[发明专利]可变增益放大电路及其设计方法

说明书

本发明公开了一种可变增益放大电路及其设计方法。所述方法包括：步骤A，放大电路整体硬件架构设计，包括电源模块设计，运算放大器模块设计，线性增益控制模块设计以及类倒T型电阻网络模块设计，所述线性增益控制模块对所述类倒T型电阻网络模块进行控制；步骤B类倒T型电阻网络的参数初始化计算；步骤C：类倒T型电阻网络进行线性拟合算法设计；步骤D：类倒T型电阻网络的参数优化设计；步骤E：通过仿真实验对该放大电路进行验证。本发明的有益效果是：可以实现精度为1dB的增益放大，且电路灵活易实现，特别适用于根据输入信号的大小提供合适的增益，从而避免损坏元器件的情况。

技术领域

本发明属于运算放大器硬件电路设计，可以实现放大电路输出增益的连续调节并且增益调节的精度较高。

背景技术

在人类的自然环境中，存在着各种各样的信息。信号作为信息的载体，起着重要的作用。比如，播音员播音时，话筒将声信号转换为电信号，然后经过电子系统中的放大、滤波等电路，驱动扬声器，从而复制出播音员的声音，为广大听众所收听。信号处理中，信号放大是最基本的模拟信号处理功能，可以通过放大电路实现，大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。检测外部物理信号的传感器所输出的电信号通常是很微弱的，话筒输出电压仅有毫伏量级，而细胞电生理实验中所检测到的电流甚至只有皮安量级。对这些微弱的信号，既无法直接显示，一般也很难作进一步分析处理。通常必须把它们放大到数百毫伏量级，才能用传统的指针式仪表显示出来。若对信号进行数字化处理，则须把信号放大到数伏量级才能被一般的模数转换器所接受。某些电子系统需要输出较大的功率，如家用音响系统往往需要把音频信号功率提高到数瓦或数十瓦。

针对不同的应用，需要设计不同的放大电路。当输入信号为弱信号时，信号处理系统需要有放大功能，保证输出信号的强度。最好是根据输入信号的大小提供合适的增益，从而避免损坏元器件。

基本的电压放大器可由运算放大器构成，其增益可由改变反馈电阻与输入电阻之间的比值确定。基于此可利用程控改变基本放大电路中的反馈电阻的大小来改变增益。最为直观的就是用模拟开关选择不同阻值的电阻，使相应的反馈电阻接入反馈网络，从而改变反馈电阻。模拟多路开关可由单片机控制选通，从而达到程控改变放大器增益的目的。该方案明显的缺点是增益的变化是非连续的，若要使各级增益细化，则需要多路模拟开关和庞大的电阻数量。使得电路复杂，控制麻烦，增益精度低。

本发明拟解决或改善上述公开的某些问题之一。

发明内容

在这里，我们列举了本发明的有些模块、功能、优点和创新性来概括本发明的主要目的。应了解，这些模块、功能、优点和创新性无需在某一特殊实施例中全部包括。

本发明的主要目的是，设计一种简单易实现的、增益精度较高且增益线性连续可调的数控增益放大电路。本方法设计步骤包括：电路整体架构设计、电路初始参数计算、线性拟合算法实现、参数优化设计以及仿真验证。

所述电路整体架构设计包括：电源模块设计、运算放大器模块设计、类倒T型电阻网络模块设计以及线性增益控制模块设计。所述电源模块与所述运算放大器模块块相连，所述运算放大器模块与所述电源模块、所述类倒T型电阻网络模块相连，所述类倒T型电阻网络模块与所述运算放大器模块、所述线性增益控制模块相连。电源模块用于给运算放大器模块提供稳定的工作电压。运算放大器模块根据类倒T型电阻网络的不同连接状态对输入信号实现不同的增益放大。类倒T型电阻网络通过线性增益控制模块的控制实现不同连接状态。线性增益控制模块用于控制类倒T型电阻网络的连接状态。根据所述类倒T型电阻网络使用开关类型不同，连接方式也有变化。若使用开关芯片，所述类倒T型电阻网络还需和电源模块相连。所述线性增益控制模块也需要采用单片机或者智能嵌入式芯片为核心部分，也需要和电源模块相连。

所述类倒T型电阻网络由若干阶反馈电路组成，每一阶反馈电路由一个模拟开关和两个大小一样的电阻组成。

所述电路初始参数设计包括：所述类倒T型电阻网络的电阻的初始参数分析与计算。