微信號精密測量電路的製作方法

2023-12-06 15:36:06 2

本實用新型涉及信號測量的技術領域，尤其涉及一種微信號精密測量電路。

背景技術：

微信號的放大是信號測量和計量的基礎，對於50mV以內的微小信號，無法直接用於AD採樣等晶片，必須通過信號測量電路檢中的放大電路將信號放大後才能測量出來。微信號測量往往是信號測量中的難點，50mV以內的微小信號很難被信號測量電路檢測得到。一般地，生物傳感器(例如體徵監測生物傳感器中的血糖、體溫、心率生物傳感器等)輸出的生物電信號都比較微弱，由於被測生物電信號很弱，因此必須通過放大電路將被測生物電信號放大後才能測量出來。現有信號測量設備中的放大電路對微弱信號進行放大時，現有信號測量電路往往會產生溫度漂移現象而造成較強的信號幹擾，導致微弱的生物電信號則會被淹沒在幹擾信號之中，導致造成微弱的被測生物電信號的測量結果不準確，甚至無法測量出微弱的被測生物電信號。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在於提供一種微信號精密測量電路，旨在解決現有信號測量電路無法準確測量出微弱信號的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種微信號精密測量電路，包括第一生物傳感器、第二生物傳感器、第三生物傳感器、第四生物傳感器、第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器、ADC放大晶片以及單片機，所述ADC放大晶片包括放大電路晶片以及ADC電路晶片，其中：

所述第一差分放大器的第一輸入端連接至第一生物傳感器，第一差分放大器的第二輸入端連接至第二生物傳感器；

所述第二差分放大器的第一輸入端連接至第三生物傳感器，第二差分放大器的第二輸入端連接至第四生物傳感器；

所述第一差分放大器的輸出端連接至第三差分放大器的第一輸入端，第二差分放大器的輸出端連接至第三差分放大器的第二輸入端；

所述第三差分放大器的輸出端連接至所述放大電路晶片的輸入端，所述放大電路晶片的輸出端連接至ADC電路晶片的輸入端，所述ADC電路晶片的輸出端連接至所述單片機。

優選的，所述第一差分放大器包括兩個第一電阻、兩個第二電阻以及第一晶體三極體。

優選的，所述第一差分放大器的其中一個第一電阻串聯至第一晶體三極體的第一輸入端，所述第一差分放大器的其中另一個第一電阻串聯至第一晶體三極體的第二輸入端，所述第一差分放大器的其中一個第二電阻的一端連接至第一晶體三極體的第一輸入端且該第二電阻的另一端連接至第一晶體三極體的輸出端，所述第一差分放大器的其中另一個第二電阻的一端連接至第一晶體三極體的第二輸入端且該第二電阻的另一端連接至接地線。

優選的，所述第二差分放大器包括兩個第一電阻、兩個第二電阻以及第一晶體三極體。

優選的，所述第二差分放大器的其中一個第一電阻串聯至第一晶體三極體的第一輸入端，所述第二差分放大器的其中另一個第一電阻串聯至第一晶體三極體的第二輸入端，所述第二差分放大器的其中一個第二電阻的一端連接至第一晶體三極體的第一輸入端且該第二電阻的另一端連接至第一晶體三極體的輸出端，所述第二差分放大器的其中另一個第二電阻的一端連接至第一晶體三極體的第二輸入端且該第二電阻的另一端連接至接地線。

優選的，所述第三差分放大器包括兩個第三電阻、兩個第四電阻以及第二晶體三極體。

優選的，所述第三差分放大器的其中一個第三電阻串聯至第二晶體三極體的第一輸入端，所述第三差分放大器的其中另一個第三電阻串聯至第二晶體三極體的第二輸入端，所述第三差分放大器的其中一個第四電阻的一端連接至第二晶體三極體的第一輸入端且該第四電阻的另一端連接至第二晶體三極體的輸出端，所述第三差分放大器的其中另一個第四電阻的一端連接至第二晶體三極體的第二輸入端且該第四電阻的另一端連接至接地線。

優選的，所述第一生物傳感器用於感測第一波長紅外光照射在目標檢測對象上產生的第一微信號，第二生物傳感器用於感測第二波長紅外光照射在目標檢測對象上產生的第二微信號，第三生物傳感器用於感測第三波長紅外光照射在目標檢測對象上產生的第三微信號，第四生物傳感器用於感測第四波長紅外光照射在目標檢測對象上產生的第四微信號。

相較於現有技術，本實用新型所述微信號精密測量電路採用上述技術方案，取得了如下的技術效果：通過獲取四路微弱的特徵電信號並通過多級差分放大器進行差分運算並進行高倍數放大得到測量特徵信號，從而能夠準確測量出微弱的特徵電信號。

附圖說明

圖1是本實用新型微信號精密測量電路優選實施例的電路結構示意圖。

本實用新型目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

為更進一步闡述本實用新型為達成上述目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本實用新型的具體實施方式、結構、特徵及其功效進行詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

如圖1所示，圖1是本實用新型微信號精密測量電路優選實施例的電路結構示意圖。在本實施例中，所述微信號精密測量電路1包括第一生物傳感器2、第二生物傳感器3、第三生物傳感器4、第四生物傳感器5、第一差分放大器11、第二差分放大器12、第三差分放大器13、ADC(數模轉換)放大晶片14以及單片機15。第一差分放大器11的第一輸入端連接至第一生物傳感器2，第一差分放大器11的第二輸入端連接至第二生物傳感器3，第二差分放大器12的第一輸入端連接至第三生物傳感器4，第二差分放大器12的第二輸入端連接至第四生物傳感器5。第一差分放大器11的輸出端連接至第三差分放大器13的第一輸入端，第二差分放大器12的輸出端連接至第三差分放大器13的第二輸入端，第三差分放大器13的輸出端連接至所述AD放大晶片14的輸入端，ADC放大晶片14的輸出端連接至單片機15。

所述第一生物傳感器2用於從目標檢測對象獲取第一微信號，第二生物傳感器3用於從目標檢測對象獲取第二微信號，第三生物傳感器4用於從目標檢測對象獲取第三微信號，第四生物傳感器5用於從目標檢測對象獲取第四微信號。在本實施例中，通過分別使用四種不同波長的紅外光照射到目標檢測對象上，因此，第一微信號是第一生物傳感器2感測到第一波長紅外光照射在目標檢測對象上產生的特徵電信號，第二微信號是第二生物傳感器3感測到第二波長紅外光照射在目標檢測對象上產生的特徵電信號，第三微信號是第三生物傳感器4感測到第三波長紅外光照射在目標檢測對象上產生的特徵電信號，第四微信號是第四生物傳感器5感測到第四波長紅外光照射在目標檢測對象上產生的特徵電信號。本實施例通過獲取四種不同波長的紅外光照射到目標檢測對象上的四種微信號，並對四種微信號進行多級差分運算並放大即可測量出目標檢測對象的測量特徵信號。例如，需要測量人體血糖濃度時，分別使用四種不同波長的紅外光照射到人體血糖測量部位(目標檢測部位)，即可通過四個生物傳感器分別獲得四種微弱的血糖濃度電信號，再通過所述微信號精密測量電路1進行多級差分運算並放大即可得到人體血糖濃度信號，並輸出至單片機5進行後續的血糖濃度分析。

在本實施例中，第一差分放大器11和第二差分放大器12均包括兩個第一電阻R1、兩個第二電阻R2以及一個第一晶體三極體Q1。第一差分放大器11的其中一個第一電阻R1串聯至第一晶體三極體Q1的第一輸入端，第一差分放大器11的其中另一個第一電阻R1串聯至第一晶體三極體Q1的第二輸入端；第一差分放大器11的其中一個第二電阻R2的一端連接至第一晶體三極體Q1的第一輸入端且該第二電阻R2的另一端連接至第一晶體三極體Q1的輸出端，第一差分放大器11的其中另一個第二電阻R2的一端連接至第一晶體三極體Q1的第二輸入端且該第二電阻R2的另一端連接至接地線。第二差分放大器12的其中一個第一電阻R1串聯至第一晶體三極體Q1的第一輸入端，第二差分放大器12的其中另一個第一電阻R1串聯至第一晶體三極體Q1的第二輸入端；第二差分放大器12的其中一個第二電阻R2的一端連接至第一晶體三極體Q1的第一輸入端且該第二電阻R2的另一端連接至第一晶體三極體Q1的輸出端，第二差分放大器12的其中另一個第二電阻R2的一端連接至第一晶體三極體Q1的第二輸入端且該第二電阻R2的另一端連接至接地線。

第一差分運放器11用於從第一生物傳感器2獲取第一微信號並從第二生物傳感器3獲取第二微信號，以及將第一微信號和第二微信號通過該第一差分運放器11的放大倍數進行差分運算並放大得到第一差分信號。所述第二差分放大器12用於從第三生物傳感器4獲取第三微信號並從第四生物傳感器5獲取第四微信號，以及將第三微信號和第四微信號通過該第二差分放大器12的放大倍數進行差分運算並放大得到第二差分信號。第一差分放大器11的放大倍數等於第一差分放大器11中的第二電阻R2和第一電阻R1的電阻值的比值，第二差分放大器12的放大倍數與第一差分放大器11的放大倍數相等。

在本實施例中，第一差分放大器11的溫度係數K1由第一差分放大器11中的第二電阻R2和第一電阻R1的溫度係數確定。可以理解，所述某一個電阻的溫度係數是指當溫度改變1℃時該電阻的電阻值的相對變化值，單位為ppm/℃。例如，第一電阻R1的溫度係數表示為QCR1＝ΔR1/R1·ΔT，第二電阻R2的溫度係數表示為QCR2＝ΔR2/R2·ΔT，其中，QCR1為第一電阻R1的溫度係數，QCR2為第二電阻R2的溫度係數，ΔT為溫度變化值，ΔR1是指在溫度變化下第一電阻R1的電阻變化值，ΔR2是指在溫度變化下第二電阻R2的電阻變化值，/代表除法運算，·代表乘法運算。在實際應用時，溫度係數通常採用平均溫度係數，且有負溫度係數、正溫度係數及在某一特定溫度下電阻只會發生突變的臨界溫度係數。所述第一差分放大器11的溫度係數K1等於第二電阻R2的溫度係數QCR2與第一電阻R1的溫度係數QCR1的比值，即：K1＝QCR2/QCR1。所述第二差分放大器12的溫度係數與第一差分放大器11的溫度係數相等。

在本實施例中，第三差分放大器13包括兩個第三電阻R3、兩個第四電阻R4以及一個第二晶體三極體Q2。第三差分放大器13的其中一個第三電阻R3串聯至第二晶體三極體Q2的第一輸入端，其中另一個第三電阻R3串聯至第二晶體三極體Q2的第二輸入端；第三差分放大器13的其中一個第四電阻R4的一端連接至第二晶體三極體Q2的第一輸入端且另一端連接至第二晶體三極體Q2的輸出端，其中另一個第四電阻R4的一端連接至第二晶體三極體Q2的第二輸入端且另一端連接至接地線。

所述第三差分放大器13用於將第一差分信號和第二差分信號通過該第三差分放大器13的放大倍數進行差分運算並放大得到測量特徵信號。在本實施例中，所述第三差分放大器13的放大倍數等於第三差分放大器13中的第四電阻R4和第三電阻R3的電阻值的比值。所述第三差分放大器13的溫度係數K2由第三差分放大器13中的第四電阻R4和第三電阻R3的溫度係數確定。例如，第三電阻R3的溫度係數表示為QCR3＝ΔR3/R3·ΔT，第四電阻R4的溫度係數表示為QCR4＝ΔR4/R4·ΔT，其中，QCR3為第三電阻R3的溫度係數，QCR4為第四電阻R4的溫度係數，ΔT為溫度變化值，ΔR3是指在溫度變化下第三電阻R3的電阻變化值，ΔR4是指在溫度變化下第四電阻R4的電阻變化值，/代表除法運算，·代表乘法運算。所述第三差分放大器13的溫度係數K2等於第四電阻R4的溫度係數QCR4與第三電阻R3的溫度係數QCR3的比值，即：K2＝QCR4/QCR3。

在本實施例中，所述ADC放大晶片14包括，但不僅限於，放大電路晶片141和ADC電路晶片142。所述放大電路晶片141的輸入端連接至第三差分放大器13的輸出端，所述放大電路晶片141的輸出端連接至ADC電路晶片142的輸入端，所述ADC電路晶片142的輸出端連接至所述單片機15。所述放大電路晶片141用於將所述測量特徵信號通過該放大電路晶片141的放大倍數進行信號放大後輸出至ADC電路晶片142，該ADC電路晶片142用於將放大後的測量特徵信號進行數模轉換並輸出至單片機15，以便進行後續的信號測量分析。

在本實施例中，所述放大電路晶片141為現有技術中的放大電路組成，所述ADC電路晶片142均為現有技術中的數模轉換電路組成。本領域技術人員可以理解的是，所述放大電路晶片141的放大倍數為該放大電路晶片141的固有特定值，即該放大電路晶片141固有的放大屬性，但在工作時會受到該放大電路晶片141的溫度係數K3產生溫度漂移的影響。所述放大電路晶片141的溫度係數K3為該放大電路晶片141固有的溫度特性，其反映該放大電路晶片141在工作溫度變化的情況下造成放大電路晶片141發生溫度漂移的嚴重程度。所述放大電路晶片141隨著工作溫度變化會產生溫度漂移現象對測量特徵信號產生信號幹擾，從而導致測量特徵信號被淹沒在幹擾信號之中，因此無法準確地測量出測量特徵信號。在本實施例中，通過確定第一差分放大器11和第二差分放大器12中的第一電阻R1和第二電阻R2的溫度係數，以及通過確定第三差分放大器13中的第三電阻R3和第四電阻R4的溫度係數，使得第一差分放大器11的溫度係數K1和第三差分放大器13的溫度係數K2的乘積與所述放大電路晶片141的溫度係數K3大小相等且符號相反，因此使得第一差分放大器11和第三差分放大器13產生的溫度漂移對信號幹擾的影響與放大電路晶片141產生的溫度漂移對信號幹擾的影響相互抵消，從而能夠消除微弱信號在高倍數放大電路進行信號放大時所遇到的溫度漂移產生的信號幹擾，提高測量微弱信號的準確性。

以上僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效功能變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。