一种自适应电流电压转换电路的制作方法

本发明涉及电流/电压转换技术领域，尤其涉及一种自适应电流电压转换电路。

背景技术：

自然界中，几乎所有能表示信息的量都是模拟量，在信号处理中，需要进行信号的转换，将模拟信号转换为数字信号或是利于后续处理的量，例如压力传感器就是将压力转化为电信号，光电二极管就是把光信号转换成电信号，摄像头就是把图像信息转换为数字阵列等便。

随着科技的进步，微电子器件越来越受到人们的关注，普遍存在于各类电子设备中。比如，目前热门的可穿戴设备，就是采集人体内部微弱的体征信号，再通过算法对信号进行数据化，而内部器件追求的是低功耗，超低功耗等，这样就需要把微弱的体征信号进行放大。在进行信号放大之前，需要进行模拟量到电信号的转换，转换电路便是进行信号处理的奠基石。但是微弱信号本身并不稳定，时强时弱，这给电路设计这带来了一定困难，如何设计一个简单且有效的自适应转换电路，是诸多设计者所亟待解决的。

以光电转换电路为例，现有常见的光电转换电路如图1所示，从外部输入光信号到光电二极管（Photo-Diode），光电二极管根据输入的光照强度产生光电流Ipd，光电流由电阻R将电流信号转换为电压信号，电压的大小是V=Vdd-Ipd*R，光电转换的灵敏度由电阻R的阻值确定，R的阻值越大，灵敏度越高。这种传统的电路有几个问题，若电源电压Vdd发生变化时，Vout的输出值会产生直接影响，其次是光电二极管产生的光电流的大小与光信号的强弱一致，由于电阻R的值固定且较大，使输出电压信号的摆幅过大，再经过后级电路的放大，容易发生饱和失真，对这样的信号进行处理是不精确的，则需要特殊的电路或结构对外部信号进行转换，使输出电压稳定在一定范围内，方便后级电路对信号的处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种自适应电流电压转换电路，使得输出的电压信号控制在一定范围内，避免过大的信号造成下级电路放大器的饱和失真，实现自适应功能。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：包括n+1个电阻R1、R2…Rn、R(n+1)和n个NMOS管N1、N2…Nn；所述n+1个电阻串联，且R1≫R2≫⋯≫Rn≫R(n+1)；所述n个NMOS管分别与前n个电阻对应连接，所述NMOS管的栅极连接对应电阻的第一端，源极连接对应电阻的第二端，漏极与电源电压连接；所述R1的第一端与直流偏置电压的正极相连；所述R(n+1)第二端连接第一负载，所述第一负载输出微弱电流信号；所述的R1第一端和所述R(n+1)第二端分别连接一电容，所述电容与全差分运算放大器电路连接。

本发明还可以通过以下技术措施进一步完善：

作为进一步改进，还包括有电源电压校准模块，其输入端与电源电压连接，输出端与所述n个NMOS管的漏极连接。

作为进一步改进，所述第一负载为光电二极管。

作为进一步改进，所述第一负载为压力传感器。

作为进一步改进，所述电阻个数为3个，所述NMOS管的个数为2个；所述N1的栅极连接R1的第一端，源极连接R1的第二端；所述N2的栅极连接R2的第一端，源极连接R2的第二端。

还提供采用了另一技术措施，包括n+1个电阻R1'、R2'…Rn'、R(n+1)'和n个PMOS管P1、P2…Pn；所述n+1个电阻串联，且R1'≫ R2'≫⋯≫ Rn'≫ R(n+1)'；所述n个PMOS管分别与前n个电阻对应连接，所述PMOS管的栅极连接对应电阻的第一端，源极连接对应电阻的第二端，漏极与直流偏置电压的正极连接；所述R1'的第一端接地；所述R(n+1)'第二端连接第二负载，所述第二负载输出微弱电流信号；所述R1'的第一端和所述R(n+1)'第二端分别连接一电容，所述电容与全差分运算放大器电路连接。

作为进一步改进，所述第二负载为光电二极管。

作为进一步改进，所述第二负载为压力传感器。

作为进一步改进，所述电阻个数为3个，所述PMOS管的个数为2个；所述P1的栅极连接R1'的第一端，源极连接R1'的第二端；所述P2的栅极连接R2'的第一端，源极连接R2'的第二端。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：设置有多个电阻串联，且R1≫R2≫⋯≫Rn≫R(n+1)，每个电阻分别连接一个MOS管，利用MOS管阀值电压的导通特性，使其具有自动开关的功能，当电流信号较强时，相应的MOS管导通，其所连接的电阻短路，总电阻减小，避免下级放大器出现饱和失真；当电流信号较弱时，相应的MOS管断开，其所连接的电阻接入电路，总电阻增大，保证输出电压信号够大；本发明能克服传统电路的弊端，实现自适应电流电压转换，电流信号时强时弱也能使输出电压稳定在一定范围内。

附图说明

图1是现有技术光电转换电路图。

图2是本发明自适应电流电压转换电路第一方案电路图。

图3是第一方案中的其中一实施例电路图。

图4是本发明自适应电流电压转换电路第二方案中一实施例电路图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

第一方案

如图2和图3所示，包括有n+1个电阻R1、R2…Rn、R(n+1)和n个NMOS管N1、N2…Nn，其中n+1个电阻串联，且R1≫R2≫⋯≫Rn≫R(n+1)。在其中一较佳实施例中，n为2，即设有3个电阻并联。NMOS管的宽长比可根据电路的实际需要合理设置，以调整最佳的阀值电压。2个NMOS管N1、N2分别与前2个电阻R1、R2对应连接；N1的栅极连接R1的第一端，源极连接R1的第二端；N2的栅极连接R2的第一端，源极连接R2的第二端；N1、N2的漏极与电源电压连接。较佳地，N1、N2的漏极可与电源电压校准模块连接。设置电源电压校准模块能避免电源电压的波动给整体电路带来的影响，使得可以得到稳定的输出电平值。R1的第一端与一直流偏置电压的正极相连，用以为电路的第一节点提供固定电平。

当光电流I较小时，N1、N2的栅源电压小于其阀值电压，即I1*R1<V(GS1)-V(TH)且I2*R2<V(GS2)-V(TH)，NMOS管N1、N2截止，所有光电流均流过电阻，则引入电路的等效电阻R'=R1+R2+R3，Vout=V1-V2，此时输出较大电压；当光电流I增大时，I1也随即增大，增大至N1的栅源电压大于其阀值电压，即I1*R1>V(GS1)-V(TH)，N1开始导通，R1被N1短路，由于R1≫R2，此时N1仍截止，引入电路的等效电阻R'=R2+R3，随着光电流I的增大，输出电压的增幅明显减慢；光电流I继续增大时，I2也随即增大，增大至N2的栅源电压大于其阀值电压，即I2*R2>V(GS2)-V(TH)，N2开始导通，由于R1≫R2≫R3，此时N1、N2均处于饱和导通状态，R1、R2被短路，引入电路的等效电阻R'=R3，随着光电流I的增大，输出电压的增幅呈线性增大，斜率为等效电阻的阻值，此时输出电压的增幅十分缓慢。该电路的设计，能使输出电压稳定在一定范围内，实现自适应电流电压转换。输入的电流信号变化的梯度随级数的变化而变化，n越大，级数越多，量化的过程越精确，使得输出电压能更加精确地反应输入电流的变化量。

R1的第一端和R3第二端分别连接一电容，电容与全差分运算放大器电路连接。设置电容一方面能有效隔绝上级电路带来的直流噪声，另一方面能与上级电路的电阻构成低通滤波器，并和下级电路反馈支路的电阻Rf构成高通滤波器，整体形成带通滤波器，从而滤除有效信号范围之外的噪声，滤波器的中心频率由电阻和电容决定。信号通过电容后进入全差分运算放大器电路中进行下级的方法和处理。

R(n+1)第二端连接第一负载，第一负载可为任意传感器或检测器，只要是输出微弱电流信号的均适用。本实施例中，第一负载为光电二极管。在光电二极管进行红外遥控信号检测时，本发明可根据接收到的红外信号强弱有效地改变接入电路的等效电阻，使得输出电压控制在一定范围内，有效避免数据丢失的情况。

第二方案

如图4所示，包括有n+1个电阻R1'、R2'…Rn'、R(n+1)'和n个PMOS管P1、P2…Pn，其中n+1个电阻串联，且R1'≫ R2'≫⋯≫ Rn'≫ R(n+1)'。在其中一较佳实施例中，n为2，即设有3个电阻并联。PMOS管的宽长比可根据电路的实际需要合理设置，以调整最佳的阀值电压。2个PMOS管P1、P2分别与前2个电阻R1'、R2'对应连接；P1的栅极连接R1'的第一端，源极连接R1'的第二端；P2的栅极连接R2'的第一端，源极连接R2'的第二端；P1、P2的漏极与一偏置电压的正极连接，用于提供固定电平。R1'的第一端接地。

当光电流I较小时，P1、P2的栅源电压小于其阀值电压，即I1'*R1'<丨V(GS1)'-V(TH)' 丨且I2'*R2'<丨V(GS2)'-V(TH)' 丨，PMOS管P1、P2截止，所有光电流均流过电阻，则引入电路的等效电阻R''=R1'+R2'+R3'，Vout'=V1-V2，此时输出较大电压；当光电流I增大时，I1'也随即增大，增大至P1的栅源电压大于其阀值电压，即I1'*R1'>丨V(GS1)'-V(TH)' 丨，P1开始导通，R1'被P1短路，由于R1'≫ R2'，此时P2仍截止，引入电路的等效电阻R''=R2'+R3'，随着光电流I的增大，输出电压的增幅明显减慢；光电流I继续增大时，I2'也随即增大，增大至P2的栅源电压大于其阀值电压，即I2'*R2'>丨V(GS2)'-V(TH)' 丨，P2开始导通，由于R1'≫R2'≫R3'，此时P1、P2均处于饱和导通状态，R1'、R2'被短路，引入电路的等效电阻R''=R3'，随着光电流I的增大，输出电压的增幅呈线性增大，斜率为等效电阻的阻值，此时输出电压的增幅十分缓慢。

第二方案中其他未描述技术特征与第一方案相同，在此不再重复说明。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。