一种提高共模抑制比的放大电路的制作方法

专利2025-06-01  37


本发明涉及传感器模拟前端电路领域,具体涉及一种提高共模抑制比的放大电路。


背景技术:

1、如图1所示在传感器模拟前端电路的应用场景中,三运放结构的仪表放大器被广泛应用,其由两级组成,第一级实现高输入阻抗,高cmrr,并且提供一定增益,第二级提供主要增益,并且实现差分信号转换成单端信号。

2、三运放结构的仪表放大器主要问题是三个放大器都驱动阻性负载,功耗较大,并且为了防止前端给到的输入信号失调电压过大,导致输出电压饱和,所以增益不能设置过高,并且第二级放大器的增益配置是电阻的比值,受到电阻失配和芯片面积约束的影响,通常整体cmrr(common-mode rejection ratio,共模抑制比)不够高,除非使用激光修调技术或者特殊的高阻电阻技术,降低电阻的失配,但是这都增加了成本,削弱了产品的量产竞争力。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提高共模抑制比的放大电路,解决了现有技术中存在的技术问题。

2、本发明通过下述技术方案实现:

3、一种提高共模抑制比的放大电路,包括:全差分跨导放大模块、无源电容电阻模块以及斩波稳定模块;

4、所述全差分跨导放大模块,用于对输入的差分电压转换为输出电流,并进行放大输出;

5、所述无源电容电阻模块设置于全差分跨导放大模块上,其用于隔离共模电压、通过电容确定带内增益、通过电阻进行自偏置以及通过电阻电容实现高通角频率;

6、所述斩波稳定模块设置于全差分跨导放大模块上,其用于通过时钟信号进行开关切换实现斩波调制功能,从而提高放大器的共模抑制能力。

7、在一种可能的实施方式中,所述全差分跨导放大模块包括跨导放大器,所述跨导放大器分别与无源电容电阻模块以及斩波稳定模块电性连接。

8、在一种可能的实施方式中,所述无源电容电阻模块包括第一ac电容、第二ac电容、第一寄生电容、第二寄生电容、第一反馈电容、第二反馈电容、第一反馈电阻以及第二反馈电阻;

9、所述斩波稳定模块包括第一斩波电路以及第二斩波电路;

10、所述第一ac电容的一端和第二ac电容的一端共同接收外部输入的差分信号,所述第一ac电容的另一端分别与第一寄生电容的一端、第一斩波电路的正输入端以及第一反馈电容的一端连接,所述第一寄生电容的另一端接地,所述第二ac电容的另一端分别与第二寄生电容的一端、第一斩波电路的负输入端以及第二反馈电容的一端连接,所述第一斩波电路的正输出端分别与第一反馈电阻的一端以及跨导放大器的同相输入端连接,所述第一反馈电阻的另一端分别与跨导放大器的负输出端以及第二斩波电路的负输入端连接,所述第二斩波电路的负输出端与第一反馈电容的另一端连接;所述第一斩波电路的负输出端分别与第二反馈电阻的一端以及跨导放大器的反相输入端连接,所述第二反馈电阻的另一端分别与跨导放大器的正输出端以及第二斩波电路的正输入端连接,所述第二斩波电路的正输出端与第二反馈电容的另一端连接;所述第二斩波电路的两个输出端输出信号。

11、在一种可能的实施方式中,所述第一斩波电路以及第二斩波电路的结构相同,且均包括:第一传输门、第二传输门、第三传输门以及第四传输门;

12、所述第一传输门的输入端作为斩波电路的负输入端,且与第四传输门的输入端连接;所述第二传输门的输入端作为斩波电路的正输入端,且与第三传输门的输入端连接;所述第三传输门的输出端作为斩波电路的负输出端,且第三传输门的输出端与第一传输门的输出端连接;所述第四传输门的输出端作为斩波电路的正输出端,且第四传输门的输出端与第二传输门的输出端连接。

13、在一种可能的实施方式中,所述第一传输门、第二传输门、第三传输门以及第四传输门的结构相同,且均由一个p沟道和一个n沟道增强型场效应晶体管并联而成。

14、在一种可能的实施方式中,还包括dsl反馈回路以及rrl反馈回路,所述dsl反馈回路以及rrl反馈回路均以全差分跨导放大模块的输出信号为基础,生成反馈信号至全差分跨导放大模块中。

15、在一种可能的实施方式中,所述dsl反馈回路包括顺次连接的第一积分放大器、第一dsl斩波电路以及dsl放大器;所述第一积分放大器的输入端分别与第二斩波电路的两个输出端连接,所述dsl放大器的输出端与跨导放大器的输入端连接。

16、在一种可能的实施方式中,所述rrl反馈回路包括顺次连接的第一电容、第一rrl斩波电路、第二积分放大器以及rrl放大器,所述第二积分放大器的输入端通过第一电容、第一rrl斩波电路与第二斩波电路的两个输出端连接,所述rrl放大器的输出端与跨导放大器的输入端连接。

17、在一种可能的实施方式中,还包括低通滤波器电路,所述低通滤波器电路设置于斩波稳定模块中第二斩波电路的输出端上,以对输出信号进行滤波。

18、在一种可能的实施方式中,所述低通滤波器电路包括:第一滤波电阻、第二滤波电阻以及第三滤波电容;

19、所述第一滤波电阻的一端与第二斩波电路的负输出端连接,所述第二滤波电阻的一端与第二斩波电路的正输出端连接,所述第一滤波电阻的另一端以及第二滤波电阻的另一端分别与第三滤波电容的两端连接,且所述第一滤波电阻的另一端以及第二滤波电阻的另一端共提供作为提高共模抑制比的放大电路的输出端。

20、本发明提供的一种提高共模抑制比的放大电路,通过抑制了共模信号变化和共模信号变化引起的差模信号,从而提高了电路系统的共模抑制比;采用电容耦合结构和斩波稳定电路结合的方式,解决了三运放结构仪表放大器的几个问题,一是放大器驱动无源网络有利于降低功耗;二是串联ac电容隔离共模信号,有助于提高了电路的cmrr;三是斩波稳定电路把失调电压和共模信号变化电压调制到高频,通过滤波器滤除,提高了电路增益,同时也提高了cmrr;四是通过dsl和rrl降低斩波电路带来的残余失调和输出纹波问题,使后级电路避免饱和。



技术特征:

1.一种提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,包括:全差分跨导放大模块、无源电容电阻模块以及斩波稳定模块;

2.根据权利要求1所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,所述全差分跨导放大模块包括跨导放大器(opa),所述跨导放大器(opa)分别与无源电容电阻模块以及斩波稳定模块电性连接。

3.根据权利要求2所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,所述无源电容电阻模块包括第一ac电容(cin1)、第二ac电容(cin2)、第一寄生电容(cp1)、第二寄生电容(cp2)、第一反馈电容(cf1)、第二反馈电容(cf2)、第一反馈电阻(rf1)以及第二反馈电阻(rf2);

4.根据权利要求3所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,所述第一斩波电路以及第二斩波电路的结构相同,且均包括:第一传输门、第二传输门、第三传输门以及第四传输门;

5.根据权利要求4所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,所述第一传输门、第二传输门、第三传输门以及第四传输门的结构相同,且均由一个p沟道和一个n沟道增强型场效应晶体管并联而成。

6.根据权利要求3所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,还包括dsl反馈回路以及rrl反馈回路,所述dsl反馈回路以及rrl反馈回路均以全差分跨导放大模块的输出信号为基础,生成反馈信号至全差分跨导放大模块中。

7.根据权利要求5所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,所述dsl反馈回路包括顺次连接的第一积分放大器、第一dsl斩波电路以及dsl放大器;所述第一积分放大器的输入端分别与第二斩波电路的两个输出端连接,所述dsl放大器的输出端与跨导放大器(opa)的输入端连接。

8.根据权利要求5所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,所述rrl反馈回路包括顺次连接的第一电容(crrl)、第一rrl斩波电路、第二积分放大器以及rrl放大器,所述第二积分放大器的输入端通过第一电容(crrl)、第一rrl斩波电路与第二斩波电路的两个输出端连接,所述rrl放大器的输出端与跨导放大器(opa)的输入端连接。

9.根据权利要求3所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,还包括低通滤波器电路,所述低通滤波器电路设置于斩波稳定模块中第二斩波电路的输出端上,以对输出信号进行滤波。

10.根据权利要求8所述的提高共模抑制比的放大电路,其特征在于,所述低通滤波器电路包括:第一滤波电阻(rl1)、第二滤波电阻(rl2)以及第三滤波电容(cl);


技术总结
本发明公开了一种提高共模抑制比的放大电路,涉及传感器模拟前端电路领域,通过抑制了共模信号变化和共模信号变化引起的差模信号,从而提高了电路系统的共模抑制比;采用电容耦合结构和斩波稳定电路结合的方式,解决了三运放结构仪表放大器的几个问题,一是放大器驱动无源网络有利于降低功耗;二是串联AC电容隔离共模信号,有助于提高了电路的CMRR;三是斩波稳定电路把失调电压和共模信号变化电压调制到高频,通过滤波器滤除,提高了电路增益,同时也提高了CMRR;四是通过DSL和RRL降低斩波电路带来的残余失调和输出纹波问题,使后级电路避免饱和。

技术研发人员:黄子建,陈忠志,赵翔,彭卓
受保护的技术使用者:成都芯进电子股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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