[发明专利]一种低功耗微弱信号放大整形电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，是一种低功耗微弱信号放大整形电路，把微弱信号如方波，正弦波等放大并整形为满幅方波的电路。

背景技术

随着集成电路制造业的迅速发展，高密度、高性能、低成本、低功耗已成为了集成电路设计发展的主体趋势。无线移动技术的逐步普及，使得低功耗这一设计需求变得尤为迫切。

毫伏及其以下量级的信号被称为微弱信号。微弱信号放大整形电路普遍应用于生物信号采集、RFID、无线电子收费、无线传感网络、物联网等系统中。例如在公路无线电子收费系统[GB/T 20851-2007]中，为了减少系统能耗，一般采用睡眠/唤醒机制。它的基本工作原理是：由基站发射唤醒载波信号，移动终端接收到载波并还原出唤醒信号，还原后的唤醒信号一般为连续的微弱方波信号，此微弱方波信号需要放大整形为满幅的方波信号后，再送入后续模块进行分析处理。

功耗是衡量微弱信号放大整形电路的一项重要指标。在微弱信号放大整形电路的很多应用场合都采用电池供电方式。为了延长电池供电时间，在保证系统性能的前提下，电路功耗要求在10uA量级或以下。

灵敏度是衡量微弱信号放大整形电路的另一个重要指标。微弱信号放大整形电路要求灵敏度适中。灵敏度太小，容易受噪声和其他干扰的影响；灵敏度太大，又达不到系统的灵敏度要求。

抗温度、电源电压和工艺角(PVT)变化能力是衡量一个电路系统是否适合大规模工业生产的一项指标。为了提高良品率和不同应用条件下的需求，电路的抗PVT特性越强越好。

微弱信号放大整形的一般实现方法是先把微弱信号放大，然后再通过施密特触发器整形为满幅数字方波。然而，传统的施密特触发器电路的翻转阈值对PVT的变化非常敏感。为了保持放大电路放大后的信号幅度覆盖翻转阈值的变化范围，前级的放大电路需要很高的放大倍数。为了达到如此高的放大倍数，放大电路需要消耗大量的电流。此外，翻转阈值的改变会导致整形后输出方波信号占空比的改变。另一方面，传统施密特触发器的功耗也对PVT的变化非常敏感。

发明内容

本发明的目的是公布一种低功耗微弱信号放大整形电路，可以将微弱方波、正弦波等信号放大并整形为满幅方波，整形的精确度高。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种低功耗微弱信号放大整形电路，将微弱方波、正弦波信号放大并整形为满幅方波；其包括基准源电路、放大电路和施密特触发器整形电路；其中，基准电路包括包括二个PMOS管PMr₁、PMr₂，二个NMOS管NMr₁、NMr₂和三个电阻R₁、R₂、R₃；放大电路包括一个放大器opa，两个电容C1、C2，两个PMOS管NMo₁、NMo₂级联而成的电阻结构；施密特触发器电路包括三个PMOS管PMs₁、PMs₂、PMs₃，三个NMOS管NMs₁、NMs₂、NMs₃、一个反相器INV和一个SR触发器；

基准源电路的PMr₁管和PMr₂管的源极分别接电源，PMr₁管漏极分别接NMr₁管漏极和NMr₂管栅极；PMr₁管栅极分别与PMr₂管栅极、漏极及NMr₂管漏极电连接；NMr₂管源级经串联的电阻R₁、R₂、R₃分别接NMr₁管源极和地；NMr₂管源级与电阻R₁的接点与NMs₂管栅极电连接；电阻R₁与电阻R₂的接点分别与NMr₁管栅极和放大器opa正输入端电连接；

预放大电路的电容C1一端接输入信号，另一端与放大器opa负输入端电连接；NMo₁管和NMo₂管串接后，两端与电容C2并联，且跨接于放大器opa的负输入端、输出端之间；放大器输出端与NMs₁管栅极电连接；