專利名稱：自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用自動(dòng)變換輸入阻抗設(shè)計(jì)的信號(hào)放大器及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前，在各種傳感器領(lǐng)域，對(duì)信號(hào)的前置放大器的性能要求很高，尤其對(duì)放大器的靈敏度、及信噪比等指標(biāo)要求更為苛刻，而這兩項(xiàng)指標(biāo)又與放大器的輸入阻抗有直接的聯(lián)系。以往固定的輸入阻抗設(shè)計(jì)存在兩頭不能兼顧的弊端，若阻抗大了，大信號(hào)來(lái)時(shí)會(huì)出現(xiàn)阻塞；若阻抗小了，則會(huì)出現(xiàn)信號(hào)等效衰減大、靈敏度降低、工作點(diǎn)偏高等問(wèn)題。由于上述的弊端，現(xiàn)有技術(shù)中的信號(hào)放大器只能選取中庸的設(shè)計(jì)思路，以尋找平衡點(diǎn)，因此縮小了信號(hào)放大器的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，其可以有效提高信號(hào)放大器的靈敏度、及信噪比等技術(shù)指標(biāo)，極大地提高了放大器的性能及相應(yīng)的傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域水平。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器，包括信號(hào)輸入端、放大電路、及與放大電路電性連接的信號(hào)輸出端，其還包括基準(zhǔn)電壓模塊，用于提供基準(zhǔn)電壓；信號(hào)偵測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，并與基準(zhǔn)電壓比較后根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱控制輸入阻抗的大小變換；可變阻抗控制模塊，用于控制輸入阻抗的大??；補(bǔ)償模塊，用于產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)對(duì)放大電路進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明中，所述基準(zhǔn)電壓模塊一端與放大電路電性連接，另一端與信號(hào)偵測(cè)模塊電性連接；信號(hào)偵測(cè)模塊還分別與信號(hào)輸入端、可變阻抗控制模塊、及補(bǔ)償模塊電性連接； 可變阻抗控制模塊一端與信號(hào)輸入端電性連接，另一端與放大電路電性連接；補(bǔ)償電路還與放大電路電性連接。所述基準(zhǔn)電壓模塊為一亞閾值帶隙基準(zhǔn)源。所述信號(hào)偵測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，將基準(zhǔn)電壓進(jìn)行陣列分級(jí)，并產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)控制可變阻抗控制模塊及補(bǔ)償模塊。所述可變阻抗控制模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)可變電阻陣列；所述補(bǔ)償模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)信號(hào)，其用于對(duì)放大電路進(jìn)行微調(diào)補(bǔ)償。進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)方法，其包括基準(zhǔn)電壓模塊提供一基準(zhǔn)電壓；信號(hào)偵測(cè)模塊實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，將輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；
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根據(jù)輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較結(jié)果的大小，可變阻抗控制模塊對(duì)應(yīng)控制輸入阻抗的減小或增大；信號(hào)偵測(cè)模塊同時(shí)通過(guò)補(bǔ)償模塊對(duì)放大電路進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明中的基準(zhǔn)電壓模塊采用亞閾值帶隙基準(zhǔn)源提供一基準(zhǔn)電壓。在信號(hào)偵測(cè)模塊實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)過(guò)程中，信號(hào)偵測(cè)模塊將基準(zhǔn)電壓進(jìn)行陣列分級(jí)，產(chǎn)生多個(gè)分電壓，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)控制可變阻抗模塊及補(bǔ)償模塊。本發(fā)明的可變阻抗控制模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)可變電阻陣列，補(bǔ)償模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)信號(hào)，其用于對(duì)放大電路進(jìn)行微調(diào)補(bǔ)償。在所述根據(jù)輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較結(jié)果的大小，可變阻抗控制模塊對(duì)應(yīng)控制輸入阻抗的減小或增大的步驟中，若輸入信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓，則信號(hào)偵測(cè)模塊控制可變阻抗控制模塊減小輸入阻抗；若輸入信號(hào)小于基準(zhǔn)電壓，則信號(hào)偵測(cè)模塊控制可變阻抗控制模塊增大輸入阻抗；若輸入信號(hào)等于基準(zhǔn)電壓，則保持輸入阻抗不變。本發(fā)明自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，其在傳感器領(lǐng)域中針對(duì)微小信號(hào)的前置放大器設(shè)計(jì)作出改進(jìn)，可以有效提高信號(hào)放大器的靈敏度、及信噪比等技術(shù)指標(biāo)，擴(kuò)大信號(hào)放大器的應(yīng)用范圍，極大地提高了放大器的性能及相應(yīng)的傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域水平。


圖1為本發(fā)明自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器一具體實(shí)施例的電路模塊示意圖；圖2為本發(fā)明自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)方法一具體實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供一種自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器，包括信號(hào)輸入端 10、放大電路20、及與放大電路20電性連接的信號(hào)輸出端30。特別地，本發(fā)明還包括基準(zhǔn)電壓模塊40、信號(hào)偵測(cè)模塊50、可變阻抗控制模塊60、及補(bǔ)償模塊70。其中，基準(zhǔn)電壓模塊40用于提供一組基準(zhǔn)電壓。信號(hào)偵測(cè)模塊50用于實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，并與基準(zhǔn)電壓比較后根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱控制輸入阻抗的大小變換?？勺冏杩箍刂颇K60用于控制輸入阻抗的大小。補(bǔ)償模塊70用于產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)對(duì)放大電路20進(jìn)行補(bǔ)償。作為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，所述基準(zhǔn)電壓模塊40 —端與放大電路20電性連接，另一端與信號(hào)偵測(cè)模塊50電性連接；信號(hào)偵測(cè)模塊50還分別與信號(hào)輸入端10、可變阻抗控制模塊60、及補(bǔ)償模塊70電性連接；可變阻抗控制模塊60 —端與信號(hào)輸入端10電性連接，另一端與放大電路20電性連接；補(bǔ)償電路70還與放大電路20電性連接。在本發(fā)明中，所述基準(zhǔn)電壓模塊40可以為一內(nèi)置的亞閾值帶隙基準(zhǔn)源，其提供給信號(hào)偵測(cè)模塊50 —高精度的基準(zhǔn)電壓。信號(hào)偵測(cè)模塊50用于實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，將基準(zhǔn)電壓進(jìn)行陣列分級(jí)，并產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)控制可變阻抗控制模塊60及補(bǔ)償模塊70?？勺冏杩箍刂颇K60為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊50控制的動(dòng)態(tài)可變電阻陣列。補(bǔ)償模塊 70為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊50控制的動(dòng)態(tài)信號(hào)，其用于對(duì)放大電路20進(jìn)行微調(diào)補(bǔ)償。本發(fā)明通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊50實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，控制輸入阻抗的大小，不同的輸入阻抗對(duì)應(yīng)通過(guò)由補(bǔ)償模塊70對(duì)放大電路20進(jìn)行補(bǔ)償平衡輸入幅度，以此可以實(shí)現(xiàn)小信號(hào)輸入時(shí)加大輸入阻抗，減小信號(hào)衰減、提高靈敏度，大信號(hào)輸入時(shí)減小輸入阻抗，避免出現(xiàn)信號(hào)阻塞、并實(shí)現(xiàn)高信噪比的目的。進(jìn)一步地，如圖2所示，本發(fā)明還提供一種自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)方法，其包括步驟1，基準(zhǔn)電壓模塊提供一基準(zhǔn)電壓。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例，該基準(zhǔn)電壓模塊可以采用亞閾值帶隙基準(zhǔn)源提供一高精度的基準(zhǔn)電壓。步驟2，信號(hào)偵測(cè)模塊實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，將輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。具體地，在該信號(hào)偵測(cè)模塊實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)過(guò)程中，信號(hào)偵測(cè)模塊將基準(zhǔn)電壓進(jìn)行陣列分級(jí)， 產(chǎn)生多個(gè)分電壓，根據(jù)不同的需求分級(jí)可以粗細(xì)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)控制可變阻抗模塊及補(bǔ)償模塊。步驟3，根據(jù)輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較結(jié)果的大小，可變阻抗控制模塊對(duì)應(yīng)控制輸入阻抗的減小或增大。本發(fā)明的可變阻抗控制模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)可變電阻陣列。信號(hào)偵測(cè)模塊實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，與一組基準(zhǔn)電壓比較后，根據(jù)輸入信號(hào)的強(qiáng)弱控制輸入阻抗的大小變換。作為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，在該步驟3中，若輸入信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓，則信號(hào)偵測(cè)模塊控制可變阻抗控制模塊減小輸入阻抗；若輸入信號(hào)小于基準(zhǔn)電壓， 則信號(hào)偵測(cè)模塊控制可變阻抗控制模塊增大輸入阻抗；若輸入信號(hào)等于基準(zhǔn)電壓，則保持輸入阻抗不變。步驟4，信號(hào)偵測(cè)模塊同時(shí)通過(guò)補(bǔ)償模塊對(duì)放大電路進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明的補(bǔ)償模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)信號(hào)，其用于對(duì)放大電路進(jìn)行微調(diào)補(bǔ)償，平衡由可變阻抗模塊對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生的幅值變化。該步驟可與步驟3同時(shí)發(fā)生，即當(dāng)一個(gè)信號(hào)輸入時(shí)，經(jīng)信號(hào)偵測(cè)模塊檢測(cè)后，對(duì)應(yīng)在可變阻抗模塊產(chǎn)生一個(gè)匹配的輸入阻抗，通過(guò)在補(bǔ)償模塊對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償信號(hào)對(duì)放大電路進(jìn)行補(bǔ)償，輸入信號(hào)經(jīng)延遲電路后對(duì)應(yīng)由不同的輸入電阻接收，以此實(shí)現(xiàn)小信號(hào)輸入時(shí)增大阻抗，減小信號(hào)衰減、提高靈敏度，大信號(hào)輸入時(shí)減小輸入阻抗，避免出現(xiàn)信號(hào)阻塞、并實(shí)現(xiàn)高信噪比的目的。綜上所述，本發(fā)明自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，其在傳感器領(lǐng)域中針對(duì)微小信號(hào)的前置放大器設(shè)計(jì)作出改進(jìn)，可以有效提高信號(hào)放大器的靈敏度、及信噪比等技術(shù)指標(biāo)，擴(kuò)大信號(hào)放大器的應(yīng)用范圍，極大地提高了放大器的性能及相應(yīng)的傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域水平。以上所述，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明后附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器，包括信號(hào)輸入端、放大電路、及與放大電路電性連接的信號(hào)輸出端，其特征在于，還包括基準(zhǔn)電壓模塊，用于提供基準(zhǔn)電壓；信號(hào)偵測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，并與基準(zhǔn)電壓比較后根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱控制輸入阻抗的大小變換；可變阻抗控制模塊，用于控制輸入阻抗的大?。谎a(bǔ)償模塊，用于產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)對(duì)放大電路進(jìn)行補(bǔ)償。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓模塊一端與放大電路電性連接，另一端與信號(hào)偵測(cè)模塊電性連接；信號(hào)偵測(cè)模塊還分別與信號(hào)輸入端、可變阻抗控制模塊、及補(bǔ)償模塊電性連接；可變阻抗控制模塊一端與信號(hào)輸入端電性連接，另一端與放大電路電性連接；補(bǔ)償電路還與放大電路電性連接。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓模塊為一亞閾值帶隙基準(zhǔn)源。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器，其特征在于，所述信號(hào)偵測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，將基準(zhǔn)電壓進(jìn)行陣列分級(jí)，并產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)控制可變阻抗控制模塊及補(bǔ)償模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器，其特征在于，所述可變阻抗控制模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)可變電阻陣列；所述補(bǔ)償模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)信號(hào)，其用于對(duì)放大電路進(jìn)行微調(diào)補(bǔ)償。
6.一種自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括基準(zhǔn)電壓模塊提供一基準(zhǔn)電壓；信號(hào)偵測(cè)模塊實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，將輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；根據(jù)輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較結(jié)果的大小，可變阻抗控制模塊對(duì)應(yīng)控制輸入阻抗的減小或增大；信號(hào)偵測(cè)模塊同時(shí)通過(guò)補(bǔ)償模塊對(duì)放大電路進(jìn)行補(bǔ)償。
7.如權(quán)利要求6所述的自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓模塊采用亞閾值帶隙基準(zhǔn)源提供一基準(zhǔn)電壓。
8.如權(quán)利要求6所述的自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述信號(hào)偵測(cè)模塊實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)過(guò)程中，信號(hào)偵測(cè)模塊將基準(zhǔn)電壓進(jìn)行陣列分級(jí)，產(chǎn)生多個(gè)分電壓，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)控制可變阻抗模塊及補(bǔ)償模塊。
9.如權(quán)利要求6所述的自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述可變阻抗控制模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)可變電阻陣列，補(bǔ)償模塊為通過(guò)信號(hào)偵測(cè)模塊控制的動(dòng)態(tài)信號(hào)，其用于對(duì)放大電路進(jìn)行微調(diào)補(bǔ)償。
10.如權(quán)利要求6所述的自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述根據(jù)輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較結(jié)果的大小，可變阻抗控制模塊對(duì)應(yīng)控制輸入阻抗的減小或增大的步驟中，若輸入信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓，則信號(hào)偵測(cè)模塊控制可變阻抗控制模塊減小輸入阻抗；若輸入信號(hào)小于基準(zhǔn)電壓，則信號(hào)偵測(cè)模塊控制可變阻抗控制模塊增大輸入阻抗； 若輸入信號(hào)等于基準(zhǔn)電壓，則保持輸入阻抗不變。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)變換輸入阻抗的信號(hào)放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，該信號(hào)放大器包括信號(hào)輸入端、放大電路、及與放大電路電性連接的信號(hào)輸出端，其還包括基準(zhǔn)電壓模塊，用于提供基準(zhǔn)電壓；信號(hào)偵測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)，并與基準(zhǔn)電壓比較后根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱控制輸入阻抗的大小變換；可變阻抗控制模塊，用于控制輸入阻抗的大??；補(bǔ)償模塊，用于產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)對(duì)放大電路進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明可以有效提高信號(hào)放大器的靈敏度、及信噪比等技術(shù)指標(biāo)，擴(kuò)大信號(hào)放大器的應(yīng)用范圍，極大地提高了放大器的性能及相應(yīng)的傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域水平。
文檔編號(hào)H03F1/56GK102427338SQ20111028758
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者曹力鋒 申請(qǐng)人:無(wú)錫易芯微電子有限公司