CN102427338B - 自动变换输入阻抗的信号放大器及其实现方法 - Google Patents

自动变换输入阻抗的信号放大器及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动变换输入阻抗的信号放大器及其实现方法，该信号放大器包括信号输入端、放大电路、及与放大电路电性连接的信号输出端，其还包括：基准电压模块，用于提供基准电压；信号侦测模块，用于实时侦测输入信号，并与基准电压比较后根据信号强弱控制输入阻抗的大小变换；可变阻抗控制模块，用于控制输入阻抗的大小；补偿模块，用于产生补偿信号对放大电路进行补偿。本发明可以有效提高信号放大器的灵敏度、及信噪比等技术指标，扩大信号放大器的应用范围，极大地提高了放大器的性能及相应的传感器的应用领域水平。

Description

自动变换输入阻抗的信号放大器及其实现方法
技术领域
本发明涉及集成电路芯片设计领域，尤其涉及一种采用自动变换输入阻抗设计的信号放大器及其实现方法。
背景技术
目前，在各种传感器领域，对信号的前置放大器的性能要求很高，尤其对放大器的灵敏度、及信噪比等指标要求更为苛刻，而这两项指标又与放大器的输入阻抗有直接的联系。以往固定的输入阻抗设计存在两头不能兼顾的弊端，若阻抗大了，大信号来时会出现阻塞；若阻抗小了，则会出现信号等效衰减大、灵敏度降低、工作点偏高等问题。
由于上述的弊端，现有技术中的信号放大器只能选取中庸的设计思路，以寻找平衡点，因此缩小了信号放大器的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种自动变换输入阻抗的信号放大器及其实现方法，其可以有效提高信号放大器的灵敏度、及信噪比等技术指标，极大地提高了放大器的性能及相应的传感器的应用领域水平。
为实现上述目的，本发明提供一种自动变换输入阻抗的信号放大器，包括：信号输入端、放大电路、及与放大电路电性连接的信号输出端，其还包括：
基准电压模块，用于提供基准电压；
信号侦测模块，用于实时侦测输入信号，并与基准电压比较后根据信号强弱控制输入阻抗的大小变换；
可变阻抗控制模块，用于控制输入阻抗的大小；
补偿模块，用于产生补偿信号对放大电路进行补偿。
本发明中，所述基准电压模块一端与放大电路电性连接，另一端与信号侦测模块电性连接；信号侦测模块还分别与信号输入端、可变阻抗控制模块、及补偿模块电性连接；可变阻抗控制模块一端与信号输入端电性连接，另一端与放大电路电性连接；补偿电路还与放大电路电性连接。
所述基准电压模块为一亚阈值带隙基准源。
所述信号侦测模块用于实时侦测输入信号，将基准电压进行阵列分级，并产生两个对应的控制信号对应控制可变阻抗控制模块及补偿模块。
所述可变阻抗控制模块为通过信号侦测模块控制的动态可变电阻阵列；所述补偿模块为通过信号侦测模块控制的动态信号，其用于对放大电路进行微调补偿。
进一步地，本发明还提供一种自动变换输入阻抗的信号放大器实现方法，其包括：
基准电压模块提供一基准电压；
信号侦测模块实时侦测输入信号，将输入信号与基准电压进行比较；
根据输入信号与基准电压比较结果的大小，可变阻抗控制模块对应控制输入阻抗的减小或增大；
信号侦测模块同时通过补偿模块对放大电路进行补偿。
本发明中的基准电压模块采用亚阈值带隙基准源提供一基准电压。
在信号侦测模块实时侦测输入信号过程中，信号侦测模块将基准电压进行阵列分级，产生多个分电压，同时产生两个对应的控制信号对应控制可变阻抗模块及补偿模块。
本发明的可变阻抗控制模块为通过信号侦测模块控制的动态可变电阻阵列，补偿模块为通过信号侦测模块控制的动态信号，其用于对放大电路进行微调补偿。
在所述根据输入信号与基准电压比较结果的大小，可变阻抗控制模块对应控制输入阻抗的减小或增大的步骤中，若输入信号大于基准电压，则信号侦测模块控制可变阻抗控制模块减小输入阻抗；若输入信号小于基准电压，则信号侦测模块控制可变阻抗控制模块增大输入阻抗；若输入信号等于基准电压，则保持输入阻抗不变。
本发明自动变换输入阻抗的信号放大器及其实现方法，其在传感器领域中针对微小信号的前置放大器设计作出改进，可以有效提高信号放大器的灵敏度、及信噪比等技术指标，扩大信号放大器的应用范围，极大地提高了放大器的性能及相应的传感器的应用领域水平。
附图说明
图1为本发明自动变换输入阻抗的信号放大器一具体实施例的电路模块示意图；
图2为本发明自动变换输入阻抗的信号放大器实现方法一具体实施例的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种自动变换输入阻抗的信号放大器，包括：信号输入端10、放大电路20、及与放大电路20电性连接的信号输出端30。特别地，本发明还包括：基准电压模块40、信号侦测模块50、可变阻抗控制模块60、及补偿模块70。
其中，基准电压模块40用于提供一组基准电压。信号侦测模块50用于实时侦测输入信号，并与基准电压比较后根据信号强弱控制输入阻抗的大小变换。可变阻抗控制模块60用于控制输入阻抗的大小。补偿模块70用于产生补偿信号对放大电路20进行补偿。
作为本发明的一种具体实施例，所述基准电压模块40一端与放大电路20电性连接，另一端与信号侦测模块50电性连接；信号侦测模块50还分别与信号输入端10、可变阻抗控制模块60、及补偿模块70电性连接；可变阻抗控制模块60一端与信号输入端10电性连接，另一端与放大电路20电性连接；补偿电路70还与放大电路20电性连接。
在本发明中，所述基准电压模块40可以为一内置的亚阈值带隙基准源，其提供给信号侦测模块50一高精度的基准电压。信号侦测模块50用于实时侦测输入信号，将基准电压进行阵列分级，并产生两个对应的控制信号对应控制可变阻抗控制模块60及补偿模块70。可变阻抗控制模块60为通过信号侦测模块50控制的动态可变电阻阵列。补偿模块70为通过信号侦测模块50控制的动态信号，其用于对放大电路20进行微调补偿。本发明通过信号侦测模块50实时侦测输入信号，控制输入阻抗的大小，不同的输入阻抗对应通过由补偿模块70对放大电路20进行补偿平衡输入幅度，以此可以实现小信号输入时加大输入阻抗，减小信号衰减、提高灵敏度，大信号输入时减小输入阻抗，避免出现信号阻塞、并实现高信噪比的目的。
进一步地，如图2所示，本发明还提供一种自动变换输入阻抗的信号放大器实现方法，其包括：
步骤1，基准电压模块提供一基准电压。作为本发明的一种优选实施例，该基准电压模块可以采用亚阈值带隙基准源提供一高精度的基准电压。
步骤2，信号侦测模块实时侦测输入信号，将输入信号与基准电压进行比较。具体地，在该信号侦测模块实时侦测输入信号过程中，信号侦测模块将基准电压进行阵列分级，产生多个分电压，根据不同的需求分级可以粗细，同时会产生两个对应的控制信号对应控制可变阻抗模块及补偿模块。
步骤3，根据输入信号与基准电压比较结果的大小，可变阻抗控制模块对应控制输入阻抗的减小或增大。本发明的可变阻抗控制模块为通过信号侦测模块控制的动态可变电阻阵列。信号侦测模块实时侦测输入信号，与一组基准电压比较后，根据输入信号的强弱控制输入阻抗的大小变换。作为本发明的一种具体实施例，在该步骤3中，若输入信号大于基准电压，则信号侦测模块控制可变阻抗控制模块减小输入阻抗；若输入信号小于基准电压，则信号侦测模块控制可变阻抗控制模块增大输入阻抗；若输入信号等于基准电压，则保持输入阻抗不变。
步骤4，信号侦测模块同时通过补偿模块对放大电路进行补偿。本发明的补偿模块为通过信号侦测模块控制的动态信号，其用于对放大电路进行微调补偿，平衡由可变阻抗模块对输入信号产生的幅值变化。该步骤可与步骤3同时发生，即当一个信号输入时，经信号侦测模块检测后，对应在可变阻抗模块产生一个匹配的输入阻抗，通过在补偿模块对应产生一个补偿信号对放大电路进行补偿，输入信号经延迟电路后对应由不同的输入电阻接收，以此实现小信号输入时增大阻抗，减小信号衰减、提高灵敏度，大信号输入时减小输入阻抗，避免出现信号阻塞、并实现高信噪比的目的。
综上所述，本发明自动变换输入阻抗的信号放大器及其实现方法，其在传感器领域中针对微小信号的前置放大器设计作出改进，可以有效提高信号放大器的灵敏度、及信噪比等技术指标，扩大信号放大器的应用范围，极大地提高了放大器的性能及相应的传感器的应用领域水平。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动变换输入阻抗的信号放大器，包括信号输入端、放大电路、及与放大电路电性连接的信号输出端，其特征在于，还包括：
基准电压模块，用于提供基准电压；信号侦测模块，用于实时侦测输入信号，并与基准电压比较后根据信号强弱控制输入阻抗的大小变换；可变阻抗控制模块，用于控制输入阻抗的大小；补偿模块，为通过信号侦测模块控制的动态信号，用于对放大电路进行微调补偿；所述信号侦测模块将基准电压进行阵列分级，并产生两个对应的控制信号分别对应控制可变阻抗控制模块及补偿模块；所述可变阻抗控制模块为通过信号侦测模块控制的动态可变电阻阵列。
2.如权利要求1所述的自动变换输入阻抗的信号放大器，其特征在于，所述基准电压模块一端与放大电路电性连接，另一端与信号侦测模块电性连接；信号侦测模块还分别与信号输入端、可变阻抗控制模块、及补偿模块电性连接；可变阻抗控制模块一端与信号输入端电性连接，另一端与放大电路电性连接；补偿电路还与放大电路电性连接。
3.如权利要求1所述的自动变换输入阻抗的信号放大器，其特征在于，所述基准电压模块为一亚阈值带隙基准源。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的自动变换输入阻抗的信号放大器实现方法，其特征在于，包括：
基准电压模块提供一基准电压；
信号侦测模块实时侦测输入信号，将输入信号与基准电压进行比较；
根据输入信号与基准电压比较结果的大小，可变阻抗控制模块对应控制输入阻抗的减小或增大；
信号侦测模块同时通过补偿模块对放大电路进行补偿。
5.如权利要求4所述的自动变换输入阻抗的信号放大器实现方法，其特征在于，所述基准电压模块采用亚阈值带隙基准源提供一基准电压。
6.如权利要求4所述的自动变换输入阻抗的信号放大器实现方法，其特征在于，所述信号侦测模块实时侦测输入信号过程中，信号侦测模块将基准电压进行阵列分级，产生多个分电压，同时产生两个对应的控制信号分别对应控制可变阻抗模块及补偿模块。
7.如权利要求4所述的自动变换输入阻抗的信号放大器实现方法，其特征在于，所述可变阻抗控制模块为通过信号侦测模块控制的动态可变电阻阵列，补偿模块为通过信号侦测模块控制的动态信号，其用于对放大电路进行微调补偿。
8.如权利要求4所述的自动变换输入阻抗的信号放大器实现方法，其特征在于，所述根据输入信号与基准电压比较结果的大小，可变阻抗控制模块对应控制输入阻抗的减小或增大的步骤中，若输入信号大于基准电压，则信号侦测模块控制可变阻抗控制模块减小输入阻抗；若输入信号小于基准电压，则信号侦测模块控制可变阻抗控制模块增大输入阻抗；若输入信号等于基准电压，则保持输入阻抗不变。
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