可变增益带通放大电路及可增益带通放大电路的切换控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带通放大电路，特别涉及一种微弱传感器信号处理的可变增益带 通放大电路及可增益带通放大电路的切换控制方法。
【背景技术】
[0002] 在传感器接收电路中，接收到信号都是很微弱的，为将其微弱信号放大到能被检 测的水平时，第一级信号放大需要使用到前置放大电路。经第一级前置放大电路放大的信 号，其幅值较小，一般还不能直接用于信号处理和分析。现有的办法是用一级前置放大器放 大信号用于后续的信号处理和分析，这样一方面需要使用很高增益带宽的集成运放，高增 益带宽的集成运放，其价格也是很昂贵的，这会造成设计成本增加，另一方面，高增益的放 大电路，也会增加噪声增益，引入更多的噪声信号，同时，极易造成高频信号部分的不稳定。 若在前置放大器后再增加一级固定放大倍数集成运放电路，虽能解决上述问题，但仍存在 增益值为一个固定值特性，对于大部分传感器接收信号均存在接收距离越远，信号幅值衰 减就越大，经其放大后，信号幅值会出现偏小情况，不能满足后续信号处理和检测的要求； 若使用固定大增益的放大倍数，传感器近距离接收时，会导致放大信号饱和失真。若使用集 成的增益可调的集成运放，其可调整值是固定的，存在可更改放大倍数的灵活性不够的缺 陷。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
[0004] 为此，本发明的一个目的在于提出了一种新的可变增益带通放大电路，可以实现 增益值可变，在接收距离较远时保证足够大的信号幅值，方便后续信号处理与检测，在传感 器近距离接收时，避免放大信号饱和失真的情况。
[0005] 为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种可变增益带通放 大电路，包括放大器（1)和并联连接于所述放大器（1)的信号输出端和负向输入端的电容 C2、电阻R2，还包括依次串联于所述放大器（1)的负向输入端和接地间的电容&、电阻Ri，其 特征在于还包括电阻R3、电阻R5、第一可变增益切换电路（2)、第二可变增益切换电路（3)， 其中电阻R3-端连接于电容Ci和电阻R」司，电阻R3的另一端连接所述第一可变增益切换 电路⑵的输出端，电阻R5-端连接于电容Ci和电阻R:间，电阻R5的另一端连接所述第 二可变增益切换电路（3)的输出端，所述放大器（1)的正向输入端接收输入信号仏，放大器 (1)的输出端输出信号U。，所述第一可变增益切换电路（2)的输入端接收第一可变增益切 换控制信号Uel，所述第二可变增益切换电路（3)的输入端接收第二可变增益切换控制信号 U&，所述电阻馬大于电阻1?5的阻值。
[0006] 根据本发明的可变增益带通放大电路，电容Q和电阻Ri构成低频通路，电阻1?2和 电容〇2构成负反馈通路，电阻R3接收第一可变增益切换电路（2)切换控制，电阻R5接收第 二可变增益切换电路（3)切换控制；放大器1的正向输入端接收来自前置放大电路放大后 的传感器信号仏，经放大器1的输出端输出信号U。，输出信号U。经负反馈通路的高频通路 电阻R2和电容C 2反馈至放大器1负向输入端，再经所述的放大器1的负向输入端流向地有 三条支路，分别是一是低频通路电阻&和电容C i支路，二是通过电阻R 3接可变增益切换控 制电路（2)支路，三是通过电阻1?5接可变增益切换控制电路（3)支路；在接收距离较远时， 通过可变增益切换控制电路（2)控制电阻馬与接地端导通或/和可变增益切换控制电路 (3)控制电阻1?5与接地端导通，从而实现输出信号U。的幅值增高以满足后续信号处理和检 测的要求；当接收距离很近时，通过可变增益切换控制电路（2)控制电阻馬与接地端断开 或/和可变增益切换控制电路（3)控制电阻1? 5与接地端断开，实现输出信号U。的幅值降低 从而避免放大信号饱和失真。
[0007] 进一步的，所述第一可变增益切换电路（2)包括第一三极管％、电阻R 4和电阻R7， 所述第一三极管％的集电极输出连接于电阻R 3的另一端，所述第一三极管Q i的发射极接 地，电阻R4的一端与所述第一三极管Q i的基极连接，电阻1?4另一端连接第一可变增益切换 控制信号Uel，电阻R 7-端与所述第一三极管Q i的基极连接，电阻R 7另一端接地；所述第二 可变增益切换电路（3)包括第二三极管〇2、电阻R 6和电阻R8，所述第二三极管Q2的集电 极输出连接于电阻1? 5的另一端，所述第二三极管Q 2的发射极接地，电阻R 6的一端与所述第 二三极管Q2的基极连接，电阻R6另一端连接第二可变增益切换控制信号U。 2，电阻R8-端与 所述第二三极管Q2的基极连接，电阻R 8另一端接地。
[0008] 进一步的，所述第一可变增益切换电路（2)还可以包括金属氧化物半导体场效应 管（MOSFElOQi、电阻R 4和电阻R7，所述金属氧化物半导体场效应管％的漏极输出连接于电 阻馬的另一端，所述金属氧化物半导体场效应管Q i的源极接地，电阻R4的一端与所述金属 氧化物半导体场效应管Qi的栅极连接，电阻 R 4另一端连接第一可变增益切换控制信号U & 电阻R7-端与所述金属氧化物半导体场效应Q i的栅极连接，电阻R 7另一端接地；所述第二 可变增益切换电路（3)包括金属氧化物半导体场效应管（M0SFET)Q2、电阻R 6和电阻R8，所 述金属氧化物半导体场效应管Q2的漏极输出连接于电阻R 5的另一端，所述金属氧化物半导 体场效应管Q2的源极接地，电阻R 6的一端与所述金属氧化物半导体场效应管Q 2的栅极连 接，电阻R6另一端连接第二可变增益切换控制信号U。2，电阻R 8-端与所述金属氧化物半导 体场效应Q2的栅极连接，电阻R 8另一端接地。
[0009] 本发明的可变增益带通放大电路可实现其带通滤波放大功能，其中三极管仏、三 极管9 2为开关管，第一可变增益切换电路（2)的第一可变增益切换控制信号UCJ$制三极 管％的通断，以实现电阻1? 3接地与否，第二可变增益切换电路⑶输出端输出的第二可变 增益切换控制信号Ue2控制三极管Q 2的通断，以实现电阻1?5接地与否，进而实现低频通路中 电阻值大小的自动切换调整，最终实现，放大器（1)的输出端输出信号U。幅值大小的调整。
[0010] 本发明第二方面的目的在于提出如前所述的可增益带通放大电路的切换控制方 法，包括如下步骤：S10:根据系统对输出信号U。幅值要求，设置第一触发阈值u thl和置第二 触发阈值Uth2作为启动和停止第一可变增益切换电路（2)和第二可变增益切换电路（3)的 切换电压，其中u th2> Uthl;S20:若输出信号U。的幅值低于阈值Uthl，所述的第一可变增益切 换电路⑵的控制信号1或/和第二可变增益切换电路（3)的控制信号U e2才启动切换； S30:若输出信号U。的幅值大于Uth2，所述的第一可变增益切换电路⑵的控制信号1或/ 和第二可变增益切换电路（3)的控制信号Ue2将停止切换。
[0011] 进一步的，在于步骤S20中，包括步骤S21:首先控制信号Uel启动所述第一可变增 益切换电路（2)切换，使得电阻R3与所述电阻并联，再判断输出信号U。的幅值是否低于 阈值Uthl;S22:若输出信号U。的幅值仍然低于阈值Uthl，则控制信号L停止所述第一可变 增益切换电路（2)切换，而控制信号Ue2启动所述第二可变增益切换电路（3)切换，使得电 阻R5与所述电阻Ri并联，再判断输出信号U。的幅值是否低于阈值Uthl;S23 :若输出信号U。 的幅值仍然低于阈值Uthl，控制信号Uel启动所述第一可变增益切换电路（2)切换，控制信号 U&启动所述第二可变增益切换电路（3)切换，此时电阻R3、电阻R5与电阻L一起并联。
[0012] 进一步的，在于步骤S30中，包括步骤S31:首先控制信号Ue2停止所述第二可变增 益切换电路（3)切换，使得只有电阻1