[发明专利]一种高动态输入范围仪表放大器

说明书

本发明公开了一种高动态输入范围仪表放大器，包括两级放大器，第一级放大器采用具有负反馈共模调整机制的单端反相放大器。与传统单端反相放大器相比，仅增加两个MOS管并联在单端输入管，复用原有单端结构的有源负载及直流偏置管，在不明显增加芯片面积与功耗的同时，提供了一个动态调整共模点的机制，从而高效的提供的输入信号的动态范围。

技术领域

本发明涉及一种仪表放大器。

背景技术

目前，针对数据采集、数据测量、医疗仪器和电子设备等应用，仪表放大器常被用于高精度、高保真的模拟前端信号探测与放大。对于传统仪表放大器，其一般采用三个相同的运算放大器，如图1所示。每一个运算放大器由多级放大器构成，如图2所示，由于运放第一级采用差分结构，因此差分信号直接输入到MOS管的栅极，同时增益由负反馈的电阻决定。因此该三运放的经典仪表放大器结构具有高输入阻抗、高共模抑制比和高增益等优点。

然而，由于运放采用多级放大器实现，因此采用三运放的经典仪表放大器结构的电路其功耗和芯片面积较大。业界提出了使用单端反相放大器替代第一级的运算放大器，如图3所示。单端反相放大器结构如图4所示，M1、M3和M2、M4分别构成共源共栅互补推挽放大器。由于单端反相放大器仅有一级MOS放大，输入输出均是单端结构，所以其面积和功耗相比于多级结构大大简化，从而减小芯片面积和功耗。但是传统的反相放大器是开环工作，一旦电路不匹配，第一级的共模点会偏移，导致输入信号的范围大大减小。因此，基于单端反相放大器的仪表放大器虽然芯片面积和功耗有所降低，但是输入动态范围减小，在输入信号偏大或者偏小的应用中，带来了饱和（削波）及信号被共模吞噬的问题。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种高动态输入范围仪表放大器，改善传统单端反相放大器由于电路器件失配带来的共模点漂移导致动态范围小问题。

技术方案：一种高动态输入范围仪表放大器，包括两级放大器，第一级放大器采用具有负反馈共模调整机制的单端反相放大器。

进一步的，所述单端反相放大器包括输入MOS对管、直流偏置管以及分别并联在单端输入管两端的MOS管，输入信号经过输入MOS对管后产生反向电流，作用于直流偏置管后输出反相放大后的电压；所述MOS管的栅极串联反馈电阻后连接单端反相放大器的输出端。

进一步的，所述单端反相放大器中，输入MOS对管M1、M2的栅极连接输入信号，输入MOS对管M1、M2的源极连接供电端口，输入MOS对管M1、M2的漏极连接直流偏置管M3、M4，直流偏置管M3、M4的漏极相连作为单端反相放大器的输出；MOS管M5、MOS管M6分别并联在MOS对管M1、M2的两端，MOS管M5、M6的栅极作为单端反相放大器的负反馈输入端Vin-。

有益效果：本发明高动态输入范围仪表放大器，采用改进的单端反相放大器本发明的高动态输入范围仪表放大器，采用改进的单端反相放大器，其原理是引入了具有负反馈共模调整机制的反相放大器替代原有单端结构，通过在传统反相放大器的单端输入三极管上并联一个MOS管做电流的负反馈调整端口，从而动态调控共模点。与传统单端反相放大器相比，仅增加两个MOS管并联在单端输入管，复用原有单端结构的直流偏置管，在不明显增加芯片面积与功耗的同时，提供了一个动态调整共模点的机制，有效抑制共模点飘移的问题，从而高效的提供的输入信号的动态范围。

附图说明

图1为传统三运放仪表放大器结构图；

图2为图1中运算放大器的结构图；

图3为基于单端反相放大器的仪表放大器结构图；

图4为传统单端反相放大器结构图；

图5为本发明的仪表放大器中作为第一级放大的单端反相放大器结构图；

图6为本发明的仪表放大器总体电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。