程如下：

首先是测试和修调步骤

控制可修调放大器的正端输入控制开关S0闭合，控制开关S1断开，放大器AMP2不需要使用，使能关闭，接成如图5所示。

由基尔霍夫定律可以计算得到：

放大器AMP是负反馈，由虚短原理可以得到V1+Vos＝V2，Vos是放大器AMP1的输入失调电压，

计算得到：

又由于R11＝R12，R21＝R22

可以得到：

这里选用的DAC和ADC都是n位的，并且使用相同的参考电压V_参(一般推荐使用VDD作为参考电压)，

可以得到：

以上Din和Data均为10进制数值，

可以得到：

得到该式子后，开始测试和校准过程，具体如下：

第一步，配置DAC模块，输入Din1给DAC0，DAC0输出电压给放大器，放大器的输出通过ADC模块转换，得到数字值Data1。

第二步，Din1+A的值给DAC0，DAC0输出电压给放大器，放大器的输出通过ADC模块转换，得到数字值Data2。

第三步，将Data2减去Data1，可以得到：

从公式中可以看出，此时已经完全去除了失调电压Vos，参考电压V_参的影响，只需要简单的配置A的值，并读取输出的数字值Data2和Data1就行，这些都是数字信号，不需要精密的仪器去测量模拟电压信号。

第四步，通过修调可调阵列电阻R21(电阻R22与电阻R21阻值相同)的RSEL<N:0>值来更改R21及R22的电阻值。

如图4所示的一种可调阵列电阻R21及R22实施例的连接结构图，通过RSEL<N:0>来一一控制开关S0...Sn。若RSEL<N>＝0，那么Sn闭合，此时对应的电阻2ⁿ*R不接入；若RSEL<N>＝1，那么Sn断开，此时电阻2ⁿ*R接入。可以得到总电阻R₂₁＝K×R+R5，其中K＝DEC_SEL<N:0>,就是RSEL<N:0>的十进制值，K＝{0,1,2...2ⁿ⁺¹-1}。可调阵列电阻R21及R22的结构可以采用图4所示结构，但也不局限于这种修调方式，只需要做成可修调电阻阵列即可。

当的值修调到我们需要的放大倍数Gain时，记录下此时的RSEL<N:0>，并固定这个配置。这一步由于Data1、Data2、A都是数字信号，可以在程序里简单实现。

通过测试后，我们可以得到一个确定的RSEL<N:0>的值，使得我们的比值等于我们想要得到的放大倍数Gain。

所以测试修调的核心思想就是得到一个RSEL<N:0>的值，通过该值来微调R21的电阻值，使得的比值还是等于我们设计时想要的那个倍数。

举例说明：假如我们需要的放大倍数是100，那么在线路设计时会将R21＝100*R11，但是实际生产出来后，由于寄生电阻和工艺失配影响，可能那么通过刚刚的测试，就是要将这个B的值补偿掉。使得/>

该放大器正常使用时，ADC模块和DA模块C都不需要使用。放大的时候需要分两步：

第一步，闭合开关控制开关S2和控制开关S3，断开控制开关S1和控制开关S0，得到：

此时V4＝0，Vout＝0。

第二步，闭合控制开关S1，断开控制开关S0、S2、S3，

此时

可以得到V3上的电压变化

根据电容两端电荷变化守恒可以知道：

ΔV3＝ΔV4

由于V4在第一步的时候为0，那么可知此时

放大器AMP2此时作为电压跟随器使用，可以得到Vout＝V4,

得到

可以看到，这个公式内，已经消除了电压失调，并且在测试修调的步骤时已经消除了R21和R11之间的工艺失配误差。

一种可修调的放大器结构，对放大器的反馈电阻加入修调结构，通过修调控制位，来校准放大器的放大倍数；将输入电压加上一个基准电压再进行放大，防止待放大的电压过小，当Vin+Vos<0时，运放也能正常对Vin进行放大，解决了输入电压加上失调电压后小于零的问题；同时本放大结构的修调方法可以省去精密的电压输出设备和电压测量设备，纯数字信号即可完成，程序简单。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种可修调的放大器结构，其特征在于：包括放大器AMP1、放大器AMP2、电阻R11、电阻R12、电容C1、电阻R21、电阻R22、控制开关S0、控制开关S1、控制开关S2和控制开关S3，所述放大器AMP1的正相输入端分别连接所述电阻R11和所述电阻R21的一端，所述电阻R11的另一端分别连接所述控制开关S0、所述控制开关S1和所述控制开关S2的一端，所述控制开关S0的另一端连接DAC模块的输出电压DACO，所述控制开关S1的另一端连接输入电压Vin，所述控制开关S2的另一端接地，所述电阻R21的另一端连接基准电压VREF，所述放大器AMP1的负相输入端分别连接所述电阻R12和所述电阻R22的一端，所述电阻R12的另一端接地，所述电阻R22的另一端连接所述放大器AMP1的输出端，所述放大器AMP1的输出端还连接所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端分别连接所述控制开关S3的一端和所述放大器AMP2的正相输入端，所述放大器AMP2的负相输入端与输出端相连，所述放大器AMP2的输出端输出电压Vout。

2.根据权利要求1所述的一种可修调的放大器结构，其特征在于：所述电阻R21、电阻R22为可调阵列电阻。

3.根据权利要求2所述的一种可修调的放大器结构，其特征在于：所述电阻R11和所述电阻R12阻值相同，所述电阻R21和所述电阻R22阻值相同。

4.根据权利要求3所述的一种可修调的放大器结构，其特征在于：所述放大器结构的输出端还连接ADC模块，通过所述ADC模块输出数据Data。