专利名称：一种可自动调节放大倍数的差分放大电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路的差分放大电路，具体的说是一种能够具有自动调节放大倍数的差分放大电路。
背景技术：
差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信 号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。差分放大电路按输入输出方式分有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分有典型电路和射极带恒流源的电路两种。现有的差分放大电路暂时不能满足以下优点可检测微弱的几个微伏的差分信号；放大倍数可跟随输入的差分信号的大小自动变化；集成了低通滤波和电压跟随功能；有助于提高电路带负载的能力；允许输入的差分信号范围宽，不但保证了差分放大电路的动态范围，而且提高了电路带负载能力；确保流入负载的电流不至于损坏负载；该差分放大电路受环境温度影响较小，非常适用于环境温度波动大的场合。
发明内容
本发明的目的是提供一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，该结构可检测微弱的几个微伏的差分信号；放大倍数可跟随输入的差分信号的大小自动变化；集成了低通滤波和电压跟随功能；助于提高电路带负载的能力；允许输入的差分信号范围宽，不但保证了差分放大电路的动态范围，而且提高了电路带负载能力；确保流入负载的电流不至于损坏负载。根据本发明第一方面，提供了一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，包括差分信号输入端、电压输出端、直流偏置、其特征在于该电路还包括差分放大电路有源滤波电路，各个电路之间的连接关系为差分信号输入端接收差分信号，并将差分信号无差异地传递给差分放大电路；直流偏置输出恒定的偏置电压信号；控制信号输入端接收来自控制端输出的控制信号，并将控制信号传递给差分放大电路，该控制信号用来控制差分放大电路的放大倍数；差分放大电路对来自差分信号输入端的电信号与之差进行放大，；差分放大电路的输出端与有源低通滤波电路的输入端相连；放大电路在对Vl和V2差值中的有用信号进行放大，同时该差值中的高频噪声也被放大，有源低通滤波电路的作用是抑制V3中的高频噪声，V3经有源低通滤波电路后得到电压信号V4，有源低通滤波电路的通带放大倍数为1，即仅起到电压跟随的作用；电压输出端无差异传递有源低通滤波电路输出的电压信号V4。所述差分放大电路，包括差分信号输入端、比例电阻、反馈电阻序列、多路选择电子开关、运算放大器、电源滤波电容、运算放大器的工作电压、信号地和电压信号V3。它们之间的物理连接关系为差分信号输入端的其中一个端子与比例电阻连接，另一端子与运算放大器的同相输入端相连；比例电阻介于差分信号输入端和运算放大器的反相输入端；反馈电阻序列由多个电阻并联构成，且每个电阻均与多路选择电子开关中的一路开关串联，单个反馈电阻与电子开关串联构成的支路介于运算放大器输出端和其反相输入端，多路选择电子开关中的任一路开关的通断，受控制信号Vc的控制。Vcl为高电平时，单路开关Sl-Dl接通，反之断开；Vc2为高电平时，单路开关S2-D2接通，反之断开；Vc3为高电平时，单路开关S3-D3接通，反之断开；Vc4为高电平时，单路开关S4-D4接通，反之断开；电源滤波电容介于运算放大器的供电电压和信号地之间。所述两个偏置电阻、电源电压和信号地构成偏置回路，且两个偏置电阻串联，其中一个偏置电阻的阻值是另一个偏置电阻的4倍，偏置电阻两端的电压即为直流偏置输出Vb，直流偏置输出介于比例电阻和差分信号输入端之间。所述差分放大电路对来自差分信号输入端的电信号Vl与V2之差进行放大，对直流偏置输出的电压信号Vb不放大，Vb是差分放大电路输出电压信号V3的组成部分，Vb线性叠加在差分放大电路输出的电压信号上。 所述有源低通滤波电路，包括RC网络、运算放大器、运算放大器的工作电压、旁路电容、限流电阻组成和信号地；它们之间的物理连接关系为RC网络由两个一阶RC支路串联组成的，RC网络的输入端与运算放大器的输出端相连，RC网络的输出端与运算放大器的同相输入端相连；运算放大器的反向输入端与自身的输出端相连，构成电压跟随器，限流电阻介于运算放大器的输出端和电压输出端之间，供电电压与运算放大器的电源输入端相连；旁路电容介于供电电压和信号地之间。所述电阻为金属膜精密电阻，精度为0. 1%，其阻值范围在I千欧姆至I兆欧姆之间。所述电阻为金属膜精密电阻，精度为0. 1%，其阻值范围在I千欧姆至I兆欧姆之间。所述反馈电阻序列中的各电阻阻值之间的关系为倍数递增关系，其中递增的倍数范围为2到10倍之间。所述允许输入的差分信号范围在I微伏至4. 8伏之间。与现有技术相比具有以下优点，可检测微弱的几个微伏的差分信号；放大倍数可跟随输入的差分信号的大小自动变化；集成了低通滤波和电压跟随功能；助于提高电路带负载的能力；允许输入的差分信号范围宽，不但保证了差分放大电路的动态范围，而且提高了电路带负载能力；确保流入负载的电流不至于损坏负载。
图I是本发明一种可自动调节放大倍数的差分放大电路的模块示意图；图2是本发明一种可自动调节放大倍数的差分放大电路中差分放大电路的电路图；图3是本发明一种可自动调节放大倍数的差分放大电路中有源低通滤波电路的电路图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1，图I显示了本发明的可自动调节放大倍数的差分放大电路的模块示意图；如图I所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，包括差分信号输入端I、电压输出端2、直流偏置5、其特征在于该电路还包括差分放大电路3有源滤波电路4，各个电路之间的连接关系为差分信号输入端I接收差分信号，并将差分信号无差异地传递给差分放大电路3 ;直流偏置5输出恒定的偏置电压信号Vb ;控制信号输入端19接收来自控制端输出的控制信号，并将控制信号传递给差分放大电路，该控制信号用来控制差分放大电路的放大倍数；差分放大电路3对来自差分信号输入端I的电信号Vl与V2之差进行放 大，；差分放大电路3的输出端与有源低通滤波电路4的输入端相连；放大电路在对Vl和V2差值中的有用信号进行放大，同时该差值中的高频噪声也被放大，有源低通滤波电路4的作用是抑制V3中的高频噪声，V3经有源低通滤波电路4后得到电压信号V4，有源低通滤波电路的通带放大倍数为1，即仅起到电压跟随的作用；电压输出端2无差异传递有源低通滤波电路4输出的电压信号V4。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述差分放大电路，包括差分信号输入端I、比例电阻10、反馈电阻序列6、多路选择电子开关7、运算放大器11、电源滤波电容12、运算放大器的工作电压12、信号地13和电压信号V3。它们之间的物理连接关系为差分信号输入端I的其中一个端子与比例电阻10连接，另一端子与运算放大器11的同相输入端相连；比例电阻10介于差分信号输入端I和运算放大器11的反相输入端；反馈电阻序列6由多个电阻6’并联构成，且每个电阻6’均与多路选择电子开关7中的一路开关7’串联，单个反馈电阻与电子开关串联构成的支路介于运算放大器11输出端和其反相输入端，多路选择电子开关7中的任一路开关7’的通断，受控制信号Vc的控制。Vcl为高电平时，单路开关Sl-Dl接通，反之断开Vc2为高电平时，单路开关S2-D2接通，反之断开Vc3为高电平时，单路开关S3-D3接通，反之断开；Vc4为高电平时，单路开关S4-D4接通，反之断开；电源滤波电容12介于运算放大器11的供电电压和信号地13之间。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述偏置电阻8、偏置电阻9、电源电压14和信号地13构成偏置回路，偏置电阻8和偏置电阻9串联，偏置电阻8的阻值是偏置电阻9的4倍，偏置电阻9两端的电压即为直流偏置输出Vb，直流偏置输出介于比例电阻10和差分信号输入端之间。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述差分放大电路3对来自差分信号输入端I的电信号Vl与V2之差进行放大，对直流偏置5输出的电压信号Vb不放大，Vb是差分放大电路输出电压信号V3的组成部分，Vb线性叠加在差分放大电路输出的电压信号上。如图3所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述有源低通滤波电路，包括RC网络15、运算放大器17、运算放大器17的工作电压16、旁路电容13、限流电阻18组成和信号地13 ;它们之间的物理连接关系为RC网络15由两个一阶RC支路15’串联组成的，RC网络的输入端与运算放大器11的输出端相连，RC网络的输出端与运算放大器17的同相输入端相连；运算放大器17的反向输入端与自身的输出端相连，构成电压跟随器，限流电阻R31介于运算放大器17的输出端和电压输出端2之间，供电电压16与运算放大器17的电源输入端相连；旁路电容19介于供电电压16和信号地13之间。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述电阻为金属膜精密电阻，精度为0. 1%，其阻值为I千欧姆。如图3所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述电阻为金属膜精密电阻，精度为0. 1%，其阻值为2千欧姆。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述反馈电阻序列6中的各电阻阻值之间的关系为倍数递增关系，其中递增的倍数为8倍。如图I所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述允许输入的差分信号为4. 8伏。
实施例2，图I显示了本发明的可自动调节放大倍数的差分放大电路的模块示意图；如图I所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，包括差分信号输入端I、电压输出端2、直流偏置5、其特征在于该电路还包括差分放大电路3有源滤波电路4，各个电路之间的连接关系为差分信号输入端I接收差分信号，并将差分信号无差异地传递给差分放大电路3 ;直流偏置5输出恒定的偏置电压信号Vb ;控制信号输入端19接收来自控制端输出的控制信号，并将控制信号传递给差分放大电路，该控制信号用来控制差分放大电路的放大倍数；差分放大电路3对来自差分信号输入端I的电信号Vl与V2之差进行放大，；差分放大电路3的输出端与有源低通滤波电路4的输入端相连；放大电路在对Vl和V2差值中的有用信号进行放大，同时该差值中的高频噪声也被放大，有源低通滤波电路4的作用是抑制V3中的高频噪声，V3经有源低通滤波电路4后得到电压信号V4，有源低通滤波电路的通带放大倍数为1，即仅起到电压跟随的作用；电压输出端2无差异传递有源低通滤波电路4输出的电压信号V4。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述差分放大电路，包括差分信号输入端I、比例电阻10、反馈电阻序列6、多路选择电子开关7、运算放大器11、电源滤波电容12、运算放大器的工作电压12、信号地13和电压信号V3。它们之间的物理连接关系为差分信号输入端I的其中一个端子与比例电阻10连接，另一端子与运算放大器11的同相输入端相连；比例电阻10介于差分信号输入端I和运算放大器11的反相输入端；反馈电阻序列6由多个电阻6’并联构成，且每个电阻6’均与多路选择电子开关7中的一路开关7’串联，单个反馈电阻与电子开关串联构成的支路介于运算放大器11输出端和其反相输入端，多路选择电子开关7中的任一路开关7’的通断，受控制信号Vc的控制。Vcl为高电平时，单路开关Sl-Dl接通，反之断开；Vc2为高电平时，单路开关S2-D2接通，反之断开；Vc3为高电平时，单路开关S3-D3接通，反之断开；Vc4为高电平时，单路开关S4-D4接通，反之断开；电源滤波电容12介于运算放大器11的供电电压和信号地13之间。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述偏置电阻8、偏置电阻9、电源电压14和信号地13构成偏置回路，偏置电阻8和偏置电阻9串联，偏置电阻8的阻值是偏置电阻9的4倍，偏置电阻9两端的电压即为直流偏置输出Vb，直流偏置输出介于比例电阻10和差分信号输入端之间。
如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述差分放大电路3对来自差分信号输入端I的电信号Vl与V2之差进行放大，对直流偏置5输出的电压信号Vb不放大，Vb是差分放大电路输出电压信号V3的组成部分，Vb线性叠加在差分放大电路输出的电压信号上。如图3所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述有源低通滤波电路，包括RC网络15、运算放大器17、运算放大器17的工作电压16、旁路电容13、限流电阻18组成和信号地13 ;它们之间的物理连接关系为RC网络15由两个一阶RC支路15’串联组成的，RC网络的输入端与运算放大器11的输出端相连，RC网络的输出端与运算放大器17的同相输入端相连；运算放大器17的反向输入端与自身的输出端相连，构成电压跟随器，限流电阻R31介于运算放大器17的输出端和电压输出端2之间，供电电压16与运算放大器17的电源输入端相连；旁路电容19介于供电电压16和信号地13之间。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述电阻为 金属膜精密电阻，精度为0. 1%，其阻值为I千欧姆。如图3所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述电阻为金属膜精密电阻，精度为0. 1%，其阻值为5千欧姆。如图2所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述反馈电阻序列6中的各电阻阻值之间的关系为倍数递增关系，其中递增的倍数范围为6倍。如图I所示一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述允许输入的差分信号为5微伏。综上所述，与现有技术相比具有以下优点，与现有技术相比具有以下优点，可检测微弱的几个微伏的差分信号；放大倍数可跟随输入的差分信号的大小自动变化；集成了低通滤波和电压跟随功能；助于提高电路带负载的能力；允许输入的差分信号范围宽，不但保证了差分放大电路的动态范围，而且提高了电路带负载能力；确保流入负载的电流不至于损坏负载。尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，包括差分信号输入端I、电压输出端2、直流偏置5、其特征在于该电路还包括差分放大电路3、有源滤波电路4，各个电路之间的连接关系为差分信号输入端I接收差分信号，并将差分信号无差异地传递给差分放大电路3;直流偏置5输出恒定的偏置电压信号Vb ;控制信号输入端19接收来自控制端输出的控制信号，并将控制信号传递给差分放大电路，该控制信号用来控制差分放大电路的放大倍数；差分放大电路3对来自差分信号输入端I的电信号Vl与V2之差进行放大；差分放大电路3的输出端与有源低通滤波电路4的输入端相连；放大电路在对Vl和V2差值中的有用信号进行放大，同时该差值中的高频噪声也被放大，有源低通滤波电路4的作用是抑制V3中的高频噪声，V3经有源低通滤波电路4后得到电压信号V4，有源低通滤波电路4的通带放大倍数为1，即仅起到电压跟随的作用；电压输出端2无差异传递有源低通滤波电路4输出的电压信号V4。
2.根据权利要求I所述的一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述差分放大电路，包括差分信号输入端I、比例电阻10、反馈电阻序列6、多路选择电子开关7、运算放大器11、电源滤波电容12、运算放大器的工作电压12、信号地13和电压信号V3 ;它们之间的物理连接关系为差分信号输入端I的其中一个端子与比例电阻10连接，另一端子与运算放大器11的同相输入端相连；比例电阻10介于差分信号输入端I和运算放大器11的反相输入端；反馈电阻序列6由多个电阻6’并联构成，且每个电阻6’均与多路选择电子开关7中的一路开关V串联，电源滤波电容12介于运算放大器11的供电电压和信号地13之间。
3.根据权利要求2所述的一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述偏置回路是由多个偏置电阻和电源电压构成，且任意两个偏置电阻之间为串联形式；且一偏置电阻是另一偏置电阻阻值的2-6倍。
4.根据权利要求2所述的一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述差分放大电路3对来自差分信号输入端I的电信号Vl与V2之差进行放大，对直流偏置5输出的电压信号Vb不放大，Vb线性叠加在差分放大电路输出的电压信号上。
5.根据权利要求I所述的一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述有源低通滤波电路，包括RC网络15、运算放大器17、运算放大器17的工作电压16、旁路电容13、限流电阻18组成和信号地13 ;其中，运算放大器17的反向输入端与自身的输出端相连，构成电压跟随器；限流电阻R31介于运算放大器17的输出端和电压输出端2之间，供电电压16与运算放大器17的电源输入端相连；旁路电容19介于供电电压16和信号地13之间。
6.根据权利要求2所述的一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述电阻为金属膜精密电阻，精度为0. 1%，其阻值范围在I千欧姆至I兆欧姆之间。
7.根据权利要求5所述的一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述电阻为金属膜精密电阻，精度为0. 1%，其阻值范围在I千欧姆至I兆欧姆之间。
8.根据权利要求2所述的一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述反馈电阻序列6中的各电阻阻值之间的关系为倍数递增关系，其中递增的倍数范围为2到10倍之间。
9.根据权利要求I所述的一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，其特征在于所述允许输入的差分信号范围在5微伏至4. 8伏之间 。
全文摘要
本发明公开了一种可自动调节放大倍数的差分放大电路，属差分放大电路，包括差分信号输入端1、电压输出端2、直流偏置5、差分放大电路3、有源滤波电路4，连接关系为差分信号输入端1接收差分信号，将差分信号无差异地传递给差分放大电路3；直流偏置5输出恒定的偏置电压信号Vb；控制信号输入端19接收来自控制端输出的控制信号，将控制信号传递给差分放大电路3，差分放大电路3的输出端与有源低通滤波电路4的输入端相连；放大电路对V1和V2差值中的有用信号进行放大，V3经有源低通滤波电路4后得到电压信号V4，电压输出端2无差异传递有源低通滤波电路4输出的电压信号V4。优点，可检测微弱的差分信号；放大倍数可跟输入的差分信号大小自动变化。
文档编号H03F3/45GK102769435SQ20111011616
公开日2012年11月7日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者于华彬, 王明陶, 黄正宇 申请人:北京蔚蓝仕科技有限公司