[发明专利]微弱电流放大电路及传感器系统

说明书

一种微弱电流放大电路及传感器系统，该微弱电流放大电路具有交叉设置的两级放大和两级滤波结构，包括相连接的电荷放大器、第一级滤波器、第二级放大器以及带阻滤波器，电荷放大器将微弱电流转换为放大后的电压输出，第一级滤波器对电荷放大器输出的电压进行低通、带通、高通滤波中的至少一种，第二级放大器执行第二级放大过程，第二级放大器具有两级差分放大器电路，其中前级通过同相差分输入方式对差模输入信号放大，并对共模输入信号起跟随作用，以提高送至后级的差模信号与共模信号的幅值比，带阻滤波器用于滤除50Hz工频噪声干扰。该微弱电流放大电路克服了以往的放大电路噪声强、存在工频干扰、输出端阻抗不匹配、运放的输出饱和等问题。

技术领域

本发明涉及一种微弱电流放大电路及具有该微弱电流放大电路的传感器系统。

背景技术

实际应用中，经常面临着对微光强、微磁场、微位移、微压力、微温差等微弱信号的精密测量。经常使用光电传感器、磁强计、位移传感器、压电传感器和热电传感器实现对这些待测物理量的感测。由于待测信号十分微弱，传感器直接得到的输出电流往往只有pA～nA量级。这么微弱的电流信号十分难以处理，在线路传输的过程中很容易被噪声淹没，往往还需要进一步的放大滤波才可在仪器仪表的表头上显示。因此对pA～nA级微弱电流的放大具有十分重要的现实意义。

但常规的放大电路噪声强，不适合于微电流的放大。比如常规的运算放大器的失调电压在μV量级，偏置电流在nA量级，远大于需要放大的pA～nA级微弱电流，这样会使待放大的微电流完全淹没在噪声中，无法获得良好的放大输出效果。另外，在实际的应用中会发现50Hz的工频干扰是最大的噪声来源。比如使用柔性压力传感器测量人体的生理信号，传感器需要直接接触人体表面，进而进入强烈的工频干扰。另外，在不同的应用场合中，经过电路的放大滤波处理后，得到的输出信号需要连接表头、DAQ、微处理器等不同的后端设备。这些后端设备的输入阻抗差异很大，输出信号若不经过特殊的处理，在这些不同的应用中输出效果将相差很大。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术存在的问题，提供一种微弱电流放大电路及具有该微弱电流放大电路的传感器系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种微弱电流放大电路，具有交叉设置的两级放大和两级滤波结构，包括依次连接的电荷放大器、第一级滤波器、第二级放大器以及带阻滤波器，所述电荷放大器用于将微弱电流转换为放大后的电压输出，所述第一级滤波器用于对所述电荷放大器输出的电压进行低通、带通、高通滤波中的至少一种，所述第二级放大器用于执行第二级放大过程，所述第二级放大器具有两级差分放大器电路，其中前级通过同相差分输入方式对差模输入信号放大，并对共模输入信号起跟随作用，以提高送至后级的差模信号与共模信号的幅值比，所述带阻滤波器用于滤除50Hz工频噪声干扰。

进一步地：

还包括连接在所述带阻滤波器的输出端的输出缓冲，所述输出缓冲用于阻抗匹配以适应不同类型的输出后端。

所述带阻滤波器为陷波器。

还包括电源管理模块，用于电源正负极性的反转，将单电源供电转换为正负双电源供电。

一种传感器系统，包括传感器和所述微弱电流放大电路，所述传感器的输出端连接所述微弱电流放大电路的输入端，所述微弱电流放大电路的输出端连接后端设备。

进一步地：