多端口输入的光电信号处理电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种信号放大处理领域，具体是多端口输入的光电信号处理电路。


背景技术：

2.现有的光电传感器电路工作原理都是先通过光电接收二极管将所需要被探测的光信号采集为电流信号，再由信号处理电路对采集信号进行放大、滤波等处理，变成可以被判断和处理的信号，便于后续从信号中读出到有用的信号。常用跨阻放大器将电流放大并转化为电压信号，再由电压放大电路进行放大。
3.针对于电压信号的放大处理，目前常用的方案是使用负反馈结构的运算放大器电路进行对信号的放大。现有技术中负反馈运放电路结构如图4所示，其中op是一个运算放大器，具有两个输入端口和两个输出端口，电阻r1-r4均为可变电阻。运算放大器的开环增益很高，但容易随温度，工艺等情况波动，使得放大倍数不稳定，所以常常将运放接成反馈结构，反馈结构能稳定运放的放大倍数；电阻r1-r4的取值控制放大倍数。
4.现有负反馈运放电路结构存在一个较大的驱动问题，若在跨阻放大器的后级接入图4所示电路，跨阻放大器输出端的电流会受影响。如何在信号处理部分增加反馈结构对系统增益进行稳定的同时，又不影响运放的输入阻抗是我们需要解决的难题。因此，本领域技术人员提供了多端口输入的光电信号处理电路，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供多端口输入的光电信号处理电路，能够在信号处理部分增加反馈结构对系统增益进行稳定的同时，还不会影响到运放的输入阻抗，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.多端口输入的光电信号处理电路，包括：
8.跨阻放大电路，以及与跨阻放大电路连接的多级信号放大电路，
9.其中，所述多级信号放大电路包括多个级联在一起的放大电路，且放大电路具有四个输入端口和两个输出端口。
10.作为本实用新型进一步的方案：所述放大电路包括运算放大器op，且运算放大器op的输入端与输出端之间设有四个可变电阻。
11.作为本实用新型再进一步的方案：所述放大电路的数量为六个，分别为依次连接的一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路、四级放大电路、五级放大电路、六级放大电路。
12.作为本实用新型再进一步的方案：所述一级放大电路与二级放大电路之间、二级放大电路与三级放大电路之间、三级放大电路与四级放大电路之间、四级放大电路与五级放大电路之间均设有高通滤波单元，用以滤除输入信号中低频成分的干扰，提高信号处理
系统的抗干扰能力。
13.作为本实用新型再进一步的方案：所述高通滤波单元包括两个电容，分别串联在放大电路的两个输出端口上。
14.作为本实用新型再进一步的方案：所述跨阻放大电路包括运算放大器op0，且运算放大器op0的输出端连接多级信号放大电路输入端，所述运算放大器op0的负输入端与运算放大器op0的输出端之间连接有可变电阻r25，且运算放大器op0的负输入端接地并连接有光电接收管pd。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.1、本技术拆分了运放的输入端口，并将外部输入端口和反馈输入端口分开，该做法的优点在于使用反馈结构稳定放大倍数的同时，放大器的输入电阻因反馈结构而减少却依然保持着非常高的输入阻抗，防止放大电路结构对输入信号产生干扰，对比现有的技术，本技术对信号处理更加稳定，从而达到在信号处理部分增加反馈结构对系统增益进行稳定的同时，还不会影响到运放的输入阻抗的目的。
17.2、本技术采用六级放大结构使得在实现在整体放大倍数较大时，单级的放大压力不会太大，放大倍数更加稳定，此外，前五级放大电路的级联通过高通滤波处理，滤除输入信号中低频成分的干扰，提高信号处理系统的抗干扰能力，每级运放的反馈电阻可变(即可变电阻)，可以控制放大倍数，适应动态响应需求。
18.3、本技术使用电容耦合方式进行各级放大电路的连接，电容使得低频信号不能通过，滤除了坏境中低频信号的干扰，使得电路系统具有抗干扰能力。五六级放大电路中没有使用电容，而使用直接耦合方式。
附图说明
19.图1为多端口输入的光电信号处理电路的整体结构框图；
20.图2为多端口输入的光电信号处理电路的放大电路结构图；
21.图3为多端口输入的光电信号处理电路的整体电路结构图；
22.图4为本技术现有技术中的反馈运放电路结构。
具体实施方式
23.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
24.请参阅图1～4，本实用新型实施例中，多端口输入的光电信号处理电路，包括：
25.跨阻放大电路，以及与跨阻放大电路连接的多级信号放大电路，
26.其中，所述多级信号放大电路包括多个级联在一起的放大电路，且放大电路具有四个输入端口和两个输出端口。
27.本技术将运放的输入端口分为四个，把用于信号输入的端口和用于反馈输入的端口分开，这样做的优点在于，反馈结构仅仅会改变最上下两个端口的输入阻抗，而不会影响vip，vin所接端口的阻抗，能达到防止反馈结构影响信号输入阻抗的效果。对输入信号来说，输入端只是半导体金属场效应晶体管的栅极，输入电阻非常高，不会干扰输入信号自身的特性。同时，可变电阻r1-r4同样可以调节放大器的增益，使得增益方便可控，能用于多种
工作环境。
28.在本实施例中：如图2所示，所述放大电路包括运算放大器op，且运算放大器op的输入端与输出端之间设有四个可变电阻，其中，电阻r1-r4均为可变电阻，vip，vin分别代表正反向输入，vop，von表示正反向输出。
29.在本实施例中：所述放大电路的数量为六个，分别为依次连接的一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路、四级放大电路、五级放大电路、六级放大电路。通常，信号的幅度变化范围较大，所以信号处理的动态响应需求较大，对于非常小的信号，需要被放大较高的倍数。同时应考虑信号放大的线性度和噪声问题；故采用六级放大结构进行信号放大处理，使得总体放大增益足够高，同时每级放大电路的增益不需要太高，保证信号放大的性能。
30.在本实施例中：所述一级放大电路与二级放大电路之间、二级放大电路与三级放大电路之间、三级放大电路与四级放大电路之间、四级放大电路与五级放大电路之间均设有高通滤波单元。其中，环境光和其他干扰光源多为低频成分，故前五级放大电路的级联通过高通滤波处理，滤除输入信号中低频成分的干扰，提高信号处理系统的抗干扰能力，每级运放的反馈电阻可变(即可变电阻)，可以控制放大倍数，适应动态响应需求。
31.在本实施例中：所述高通滤波单元包括两个电容，分别串联在放大电路的两个输出端口上。本技术使用电容耦合方式进行各级放大电路的连接，电容使得低频信号不能通过，滤除了坏境中低频信号的干扰，使得电路系统具有抗干扰能力。五六级放大电路中没有使用电容，而使用直接耦合方式。任意两级放大电路中间采用直接耦合或电容耦合方式都应属于本技术保护范围。
32.在本实施例中：所述跨阻放大电路包括运算放大器op0，且运算放大器op0的输出端连接多级信号放大电路输入端，所述运算放大器op0的负输入端与运算放大器op0的输出端之间连接有可变电阻r25，且运算放大器op0的负输入端接地并连接有光电接收管pd。换种说法是，跨阻放大器的结构为可变电阻r25跨接在运放op0的输入输出端口，后续每个放大模块的电路与图2中的结构相同，每个运放具有四个输入端口和两个输出端口，并连接四个可变电阻用作增益的控制，负反馈要求输出和输入的端口变化情况相反，例如输出的正端连接输入的负端；前五级放大电路结构之间用电容进行连接。
33.第一变形例
34.上述的实施方式中，本技术的放大电路的输入端口可被拆分任意数量结构，包括但不限于输入口数量为三个，四个，到十个的情况；正负输入端口的任意数量组合情况；将输出端口改为任意数量端口的运放结构。
35.第二变形例
36.上述的实施方式中，本技术的多级信号放大电路，包括但不限于六级放大运放，对相同结构的级数增加和减少均属于本技术的保护内容。
37.第三变形例
38.上述的实施方式中，本技术的信号放大倍数通过可变电阻r1-r24进行调节，使得放大倍数适应各种场合的需要，对电阻阻值的设计与修改仍应属于被保护的范围。
39.本实用新型的工作原理是：各个模块对应的具体电路如图3中所示，op意为运算放大器，op1-op6为每级放大电路中的运算放大器组件；r1-r25均为可变电阻；r26-r35为电
阻；c1-c8均为电容；pd为光电接收管，光电接收管能将光信号转化为光电流，电流的大小和光的强度正相关；vop，von分别意为正相输出信号和反向输出信号，他们的差值为所需要的信号；正负符号代表在工作过程中，端口信号的变化情况，正号表示信号增加，负号表示信号减小。vcm是等电势的直流电平，用于设置各个运放静态工作点，使运放电压稳定在工作点上。使用时，光电接收管pd被光照射后，产生光电流，进入跨阻放大器的输入端，随后输出被放大的电压信号。跨阻放大器输出接到一级放大电路的正输入端，遇到高的输入阻抗，电流无法流入，电压信号的大小作用在场效应管栅极上，信号稳定且只由前级电路决定，信号处理模块不会影响信号本身的状态。输出产生变化后，又由反馈结构将变化回馈给输入端口，最终达到平衡。随后信号需通过电容，电容有隔直通交的能力，低频的信号无法通过电容，达到滤除低频干扰的效果，同时，在信号处理电路结构中产生的直流信号也能被去除，比如放大器自身的失配问题造成的失配电压。若不需要做抗干扰处理并且失配影响不大，可以将电容去除。后续放大模块结构相同，信号变化情况类似。每一级的放大倍数由电阻决定，所以可以通过调节电阻的阻值进行对放大倍数的选择，六级放大结构使得在实现在整体放大倍数较大时，单级的放大压力不会太大，放大倍数更加稳定。
40.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
41.以上所述的，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。