仪表放大器制造技术

本申请公开了一种仪表放大器，包括：电容反馈结构的闭环放大器、输入电容充电模块、反馈电容放电模块、噪声分离模块和逻辑控制器，其中：电容反馈结构的闭环放大器包括：全差分运算放大器、第一输入电容、第二输入电容、第一反馈电容和第二反馈电容；输入电容充电模块用于周期性地对第一输入电容和第二输入电容进行充电；反馈电容放电模块用于周期性地对第一反馈电容和第二反馈电容进行放电；噪声分离模块用于利用斩波调制技术实现信号与噪声的分离；逻辑控制器分别与输入电容充电模块、反馈电容放电模块和噪声分离模块相连，用于控制各个模块工作，从而在降低仪表放大器功耗的同时，实现仪表放大器的低噪声、低成本设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高精度测量
，更具体地说，涉及仪表放大器。
技术介绍
仪表放大器作为一种用来放大微弱差值信号的高精度放大器，被广泛应用在电子秤、压力测量、血液分析、血压计、气体分析和测量、电能分析和计量等高精度测量领域。图1示出了一种现有的仪表放大器，它借助两个单端输出的运算放大器Av1～Av2以及三个电阻R0～R2实现设定的闭环增益放大功能，具有放大增益可编程、低温漂、高输入阻抗、高共模抑制能力等特性，但是存在以下不足：其一，采用两个运算放大器的电路设计，使得所述仪表放大器在成本和功耗上都比较高。其二，仪表放大器的放大增益是由三个电阻R0～R2决定的，电阻自身具有热噪声，阻值越大热噪声值就越大；要实现仪表放大器的低噪声设计，就要采用低阻值的电阻，但是电阻阻值越低对两个运算放大器Av1～Av2的驱动能力要求就越高，仪表放大器的功耗也就越大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种仪表放大器，以在降低仪表放大器功耗的同时，实现仪表放大器的低噪声、低成本设计。一种仪表放大器，包括电容反馈结构的闭环放大器、输入电容充电模块、反馈电容放电模块、噪声分离模块以及逻辑控制器，其中：所述电容反馈结构的闭环放大器包括：全差分运算放大器、设置在所述全差分运算放大器的正输入端的第一输入电容、设置在所述全差分运算放大器的负输入端的第二输入电容、连接所述全差分运算放大器的负输出端与其正输入端的第一反馈电容，以及连接所述全差分运算放大器的正输出端与其负输入端的第二反馈电容；所述输入电容充电模块与所述第一输入电容和所述第二输入电容相连，用于周期性地对所述第一输入电容和所述第二输入电容进行充电；所述反馈电容放电模块与所述第一反馈电容和所述第二反馈电容相连，用于周期性地对所述第一反馈电容和所述第二反馈电容进行放电；所述噪声分离模块设置在所述电容反馈结构的闭环放大器的输入输出侧，用于利用斩波调制技术实现信号与噪声的分离；所述逻辑控制器分别与所述输入电容充电模块、所述反馈电容放电模块和所述噪声分离模块相连接，用于控制各个模块工作。其中，所述输入电容充电模块包括：连接所述第一输入电容的第一极板与第一直流源的第一开关，其中，所述第一直流源的输出电压等于仪表放大器的信号共模电压；连接所述第一输入电容的第二极板与第二直流源的第二开关，其中，所述第二直流源的输出电压等于所述全差分运算放大器的共模输入电压；连接所述第二输入电容的第一极板与所述第一直流源的第三开关；连接所述第二输入电容的第二极板与所述第二直流源的第四开关；一端连接所述第一开关与所述第一输入电容的连接点，另一端连接所述仪表放大器的正输入端的第五开关；以及一端连接所述第三开关与所述第二输入电容的连接点，另一端连接所述仪表放大器的负输入端的第六开关。其中，所述反馈电容放电模块包括：并联在所述第一反馈电容两端的第七开关；并联在所述第二反馈电容两端的第八开关；一端连接所述第二开关与所述第一输入电容的连接点，另一端连接所述全差分运算放大器的正输入端的第九开关；以及一端连接所述第四开关与所述第二输入电容的连接点，另一端连接所述全差分运算放大器的负输入端的第十开关。其中，所述噪声分离模块包括：连接所述仪表放大器的正输入端与所述第五开关的第十一开关；连接所述仪表放大器的正输入端与所述第六开关的第十二开关；连接所述仪表放大器的负输入端与所述第五开关的第十三开关；连接所述仪表放大器的负输入端与所述第六开关的第十四开关；连接所述仪表放大器的负输出端与所述全差分运算放大器的负输出端的第十五开关；连接所述仪表放大器的负输出端与所述全差分运算放大器的正输出端的第十六开关；连接所述仪表放大器的正输出端与所述全差分运算放大器的负输出端的第十七开关；以及连接所述仪表放大器的正输出端与所述全差分运算放大器的正输出端的第十八开关。其中，所述逻辑控制器包括第一时钟、第二时钟、第三时钟和第四时钟，其中：所述第一时钟和所述第二时钟为一对反相不交叠时钟；所述第三时钟和所述第四时钟为一对反相不交叠时钟；所述第一时钟用于同时控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第七开关和所述第八开关的通断；所述第二时钟用于同时控制所述第五开关、所述第六开关、所述第九开关和所述第十开关的通断；所述第三时钟用于同时控制所述第十一开关、所述第十四开关、所述第十五开关和所述第十八开关的通断；所述第四时钟用于同时控制所述第十二开关、所述第十三开关、所述第十六开关和所述第十七开关的通断。其中，所述第一输入电容和所述第二输入电容均为可调电容。其中，所述噪声包括KT/C噪声。从上述的技术方案可以看出，本专利技术借助一个全差分运算放大器和四个电容实现设定的闭环增益放大功能，同时，利用输入电容充电模块和反馈电容放电模块克服引入电容后可能出现的全差分运算放大器输入共模电压不稳定以及输出饱和问题，并借助噪声分离模块实现信号与噪声的分离；相较于现有技术，电容没有热噪声的困扰，且运算放大器的使用数量更少，因此本专利技术在降低仪表放大器功耗的同时，实现了仪表放大器的低噪声、低成本设计，提高了仪表放大器的性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的同时，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为现有技术公开的一种仪表放大器结构示意图；图2为本专利技术实施例公开的一种仪表放大器结构示意图；图3为本专利技术实施例公开的一种电容反馈结构的闭环放大器结构示意图；图4为本专利技术实施例公开的第一时钟PH1、第二时钟PH2、第三时钟CK1和第四时钟CK2的波形图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动同时所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图2，本专利技术实施例公开了一种仪表放大器，以在降低仪表放大器功耗的同时，实现仪表放大器的低噪声、低成本设计，包括：电容反馈结构的闭环放大器100、输入电容充电模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仪表放大器，其特征在于，包括电容反馈结构的闭环放大器、输入电容充电模块、反馈电容放电模块、噪声分离模块以及逻辑控制器，其中：所述电容反馈结构的闭环放大器包括：全差分运算放大器、设置在所述全差分运算放大器的正输入端的第一输入电容、设置在所述全差分运算放大器的负输入端的第二输入电容、连接所述全差分运算放大器的负输出端与其正输入端的第一反馈电容，以及连接所述全差分运算放大器的正输出端与其负输入端的第二反馈电容；所述输入电容充电模块与所述第一输入电容和所述第二输入电容相连，用于周期性地对所述第一输入电容和所述第二输入电容进行充电；所述反馈电容放电模块与所述第一反馈电容和所述第二反馈电容相连，用于周期性地对所述第一反馈电容和所述第二反馈电容进行放电；所述噪声分离模块设置在所述电容反馈结构的闭环放大器的输入输出侧，用于利用斩波调制技术实现信号与噪声的分离；所述逻辑控制器分别与所述输入电容充电模块、所述反馈电容放电模块和所述噪声分离模块相连接，用于控制各个模块工作。

【技术特征摘要】
1.一种仪表放大器，其特征在于，包括电容反馈结构的闭环放大器、输
入电容充电模块、反馈电容放电模块、噪声分离模块以及逻辑控制器，其中：
所述电容反馈结构的闭环放大器包括：全差分运算放大器、设置在所述
全差分运算放大器的正输入端的第一输入电容、设置在所述全差分运算放大
器的负输入端的第二输入电容、连接所述全差分运算放大器的负输出端与其
正输入端的第一反馈电容，以及连接所述全差分运算放大器的正输出端与其
负输入端的第二反馈电容；
所述输入电容充电模块与所述第一输入电容和所述第二输入电容相连，
用于周期性地对所述第一输入电容和所述第二输入电容进行充电；
所述反馈电容放电模块与所述第一反馈电容和所述第二反馈电容相连，
用于周期性地对所述第一反馈电容和所述第二反馈电容进行放电；
所述噪声分离模块设置在所述电容反馈结构的闭环放大器的输入输出
侧，用于利用斩波调制技术实现信号与噪声的分离；
所述逻辑控制器分别与所述输入电容充电模块、所述反馈电容放电模块
和所述噪声分离模块相连接，用于控制各个模块工作。
2.根据权利要求1所述的仪表放大器，其特征在于，所述输入电容充电
模块包括：
连接所述第一输入电容的第一极板与第一直流源的第一开关，其中，所
述第一直流源的输出电压等于仪表放大器的信号共模电压；
连接所述第一输入电容的第二极板与第二直流源的第二开关，其中，所
述第二直流源的输出电压等于所述全差分运算放大器的共模输入电压；
连接所述第二输入电容的第一极板与所述第一直流源的第三开关；
连接所述第二输入电容的第二极板与所述第二直流源的第四开关；
一端连接所述第一开关与所述第一输入电容的连接点，另一端连接所述
仪表放大器的正输入端的第五开关；
以及一端连接所述第三开关与所述第二输入电容的连接点，另一端连接
所述仪表放大器的负输入端的第六开关。
3.根据权利要求2所述的仪表放大器，其特征在于，所述反馈电容放电
模块包括：
并联在所述第一反馈电容两端的第七开关；
并联在所述第二反馈电...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟书鹏，
申请(专利权)人：万高杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33