[发明专利]一种可编程增益放大器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路放大器，具体涉及一种可编程增益放大器。

背景技术

在医疗电子领域，临床诊断或者医学研究中需要对人体的各种生理信号进行检测或监控，例如血压、心率、血糖、神经收缩产生的复合动作电位等等。图1所示为一种多通道检测系统，包括：多路选择开关（MUX）100、可编程增益放大器(PGA)200、模数转换器(ADC)300、数字处理单元(DIGITAL)400。MUX100从多个通道中选择一路输入信号送至PGA200，PGA200对输入信号进行放大，使之匹配到ADC300的输入范围，ADC300将放大后的模拟信号转换成数字信号，送至DIGTIAL400进行存储、分析、处理。

这些人体生理信号很小，其幅度通常在几十微伏（uV）到几个毫伏（mV）之间。若放大器增益太小，放大器输出至ADC的信号幅度小，影响ADC转换的精度；若放大器增益太大，放大器输出至ADC的信号幅度太大，超出ADC的量程。因此采用可编程增益放大器，通过调整放大器的增益，将生理信号放大至合适的值，使之落在ADC的输入范围内，并可获得良好的转换精度。

现有的可编程增益放大器如图2所示，放大器的增益由反馈电阻RF与输入电阻RI的比值RF/RI决定，通过改变反馈电阻RF与输入电阻RI的值，可获得不同增益。该可编程放大器存在一个问题，那就是运放的失调。就CMOS工艺而言，运放的输入失调电压约10mV，远远大于有用的生理信号幅度，在高增益的情况下，放大器因失调而导致输出饱和，无法正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种低失调电压的可编程增益放大器，用于对微小生理信号进行放大处理，以获得高精度增益，同时在一定增益动态范围内可调，满足不同输入信号幅度的要求。

本发明的可编程增益放大器，包含三级放大电路：第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路；

所述第一级放大电路的同相输入和反相输入分别为可编程放大器的同相输入和反相输入，它们构成可编程放大器的一对差分输入端；

所述第二级放大电路的同相输入接第一级放大电路的反相输出、第二级放大电路的反相输入接第一级放大电路的同相输出；

所述第三级放大电路的同相输入接第二级放大电路的反相输出、第三级放大电路反相输入接第二级放大电路的同相输出；

所述第三级放大电路的同相输出和反相输出构成一对差分输出端。

所述的第一级放大电路，包含第一全差分运算放大器、第一输入电容、第一反馈电容及第一控制开关；第一级放大电路的增益由第一输入电容与第一反馈电容的比值确定。

所述的第二级放大电路，包含第二全差分运算放大器、第二输入电容、第二反馈电容及第二控制开关；第二级放大电路的增益由第二输入电容与第二反馈电容的比值确定。

所述的第三级放大电路，包含第三全差分运算放大器、第三输入电容、第三反馈电容、第三控制开关；第三级放大电路的增益由第三输入电容与第三反馈电容的比值确定；通过改变第三开关控制信号，进而改变接入电路的第三输入电容及第三反馈电容的值，对第三级放大电路的增益进行编程控制。

所述的第一、第二、第三控制开关，采用非交叠时钟来控制它们的导通和断开。

所述的第一、第二、第三输入电容、第一、第二、第三反馈电容，它们分别通过第一、第二、第三控制开关的时序来存储、消除失调电压的影响。

所述第一、第二、第三全差分运算放大器，它们均具有一对差分输入端和一对差分输出端；所述第一、第二、第三全差分运算放大器均由运算放大器主电路及共模反馈电路组成。

所述第三级放大电路的增益可调，增益的值包括但不限于0、10、20、30dB。

本发明的可编程增益放大器主要有三大优点：首先，三级放大电路的增益，通过输入电容与反馈电容的比值来获得，通过选取合适的比值及版图合理的布局，可获得高精度的放大增益；其次，输入电容及反馈电容的存在，可以通过开关时序的控制，存储并减小运算放大器的失调电压，进而解决失调电压在高增益情况下导致放大器输出饱和的问题；最后，本发明采用全差分运算放大器，增加共模抑制比，抑制共模干扰。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是具有可编程增益放大器的多通道检测系统框图。

图2是现有可编程增益放大器的示意图。

图3是本发明实施例的结构框图。

图4是本发明实施例中第一级放大电路示意图。

图5是非交叠时钟波形。