本技术涉及模拟集成电路设计，尤其涉及一种用于增强斩波放大器输入阻抗的电路及其控制方法。
背景技术：
1、电容耦合仪表放大器结构由于具有低噪声和高能耗效率已经广泛应用于可穿戴式医疗设备。斩波稳定技术通常用来辅助电容耦合仪表放大器以减轻闪烁噪声，从而提高系统的噪声能效比。然而，在该组合结构的输入级中，由于斩波器对放大器的输入电容进行周期性地充放电，导致放大器的输入阻抗被显著降低，这将会造成共模抑制比降级和信号幅度严重衰减。同时，仪表放大器的输入阻抗也受限于芯片内部引脚寄生和输入级的影响。芯片内部引脚寄生通常来自印制电路板(pcb)、pad和片上esd的寄生电容，芯片内寄生主要存在于放大器输入的寄生电容和芯片内其他节点之间。这些寄生都有可能造成输入阻抗降低而引起信号的损失、相移和电路的不稳定，这也是造成放大器工作频率带变窄的原因。
2、综上，相关技术中存在的技术问题有待得到改善。
技术实现思路
1、本技术实施例的主要目的在于提出一种用于增强斩波放大器输入阻抗的电路及其控制方法，能够精确补偿片上寄生电容，从而不会汲取信号源的电流，增强斩波电容耦合仪表放大器的输入阻抗。
2、为实现上述目的，本技术实施例的一方面提出了一种用于增强斩波放大器输入阻抗的电路，所述电路包括ota运放模块、斩波器模块、输入电容、反馈电容、峰值检测器、谷值检测器、减法器、比较积分器和可变电容器，所述斩波器模块包括第一级斩波器、第二级斩波器、第三级斩波器和第四级斩波器，所述第一级斩波器的第二端分别与所述输入电容的第一端、所述可变电容器的第一端连接，所述输入电容的第二端分别与所述反馈电容的第一端、所述ota运放模块的第一端连接，所述反馈电容的第二端与所述第三级斩波器的第一端连接，所述ota运放模块的第二端与所述第二级斩波器的第一端连接，所述可变电容器的第二端与所述第四级斩波器的第一端连接，所述第四级斩波器的第二端、所述第三级斩波器的第二端、所述第二级斩波器的第二端、所述峰值检测器的输入端与所述谷值检测器的输入端连接，所述峰值检测器的输出端与所述谷值检测器的输出端均与所述减法器的输入端连接，所述减法器的输出端与所述比较积分器的输入端连接，所述比较积分器的输出端与所述可变电容器的输入端连接，其中：
3、所述斩波器模块用于对输入差分信号进行斩波处理，得到斩波后的输入差分信号；
4、所述ota运放模块用于对所述斩波后的输入差分信号进行放大处理，得到放大后的输入差分信号；
5、所述峰值检测器与所述谷值检测器用于对所述放大后的输入差分信号进行峰值检测处理，得到正峰值电压与负峰值电压；
6、所述减法器用于对所述正峰值电压与所述负峰值电压进行相减计算，得到ota信号的峰峰值；
7、所述比较积分器用于对所述ota信号的峰峰值进行积分运算和滤除纹波处理，得到带有幅值信息的直流电压信号；
8、所述输入电容、所述反馈电容与所述可变电容器用于对所述带有幅值信息的直流电压信号进行转换并对所述输入差分信号进行补偿。
9、在一些实施例中，所述峰值检测器包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管、第一电容和第一电流计，其中，所述第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极、所述第三晶体管的源极、所述第四晶体管的源极、所述第五晶体管的源极、所述第六晶体管的源极、所述第七晶体管的源极和所述第八晶体管的源极连接，所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极、所述第二晶体管的漏极与所述第十晶体管的漏极连接，所述第一晶体管的漏极、所述第九晶体管的漏极、所述第三晶体管的漏极、所述第三晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极连接，所述第九晶体管的源极、所述第十晶体管的源极和所述第十三晶体管的漏极连接，所述第十三晶体管的源极、所述第一电流计的第二端、所述第一电容的第二端和所述第十四晶体管的源极连接，所述第四晶体管的漏极、所述第十晶体管的栅极、所述第一电流计的第一端、所述第五晶体管的漏极、所述第一电容的第一端与所述第十一晶体管的栅极连接，所述第五晶体管的栅极、所述第六晶体管的栅极、所述第六晶体管的漏极、所述第八晶体管的漏极与所述第十二晶体管的漏极连接，所述第七晶体管的栅极、所述第七晶体管的漏极、所述第八晶体管的栅极与所述第十一晶体管的漏极连接，所述第十一晶体管的源极、所述第十二晶体管的源极与所述第十四晶体管的漏极连接。
10、在一些实施例中，所述谷值检测器包括第十五晶体管、第十六晶体管、第十七晶体管、第十八晶体管、第十九晶体管、第二十晶体管、第二十一晶体管、第二十二晶体管、第二十三晶体管、第二十四晶体管、第二十五晶体管、第二十六晶体管、第二十七晶体管、第二十八晶体管、第二电容和第二电流计，其中，所述第十五晶体管的源极、所述第十六晶体管的源极、所述第二电容的第一端和所述第二电流计的第一端连接，所述第十五晶体管的漏极、所述第十七晶体管的源极与所述第十八晶体管的源极连接，所述第十七晶体管的漏极、所述第二十一晶体管的漏极、所述第二十三晶体管的漏极、所述第二十三晶体管的栅极与所述第二十四晶体管的栅极连接，所述第十八晶体管的漏极、所述第二十二晶体管的漏极、所述第二十一晶体管的栅极与所述第二十二晶体管的栅极连接，所述第十八晶体管的栅极、所述第二电容的第二端、所述第二电流计的第二端、所述第二十四晶体管的漏极、所述第二十五晶体管的漏极和所述第十九晶体管的栅极连接，所述第十九晶体管的漏极、所述第二十七晶体管的漏极、所述第二十七晶体管的栅极与所述第二十八晶体管的栅极连接，所述第二十六晶体管的漏极、所述第十九晶体管的源极与所述第二十晶体管的源极连接，所述第二十晶体管的漏极、所述第二十八晶体管的漏极、所述第二十六晶体管的漏极、所述第二十五晶体管的栅极与所述第二十六晶体管的栅极连接，所述第二十一晶体管的源极、所述第二十二晶体管的源极、所述第二十三晶体管的源极、所述第二十四晶体管的源极、所述第二十五晶体管的源极、所述第二十六晶体管的源极、所述第二十七晶体管的源极和所述第二十八晶体管的源极连接。
11、在一些实施例中，所述减法器包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻与第四电阻，其中，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端与所述第一运算放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端与所述第一运算放大器的正输入端连接，所述第四电阻的第二端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电阻接地。
12、在一些实施例中，所述比较积分器包括第二运算放大器、第五电阻、第六电阻和第三电容，其中，所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第一端、所述第三电容的第一端与所述第二运算放大器的负输入端连接，所述第六电阻的第二端、所述第三电容的第二端与所述第二运算放大器的输出端连接。
13、在一些实施例中，所述可变电容器包括第七电阻、第八电阻、第四电容、第五电容和mos变容二极管，其中，所述第四电容的第二端、所述第七电阻的第二端和所述mos变容二极管的第一端连接，所述mos变容二极管的第二端、所述第八电阻的第二端和所述第五电容的第一端连接。
14、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种用于增强斩波放大器输入阻抗的电路的控制方法，所述方法包括以下步骤：
15、获取差分输入信号并进行斩波与放大处理，得到第一输出信号与第二输出信号；
16、对所述第一输出信号与所述第二输出信号进行峰值检测处理，得到正峰值电压与负峰值电压；
17、将所述正峰值电压与所述负峰值电压进行相减计算，得到ota信号的峰峰值；
18、对所述ota信号的峰峰值进行积分运算和滤除纹波处理，得到带有幅值信息的直流电压信号；
19、将所述带有幅值信息的直流电压信号转换为带有幅值信息的直流电流信号，并通过正反馈回路对所述差分输入信号进行电流补偿。
20、在一些实施例中，所述对所述ota信号的峰峰值进行积分运算和滤除纹波处理，得到带有幅值信息的直流电压信号，包括：
21、根据放大器的理想幅值设置比较积分器的参考电压；
22、将所述ota信号的峰峰值与所述参考电压进行积分运算，得到控制电压；
23、将所述控制电压进行滤除纹波处理，得到所述带有幅值信息的直流电压信号。
24、在一些实施例中，所述带有幅值信息的直流电压信号的表达式为：
25、
26、上式中，vouf表示带有幅值信息的直流电压信号，vinf-表示ota信号的峰峰值，vref表示参考电压，c3表示第三电容值，r5表示第五电阻值。
27、在一些实施例中，所述正反馈回路包括正反馈环路与负反馈环路，所述正反馈环路由输入电容与可变电容器组成，所述负反馈环路由输入电容与反馈电容组成。
28、本技术实施例至少包括以下有益效果：本技术提供一种用于增强斩波放大器输入阻抗的电路及其控制方法，该方案基于振荡检测，通过引入比较积分器实现自动校准，进一步引入输入电容、反馈电容与可变电容器构成正反馈环路，对输入差分信号进行补偿，通过检测振荡幅值大小来调整的正反馈强度的方式可实现片上寄生电容的补偿，进一步引入可变电容器实现了控制信号与输入信号的解耦，具有高线性度和宽调谐范围特性，能够精确补偿片上寄生电容，从而不会汲取信号源的电流，增强斩波电容耦合仪表放大器的输入阻抗。
1.一种用于增强斩波放大器输入阻抗的电路，其特征在于，所述电路包括ota运放模块、斩波器模块、输入电容、反馈电容、峰值检测器、谷值检测器、减法器、比较积分器和可变电容器，所述斩波器模块包括第一级斩波器、第二级斩波器、第三级斩波器和第四级斩波器，所述第一级斩波器的第二端分别与所述输入电容的第一端、所述可变电容器的第一端连接，所述输入电容的第二端分别与所述反馈电容的第一端、所述ota运放模块的第一端连接，所述反馈电容的第二端与所述第三级斩波器的第一端连接，所述ota运放模块的第二端与所述第二级斩波器的第一端连接，所述可变电容器的第二端与所述第四级斩波器的第一端连接，所述第四级斩波器的第二端、所述第三级斩波器的第二端、所述第二级斩波器的第二端、所述峰值检测器的输入端与所述谷值检测器的输入端连接，所述峰值检测器的输出端与所述谷值检测器的输出端均与所述减法器的输入端连接，所述减法器的输出端与所述比较积分器的输入端连接，所述比较积分器的输出端与所述可变电容器的输入端连接，其中：
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述峰值检测器包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管、第一电容和第一电流计，其中，所述第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极、所述第三晶体管的源极、所述第四晶体管的源极、所述第五晶体管的源极、所述第六晶体管的源极、所述第七晶体管的源极和所述第八晶体管的源极连接，所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极、所述第二晶体管的漏极与所述第十晶体管的漏极连接，所述第一晶体管的漏极、所述第九晶体管的漏极、所述第三晶体管的漏极、所述第三晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极连接，所述第九晶体管的源极、所述第十晶体管的源极和所述第十三晶体管的漏极连接，所述第十三晶体管的源极、所述第一电流计的第二端、所述第一电容的第二端和所述第十四晶体管的源极连接，所述第四晶体管的漏极、所述第十晶体管的栅极、所述第一电流计的第一端、所述第五晶体管的漏极、所述第一电容的第一端与所述第十一晶体管的栅极连接，所述第五晶体管的栅极、所述第六晶体管的栅极、所述第六晶体管的漏极、所述第八晶体管的漏极与所述第十二晶体管的漏极连接，所述第七晶体管的栅极、所述第七晶体管的漏极、所述第八晶体管的栅极与所述第十一晶体管的漏极连接，所述第十一晶体管的源极、所述第十二晶体管的源极与所述第十四晶体管的漏极连接。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述谷值检测器包括第十五晶体管、第十六晶体管、第十七晶体管、第十八晶体管、第十九晶体管、第二十晶体管、第二十一晶体管、第二十二晶体管、第二十三晶体管、第二十四晶体管、第二十五晶体管、第二十六晶体管、第二十七晶体管、第二十八晶体管、第二电容和第二电流计，其中，所述第十五晶体管的源极、所述第十六晶体管的源极、所述第二电容的第一端和所述第二电流计的第一端连接，所述第十五晶体管的漏极、所述第十七晶体管的源极与所述第十八晶体管的源极连接，所述第十七晶体管的漏极、所述第二十一晶体管的漏极、所述第二十三晶体管的漏极、所述第二十三晶体管的栅极与所述第二十四晶体管的栅极连接，所述第十八晶体管的漏极、所述第二十二晶体管的漏极、所述第二十一晶体管的栅极与所述第二十二晶体管的栅极连接，所述第十八晶体管的栅极、所述第二电容的第二端、所述第二电流计的第二端、所述第二十四晶体管的漏极、所述第二十五晶体管的漏极和所述第十九晶体管的栅极连接，所述第十九晶体管的漏极、所述第二十七晶体管的漏极、所述第二十七晶体管的栅极与所述第二十八晶体管的栅极连接，所述第二十六晶体管的漏极、所述第十九晶体管的源极与所述第二十晶体管的源极连接，所述第二十晶体管的漏极、所述第二十八晶体管的漏极、所述第二十六晶体管的漏极、所述第二十五晶体管的栅极与所述第二十六晶体管的栅极连接，所述第二十一晶体管的源极、所述第二十二晶体管的源极、所述第二十三晶体管的源极、所述第二十四晶体管的源极、所述第二十五晶体管的源极、所述第二十六晶体管的源极、所述第二十七晶体管的源极和所述第二十八晶体管的源极连接。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述减法器包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻与第四电阻，其中，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端与所述第一运算放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端与所述第一运算放大器的正输入端连接，所述第四电阻的第二端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电阻接地。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述比较积分器包括第二运算放大器、第五电阻、第六电阻和第三电容，其中，所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第一端、所述第三电容的第一端与所述第二运算放大器的负输入端连接，所述第六电阻的第二端、所述第三电容的第二端与所述第二运算放大器的输出端连接。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述可变电容器包括第七电阻、第八电阻、第四电容、第五电容和mos变容二极管，其中，所述第四电容的第二端、所述第七电阻的第二端和所述mos变容二极管的第一端连接，所述mos变容二极管的第二端、所述第八电阻的第二端和所述第五电容的第一端连接。
7.一种用于增强斩波放大器输入阻抗的电路的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述ota信号的峰峰值进行积分运算和滤除纹波处理，得到带有幅值信息的直流电压信号，包括：
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述带有幅值信息的直流电压信号的表达式为：
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述正反馈回路包括正反馈环路与负反馈环路，所述正反馈环路由输入电容与可变电容器组成，所述负反馈环路由输入电容与反馈电容组成。
