本发明专利技术提供了一种新型电流小信号放大电路代替高功耗的基于运放的电流小信号放大电路，所述电荷域电流小信号放大电路其单端形式包括：两个电荷存储节点、一个连接在两个电荷存储节点之间的电荷传输控制开关、连接到第一电荷存储节点的第一电容、连接到第二电荷存储节点的容值可编程电容、连接到第一电荷存储节点的第一电压传输开关、连接到第一电荷存储节点的第二电压传输开关、连接到第二电荷存储节点的第三电压传输开关和连接到第二电荷存储节点的第四电压传输开关。该电荷域电流小信号放大电路可以广泛应用于各类电信号的检测和放大系统中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种小信号处理电路，具体来说是一种采用电荷域信号处理技术的电流信号放大电路。
技术介绍
随着数字信号处理技术的不断发展，电子系统的数字化和集成化是必然趋势。任何电子系统中，模拟小信号的检测放大都是重要环节，随着节能环保要求的日益提高，小信号检测放大处理电路的能耗也应当进一步优化，特别在便携式终端产品中，其功耗应该最小化。现有的小信号放大电路主要基于运算放大器，有同相输入端和反相输入端，输入端的极性和输出端是同一极性的就是同相放大器，而输入端的极性和输出端相反极性的则称为反相放大器。如图1所示为常用电压反向放大器电路，因为运放输入端电压为零，又因为同相输入端接地，由此得出反相输入端实际上也是接地的。这就意味着所有的输入电压Vi跨接在电阻器R1两端，所有输出电压Vo跨接在电阻器R2两端。因此，流入反相输入端的电流之和是Vi/R1+Vo/R2＝0即Vo＝-R2/R1*Vi。因此，电压增益是G＝-(R2/R1)，即反馈电阻器的电阻除以输入电阻器的电阻的负值。图2所示为常用的电流检测放大电路原理图。很多控制器接受来自各种检测仪表的0～20mA或4～20mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，如图，4～20mA电流流过采样100Ω电阻Ri，在Ri上会产生0.4～2V的电压差。由虚断知，运放输入端没有电流流过，输入电流从0～20mA变化，则Vi＝(0.4～2)V，Vo＝-(0.4～2)R2/R1，若图2中R2/R1＝22k/10k＝2.2，则Vo＝-(0.88～4.4)V，即是说，将4～20mA电流转换成了-0.88～-4.4V电压，此电压可以送后续处理转换电路去处理。上述电流检测放大电路的工作完全依赖与运算放大器的负反馈来保证信号放大的速度，对于理想运放，放大电路精度取决于电阻R2/R1的比值。实际电路中，运放的增益和带宽都是有限的，这取决于运放的增益带宽积，而高增益大带宽运放电路需要大量的功耗开销，因此设计新型电流小信号放大电路代替高功耗的基于运放的小信号放大电路很有现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种不使用高增益运放的新型低功耗电流小信号放大电路。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种电荷域电流小信号放大电路，其特征是包括：第一正端电荷存储节点、第一负端电荷存储节点、第二正端电荷存储节点和第二负端电荷存储节点、一个连接在第一和第二正端电荷存储节点之间的正端电荷传输控制开关、一个连接在第一和第二负端电荷存储节点之间的负端电荷传输控制开关、连接到第一正端电荷存储节点的正端电容、连接到第二正端电荷存储节点的正端容值可编程电容、连接到第一负端电荷存储节点的负端电容、连接到第二负端电荷存储节点的负端容值可编程电容、连接到第一正端电荷存储节点的第一正端电压传输开关、连接到第一正端电荷存储节点的第二正端电压传输开关、连接到第二正端电荷存储节点的第三正端电压传输开关和连接到第二正端电荷存储节点的第四正端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第一负端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第二负端电压传输开关、连接到第二负端电荷存储节点的第三负端电压传输开关和连接到第二负端电荷存储节点的第四负端电压传输开关、连接到第一正端电压传输开关和第一负端电压传输开关之间的电流检测电阻；所述电荷域电流小信号放大电路的连接关系为：正端电容的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；正端容值可编程电容的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；正端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，正端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二正端电荷存储节点；第一正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输入端和电流检测电阻的上端，开关控制信号接Clks；第二正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到正端输出电压Vop，开关控制信号接Clkt；负端电容的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；负端容值可编程电容的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；负端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，负端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二负端电荷存储节点；第一负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输出端和电流检测电阻的下端，开关控制信号接Clks；第二负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到负端输出电压Von，开关控制信号接Clkt。所述电荷域电流小信号放大电路，其特征是：在完成一次电流放大后，输入电流和输出电压之间的关系如下：Vop-Von＝-Iin·Rin·C303/C309其中：C303和C309分别为正端电容和正端容值可编程电容的电容值，Rin为电流检测电阻的大小。一种使用电荷域电流小信号放大电路进行信号检测的电路，其特征是包括：传感器、电荷域电流小信号放大电路、模数转换器和控制电路；所述使用电荷域电流小信号放大电路进行信号检测的电路其连接关系为：传感器的输出电流Ii连接到电荷域电流小信号放大电路的电流输入端口，电荷域电流小信号放大电路的正端和负端电压输出端口将电压Vop和Von输出到模数转换器的模拟电压差分输入端口，模数转换器的量化码输出端连接到控制电路的数字码输入端，控制电路的第一控制信号产生端口输出时钟Clkr到电荷域电流小信号放大电路的Clkr时钟输入端口，控制电路的第二控制信号产生端口输出时钟Clks到电荷域电流小信号放大电路的Clks时钟输入端口，控制电路的第三控制信号产生端口输出时钟Clk到电荷域电流小信号放大电路的Clk时钟输入端口，控制电路的第四控制信号产生端口输出时钟Clkn到电荷域电流小信号放大电路的Clkn时钟输入端口，控制电路的第五控制信号产生端口输出时钟Clkt到电荷域电流小信号放大电路的Clkt时钟输入端口和模数转换器的数据输出控制端。一种使用电荷域电压小信号放大电路进行信号检测的使用方法，其特征是：首先控制电路的第一控制信号产生端口输出时钟Clkr控制电荷域电流小信号放大电路的状态进行复位；其次，控制电路的第二控制信号产生端口输出时钟Clks控制电荷域电流小信号放大电路对传感器输入电流信号Ii进行采样；再次，控制电路的第四和第四控制信号产生端口同时输出时钟Clk和Clkn控制电荷域电流小信号放大电路对采样得到的电流信号进行放大得到输出电压Vop和Von；最后，控制电路的第五控制信号产生端口输出时钟Clkt控制电荷域电流小信号放大电路将正端和负端输出电压Vop和Von输出给模数转换器，控制电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电荷域电流小信号放大电路，其特征是包括：第一正端电荷存储节点、第一负端电荷存储节点、第二正端电荷存储节点和第二负端电荷存储节点、一个连接在第一和第二正端电荷存储节点之间的正端电荷传输控制开关、一个连接在第一和第二负端电荷存储节点之间的负端电荷传输控制开关、连接到第一正端电荷存储节点的正端电容、连接到第二正端电荷存储节点的正端容值可编程电容、连接到第一负端电荷存储节点的负端电容、连接到第二负端电荷存储节点的负端容值可编程电容、连接到第一正端电荷存储节点的第一正端电压传输开关、连接到第一正端电荷存储节点的第二正端电压传输开关、连接到第二正端电荷存储节点的第三正端电压传输开关和连接到第二正端电荷存储节点的第四正端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第一负端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第二负端电压传输开关、连接到第二负端电荷存储节点的第三负端电压传输开关和连接到第二负端电荷存储节点的第四负端电压传输开关、连接到第一正端电压传输开关和第一负端电压传输开关之间的电流检测电阻；所述电荷域电流小信号放大电路的连接关系为：正端电容的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；正端容值可编程电容的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；正端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，正端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二正端电荷存储节点；第一正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输入端和电流检测电阻的上端，开关控制信号接Clks；第二正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到正端输出电压Vop，开关控制信号接Clkt；负端电容的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；负端容值可编程电容的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；负端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，负端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二负端电荷存储节点；第一负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输出端和电流检测电阻的下端，开关控制信号接Clks；第二负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到负端输出电压Von，开关控制信号接Clkt。...
【技术特征摘要】
1.一种电荷域电流小信号放大电路，其特征是包括：第一正端电荷存储节点、第一负端电荷存储节点、第二正端电荷存储节点和第二负端电荷存储节点、一个连接在第一和第二正端电荷存储节点之间的正端电荷传输控制开关、一个连接在第一和第二负端电荷存储节点之间的负端电荷传输控制开关、连接到第一正端电荷存储节点的正端电容、连接到第二正端电荷存储节点的正端容值可编程电容、连接到第一负端电荷存储节点的负端电容、连接到第二负端电荷存储节点的负端容值可编程电容、连接到第一正端电荷存储节点的第一正端电压传输开关、连接到第一正端电荷存储节点的第二正端电压传输开关、连接到第二正端电荷存储节点的第三正端电压传输开关和连接到第二正端电荷存储节点的第四正端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第一负端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第二负端电压传输开关、连接到第二负端电荷存储节点的第三负端电压传输开关和连接到第二负端电荷存储节点的第四负端电压传输开关、连接到第一正端电压传输开关和第一负端电压传输开关之间的电流检测电阻；所述电荷域电流小信号放大电路的连接关系为：正端电容的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；正端容值可编程电容的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；正端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，正端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二正端电荷存储节点；第一正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输入端和电流检测电阻的上端，开关控制信号接Clks；第二正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到正端输出电压Vop，开关控制信号接Clkt；负端电容的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；负端容值可编程电容的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；负端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，负端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二负端电荷存储节点；第一负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输出端和电流检测电阻的下端，开关控制信号接Clks；第二负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈珍海，吕海江，程文娟，宁仁霞，鲍婕，何宁业，孙剑，
申请(专利权)人：黄山学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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