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TWI596890B - 訊號處理電路 - Google Patents

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TWI596890B
TWI596890B TW105106848A TW105106848A TWI596890B TW I596890 B TWI596890 B TW I596890B TW 105106848 A TW105106848 A TW 105106848A TW 105106848 A TW105106848 A TW 105106848A TW I596890 B TWI596890 B TW I596890B
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resistor
signal
module
digital conversion
operational amplifier
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施明
陳講重
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聯發科技（新加坡）私人有限公司
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Description

訊號處理電路
本申請涉及通信技術領域，特別係涉及一種訊號處理電路。
通常，在電子裝置中需要對類比訊號進行類比數位轉換，進而處理器基於轉換所獲得的數位訊號進行後續操作。特別地，當待轉換的類比訊號較小時，需要對該較小的類比訊號進行放大。例如，在常見的檢測裝置或檢測系統中，感測器測量輸出的檢測訊號通常較小，如大約在幾百mV左右，因此，在該檢測訊號進入處理器之前，需對其進行放大，然後對放大後的訊號進行類比數位轉換，以獲得對應的數位量。
然而，先前技術的方法在保證轉換準確度的前提下，若期望提高類比數位轉換精度，則須提高類比數位轉換器的位數，導致成本增加。
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種訊號處理電路，以解決上述問題。
在本發明實施例中，提供了一種訊號處理電路，包括一放大模組和一類比數位轉換模組。該放大模組包括：用於接收輸入訊號的第一輸入埠；用於接收參考訊號的第二輸入埠；以及，耦接至該類比數位轉換模組的輸出埠；其中，該放 大模組分別對該輸入訊號和該參考訊號進行放大並通過該輸出埠輸出一放大訊號至該類比數位轉換模組，以及，該類比數位轉換模組對該放大訊號進行類比數位轉換。此外，該放大模組對該輸入訊號進行放大的第一放大係數與該放大模組對該參考訊號進行放大的第二放大係數的符號相反，以及，該放大訊號的電壓範圍與該類比數位轉換模組的量程大致相同。
上述訊號處理電路通過放大模組分別對第一輸入埠接收的輸入訊號和第二輸入埠接收的參考訊號進行放大，並通過輸出埠將放大後的訊號輸出至類比數位轉換模組，進而類比數位轉換模組對放大模組輸出的放大訊號進行類比數位轉換。由於放大模組對輸入訊號進行放大的第一放大係數與放大模組對參考訊號進行放大的第二放大係數的符號相反，因此，可以通過調整第一放大係數、第二放大係數和參考訊號的取值來調節放大模組輸出的電壓值，以使得該放大訊號的電壓範圍與類比數位轉換模組的量程大致相同，從而，可以提高類比數位轉換精度，或者在保證類比數位轉換精度的同時，可以減少類比數位轉換器的位數，進而減少電路面積及降低成本。
100‧‧‧訊號處理電路
110、220、220’、220”、320、420、520、620、720、820‧‧‧放大模組
120、230、330、630‧‧‧類比數位轉換模組
210‧‧‧檢測模組
310‧‧‧溫度檢測模組
A1、A2、A3、INBUF、REFBUF‧‧‧運算放大器
R1、R2、R3、R4、R5‧‧‧電阻
Is1、Is2‧‧‧電流源
IN1‧‧‧第一輸入埠
IN2‧‧‧第二輸入埠
OUT‧‧‧輸出埠
Vi‧‧‧輸入訊號
Vs、Is‧‧‧參考訊號
Vo‧‧‧放大訊號
Vr‧‧‧供給電壓
Vref‧‧‧基準電壓
通過閱讀後續的詳細描述和實施例可以更全面地理解本發明，該實施例參照附圖給出；第1圖係本申請訊號處理電路第一實施例的示意圖；第2A圖係本申請訊號處理電路第二實施例的示意圖；第2B圖係本申請訊號處理電路第三實施例的示意圖； 第2C圖係根據第2B圖提供的一種訊號處理電路的示意圖；第3A圖為一種示例性的溫度檢測系統的示意圖；第3B圖係根據第3A圖提供的一種輸入訊號的曲線示意圖；第3C圖係根據第3A圖提供的一種放大訊號的示意圖；第3D圖係根據第2A圖或第2B圖提供的一種放大訊號的示意圖；第4圖係本申請訊號處理電路第四實施例的示意圖；第5圖係本申請訊號處理電路第五實施例的示意圖；第6圖係本申請訊號處理電路第六實施例的示意圖；第7圖係本申請訊號處理電路第七實施例的示意圖；第8圖係本申請訊號處理電路第八實施例的示意圖。
以下描述為本發明實施的較佳實施例。以下實施例僅用來例舉闡釋本發明的技術特徵，並非用來限制本發明的範疇。在通篇說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的組件。所屬領域具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的組件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區別的基準。本發明中使用的術語“組件”、“系統”和“裝置”可以是與電腦相關的實體，其中，該電腦可以是硬體、軟體、或硬體和軟體的結合。在以下描述和申請專利範圍當中所提及的術語“包含”和“包括”為開放式用語，故應解釋 成“包含，但不限定於...”的意思。此外，術語“耦接”意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一裝置耦接至另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接於該另一裝置，或者透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該另一裝置。
文中所用術語“基本”或“大致”是指在可接受的範圍內，所屬領域具有通常知識者能夠解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。舉例而言，“大致等於”是指在不影響結果正確性時，所屬領域具有通常知識者能夠接受的與“完全等於”有一定誤差的方式。
參閱第1圖，第1圖係本申請訊號處理電路第一實施例的示意圖。本實施例的訊號處理電路100包括放大模組110和類比數位轉換模組120，放大模組110耦接於類比數位轉換模組120。
本發明實施例中，放大模組110包括：第一輸入埠IN1，第二輸入埠IN2以及輸出埠OUT，其中，輸出埠OUT耦接至類比數位轉換模組120；第一輸入埠IN1用於接收輸入訊號Vi；第二輸入埠IN2用於接收參考訊號Vs；輸出埠OUT用於輸出一放大訊號Vo至類比數位轉換模組120。類比數位轉換模組120對放大模組110輸出的放大訊號Vo進行類比數位轉換。特別地，放大模組110分別對輸入訊號Vi和參考訊號Vs進行放大並通過輸出埠OUT輸出一放大訊號Vo至類比數位轉換模組120。
其中，放大模組110對輸入訊號Vi進行放大的第一放大係數與放大模組110對參考訊號Vs進行放大的第二放 大係數的符號相反。因此，訊號處理電路100可以通過調整第一放大係數、第二放大係數以及參考訊號的取值來調節放大模組的輸出電壓(即上述放大訊號Vo)，使得放大訊號的電壓範圍與類比數位轉換模組120的量程大致相同，以提高類比數位轉換精度，降低成本等。此外，該參考訊號可以為電壓訊號，或者為電流訊號，具體地，本發明實施例不做限制。為方便描述，上述參考訊號以電壓訊號為例進行說明。
應當說明的是，放大訊號的電壓範圍與類比數位轉換模組120的量程大致相同包括：放大訊號的電壓範圍與類比數位轉換模組120的量程相同(即輸入至類比數位轉換模組120的放大訊號Vo的上、下限值與類比數位轉換模組的全量程範圍的上、下限值相同)，或者，類比數位轉換模組120的量程與放大訊號的電壓範圍之間的差值小於或等於預設值，其中，該預設值為實際設計中可接受的一數值。例如，可以預先定義該預設值為該量程的上限值(如滿量程)與預設百分比的乘積，從而，預設值的大小與類比數位轉換模組120的量程相關。如預設百分比可以為小於50%的比例因數，如30%、20%、10%等，其中，預設百分比被設置得越小，則期望放大模組110輸出的放大訊號的電壓範圍越接近類比數位轉換模組120的量程，進而，在類比數位轉換模組分辨率相同的情形下，類比數位轉換精度越高。應當說明的是，本發明實施例對該預設百分比的具體取值不作任何限制，具體地，可根據實際情況進行設置。
可以理解的是，放大模組110可以包括運算放大 器。在一種示例中(如第2B圖所示)，第一輸入埠IN1可以對應於運算放大器A1的同相輸入埠，而第二輸入埠IN2對應於運算放大器A1的反相輸入埠。在該示例中，第一放大係數的符號為正，第二放大係數的符號為負。類似地，在另一示例中(如第2C圖所示)，第一輸入埠IN1可以對應於運算放大器A1的反相輸入埠，而第二輸入埠IN2對應於運算放大器A1的同相輸入埠。從而，在該另一示例中，第一放大係數為負，第二放大係數為正。具體地，本發明實施例對此不作限制。可以理解的是，基於第2B圖、第2C圖及其描述，可以相應地獲得其它圖示的類似變型，因此，為簡化目的，本發明對此不再一一贅述。為方便描述，以下實施例以第一輸入埠對應於運算放大器的同相輸入埠，以及，第二輸入埠對應於運算放大器的反相輸入埠為例進行示例說明。
在上述方案中，訊號處理電路通過放大模組分別對第一輸入埠接收的輸入訊號和第二輸入埠接收的參考訊號進行放大，並通過輸出埠將放大後的訊號輸出至類比數位轉換模組，類比數位轉換模組對放大模組輸出的放大訊號進行類比數位轉換。由於放大模組對輸入訊號進行放大的第一放大係數與放大模組對參考訊號進行放大的第二放大係數的符號相反，因此，可以通過調整第一放大係數、第二放大係數及參考訊號的取值來調節放大模組的輸出埠向類比數位轉換模組輸出的電壓值，以提高類比數位轉換精度。具體實現中，基於本發明的電路結構，可以使得放大模組的輸出埠輸出的放大訊號的電壓範圍與類比數位轉換模組的量程大致相同或接近，從而通過充 分利用類比數位轉換模組的量程來提高類比數位轉換精度，或者在保證類比數位轉換精度的同時，可以減少類比數位轉換器的位數，進而減少電路面積，降低功耗及成本。
參閱第2A圖，第2A圖係本申請訊號處理電路第二實施例的示意圖。本實施例與第一實施例的不同之處在於，本實施例增加了檢測模組210，以及，放大模組220可具體包括第一運算放大器A1、第一電阻R1以及第二電阻R2。其中，檢測模組210耦接於放大模組220，放大模組220耦接於類比數位轉換模組230。第一運算放大器A1包括用於接收輸入訊號Vi的同相輸入埠，分別與第一電阻R1的第一端和第二電阻R2的第二端連接的反相輸入埠，以及用於將放大訊號Vo輸出至類比數位轉換模組230的輸出埠；第一電阻R1的第二端與第一運算放大器A1的輸出埠連接，第二電阻R2的第一端用於接收參考訊號Vs，該參考訊號Vs由電壓源提供(圖中未示出)。應當說明的是，電壓源可以位於放大模組內，具體地，本發明實施例不做限制。
可以理解的是，在本發明實施例中，放大模組220的第一輸入埠IN1為運算放大器A1的同相輸入埠，第二輸入埠IN2為第二電阻R2的第一端，且對應於運算放大器A1的反相輸入埠，以及，放大模組220的輸出埠OUT為運算放大器A1的輸出埠。
檢測模組210用於對感測器所感測到的訊號進行處理並產生輸入訊號Vi。在一種示例中，檢測模組210可以為溫度檢測模組、濕度檢測模組或壓力檢測模組，具體實現中還 可以為其它類型的感測器模組，應當說明的是，本發明實施例對此並不作任何限制。特別地，這些檢測模組用於通過感測器感測物理量(如溫度、濕度、壓力等)，並將感測到的物理量轉換為微弱的電壓訊號進行輸出。例如，在常見的溫度檢測系統中，溫度檢測模組輸出的電壓訊號大約為0.5V~0.8V。此外，放大模組220用於對第一輸入埠IN1所接收的輸入訊號Vi以及第二輸入埠IN2所接收的參考訊號Vs進行放大，並獲得一放大訊號Vo，以及，通過輸出埠OUT輸出該放大訊號Vo至類比數位轉換模組230。進而，類比數位轉換模組230用於對放大模組220輸出的放大訊號進行類比數位轉換。
本發明實施例中，放大模組220對輸入訊號Vi進行放大的第一放大係數與放大模組210對參考訊號Vs進行放大的第二放大係數的符號相反，以及，放大訊號Vo的電壓範圍與類比數位轉換模組230的量程大致相同，其具體設置過程將在後面進行詳細介紹。
請參閱第2B圖，第2B圖係本申請訊號處理電路第三實施例的示意圖。本實施例與第二實施例的不同之處在於放大模組220’可進一步包括電壓跟隨器(如第二運算放大器A2所示)，其中，第二運算放大器A2的同相輸入埠用於接收參考訊號Vs，其反相輸入埠連接至第二運算放大器A2的輸出埠。在本發明實施例中，第二電阻R2的第一端與第二運算放大器A2的輸出埠連接，且參考訊號Vs由電壓源(圖中未示出)提供。
基於第二運算放大器A2的連接關係及結構可知， 第二運算放大器A2表現為一電壓跟隨器，其輸出埠的電壓始終與其同相輸入埠所接收的參考訊號Vs相同。因此，參考訊號Vs被有效地輸入至第一運算放大器A1的反相輸入埠，而不受外部電路的影響，從而在第2B圖所示實施例的基礎上可進一步提高類比數位轉換的精度及準確度。
可以理解的是，在第2B圖所示實施例的一種變型實現方式中，放大模組的第一輸入埠IN1可以對應於運算放大器A1的反相輸入埠，且放大模組的第二輸入埠IN2可以對應於運算放大器A1的同相輸入埠，具體地，如第2C圖所示，第2C圖係根據第2B圖提供的一種訊號處理電路的示意圖。如第2C圖所示的放大模組220”，第一運算放大器A1的同相輸入埠通過電壓跟隨器A2接收參考訊號Vs，第一運算放大器A1的反相輸入埠通過電阻R2耦接至檢測模組210，且通過電阻R1耦接至放大模組220”的輸出埠OUT。在第2C圖所示的實施例中，檢測模組210內可具有一緩衝(如電壓跟隨器，該電壓跟隨器的輸入埠耦接輸入訊號)，以提高驅動能力。其它細節請參照第2A圖及第2B圖的描述，為簡化目的，此處不再一一贅述。
本發明實施例中，請一併參照第2A圖和第2B圖，放大模組220或放大模組220’對輸入訊號Vi和參考訊號Vs進行放大後所獲得的輸出訊號(即上述放大訊號Vo)可以用等式(1)描述如下：
其中，、A1為上述第一放大係數，、A2 為上述第二放大係數。在第2A圖和第2B圖所示的實施例中，A1=-A2+1，應當說明的是，本發明並不限於此。
為方便描述，假設類比數位轉換模組的位數為N，其滿量程為VREFP，則類比數位轉換模組的解析度為，從而，類比數位轉換模組對輸入訊號Vi進行類比數位轉換的精度P可用等式(2)描述如下：
其中，N為正整數，A為放大模組對輸入訊號Vi進行放大的放大係數，即上述第一放大係數。
特別地，在檢測系統中，檢測模組所產生的輸入訊號Vi與感測器(如熱敏電阻、熱電偶等)所感測到的實體訊號(如溫度值)成線性關係，則對應於該實體訊號(如溫度值) 的精度為，其中，λ為該輸入訊號與該實體訊號之間的比率或該比率的絕對值。
為方便理解，以常見的溫度檢測系統為例，請參照第3A圖，第3A圖為一種示例性的溫度檢測系統的示意圖。電流源Is1耦接於第一電壓AVDD和溫度檢測模組310(如第3A圖所示，可由一感測器實現)之間，溫度檢測模組310耦接於放大模組320，以及，放大模組320耦接於類比數位轉換模組330，特別地，類比數位轉換模組330可以是類比數位轉換器(Analog to Digital Converter,ADC)。溫度檢測模組310將感測器組件所感測到的溫度值轉換為電壓值(即輸入訊號Vi)，並將該輸入訊號Vi輸出至放大模組320，放大模組320對輸入訊號Vi進行放大，並輸出放大訊號Vo至類比數位轉換 模組330，以進行類比數位轉換。
如第3A圖所示，放大模組320包括運算放大器INBUF、電阻R1和電阻R2，其中，運算放大器INBUF的同相輸入埠用於接收輸入訊號Vi，其反相輸入埠通過電阻R1耦接至其輸出埠，且該反相輸入埠通過電阻R2耦接至地電平。此外，類比數位轉換模組330包括N位的ADC核(ADC Core，又稱“類比數位轉換核”)、運算放大器REFBUF、電阻R4和電阻R5，其中，運算放大器REFBUF的同相輸入埠用於接收基準電壓源(圖中未示出)提供的供給電壓Vr，其反相輸入埠通過電阻R5連接至地電平，以及通過電阻R4連接至運算放大器REFBUF的輸出埠。在第3A圖所示的結構中，運算放大器REFBUF的輸出埠用於給該N位的ADC核提供基準電壓Vref，該基準電壓Vref對應於類比數位轉換器(如該N位的ADC核或類比數位轉換模組330)的滿量程VREFP。例如，在一種示例中，若類比數位轉換器的滿量程VREFP為2.8V，則由運算放大器REFBUF、電阻R4及電阻R5構成的電路部分可以用於根據供給電壓Vr提供一具有2.8V的基準電壓Vref。基於第3A圖所示的電路結構，放大模組320對輸入訊號Vi進行放大後所獲得的放大訊號Vo可以用等式(3)描述如下：
為方便描述，請參照第3B圖，第3B圖係根據第3A圖提供的一種輸入訊號的曲線示意圖。如第3B圖所示，水準軸用於表示溫度T(單位：℃)，垂直軸用於表示輸入訊號Vi(單位：V)，在該示例中，由溫度檢測模組310所獲得的輸 入訊號Vi與溫度值呈反比例關係。特別地，溫度範圍為-40~125℃，輸入訊號Vi的電壓範圍為：0.55~0.85V，其中， 。
對於已知或已給定的類比數位轉換模組和檢測模組(如溫度檢測模組)，類比數位轉換模組的量程和位數固定，以及係數λ固定。本發明實施例中，通過增大輸入訊號Vi的放大係數A來提高類比數位轉換模組對輸入訊號Vi或實體訊號(如溫度值)的轉換精度P。
為便於描述，下面將基於上述示例進行說明，即類比數位轉換模組的滿量程為2.8V，輸入訊號Vi的電壓範圍為0.55V~0.85V，應當說明的是，本發明並不限於此。在第3A圖所示的電路結構中，當輸入訊號Vi的放大係數為3.29時，所對應的轉換精度最高，以及在該情形中，放大訊號Vo的電壓範圍為1.8~2.8V。然而，若繼續增大該放大係數，將導致放大訊號Vo的電壓範圍超出類比數位轉換器的量程區間，從而導致類比數位轉換器無法對超出量程部分的放大訊號進行類比數位轉換，類比數位轉換的準確度低。例如，若在第3A圖所示的電路結構中將放大係數設置為4，則輸出訊號Vo的電壓範圍為2.2~3.4V，類比數位轉換模組330無法對位於2.8~3.4V之間的這部分輸出訊號進行轉換，因而類比數位轉換的準確度降低。因此，在第3A圖所示的電路結構中，若期望進一步提高轉換精度，則必須增加類比數位轉換器的位數N，然而，位數N越大，實現成本越高，功耗越大，且所需要的電路面積也越大。此外，考慮到實際的設計因素，在基於第 3A圖所示的示例中，放大係數以3.2為例，請參照第3C圖，第3C圖係根據第3A圖提供的一種放大訊號的示意圖。如第3C圖所示，水準軸用於表示溫度(T)，垂直軸用於表示放大訊號Vo，當放大係數為3.2時，放大訊號Vo的電壓範圍為1.76~2.72V，可見，大部分量程(0~1.76V)沒有被利用。
本發明實施例中，可以在保證放大訊號Vo落入量程(如0~2.8V)中時(保證轉換的準確度)，即0VO VREFP，通過充分利用類比數位轉換器的量程來提高轉換精度。具體地，基於對放大模組的改進，可在不增大位數N的前提下進一步提高類比數位轉換精度，或者，在保證類比數位轉換精度的同時，可以減少類比數位轉換器的位數，進而減少成本，降低功耗及電路面積等。在一種示例中，輸入訊號Vi的電壓範圍介於第一閾值TH1和大於該第一閾值TH1的第二閾值TH2之間，其中，第二閾值TH2小於或等於(即“不大於”)類比數位轉換模組的滿量程。在本發明一實施例中，第一放大係數與閾值差(第二閾值TH2與第一閾值TH1之差，即TH2-TH1)之積小於滿量程VREFP，換言之，，因而，第一放大係 數具有上限值。此外，放大訊號Vo的取值位於類比數位轉換模組的量程範圍內，因此，0A1*TH1+A2*VsVREFP以及0A1*TH2+A2*VsVREFP，從而，通過合理設置第一放大係數A1、第二放大係數A2以及參考訊號Vs的取值，可以使得放大訊號Vo的電壓範圍與量程範圍大致相同時(即A1*TH1+A2*Vs接近於0，A1*TH2+A2*Vs接近於VREFP)，盡可能地獲得較大的第一放大係數，從而通過充分利用類比數位轉換器的量程來提高類比數位 轉換精度。可以理解的是，在滿足上述要求的情況下，可以獲得滿足要求的第一放大係數、第二放大係數、參考訊號的多組數值，具體地，可根據實際的設計需求從滿足要求的第一放大係數、第二放大係數和參考訊號的多組數值中選取其中一組合適值(如選取第一放大係數A1較大的情形)，並確定該組合適值為上述第一放大係數A1、上述第二放大係數A2和上述參考訊號Vs的具體取值。例如，從中選取第一放大係數接近或大致等於其上限值的一組數值，換言之，所確定的第一放大係數與上限值之間允許存在一可接受的誤差範圍，具體實現中可以對該允許存在的可接受的誤差範圍進行限定，具體地，本發明實施例不做限制。在另一種示例中，類比數位轉換模組的滿量程大於1V，以及，第一閾值TH1大於0，第二閾值TH2小於1。例如，在第3B圖所示的示例中，TH1為0.55，TH2為0.85。
為方便理解，給出其中一種示例性的設置參數，如Vs=0.54V，上述第一放大係數為6.4，上述第二放大係數為-5.4。請參考第3D圖，第3D圖係根據第2A圖或第2B圖提供的一種放大訊號Vo的示意圖，如第3D圖所示，放大訊號Vo的電壓範圍為0.6~2.52V。與第3A圖及第3C圖所示的示例相比，輸入訊號Vi的放大係數被提高了一倍，也就是說，類比數位轉換器對輸入訊號及該輸入訊號所對應的實體訊號(如溫度值)的類比數位轉換精度提高了一倍。相應地，若在原基礎上保持類比數位轉換精度不變，則可以減少類比數位轉換器的位數，進而減少成本，降低功耗及電路面積等。應當說明的是，上述示例僅為描述目的，並不用於對本發明的限制。例如， 在另一種示例中，可以設置Vs=0.61V，第一放大係數為9，第二放大係數為-8，相應地，放大訊號Vo的電壓範圍為0.07~2.77V，從而，類比數位轉換精度在習知技術的基礎上提高了2.8(9/3.22.8)倍。應當說明的是，在一些實施例中，放大訊號Vo的電壓範圍與類比數位轉換模組的量程大致相同的前提下，可以通過調節第二放大係數A2和參考訊號的大小，使得第一放大係數大致等於其上限值，從而尽可能大地提高類比數位轉換精度。
在上述方案中，由於放大模組對輸入訊號進行放大的第一放大係數與放大模組對參考訊號進行放大的第二放大係數的符號相反，因此，能夠通過調節第一放大係數、第二放大係數以及參考訊號的取值來調節放大模組的輸出埠向類比數位轉換模組輸出的電壓值，從而，在放大模組的輸出埠輸出的放大訊號的電壓範圍與類比數位轉換模組的量程大致相同時獲得一較大的第一放大係數。採用本發明實施例，能夠充分利用類比數位轉換模組的量程，提高類比數位轉換精度，減小測量誤差等。進一步地，還可以在保證測量精度滿足要求的基礎上減小類比數位轉換模組的位數，進而減少電路面積，降低成本等。
請參閱第4圖，第4圖係本申請訊號處理電路第四實施例的示意圖。本實施例與第二實施例的不同之處在於放大模組420中增加了第三電阻R3。其中，第三電阻R3的第一端與第一電阻R1的第一端連接，以及，第三電阻R3的第二端連接至地電平。其它類似描述請參照第二實施例，為簡化目的， 此處不再一一贅述。
請參閱第5圖，第5圖係本申請訊號處理電路第五實施例的示意圖。本實施例與第四實施例的不同之處在於放大模組520中增加了電壓跟隨器(如第二運算放大器A2所示)，其中，第二運算放大器A2的同相輸入埠用於接收參考訊號Vs，其反相輸入埠連接至第二運算放大器A2的輸出埠，第二電阻R2的第一端與第二運算放大器A2的輸出埠連接。為簡化目的，其它細節可以參照第三實施例及第四實施例的描述。
基於第4圖和第5圖所示的電路結構，放大模組420和520的放大訊號Vo可以用等式(4)描述如下：
其中，、A1為上述第一放大係數，、A2為上述第二放大係數。應當說明的是，基於第4圖或第5圖所示的架構，可以更加靈活地設計第一放大係數A1和第二放大係數A2，以提高轉換精度。
在本發明的第四和第五實施例中，可以通過調節R1、R2、R3的阻值和參考訊號Vs的電壓值，使得放大模組的輸出埠輸出的電壓範圍與類比數位轉換模組的量程大致相同時，獲得一較大的第一放大係數，從而提高轉換精度。具體細節可以參照第2A圖和第2B圖所示實施例的相關描述，為簡化目的，不再一一贅述。
請參閱第6圖，第6圖係本申請訊號處理電路第六實施例的示意圖。本實施例中的訊號處理電路包括檢測模組210、放大模組620以及類比數位轉換模組630。檢測模組210 耦接放大模組620，放大模組620耦接類比數位轉換模組630。
放大模組620包括第一運算放大器A1、第一電阻R1和第二電阻R2。第一運算放大器A1的同相輸入埠用於接收輸入訊號Vi，其反相輸入埠分別與第一電阻R1的第一端和第二電阻R2的第二端連接，其輸出埠與第一電阻R1的第二端連接，以及該輸出埠用於輸出放大訊號Vo至類比數位轉換模組630。其中，輸入訊號Vi由檢測模組210提供。可以理解的是，在本實施例中，放大模組620的第一輸入埠IN1為第一運算放大器A1的同相輸入埠，放大模組620的第二輸入埠IN2為第二電阻R2的第一端，放大模組620的輸出埠OUT為第一運算放大器A1的輸出埠。
類比數位轉換模組630包括第三運算放大器A3、ADC核、第四電阻R4和第五電阻R5。其中，第三運算放大器A3包括：用於接收基準電壓源(未示出)提供的供給電壓Vr的同相輸入埠，與第四電阻R4的第二端連接的反相輸入埠，以及耦接至ADC核的輸出埠，以給ADC核提供基準電壓Vref。第四電阻R4的第一端與第三運算放大器A3的輸出埠連接，第四電阻R4的第二端通過第五電阻R5連接至地電平。
在本發明實施例中，參考訊號Vs由基準電壓Vref提供，換句話說，第三運算放大器A3的輸出埠還耦接至第二電阻R2的第一端。應當說明的是，具體實現中可以根據實際需求對基準電壓Vref進行處理(如降壓或升壓等處理)後再耦接至第二電阻R2的第一端。例如，若參考訊號Vs為0.61V，Vref為2.8V時，則對基準電壓Vref進行降壓處理。具體地， 本發明實施例不做限制。
請參閱第7圖，第7圖係本申請訊號處理電路第七實施例的示意圖。本實施例與第六實施例的不同之處在於放大模組720中增加了第三電阻R3。第三電阻R3的第一端與第一電阻R1的第一端連接，第三電阻R3的第二端連接至地電平。為簡潔起見，其它類似描述不再一一贅述。
在第6圖和第7圖所示實施例中，利用類比數位轉換模組的基準電壓來為放大模組的第二輸入埠IN2提供參考訊號Vs，使得放大模組以及類比數位轉換模組共用電壓源，從而，可以省略提供參考訊號Vs的電壓源，減小整個系統的實現成本。
請參閱第8圖，第8圖係本申請訊號處理電路第八實施例的示意圖。本實施例中的訊號處理電路包括檢測模組210、放大模組820以及類比數位轉換模組230。檢測模組210耦接放大模組820，放大模組820耦接類比數位轉換模組230。
放大模組820包括第一運算放大器A1、第一電阻R1和第二電阻R2。第一運算放大器A1包括用於接收輸入訊號Vi的同相輸入埠，分別與第一電阻R1的第一端和第二電阻R2的第二端連接的反相輸入埠，以及用於輸出一放大訊號Vo至類比數位轉換模組230的輸出埠。第一電阻R1的第二端與第一運算放大器A1的輸出埠連接，第一電阻R1的第一端和第二電阻R2的第一端還用於接收參考訊號Is，第二電阻R2的第二端連接至地電平。本發明實施例中，參考訊號Is由電流源Is2提供的一電流訊號，應當說明的是，該電流源可以位 於放大模組820中。
可以理解的是，本發明實施例中，放大模組820的第一輸入埠IN1為第一運算放大器A1的同相輸入埠，放大模組820的第二輸入埠IN2為第一運算放大器A1的反相輸入埠，放大模組820的輸出埠OUT為第一運算放大器A1的輸出埠。放大訊號Vo可用等式(5)描述如下：
其中，、A1為上述第一放大係數，-R1、A2為上述第二放大係數。其它細節請參照第2A圖和第2B圖所示的實施例，此處不再一一贅述。
在本實施例中，可以調節R1、R2的阻值以及電流源提供的電流訊號Is的電流值，使得放大訊號Vo的電壓範圍與量程大致相同時，獲得一較大的第一放大係數，進而提高類比數位轉換精度。此外，在一些實施例中，輸入訊號Vi可經由緩衝器後被輸入至放大模組。
綜上所述，本發明提供的訊號處理電路包括放大模組和類比數位轉換模組，其中，類比數位轉換模組用於對放大模組輸出的放大訊號進行類比數位轉換，放大模組通過第一輸入埠接收輸入訊號和第二輸入埠接收參考訊號，且對輸入訊號進行放大的第一放大係數與對參考訊號進行放大的第二放大係數的符號相反。因此，本發明可以通過調整第一放大係數、第二放大係數和參考訊號的取值來調節放大模組輸出的放大訊號的電壓值，以使得該放大訊號的電壓範圍與類比數位轉換模組的量程大致相同。從而，通過合理利用類比數位轉換模組 的量程而不是增加類比數位轉換模組的位數的方式，來提高類比數位轉換精度(例如，第3D圖所示的示例相較於第3C圖所示的示例提供了一倍)。此外，本發明提供的訊號處理電路還可以在保證類比數位轉換精度的同時，減少類比數位轉換器的位數(例如，基於第3D圖所示示例，在保持第3C圖所示示例的精度時可以將類比數位轉換器的位數減少一位)，進而可以減少電路面積、降低功耗及成本。更特別地，放大模組的第二輸入埠所接收的參考訊號可以由類比數位轉換模組的基準電壓提供，從而，放大模組和類比數位轉換模組通過共用電壓源的方式可以減少用於提供參考訊號的一個電壓源，因此可以進一步降低功耗及成本。
在不脫離本發明的精神以及範圍內，本發明可以其它特定格式呈現。所描述的實施例在所有方面僅用於說明的目的而並非用於限制本發明。本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定者為准。所屬領域具有通常知識者皆可在不脫離本發明之精神以及範圍內做些許更動與潤飾。
100‧‧‧訊號處理電路
110‧‧‧放大模組
120‧‧‧類比數位轉換模組
Vi‧‧‧輸入訊號
Vs‧‧‧參考訊號
Vo‧‧‧放大訊號
IN1‧‧‧第一輸入埠
IN2‧‧‧第二輸入埠
OUT‧‧‧輸出埠

Claims (12)

  1. 一種訊號處理電路，包括一放大模組和一類比數位轉換模組；所述放大模組包括：一第一輸入埠，用於接收一輸入訊號；一第二輸入埠，用於接收一參考訊號；以及，一輸出埠，耦接至所述類比數位轉換模組；其中，所述放大模組分別對所述輸入訊號和所述參考訊號進行放大並通過所述輸出埠輸出一放大訊號至所述類比數位轉換模組，以及，所述類比數位轉換模組對所述放大訊號進行類比數位轉換；其中，所述放大模組對所述輸入訊號進行放大的第一放大係數與所述放大模組對所述參考訊號進行放大的第二放大係數的符號相反，以及，所述放大訊號的電壓範圍與所述類比數位轉換模組的量程大致相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理電路，其中，所述訊號處理電路還包括檢測模組，用於對感測器所感測到的訊號進行處理並產生所述輸入訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之訊號處理電路，其中，所述檢測模組為溫度檢測模組、濕度檢測模組或壓力檢測模組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理電路，其中，所述放大模組包括一第一運算放大器、一第一電阻以及一第二電阻；所述第一運算放大器，其包括用於接收所述輸入訊號的同 相輸入埠，分別與所述第一電阻的第一端和所述第二電阻的第二端連接的反相輸入埠，以及用於輸出所述放大訊號至所述類比數位轉換模組的輸出埠；所述第一電阻的第二端與所述第一運算放大器的輸出埠連接；所述第二電阻的第一端用於接收所述參考訊號；其中，所述參考訊號由電壓源提供。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理電路，其中，所述放大模組包括一第一運算放大器、一第二運算放大器、一第一電阻和一第二電阻；所述第一運算放大器，其包括用於接收所述輸入訊號的同相輸入埠，分別與所述第一電阻的第一端和所述第二電阻的第二端連接的反相輸入埠，以及用於輸出所述放大訊號至所述類比數位轉換模組的輸出埠；所述第二運算放大器，其包括用於接收所述參考訊號的同相輸入埠，用於與所述第二運算放大器的輸出埠連接的反相輸入埠，以及與所述第二電阻的第一端連接的輸出埠；所述第一電阻的第二端與所述第一運算放大器的輸出埠連接；其中，所述參考訊號由電壓源提供。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理電路，其中，所述類比數位轉換模組包括一第三運算放大器、一類比數位轉換核、一第四電阻和一第五電阻；所述第三運算放大器，其包括用於接收基準電壓源提供的 供給電壓的同相輸入埠，與所述第四電阻的第二端連接的反相輸入埠，以及耦接至所述類比數位轉換核的輸出埠，以給所述類比數位轉換核提供基準電壓；所述第四電阻的第一端與所述第三運算放大器的輸出埠連接，所述第四電阻的第二端通過所述第五電阻連接至地電平。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理電路，其中，所述參考訊號由所述基準電壓提供。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之訊號處理電路，其中，所述放大模組包括一第一運算放大器、一第一電阻和一第二電阻；所述第一運算放大器，其包括用於接收所述輸入訊號的同相輸入埠，分別與所述第一電阻的第一端和所述第二電阻的第二端連接的反相輸入埠，以及用於輸出所述放大訊號至所述類比數位轉換模組的輸出埠；所述第一電阻的第二端與所述第一運算放大器的輸出埠連接；所述第二電阻的第一端耦接於所述基準電壓。
  9. 如申請專利範圍第4、5或8項所述之訊號處理電路，其中，所述放大模組還包括一第三電阻，所述第三電阻的第一端與所述第一電阻的第一端連接，所述第三電阻的第二端連接至地電平。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理電路，其中，所述放大模組包括一第一運算放大器、一第一電阻和一第二電 阻；所述第一運算放大器，其包括用於接收所述輸入訊號的同相輸入埠，分別與所述第一電阻的第一端和所述第二電阻的第一端連接的反相輸入埠，以及用於輸出所述放大訊號至所述類比數位轉換模組的輸出埠；所述第一電阻的第二端與所述第一運算放大器的輸出埠連接，所述第一電阻的第一端和所述第二電阻的第一端還用於接收所述參考訊號；所述第二電阻的第二端連接至地電平；其中，所述參考訊號由電流源提供。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理電路，其中，所述輸入訊號介於第一閾值和大於所述第一閾值的第二閾值之間，所述第二閾值小於所述類比數位轉換模組的滿量程，其中， 0A1*TH1+A2*VsVREFP 0A1*TH2+A2*VsVREFP A1、A2分別為所述第一放大係數、所述第二放大係數，TH2、TH1分別為所述第二閾值、所述第一閾值，VREFP為 所述滿量程，為所述第一放大係數的上限值；在所述放大訊號的電壓範圍與所述類比數位轉換模組的量程大致相同時，從滿足上述要求的第一放大係數、第二放大係數和參考訊號的多組數值中確定其中一組作為所述第一放大係數、所述第二放大係數和所述參考訊號的具體取 值，其中，所確定的第一放大係數接近所述上限值。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之訊號處理電路，其中，所述滿量程大於1V，以及，所述第一閾值大於0，所述第二閾值小於1。
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