[發明專利]可變增益放大電路及其設計方法

有效

• 申請號: 201810455542.6
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108631739B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 陳相寧;周旭琛;郝麗芳
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 張蘇沛

本發明公開了一種可變增益放大電路及其設計方法。所述方法包括：步驟A，放大電路整體硬件架構設計，包括電源模塊設計，運算放大器模塊設計，線性增益控制模塊設計以及類倒T型電阻網絡模塊設計，所述線性增益控制模塊對所述類倒T型電阻網絡模塊進行控制；步驟B類倒T型電阻網絡的參數初始化計算；步驟C：類倒T型電阻網絡進行線性擬合算法設計；步驟D：類倒T型電阻網絡的參數優化設計；步驟E：通過仿真實驗對該放大電路進行驗證。本發明的有益效果是：可以實現精度為1dB的增益放大，且電路靈活易實現，特別適用于根據輸入信號的大小提供合適的增益，從而避免損壞元器件的情況。

技術領域

本發明屬于運算放大器硬件電路設計，可以實現放大電路輸出增益的連續調節并且增益調節的精度較高。

背景技術

在人類的自然環境中，存在著各種各樣的信息。信號作為信息的載體，起著重要的作用。比如，播音員播音時，話筒將聲信號轉換為電信號，然后經過電子系統中的放大、濾波等電路，驅動揚聲器，從而復制出播音員的聲音，為廣大聽眾所收聽。信號處理中，信號放大是最基本的模擬信號處理功能，可以通過放大電路實現，大多數模擬電子系統中都應用了不同類型的放大電路。檢測外部物理信號的傳感器所輸出的電信號通常是很微弱的，話筒輸出電壓僅有毫伏量級，而細胞電生理實驗中所檢測到的電流甚至只有皮安量級。對這些微弱的信號，既無法直接顯示，一般也很難作進一步分析處理。通常必須把它們放大到數百毫伏量級，才能用傳統的指針式儀表顯示出來。若對信號進行數字化處理，則須把信號放大到數伏量級才能被一般的模數轉換器所接受。某些電子系統需要輸出較大的功率，如家用音響系統往往需要把音頻信號功率提高到數瓦或數十瓦。

針對不同的應用，需要設計不同的放大電路。當輸入信號為弱信號時，信號處理系統需要有放大功能，保證輸出信號的強度。最好是根據輸入信號的大小提供合適的增益，從而避免損壞元器件。

基本的電壓放大器可由運算放大器構成，其增益可由改變反饋電阻與輸入電阻之間的比值確定。基于此可利用程控改變基本放大電路中的反饋電阻的大小來改變增益。最為直觀的就是用模擬開關選擇不同阻值的電阻，使相應的反饋電阻接入反饋網絡，從而改變反饋電阻。模擬多路開關可由單片機控制選通，從而達到程控改變放大器增益的目的。該方案明顯的缺點是增益的變化是非連續的，若要使各級增益細化，則需要多路模擬開關和龐大的電阻數量。使得電路復雜，控制麻煩，增益精度低。

本發明擬解決或改善上述公開的某些問題之一。

發明內容

在這里，我們列舉了本發明的有些模塊、功能、優點和創新性來概括本發明的主要目的。應了解，這些模塊、功能、優點和創新性無需在某一特殊實施例中全部包括。

本發明的主要目的是，設計一種簡單易實現的、增益精度較高且增益線性連續可調的數控增益放大電路。本方法設計步驟包括：電路整體架構設計、電路初始參數計算、線性擬合算法實現、參數優化設計以及仿真驗證。

所述電路整體架構設計包括：電源模塊設計、運算放大器模塊設計、類倒T型電阻網絡模塊設計以及線性增益控制模塊設計。所述電源模塊與所述運算放大器模塊塊相連，所述運算放大器模塊與所述電源模塊、所述類倒T型電阻網絡模塊相連，所述類倒T型電阻網絡模塊與所述運算放大器模塊、所述線性增益控制模塊相連。電源模塊用于給運算放大器模塊提供穩定的工作電壓。運算放大器模塊根據類倒T型電阻網絡的不同連接狀態對輸入信號實現不同的增益放大。類倒T型電阻網絡通過線性增益控制模塊的控制實現不同連接狀態。線性增益控制模塊用于控制類倒T型電阻網絡的連接狀態。根據所述類倒T型電阻網絡使用開關類型不同，連接方式也有變化。若使用開關芯片，所述類倒T型電阻網絡還需和電源模塊相連。所述線性增益控制模塊也需要采用單片機或者智能嵌入式芯片為核心部分，也需要和電源模塊相連。

所述類倒T型電阻網絡由若干階反饋電路組成，每一階反饋電路由一個模擬開關和兩個大小一樣的電阻組成。

所述電路初始參數設計包括：所述類倒T型電阻網絡的電阻的初始參數分析與計算。