信号调理电路、芯片及电子设备的制作方法

1.本技术涉及运算放大器技术领域，尤其涉及一种信号调理电路、芯片及电子设备。


背景技术：

2.用于模数转换器前端的可编程运算放大器，其具有放大小信号和驱动的作用。在现有的可编程运算放大器方案中，大多方案无法很好的消除共模电压的影响，现有的一个方案中，可编程运算放大器第一级的电路原理图，如图1所示，该可编程运算放大器第一级为增益放大级；可编程运算放大器第二级的电路原理图，如图2所示，该可编程运算放大器第二级为驱动器；该方案可以消除共模电压的影响，但是其需要共模反馈电路，导致其电路较为复杂。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种信号调理电路、芯片及电子设备，以解决现有技术中无法利用较为的简单电路消除共模电压的影响技术问题。
4.本技术的技术方案如下，提供了一种信号调理电路，包括增益放大器以及模数转换器；
5.所述增益放大器的第一输入端和第二输入端用于接收差分输入信号，所述增益放大器的第一输入端还用于接收参考电压，所述增益放大器的输出端反馈至第二输入端；
6.所述模数转换器的第一输入端电连接于所述增益放大器的输出端，所述模数转换器的第二输入端用于接收所述参考电压。
7.本技术的另一技术方案如下，还提供了一种芯片，包括上述任一项技术方案所述的信号调理电路。
8.本技术的另一技术方案如下，还提供了一种电子设备，包括上述任一项技术方案所述的信号调理电路。
9.本技术的有益效果在于：所述增益放大器的第一输入端和第二输入端用于接收差分输入信号，所述增益放大器的第一输入端还用于接收参考电压，所述增益放大器的输出端反馈至第二输入端；所述模数转换器的第一输入端电连接于所述增益放大器的输出端，所述模数转换器的第二输入端用于接收所述参考电压；通过上述方式，在简化电路结构的同时消除了共模电压的影响。
附图说明
10.图1为本技术提供的可编程运算放大器第一级的电路原理图；
11.图2为本技术提供的可编程运算放大器第二级的电路原理图；
12.图3为本技术实施例提供的信号调理电路的结构框图；
13.图4为本技术实施例提供的信号调理电路的第一电路原理图；
14.图5为本技术实施例提供的信号调理电路的第二结构框图；
15.图6为本技术实施例提供的信号调理电路的第二电路原理图；
16.图7为本技术实施例提供的信号调理电路的第三电路原理图；
17.图8为本技术实施例提供的信号调理电路的第四电路原理图；
18.图9为本技术实施例提供的信号调理电路的第五电路原理图。
具体实施方式
19.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
20.本技术实施例中，至少一个是指一个或多个；多个，是指两个或两个以上。在本技术的描述中，“第一”、“第二”、“第三”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
21.在本说明书中描述的参考“一种实施方式”或“一些实施例中”等意味着在本技术的一个或多个实施方式中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
22.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
24.图3是本技术实施例的信号调理电路的第一结构框图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本技术提供的信号调理电路并不以图3所示的结构为限。如图3所示，该信号调理电路包括增益放大器pga以及模数转换器adc。
25.增益放大器pga的第一输入端和第二输入端用于接收差分输入信号(vinp和vinn)，增益放大器pga的第一输入端还用于接收参考电压，增益放大器pga的输出端反馈至第二输入端；其中，增益放大器pga中包括有运算放大器，增益放大器pga的输出端即为运算放大器的输出端，可以反馈至运算放大器的其中一个输入端。可选地，参考电压可以直接输入至增益放大器pga的第一输入端，也可以通过其他元器件间接地输入至增益放大器pga的第一输入端。例如，参考电压可以经过一个或多个电阻分压后输入至增益放大器pga的第一输入端。
26.模数转换器adc的第一输入端电连接于增益放大器pga的输出端，模数转换器adc的第二输入端用于接收参考电压。可选地，模数转换器adc可以为逐次逼近模数转换器(saradc)，也可以为其他类型的模数转换器，例如闪烁型模数转换器、流水线型模数转换器等。
27.本技术实施例通过使增益放大器pga的第一输入端和第二输入端接收差分输入信号，使增益放大器pga的输出端反馈至第二输入端，还使增益放大器pga的第一输入端和模
数转换器adc的第二输入端分别接收参考电压；在简化电路结构的同时消除了共模电压的影响。需要说明的是，由于增益放大器pga的输出与参考电压相关，使得参考电压决定了增益放大器pga输出的共模电压，在模数转换器adc的输入端接入参考电压，可以抵消增益放大器pga输出中的参考电压部分(即低频直流部分)，使本技术实施例提供的信号调理电路不受共模电压的影响。其中，增益放大器pga可以为可编程增益放大器。
28.作为一种示例，增益放大器pga的第一输入端和第二输入端可以分别为正向输入端和负向输入端，模数转换器adc的第一输入端和第二输入端可以分别为正向输入端和负向输入端。
29.在一些实施例中，信号调理电路的第二结构框图，如图5所示，信号调理电路还包括参考电压电路，参考电压电路包括带隙基准源bandgap及转换模块vs，带隙基准源bandgap的一端接供电电源，带隙基准源bandgap的另一端接转换模块vs，转换模块vs的输出端用于输出参考电压。
30.具体地，带隙基准源bandgap能够生成带隙基准电压vbg，给转换模块vs做参考，转换模块vs则根据基准电压vbg产生参考电压vref，通过参考电压vref给增益放大器pga和逐次逼近模数转换器adc提供参考电压。作为一种示例，转换模块vs可以通过低压差线性稳压器(ldo)实现。
31.可选地，转换模块vs可以作为缓冲器buffer，将基准电压vbg按1:1的比例输出，提升基准电压vbg的驱动能力。或者，进一步地，转换模块vs还可以作为升压电路，可以根据需要将基准电压vbg按大于1的比例升压后输出。
32.本技术实施例通过带隙基准源bandgap及转换模块vs为增益放大器pga提供参考电压，进而使信号调理电路不受共模电压的影响。
33.在一些实施例中，信号调理电路的第一电路原理图如图4所示。在图4中，增益放大器pga包括运算放大器a1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r0；差分输入信号包括第一输入信号vinp和第二输入信号vinn；运算放大器a1的第一输入端通过第一电阻r1接收第一输入信号vinp，运算放大器a1的第二输入端通过第二电阻r2接收第二输入信号vinn；运算放大器a1的第一输入端还通过第四电阻r0接收参考电压vref。第三电阻r3的一端连接运算放大器a1的第二输入端，第三电阻r3的另一端连接运算放大器a1的输出端。本实施例中，第一电阻r1的未与运算放大器a1连接的一端即为增益放大器的第一输入端，第二电阻r2的未与运算放大器a1连接的一端即为增益放大器的第二输入端，运算放大器a1的输出端即为增益放大器的输出端。
34.作为一种实施方式，第四电阻r0的电阻值等于电阻r3的电阻值，第一电阻r1的电阻值等于第二电阻r2的电阻值。
35.作为一种实施方式，第一电阻r1和第二电阻r2为可变电阻。通过第一电阻r1、第二电阻r2可以调节增益放大器的增益。
36.作为一种实施方式，第一电阻r1的电阻值和第二电阻r2的电阻值，与第四电阻r0的电阻值、电阻r3的电阻值的比值呈比例系数关系，当r0＝r3、r1＝r2时，利用运算放大器的虚短原理，可以得到增益放大器的输出电压pga_out为：
37.38.其中，vinp和vinn为一对差分信号，vinp为第一输入信号、vinn为第二输入信号，在相关计算公式中，它们表示对应的电压值，r0、r1在相关计算公式中表示对应的电阻值，vref在相关计算公式中也表示对应的参考电压值。根据上述公式可知，增益放大器的增益放大倍数为r0/r1，增益放大器的输出电压等于将差分输入信号(vinp-vinn)放大r0/r1倍之后再叠加上参考电压vref的结果，该参考电压vref相当于增益放大器的输出电压中的共模电压，如果该共模电压过大，可能导致增益放大器的输出电压超出模数转换器的输入电压范围，从而导致模数转换器无法正常工作。
39.在本实施例中，模数转换器adc为差分输入的模数转换器，模数转换器adc的同相输入端连接于增益放大器的输出pga_out，反相输入端接参考电压vref，模数转换器adc检测的对象即为增益放大器的输出pga_out减去参考电压vref的差值，所以adc检测的电压值即为r0/r1*(vinp-vinn)，r0/r1就是增益放大器pga的放大倍数，其值可以根据实际情况设定；因而使得逐次逼近模数转换器adc的输出结果除以r0/r1就是差分输入信号(vinp-vinn)的大小，即消除了增益放大器的输出电压中的共模电压的影响。
40.作为一种实施方式，逐次逼近模数转换器的参考电压输入端也用于接收接参考电压。其中，模数转换器的输入信号范围取决于该参考电压输入端所接收到的参考电压，而该参考电压与pga的输出电压中的共模电压相同，因此增益放大器的输出电压范围与模数转换器的输入信号范围可以相适配。作为一种实施方式，通过调整该参考电压，可以调整该逐次逼近模数转换器的满量程输入电压的分辨范围，进而适配各种不同大小的输入信号。
41.在一些实施例中，信号调理电路的第二电路原理图，如图6所示，在图6中，信号调理电路包括增益放大器pga、模数转换器adc、带隙基准源bandgap、转换模块vs。其中，增益放大器pga及模数转换器adc的电路结构及工作原理可参考前述各实施例，带隙基准源bandgap及转换模块vs的相关说明也可参考前述实施例，此处不再赘述。
42.在一些实施例中，信号调理电路还包括低通滤波电路，低通滤波电路的一端接转换模块的输出端，低通滤波电路的另一端接地。
43.作为一种示例，信号调理电路的第三电路原理图如图7所示。在图7中，低通滤波电路包括第一电容c1，第一电容c1的一端接转换模块vs的输出端，第一电容c1的另一端接地。
44.其中，通过将第一电容c1与参考电压输出端连接，可以用于低通滤波，抑制高频干扰。
45.可选地，第一电容c1可以与增益放大器、模数转换器、参考电压电路等其他电路共同集成在芯片内；或者，第一电容c1也可以设置在芯片外，以节省芯片面积。
46.作为一种实施方式，当模数转换器adc为逐次逼近模数转换器时，可以设置第一电容c1的电容值远大于逐次逼近模数转换器adc中的电容阵列的电容值，例如，两者之比在十倍以上，这样可以使次逼近模数转换器adc中的电容翻转更快，采样率提高。需要说明的是，通过第一电容c1提供低阻通路，以降低参考电压电路的输出阻抗，使得次逼近模数转换器adc的采样速度加快，从而使其采样率提高。此时，第一电容c1需要较大的面积，可以设置在芯片外。
47.在一些实施例中，信号调理电路的第四电路原理图如图8所示。在图8中，信号调理电路还包括开关s1，开关s1的一端接第四电阻r0的一端，开关s1的另一端用于接收参考电压，第四电阻r0的另一端接运算放大器的第一输入端。其中，开关s1可以在信号调理电路需
要工作时闭合，在信号调理电路不需要工作时断开，以减少漏电，减少功耗。
48.在一些实施例中，如图6、图7或者图8所示，信号调理电路还包括数字模块digital，数字模块digital与模数转换器的输出端电连接。其中，数字模块digital对模数转换器的输出信号进行数字处理。
49.在一些实施例中，信号调理电路的第五电路原理图如图9所示，增益放大器还包括第二电容c2，第二电容c2与电阻r3并联。第二电容c2可以引入零点，对相位裕度具有补偿作用。
50.在一些实施例中，增益放大器还包括第三电容c3，第三电阻r3包括串联的第一子电阻r31以及第二子电阻r31；第三电容c3的一端连接于第一子电阻r31以及第二子电阻r32的连接节点，第三电容c3的另一端接地。
51.本技术实施例中使用第一子电阻r31和第二子电阻r32串联后，连接增益放大器的负向输入端和增益放大器的输出端，可以与上述电阻r3实现同样的功能，而增加第三电容c3可以进一步滤除电路中的噪声或干扰。
52.本技术实施例公开的信号调理电路，通过使增益放大器pga的第一输入端和第二输入端接收差分输入信号，还使增益放大器pga的第一输入端接收参考电压，使增益放大器pga的输出端反馈至第二输入端；在简化电路结构的同时消除了共模电压的影响。本技术实施例提供的信号调理电路结构简单，电路复杂度较低，电路结构中只有一个运算放大器，无需共模反馈电路，减少了电路占用的面积和功耗。
53.本技术实施例提供了一种芯片，包括上述任一实施例所述的信号调理电路。
54.本技术实施例提供了一种电子设备，包括上述任一实施例所述的信号调理电路。
55.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.以上实施例仅表达了本技术的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。