CN209844925U - 信号放大电路及电子装置 - Google Patents

Abstract

一种信号放大电路，包括：放大模块，用于对一空气压力传感器的感测信号进行放大并输出第一放大信号，其中所述放大模块具有一预设增益；增益可控模块，电连接于所述放大模块，用于对所述第一放大信号进行放大并输出第二放大信号；及控制单元，电连接于所述增益可控模块，用于检测所述第二放大信号，并将所述第二放大信号与预设信号值进行比较生成控制信号；其中，所述增益可控模块还用于根据所述控制信号进行增益调节。本实用新型还提供一种电子装置。上述信号放大电路及电子装置，可以将空气压力传感器的信号放大到合理范围，最大程度减小信号失真。

Description

信号放大电路及电子装置

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种用于对空气压力传感器的感测信号进行放大的信号放大电路及包含该信号放大电路的电子装置。

背景技术

空气压力传感器感测到被测量的信息后会产生一定程度的电信号输出，该电信号比较微弱，需要经过放大电路放大后才能被后端电路检测到，但是如果放大倍数过大容易造成信号失真。现有的做法一般是采用自动增益控制(AGC)电路来实现自增益调节放大，但由于空气压力传感器输出的电信号的电压极小，可能无法达到AGC电路的额定输入电压要求，容易使受控放大级的谐振曲线变形，造成信号失真。

实用新型内容

鉴于以上内容，有必要提供一种信号放大电路及电子装置，可以将空气压力传感器的信号放大到合理范围，最大程度减小信号失真。

本实用新型一实施方式提供一种信号放大电路，用于对空气压力传感器的感测信号进行放大，包括：

放大模块，用于对一空气压力传感器的感测信号进行放大并输出第一放大信号，其中所述放大模块具有一预设增益；

增益可控模块，电连接于所述放大模块，用于对所述第一放大信号进行放大并输出第二放大信号；及

控制单元，电连接于所述增益可控模块，用于检测所述第二放大信号，并将所述第二放大信号与预设信号值进行比较生成控制信号；

其中，所述增益可控模块还用于根据所述控制信号进行增益调节。

优选地，所述空气压力传感器的感测信号为交流信号，所述信号放大电路还包括电连接于所述放大模块的偏置处理模块，所述空气压力传感器的感测信号通过所述偏置处理模块进行电压偏置处理后输出至所述放大模块。

优选地，所述偏置处理模块包括：

第一电容，一端用于接收所述空气压力传感器的感测信号；

瞬变抑制二极管，一端电连接于所述第一电容的一端，另一端接地；

第一电阻，一端电连接于所述第一电容的另一端，另一端电连接于一电源端；及

第二电阻，一端电连接于所述第一电阻与所述第一电容的公共端，另一端接地。

优选地，所述放大模块包括第一放大单元及第二放大单元，所述第一放大单元用于进行第一预设增益的放大，所述第二放大单元用于进行第二预设增益的放大，所述第二预设增益大于所述第一预设增益。

优选地，所述第一放大单元包括：

第一放大器，正输入端用于接收所述感测信号；及

第三电阻，电连接于所述第一放大器的负输入端与所述第一放大器的输出端之间；

所述第二放大单元包括：

第二电容，一端电连接于所述第一放大器的输出端；

第四电阻，一端电连接于所述第二电容的另一端；

第二放大器，正输入端电连接于第五电阻的一端及第六电阻的一端，负输入端电连接于所述第四电阻的另一端，所述第五电阻的另一端连接于一电源端，所述第六电阻的另一端接地；及

第七电阻，电连接于所述第二放大器的负输入端与所述第二放大器的输出端之间。

优选地，所述增益可控模块包括：

第三电容，一端电连接于所述放大模块；

第八电阻，一端电连接于所述第三电容的另一端；

第三放大器，正输入端电连接于所述第八电阻的另一端，负输入端电连接于第九电阻的一端及第十电阻的一端，所述第九电阻的另一端电连接于所述第八电阻的另一端，所述第十电阻的另一端接地；

模拟开关芯片，包括第一至第八输入端、输出端及第一至第三控制端，所述模拟开关芯片的输出端电连接于所述第三放大器的输出端及所述控制单元的侦测引脚，所述模拟开关芯片的第一至第三控制端电连接于所述控制单元的控制引脚，所述模拟开关芯片的第一至第八输入端分别电连接于一反馈电阻的一端，每一所述反馈电阻的另一端均电连接于所述第三放大器的正输入端，且每一所述反馈电阻具有不同的电阻值。

优选地，所述信号放大电路还包括电平转换模块，电连接于所述控制单元的控制引脚及所述模拟开关芯片的第一至第三控制端，所述电平转换模块用于对所述控制引脚输出的控制信号进行电平转换，以将所述控制引脚输出的第一电平的控制信号转换成第二电平的控制信号至所述模拟开关芯片的第一至第三控制端，其中所述第二电平大于所述第一电平。

优选地，所述信号放大电路还包括模数转换模块，所述模数转换模块的输入端电连接于所述模拟开关芯片的输出端及所述第三放大器的输出端，所述模数转换模块的输出端电连接于所述控制单元的侦测引脚，所述模数转换模块用于对所述第三放大器的输出端的电平信号进行模数转换，以输出数字信号至所述控制单元的侦测引脚。

优选地，所述信号放大电路还包括电连接于所述增益可控模块的阻抗变换模块及分压模块；所述阻抗变换模块包括一电压跟随器，用于对所述增益可控模块输出的第二放大信号进行阻抗变换处理；所述分压模块，用于对所述增益可控模块输出的第二放大信号进行分压处理，所述控制单元还用于对经过分压处理后的第二放大信号进行采样，以检测所述空气压力传感器的感测信号。

本实用新型一实施方式还提供一种电子装置，所述电子装置包括上述的信号放大电路。

与现有技术相比，上述信号放大电路及电子装置，通过一个固定增益的放大模块配合一个AGC放大模块来对空气压力传感器的感测信号进行放大，实现先将感测信号放大到测量量程，再进行增益控制，该固定增益的放大模块可以先对微弱的感测信号进行放大至AGC放大模块的测量量程，使得AGC放大模块的输入电压满足额定输入电压要求，同时通过控制芯片自动调整AGC放大模块的增益，使得空气压力传感器的信号在放大后始终处于合理的幅值范围内，最大程度地减小信号失真。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式中的电子装置的功能模块图。

图2是本实用新型另一实施方式中的信号放大电路的功能模块图。

图3A与图3B是本实用新型一实施方式中的信号放大电路的电路图。

图4是本实用新型一实施方式中的电平转换单元的电路图。

主要元件符号说明

具体实施方式

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

请参阅图1，为本实用新型一实施方式提供一种电子装置1。所述电子装置1包括信号放大电路100及空气压力传感器200。所述信号放大电路100可以用来对空气压力传感器200输出的感测信号进行放大至合理的幅值范围，以便后端电路进行感测信号读取，可最大程度减小信号失真。

在一实施方式中，空气压力传感器200检测到压力的变化后，会产生并输出一电信号，该电信号强度比较微弱，需经过放大电路放大处理后才能被后端电路检测到，但如果放大倍数过大容易造成信号的非线性失真。所述信号放大电路100可以将空气压力传感器200的信号放大到合理范围，可实现增益自控制。

所述信号放大电路100包括放大模块10、增益可控模块20及控制单元30。当所述空气压力传感器200感测到空气压力的变化后，会产生并输出一感测信号，该感测信号较微弱，通过所述信号放大电路100放大后可较好地被后端电路检测到。

所述放大模块10用于对空气压力传感器200输出的感测信号进行放大并输出第一放大信号，其中所述放大模块10具有一预设增益。所述增益可控模块20电连接于所述放大模块10，所述增益可控模块20用于对所述第一放大信号进行放大并输出第二放大信号。所述控制单元30电连接于所述增益可控模块20，所述控制单元30用于检测所述第二放大信号，并将所述第二放大信号与预设信号值进行比较生成控制信号。所述增益可控模块20还用于根据所述控制信号进行增益调节，使得输出的第二放大信号处于预设幅值范围，最大程度减小信号失真。

所述信号放大电路100通过所述放大模块10来实现对空气压力传感器200输出的感测信号进行固定倍数的放大，使得增益可控模块20的输入信号的电压在合理范围(在所述增益可控模块20的测量量程范围内)，然后可以根据信号大小的不同，通过所述控制单元30调节所述增益可控模块20的增益，使得放大后的信号始终处于合理的幅值范围之内，最大程度减小信号失真且方便后端电路对经过放大处理后的感测信号进行采样。

在一实施方式中，可以通过所述控制单元30来检测得到增益可控模块20的输入信号的信号大小，以根据不同的信号大小调节所述增益可控模块20的增益，使得放大后的信号始终处于合理的幅值范围之内。比如，较小信号进行较大倍数的放大，较大信号进行较小倍数的放大，进而使得放大后的信号始终处于合理的幅值范围之内。

请同时参阅图2，所述空气压力传感器200输出的感测信号为交流信号。所述信号放大电路100还包括电连接于所述放大模块10的偏置处理模块40，所述空气压力传感器200输出的感测信号通过所述偏置处理模块40进行电压偏置处理后输出至所述放大模块10进行放大。

在一实施方式中，所述放大模块10包括第一放大单元102及第二放大单元104。所述第一放大单元102用于对感测信号进行第一预设增益的放大，所述第二放大单元104电连接于所述第一放大单元102，所述第二放大单元104用于对经过第一放大单元102放大后的信号进行第二预设增益的放大。所述第一预设增益与所述第二预设增益可以根据实际的使用需求进行设定。比如，所述第一放大单元102的放大倍数为5倍，所述第二放大单元104的放大倍数为15倍，此时所述第二预设增益大于所述第一预设增益。

在一实施方式中，所述增益可控模块20包括一用于进行反馈电阻阻值切换的切换模块202，以通过改变所述增益可控模块20的反馈电阻阻值来实现调整所述增益可控模块20的增益。

在一实施方式中，所述切换模块202可以通过模拟开关芯片来实现反馈电阻阻值切换。所述控制单元30可以是一控制芯片，比如所述控制单元30可以为MCU、单片机等。所述信号放大电路100还可以包括模数转换模块50、电平转换模块60、阻抗变换模块70及分压模块80。所述模数转换模块50电连接于所述增益可控模块20及所述控制单元30，所述模数转换模块50用于将检测到的所述第二放大信号转换成数字信号输入至所述控制单元30，进而所述控制单元30可以实现将所述第二放大信号与预设信号值进行比较来生成控制信号。

在一实施方式中，由于控制芯片的引脚电平(一般为3.3V)与模拟开关芯片的引脚电平(一般为5V)不一致，通过所述电平转换模块60可以实现将控制芯片输出控制信号控制所述模拟开关芯片。具体地，所述电平转换模块60电连接于所述控制单元30及所述增益可控模块20，所述电平转换模块用于对所述控制芯片输出的控制信号进行电平转换，以将第一电平的控制信号转换成第二电平的控制信号至所述增益可控模块20的模拟开关芯片，其中所述第二电平优选大于所述第一电平。比如，所述电平转换模块60将控制芯片输出的3.3V控制信号转换成5V的控制信号，进而可以控制所述模拟开关芯片进行选通。

所述阻抗变换模块70电连接于所述增益可控模块20，所述阻抗变换模块70包括一电压跟随器，用于对所述增益可控模块输出的第二放大信号进行阻抗变换处理，实现阻抗匹配。所述阻抗变换模块70可以起到缓冲与隔离的作用，降低信号失真度。

在一实施方式中，由于控制芯片的引脚电平(一般为3.3V)与增益可控模块20中的放大器的引脚电平(一般为5V)不一致，通过所述分压模块80可以实现让控制芯片正常采样放大后的感测信号，不会超过控制芯片的采样上限。具体地，所述分压模块80电连接于所述阻抗变换模块70，所述分压模块80用于对所述增益可控模块20输出的第二放大信号进行分压处理，进而所述控制芯片可以对经过分压处理后的第二放大信号进行采样，以实现检测放大后的感测信号。

请参阅图3A与3B，为本实用新型一实施方式提供一种信号放大电路100的电路图。

所述空气压力传感器200可以通过音频接口202来实现供电与感测信号传输，比如，所述空气压力传感器200可以通过3.5mm的音频接口连接到所述信号放大电路100。

所述偏置处理模块40包括瞬变抑制二极管TVS1、第一至第三电阻R1～R3及第一电容C1。所述瞬变抑制二极管TVS1的一端用于接收所述空气压力传感器200输出的感测信号，所述瞬变抑制二极管TVS1的另一端接地。所述第一电阻R1的一端电连接于所述瞬变抑制二极管TVS1的一端，所述第一电阻R1的另一端接地。所述第一电容C1的一端电连接于所述第一电阻R1的一端，所述第一电容C1的另一端电连接于所述第二电阻R2的一端及所述第三电阻R3的一端，所述第二电阻R2的另一端电连接于第一电源端Vcc1，所述第三电阻R3的另一端接地。第一电源端Vcc1的电压可以根据实际需求进行设定。在本实用新型的其他实施方式中，所述第一电阻R1也可以省略。

所述第一放大单元102包括第一放大器OP1、第四至第六电阻R4～R6、第二电容C2及第三电容C3。所述第一放大器OP1的正输入端电连接于所述第三电阻R3的一端，所述第四电阻R4电连接于所述第一放大器OP1的负输入端与输出端之间。所述第二电容C2的一端电连接于所述第四电阻R4的一端，所述第二电容C2的另一端电连接于所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端电连接于所述第四电阻R4的另一端。所述第六电阻R6的一端电连接于所述第四电阻R4的一端，所述第六电阻R6的另一端电连接于所述第三电容C3的一端，所述第三电容C3的另一端接地。在本实用新型的其他实施方式中，所述第一放大单元102的部分元件可以省略，比如第三电容C3及第六电阻R6可以省略。

所述第二放大单元104包括第四电容C4、第七至第十一电阻R7～R11及第二放大器OP2。所述第七电阻R7、所述第四电容C4及所述第八电阻R8依次串连连接在所述第一放大器OP1的输出端与所述第二放大器OP2的负输入端之间。所述第九电阻R9电连接于所述第二放大器OP2的负输入端与输出端之间。所述第二放大器OP2的正输入端电连接于所述第十电阻R10的一端及所述第十一电阻R11的一端，所述第十电阻R10的另一端电连接于第二电源端Vcc2，所述第十一电阻R11的另一端接地。第二电源端Vcc2的电压值可以根据实际需求进行设定。在本实用新型的其他实施方式中，所述第二放大单元104的部分元件可以省略，比如第七电阻R7可以省略或者第八电阻R8可以省略。

所述控制单元30包括一MCU。所述增益可控模块20包括第五电容C5、第三放大器OP3、第十二至第十五电阻R12～R15、模拟开关芯片CD1及第一至第八反馈电阻Rb1～Rb8。所述第十二电阻R12、所述第五电容C5及所述第十三电阻R13依次串连连接在所述第二放大器OP2的输出端与所述第三放大器OP3的正输入端之间。所述第十四电阻R14电连接于所述第三放大器OP3的正输入端与负输入端之间，所述第十五电阻R15的一端电连接于所述第三放大器OP3的负输入端，所述第十五电阻R15的另一端接地。所述模拟开关芯片CD1包括第一至第八接入端CH1～CH8、公共端COM及第一至第三控制端A1、B1、C1。所述第一至第八接入端CH1～CH8一一对应电连接于所述第一至第八反馈电阻Rb1～Rb8的一端，所述第一至第八反馈电阻Rb1～Rb8的另一端均电连接于所述第三放大器OP3的正输入端。所述公共端COM电连接于所述第三放大器OP3的输出端，所述第一至第三控制端A1、B1、C1电连接于所述MCU，以接收所述MCU输出的控制信号。在本实用新型的其他实施方式中，所述增益可控模块20的部分元件可以省略，比如第十二电阻R12可以省略或者第十三电阻R13可以省略。

在一实施方式中，所述增益可控模块20还可以包括电连接于所述第三放大器OP3的正输入端与输出端之间的数字电位器，通过所述MCU来控制所述数字电位器的阻值，实现所述增益可控模块20的增益可调。

在一实施方式中，第一至第八反馈电阻Rb1～Rb8具有不同的电阻值，即所述增益可控模块20可以具有八组不同的增益档位。通过MCU控制模拟开关芯片CD1的不同开关状态得到八组不同的反馈电阻，进而可以实现调整所述增益可控模块20的增益。

在一实施方式中，所述公共端COM还电连接于所述MCU，进而使得所述MCU可以检测到所述第二放大信号，并将所述第二放大信号与预存的预设信号值进行比较来生成控制信号。当检测到所述第二放大信号大于所述预设信号值，可以输出减小增益的控制信号，进而使得所述增益可控模块20切换至较小增益档位；当检测到所述第二放大信号小于所述预设信号值，可以输出增大增益的控制信号，进而使得所述增益可控模块20切换至较大增益档位。

在一实施方式中，所述MCU通过所述模数转换模块50来与所述公共端COM电连接，所述第三放大器OP3的输出端的信号经过所述模数转换模块50进行模数转换后输入至所述MCU，所述MCU对输入的数字信号进行运算，并将运算结果与预设信号值进行比较，当检测到第三放大器OP3的输出值小与预设信号值时，可以控制所述模拟开关芯片CD1逐级增大增益，当检测到第三放大器OP3的输出值大于预设信号值时，可以控制所述模拟开关芯片CD1逐级减小增益，以确定最佳匹配的增益。所述模数转换模块50的具体电路结构可以采用现有技术的模数转换单元，在此不作限定。

在一实施方式中，所述MCU还通过电平转换模块60与所述第一至第三控制端A1、B1、C1电连接于。所述电平转换模块60可以将MCU输出的3.3V控制信号转换为5V的控制信号，进而利用5V的控制信号来控制所述模拟开关芯片CD1进行不同开关状态的切换。所述电平转换模块60可以包括三个电平转换单元602，每一电平转换单元602电连接于MCU的一控制引脚与模拟开关芯片CD1的一控制端A1/B1/C1之间。图4示意了电平转换单元602一种实施方式的电路图。所述电平转换单元602设置有第四电源端Vcc4，通过两个NPN三极管Q1、Q2及多个电阻来实现电平转换。

在一实施方式中，所述第一至第三放大器OP1～OP3可以采用高精密的运放，比如LT1498CS8芯片。所述模拟开关芯片CD1可以采用CD4051芯片。

在一实施方式中，所述阻抗变换模块70包括第四放大器OP4及第十六电阻R16。所述第四放大器OP4的负输入端电连接于所述第三放大器OP3的输出端，所述第四放大器OP4的输出端电连接于所述第四放大器OP4的正输入端与负输入端。所述第十六电阻R16电连接于所述第四放大器OP4的负输入端与输出端之间。

在一实施方式中，所述分压模块80包括第十七至第二十电阻R17～R20。所述第十七电阻R17的一端电连接于第三电源端Vcc3，所述第十七电阻R17的另一端电连接于所述第十八电阻R18的一端及所述第四放大器OP4的输出端，所述第十八电阻R18的另一端接地。所述第十九电阻R19的一端电连接于所述第四放大器OP4的输出端，所述第十九电阻R19的另一端电连接于所述第二十电阻R20的一端及所述MCU，所述第二十电阻R20的另一端接地。所述MCU采样所述第二十电阻R20的一端的信号，以实现检测放大后的感测信号。第三电源端Vcc3的电压可以根据实际需求进行设定。

上述信号放大电路及电子装置，通过一个固定增益的放大模块配合一个AGC放大模块来对空气压力传感器的感测信号进行放大，实现先将感测信号放大到测量量程，再进行增益控制，该固定增益的放大模块可以先对微弱的感测信号进行放大至AGC放大模块的测量量程，使得AGC放大模块的输入电压满足额定输入电压要求，同时通过控制芯片自动调整AGC放大模块的增益，使得空气压力传感器的信号在放大后始终处于合理的幅值范围内，最大程度地减小信号失真。

对本领域的技术人员来说，可以根据本实用新型的实用新型方案和实用新型构思结合生产的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本实用新型所公开的范围。

Claims (10)

1.一种信号放大电路，用于对空气压力传感器的感测信号进行放大，其特征在于，所述信号放大电路包括：

放大模块，用于对所述空气压力传感器的感测信号进行放大并输出第一放大信号，其中所述放大模块具有一预设增益；

增益可控模块，电连接于所述放大模块，用于对所述第一放大信号进行放大并输出第二放大信号；及

控制单元，电连接于所述增益可控模块，用于检测所述第二放大信号，并将所述第二放大信号与预设信号值进行比较生成控制信号；

其中，所述增益可控模块还用于根据所述控制信号进行增益调节。

2.如权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述空气压力传感器的感测信号为交流信号，所述信号放大电路还包括电连接于所述放大模块的偏置处理模块，所述空气压力传感器的感测信号通过所述偏置处理模块进行电压偏置处理后输出至所述放大模块。

3.如权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述偏置处理模块包括：

第一电容，一端用于接收所述空气压力传感器的感测信号；

瞬变抑制二极管，一端电连接于所述第一电容的一端，另一端接地；

第一电阻，一端电连接于所述第一电容的另一端，另一端电连接于一电源端；及

第二电阻，一端电连接于所述第一电阻与所述第一电容的公共端，另一端接地。

4.如权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述放大模块包括第一放大单元及第二放大单元，所述第一放大单元用于进行第一预设增益的放大，所述第二放大单元用于进行第二预设增益的放大，所述第二预设增益大于所述第一预设增益。

5.如权利要求4所述的信号放大电路，其特征在于，所述第一放大单元包括：

第一放大器，正输入端用于接收所述感测信号；及

第三电阻，电连接于所述第一放大器的负输入端与所述第一放大器的输出端之间；

所述第二放大单元包括：

第二电容，一端电连接于所述第一放大器的输出端；

第四电阻，一端电连接于所述第二电容的另一端；

第二放大器，正输入端电连接于第五电阻的一端及第六电阻的一端，负输入端电连接于所述第四电阻的另一端，所述第五电阻的另一端连接于一电源端，所述第六电阻的另一端接地；及

第七电阻，电连接于所述第二放大器的负输入端与所述第二放大器的输出端之间。

6.如权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述增益可控模块包括：

第三电容，一端电连接于所述放大模块；

第八电阻，一端电连接于所述第三电容的另一端；

第三放大器，正输入端电连接于所述第八电阻的另一端，负输入端电连接于第九电阻的一端及第十电阻的一端，所述第九电阻的另一端电连接于所述第八电阻的另一端，所述第十电阻的另一端接地；

模拟开关芯片，包括第一至第八输入端、输出端及第一至第三控制端，所述模拟开关芯片的输出端电连接于所述第三放大器的输出端及所述控制单元的侦测引脚，所述模拟开关芯片的第一至第三控制端电连接于所述控制单元的控制引脚，所述模拟开关芯片的第一至第八输入端分别电连接于一反馈电阻的一端，每一所述反馈电阻的另一端均电连接于所述第三放大器的正输入端，且每一所述反馈电阻具有不同的电阻值。

7.如权利要求6所述的信号放大电路，其特征在于，还包括电平转换模块，电连接于所述控制单元的控制引脚及所述模拟开关芯片的第一至第三控制端，所述电平转换模块用于对所述控制引脚输出的控制信号进行电平转换，以将所述控制引脚输出的第一电平的控制信号转换成第二电平的控制信号至所述模拟开关芯片的第一至第三控制端，其中所述第二电平大于所述第一电平。

8.如权利要求6所述的信号放大电路，其特征在于，还包括模数转换模块，所述模数转换模块的输入端电连接于所述模拟开关芯片的输出端及所述第三放大器的输出端，所述模数转换模块的输出端电连接于所述控制单元的侦测引脚，所述模数转换模块用于对所述第三放大器的输出端的电平信号进行模数转换，以输出数字信号至所述控制单元的侦测引脚。

9.如权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，还包括电连接于所述增益可控模块的阻抗变换模块及分压模块；所述阻抗变换模块包括一电压跟随器，用于对所述增益可控模块输出的第二放大信号进行阻抗变换处理；所述分压模块，用于对所述增益可控模块输出的第二放大信号进行分压处理，所述控制单元还用于对经过分压处理后的第二放大信号进行采样，以检测所述空气压力传感器的感测信号。

10.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的信号放大电路。