[发明专利]一种基于电容式数模转换器的信号折叠放大器及其信号链电路

说明书

本发明涉及一种基于电容式数模转换器的信号折叠放大器及其信号链电路，所述信号折叠放大器包括低噪声放大器、阈值检测电路、数字逻辑电路和电容式数模转换器反馈网络；所述阈值检测电路根据所述低噪声放大器输出信号的幅值与高阈值电压、低阈值电压比较的结果，产生向下、保持和向上信号；所述数字逻辑电路对向下、保持或向上信号进行减1、不变或加1计数获得计数信号；所述电容式数模转换器反馈网络用于将所述低噪声放大器输出信号反馈回到输入端，控制输出信号折叠计数信号个折叠步长，使得所述低噪声放大器输出信号不会饱和。有益效果是设计简单，响应速度快，允许的输入与输出幅度大、输入信号幅度大且增益较大的条件下输出信号仍不饱和。

【技术领域】

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种基于电容式数模转换器的信号折叠放大器及其信号链电路。

【背景技术】

信号链电路在检测一些微弱有用信号时常常伴随有大幅度的干扰信号(例如在检测心电信号时由于呼吸导致的胸部起伏引入的干扰信号)，这些大幅度干扰信号中的差模成分无法通过提高共模抑制比来消除，而通过滤波的方法也只可以消除微弱有用信号频带外的差模干扰信号，而与微弱有用信号频带相交叠的差模干扰信号仍无法消除，与微弱有用信号频带相交叠的差模干扰信号的幅度常常比微弱有用信号大一到两个数量级，当信号链前端的放大器具有较高的增益时，使得信号链电路极其容易饱和，导致有用信号的丢失。

传统信号链电路为解决在大幅度干扰情况下的微弱有用信号检测，常用的电路结构如附图1-3所示。图1是基于自动增益控制技术的信号链电路架构示意图。如附图1所示，第一传统信号链电路为使用一低精度的模数转换器的输出结果来控制可编程增益放大器的放大增益，使得电路不会出现饱和的情况，但该信号链电路设计复杂，引入的反馈环路经过了多个电路模块增加了信号链系统的响应延时，当可编程增益放大器的增益被调制较低时，微弱有用信号的放大倍数低，使用低精度模数转换器对于微弱有用信号的量化引入较大误差。可编程增益放大器的增益可以调高，但是信号链路会饱和，导致信号丢失，所以可编程增益放大器的增益应在输出不饱和的条件下尽可能的大。图2是基于数模转换器补偿技术的信号链电路架构示意图。如附图2所示，第二传统信号链电路为使用低精度模数转换器的输出结果经数字逻辑电路处理，输入到数模转换器，将输入的大幅度差模干扰与数模转换器的输出在系统的输入处相减，最终在高增益放大器的输入端只有微弱的有用信号，但该信号链电路设计复杂，引入的反馈环路经过多个电路模块增加了响应延时，数字逻辑电路需要将干扰信号与有用信号进行区分，这需要复杂的算法配合电路来实现。图3是基于高精度模数转换器的信号链电路架构示意图。如附图3所示，第三传统信号链电路为使用一低增益放大器级联高精度模数转换器来实现，使用低增益放大器可以确保信号链不会出现饱和的情况，但是对级联的模数转换器提出了更高的精度要求，常见为24位的模数转换器，这增加了信号链电路的设计复杂度，增加了功耗和面积。

本发明针对与微弱有用信号频带相交叠的差模干扰信号使得信号链电路极其容易饱和的技术问题，对信号折叠放大器进行了技术改进。

【发明内容】

本发明的目的是，提供一种设计简单，响应速度快，允许的输入与输出幅度大、在输入信号幅度大且增益较大的条件下输出信号仍不饱和的信号折叠放大器。