[發(fā)明專利]一種適用于多場景需求的電流信號放大電路

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• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114448362A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設計）人: 鄭舟;蘭江;李明勇;喻潔;韓曉琪
• 申請（專利權）人: 中船重工安譜（湖北）儀器有限公司
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F1/48;H03F3/68
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 袁瑞霞

本發(fā)明提出了一種適用于多場景需求的電流信號放大電路，能夠針對低噪聲與高帶寬不同電流信號放大的應用需求，實現(xiàn)在同一放大電路中，帶寬與噪聲的不同性能參數(shù)優(yōu)化。本發(fā)明包括可選低噪聲放大器、T型反饋網(wǎng)絡、零點補償網(wǎng)絡、偏置調(diào)節(jié)和低通濾波器。所述可選低噪聲放大器適應不同應用場景；所述T型反饋網(wǎng)絡提升放大電路的增益；所述零點補償網(wǎng)絡提升放大電路在數(shù)千Hz～數(shù)兆Hz內(nèi)的增益，擴展放大電路的帶寬；所述偏置調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)電路偏置；所述低通濾波電路采用MFP電路實現(xiàn)低通濾波。本發(fā)明可根據(jù)不同應用場景，有效提升電流放大電路的噪聲、增益、帶寬、漂移等性能，可實現(xiàn)高增益、高帶寬和低噪聲。

技術領域

本發(fā)明涉及精密分析測量技術領域，具體涉及一種適用于多場景需求的電流信號放大電路。

背景技術

在離子遷移譜、紅外光譜以及質(zhì)譜等中高端分析儀器中，需要對微弱電流信號(pA級)進行放大，測量其中微弱電流信號是整個檢測過程的關鍵。在測量微弱電流信號時，放大器的噪聲與帶寬往往難以同時兼顧。在超低噪聲電流放大應用中，放大器的帶寬要求較窄，在高帶寬電流放大應用中，放大器的噪聲要求較低，故需要針對不同的應用場景，選擇合適的放大器。微弱電流信號越小，需要設計的放大電路的增益要求越高，所選擇的反饋電阻越大，反饋電阻往往達到上GΩ，精度要求也極高，常規(guī)電阻難以實現(xiàn)。與此同時，當電路的增益越高時，電路反饋電阻越大，電路寄生電容會顯著影響放大電路的帶寬。以10^-8A/V增益為例，當反饋電阻為100M時，1pF寄生電容會在100kHz附近引入極點，極大的限制放大電路帶寬。故對于寬帶微弱電流信號放大，需增加補償電路，抵消電路寄生電容引入的極點。對于測量微弱電流信號而言，電路增益較高，電路的自身偏置往往會導致電路輸出偏置過大甚至飽和，限制放大電路動態(tài)范圍，故高增益的放大器必須配置相應的調(diào)零電路，抵消其偏置電流，以提高其動態(tài)范圍。目前的放大電路不能針對低噪聲與高帶寬不同電流信號放大的應用需求，不能實現(xiàn)在同一放大電路中，帶寬與噪聲的不同性能參數(shù)優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種適用于多場景需求的電流信號放大電路，能夠針對低噪聲與高帶寬不同電流信號放大的應用需求，實現(xiàn)在同一放大電路中，帶寬與噪聲的不同性能參數(shù)優(yōu)化。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

(與權利要求書內(nèi)容一致)

有益效果：

本發(fā)明公開了一種提升高增益高帶寬低噪聲電流信號放大電路性能的新方法，包括可選低噪聲放大器、T型反饋網(wǎng)絡、零點補償網(wǎng)絡、偏置調(diào)節(jié)和低通濾波器。所述可選低噪聲放大器采用兩個超低電壓噪聲運算放大器，根據(jù)噪聲與帶寬需求，選擇相應低噪聲放大器，適應不同應用場景；所述T型反饋網(wǎng)絡利用T型電路特點，將量級數(shù)兆歐姆的電阻等效轉(zhuǎn)換為原電阻的數(shù)十倍，提升放大電路的增益；所述零點補償網(wǎng)絡通過零點補償方式，提升放大電路在數(shù)千Hz～數(shù)兆Hz內(nèi)的增益，擴展放大電路的帶寬；所述偏置調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)電路偏置；所述低通濾波電路采用MFP電路實現(xiàn)低通濾波。本發(fā)明可根據(jù)不同應用場景，有效提升電流放大電路的噪聲、增益、帶寬、漂移等性能，可實現(xiàn)高增益、高帶寬和低噪聲。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明的電路原理圖。

圖3為本發(fā)明的高寬帶放大電路示意圖。

圖4為本發(fā)明的低噪聲放大電路示意圖。

圖5為本發(fā)明的T型反饋網(wǎng)絡布局調(diào)整示意圖。

圖6為本發(fā)明的RC零點補償網(wǎng)絡布局調(diào)整示意圖。

圖7為含RC零點補償網(wǎng)絡的放大電路幅頻響應曲線。

圖8為本發(fā)明的給出具體電路參數(shù)的典型應用電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。