一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的裝置及方法。該裝置包括直流漂移獲取單元和直流漂移處理單元，所述直流漂移獲取單元連接在電容耦合放大電路的輸出端，用來(lái)獲得輸出信號(hào)的直流漂移，并將獲得的信號(hào)傳輸給直流漂移處理單元；所述直流漂移處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生消除直流漂移所需的直流消除信號(hào)并接入到所述電容耦合放大電路輸入端的接地點(diǎn)處，該接地點(diǎn)處不接地。本發(fā)明在電容耦合放大電路輸入級(jí)通過(guò)改變地電平主動(dòng)進(jìn)行輸出直流漂移的消除，避免開關(guān)使用，具有改善放大電路自身的工作狀態(tài)，不受輸入耦合電容影響，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
-種消除電容輔合放大電路輸出直流漂移的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在測(cè)量低頻電壓或電場(chǎng)信號(hào)時(shí)傳感電路輸出信號(hào)直流漂移消除的裝 置與方法，特別設(shè)及一種消除電容禪合放大電路輸出端的直流漂移的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低頻(O.mz-10曲Z)電信號(hào)檢測(cè)方法有接觸式和非接觸式兩大類。在非接觸測(cè)量 中，通常采用電容禪合方式進(jìn)行檢測(cè)，輸入禪合電容為皮法量級(jí)，為了能夠?qū)⑿盘?hào)較好地禪 合到電路，對(duì)輸入阻抗要求很高，通常需要吉?dú)W姆量級(jí)。然而，高輸入阻抗和小輸入電容，容 易引起電容電荷積累，進(jìn)而通過(guò)傳感放大電路輸入端在輸出端引起直流漂移。電容越小，直 流漂移越明顯，且在輸入阻抗極高的情況下隨著時(shí)間積累直流漂移有增大趨勢(shì)。運(yùn)樣的直 流漂移有可能導(dǎo)致放大器輸出接近工作電壓，不利于長(zhǎng)期工作。同時(shí)，由于放大電路輸出直 流電平較高，如接近放大電路的供電電壓，將使得輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍變小，降低系統(tǒng)的信 噪比，影響檢測(cè)性能。
[0003] 目前的解決方法多為使用各類高通濾波器或帶通濾波器，在放大電路后級(jí)直接濾 除輸出信號(hào)中的直流成分。但運(yùn)樣的解決方法只是被動(dòng)的在后級(jí)濾除輸出信號(hào)的已有直流 漂移，并不能從根本上改變前級(jí)電容禪合放大電路的工作狀態(tài)。若電容禪合輸出直流漂移 存在緩慢增長(zhǎng)或漂移，會(huì)降低檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍，甚至造成檢測(cè)信號(hào)失真，此時(shí)即便對(duì)輸出信號(hào) 進(jìn)行被動(dòng)直流濾除也無(wú)法得到無(wú)失真的檢測(cè)信號(hào)。為此，需要采用主動(dòng)直流消除方法，來(lái)改 善放大電路自身的工作狀態(tài)。主動(dòng)直流消除方法多采用開關(guān)復(fù)位或相關(guān)雙采樣實(shí)現(xiàn)，然而 對(duì)于電容禪合放大電路，輸入禪合電容為皮法量級(jí)，通常低于吉?dú)W姆關(guān)斷阻抗開關(guān)，連接運(yùn) 樣小的輸入禪合電容后無(wú)法正常工作，因此需采用百吉?dú)W姆W上的關(guān)斷阻抗開關(guān)，運(yùn)通常 難W實(shí)現(xiàn)，限制了開關(guān)復(fù)位或相關(guān)雙采樣的主動(dòng)直流消除實(shí)現(xiàn)。為此，需要一種方法避免使 用開關(guān)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)電容禪合放大電路本身輸出直流漂移的抑制與濾除，改善放大電路自身的 工作狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種在電容禪合放大電路輸入級(jí)通 過(guò)改變地電平主動(dòng)進(jìn)行輸出直流漂移消除的裝置及方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0006] -種消除電容禪合放大電路輸出直流漂移的裝置，包括直流漂移獲取單元和直流 漂移處理單元，所述直流漂移獲取單元連接在電容禪合放大電路的輸出端，用來(lái)獲得輸出 信號(hào)的直流漂移，直流漂移獲取單元將獲得的信號(hào)傳輸給直流漂移處理單元;所述直流漂 移處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生消除直流漂移所需的直流消除信號(hào)并接入到所述電容禪 合放大電路輸入端的接地點(diǎn)處，該接地點(diǎn)處不接地。
[0007] 本發(fā)明一種消除電容禪合放大電路輸出直流漂移的方法，包括如下步驟：
[000引（1)直流漂移獲取:獲取電容禪合放大電路輸出信號(hào)的直流漂移；
[0009] (2)直流漂移處理:對(duì)步驟（1)獲得的直流漂移信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生消除直流漂移 所需的直流消除信號(hào)；
[0010] (3)直流漂移消除:將步驟(2)中產(chǎn)生的直流消除信號(hào)接入到電容禪合放大電路輸 入級(jí)的接地點(diǎn)處，該接地點(diǎn)處不接地；
[0011] 進(jìn)一步地，該方法還包括步驟(4)直流漂移確認(rèn):獲取電容禪合放大電路輸出信號(hào) 的直流漂移，檢測(cè)經(jīng)步驟(3)后放大電路輸出直流漂移的情況，如果直流漂移的消除程度不 夠，則重復(fù)步驟(2)至(4)直到滿足要求。
[0012] 所述步驟(1)利用直流測(cè)量?jī)x器或者低通濾波器獲得輸出信號(hào)的直流漂移。
[0013] 所述步驟(2)利用穩(wěn)壓電源直接輸出所需的的直流消除信號(hào)，或者利用放大電路 或低通濾波器對(duì)獲得的直流漂移信號(hào)進(jìn)行幅度和相位處理，產(chǎn)生直流消除信號(hào)。
[0014] 直流漂移主要是由于電容禪合放大電路中輸入端電容積累的電荷不能及時(shí)通過(guò) 對(duì)地電阻泄放而產(chǎn)生，進(jìn)而通過(guò)放大電路輸入端在輸出端引起直流漂移。因此，改變輸入端 的地電平可W在源頭上減輕甚至消除運(yùn)一狀況。本發(fā)明方法的顯著特征在于:改變輸入級(jí) 地電平主動(dòng)消除輸出直流漂移，避免開關(guān)使用，具有改善放大電路自身的工作狀態(tài)，不受輸 入禪合電容影響，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明方法的流程框圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明實(shí)例1的實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明實(shí)例2的實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為使本發(fā)明所提技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 詳細(xì)描述。
[0019] 本發(fā)明方法的具體實(shí)施可W分為自動(dòng)消除方式和手動(dòng)消除方式。對(duì)于自動(dòng)消除方 法是指在步驟（1)中使用各類低通濾波器得到放大電路輸出的直流漂移，在步驟(2)中，采 用各類低通濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟（1)獲取的直流漂移做相位和幅度上的處理，從而得到所需 直流消除信號(hào)。對(duì)于手動(dòng)消除方法是指在步驟（1)中通過(guò)儀器測(cè)量放大電路輸出信號(hào)得到 直流漂移，在步驟(2)中采用穩(wěn)壓電源直接輸出所需的直流消除信號(hào)。
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 本實(shí)施例為一電容禪合自舉高阻放大電路輸出直流漂移手動(dòng)消除方式，具體電路 結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2,描述如下：
[0022] (1)直流漂移獲取:通過(guò)儀器測(cè)量放大電路輸出信號(hào)得到直流漂移，儀器可W采用 萬(wàn)用表、示波器等。本實(shí)施例中使用RIG0L公司的DS1104B型號(hào)的示波器測(cè)量輸出信號(hào)的直 流大小。
[0023] (2)直流漂移處理:采用GW公司GPD-3303S型號(hào)的穩(wěn)壓電源直接輸出所需的直流消 除信號(hào)，調(diào)整穩(wěn)壓源嘗試性輸出一個(gè)較小的直流量后利用測(cè)量?jī)x器觀察放大電路輸出端的 變化，來(lái)確定穩(wěn)壓源輸出直流信號(hào)的大小與方向。發(fā)現(xiàn)使用穩(wěn)壓源輸出一個(gè)與直流獲取步 驟中獲得的直流信號(hào)同方向的直流信號(hào)可W達(dá)到輸出直流漂移減少的目的。
[0024] (3)直流漂移消除:將步驟(2)中產(chǎn)生的直流消除信號(hào)接入到電容禪合放大電路輸 入級(jí)的R2和化的共地點(diǎn)，該共地點(diǎn)不接地。
[0025] (4)直流漂移確認(rèn):應(yīng)用步驟（1)的方法檢測(cè)放大電路輸出直流漂移情況，如果直 流漂移消除程度不夠，重復(fù)步驟(2)至(4)直到滿足要求。
[00%] 實(shí)施例2
[0027] 本實(shí)施例為一電容禪合雙向穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)高阻放大電路輸出直流漂移自動(dòng)消除方 式，具體電路結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖3，描述如下：
[0028] (1)直流漂移獲取:使用低通濾波器獲取電容禪合放大電路輸出信號(hào)的直流漂移。 將阻容禪合放大電路輸出信號(hào)通過(guò)一個(gè)常規(guī)的帶有增益的二階有源低通濾波器獲得輸出 信號(hào)中的直流漂移，并確定直流量的極性，其中電阻R3與R4、Rs與R6、電容C2與C3與運(yùn)算放大 器A2構(gòu)成帶增益的有源低通濾波器。
[0029] 此處采用的是二階有源低通濾波器，其傳遞函數(shù)如下：
[0030]
C0
[0031] 其中；
[0032] Avf=1+R6/R5 (2)
[0033] 其截止頻率為：
[0034]
(3)
[0035] C = C2 = C3 (4)
[0036] R = R3 = R4 (5)
[0037] (2)直流漂移處理:對(duì)步驟（1)獲取的直流漂移信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)胤群拖辔惶幚懋a(chǎn) 生直流消除信號(hào)，采取帶增益的反相放大電路實(shí)現(xiàn)。電阻R?與R8與運(yùn)算放大器A3構(gòu)成反相放 大器。
[003引其中電阻化與R8決定了反相放大電路的增益：
[0039] A = Rs/I?7 (6)
[0040] (3)直流漂移消除:將步驟(2)中產(chǎn)生的直流消除信號(hào)接入到電容禪合放大電路輸 入級(jí)的R謝雙向穩(wěn)壓管化與化的共地點(diǎn)，該共地點(diǎn)不接地。
[0041] (4)直流漂移確認(rèn):應(yīng)用步驟（1)的方法檢測(cè)放大電路輸出直流漂移情況，如果直 流漂移消除程度不夠，重復(fù)步驟(2)至(4)直到滿足要求。
[0042] 對(duì)于實(shí)施例1的放大電路，當(dāng)然也可W采用實(shí)施例2中的自動(dòng)消除方法。同樣，實(shí)施 例2放大電路也可W采用實(shí)施例1中的手動(dòng)消除方法。兩個(gè)實(shí)施例中的直流漂移獲取的方法 也可W通用。
[0043] 需要說(shuō)明的是上述實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述技術(shù)方案的 基礎(chǔ)上所作出的等同變換或替換均落入本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的裝置，包括直流漂移獲取單元和直流漂 移處理單元，其特征在于，所述直流漂移獲取單元連接在電容耦合放大電路的輸出端，用來(lái) 獲得輸出信號(hào)的直流漂移，并將獲得的信號(hào)傳輸給直流漂移處理單元;所述直流漂移處理 單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生消除直流漂移所需的直流消除信號(hào)并接入到所述電容耦合放大 電路輸入端的接地點(diǎn)處，該接地點(diǎn)處不接地。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的裝置，其特征在 于，該裝置還包括直流漂移確認(rèn)單元，所述直流漂移確認(rèn)單元連接在電容耦合放大電路的 輸出端，用來(lái)檢測(cè)直流漂移的去除情況。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的裝置，其特征 在于，所述直流漂移獲取單元采用直流測(cè)量?jī)x器或者低通濾波器獲得輸出信號(hào)的直流漂 移。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的裝置，其特征 在于，所述直流漂移處理單元采用穩(wěn)壓電源、放大電路或者低通濾波器產(chǎn)生直流消除信號(hào)。5. -種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 直流漂移獲取:獲取電容耦合放大電路輸出信號(hào)的直流漂移； (2) 直流漂移處理:對(duì)步驟（1)獲得的直流漂移信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生消除直流漂移所需 的直流消除信號(hào)； (3) 直流漂移消除:將步驟(2)中產(chǎn)生的直流消除信號(hào)接入到電容耦合放大電路輸入級(jí) 的接地點(diǎn)處，該接地點(diǎn)處不接地。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的方法，其特征在 于，該方法還包括步驟(4)直流漂移確認(rèn):獲取電容耦合放大電路輸出信號(hào)的直流漂移，檢 測(cè)經(jīng)步驟(3)后放大電路輸出直流漂移的情況，如果直流漂移的消除程度不夠，則重復(fù)步驟 (2)至(4)直到滿足要求。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的方法，其特征 在于，所述步驟(1)利用直流測(cè)量?jī)x器或者低通濾波器獲得輸出信號(hào)的直流漂移。8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種消除電容耦合放大電路輸出直流漂移的方法，其特征 在于，所述步驟(2)利用穩(wěn)壓電源直接輸出所需的的直流消除信號(hào)，或者利用放大電路或低 通濾波器對(duì)獲得的直流漂移信號(hào)進(jìn)行幅度和相位處理，產(chǎn)生直流消除信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H03F1/34GK106059510SQ201610348942
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】張麗敏, 吳絨絨, 唐躍, 閆鋒
【申請(qǐng)人】南京大學(xué)