專利名稱：一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置，屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
如今，已經(jīng)出現(xiàn)了在手機(jī)中的SIM(Subscriber Identity Module,用戶識別模塊)卡上增加射頻功能(稱為射頻SIM卡)或者在手機(jī)主板上增加近距離通信模塊來實(shí)現(xiàn)手機(jī)近距離通信的方法，這種方法的出現(xiàn)使得手機(jī)成為一個可以充值、消費(fèi)、交易及身份認(rèn)證的超級智能終端，極大地滿足市場的迫切需求。其中，基于射頻SIM的手機(jī)近距離解決方案以其簡單、無需更改手機(jī)等優(yōu)勢得到廣泛的關(guān)注，在該方案中，射頻SM采用UHF (Ultra High Frequency，超高頻)等技術(shù)使得射頻SIM卡嵌入在手機(jī)內(nèi)部時射頻信號仍然可以從手機(jī)中透射出來，從而實(shí)現(xiàn)不必對現(xiàn)有的手機(jī)進(jìn)行任何結(jié)構(gòu)改變就可使得手機(jī)具備近距離通信功能。但是，不同手機(jī)由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同造成射頻信號透射效果存在很大的差異，透射強(qiáng)的手機(jī)其射頻SIM卡射頻通信距離可能達(dá)到幾米遠(yuǎn)的距離，透射弱的手機(jī)其射頻SIM卡通信距離也可以達(dá)到幾十厘米。在移動支付應(yīng)用中，如公交地鐵刷卡，通常都會對于交易距離有嚴(yán)格的要求以確保交易的安全，例如交易距離要求限制在IOcm以下，以防止用戶在不知情的情況下誤刷，造成損失；另一方面，還要求在規(guī)定距離以下保證通信的可靠性，以提高交易的效率。因此，基于射頻SM的手機(jī)在增加近距離通信功能的同時，還必須能夠有效控制其交易的距離范圍。因此又提出了一種低頻交變磁場近距離通訊結(jié)合RF高頻通訊的系統(tǒng)和方法，解決了上述問題。該系統(tǒng)利用低頻交變磁場實(shí)現(xiàn)距離檢測和控制，并實(shí)現(xiàn)讀卡器和卡的單向通訊，利用RF通道結(jié)合低頻通訊實(shí)現(xiàn)終端的可靠綁定，同時利用RF通道實(shí)現(xiàn)讀卡器和卡之間高速的數(shù)據(jù)通訊。但是，該方案中，低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)(處于卡的一方)中所接收到的低頻信號夾雜著電路噪聲和環(huán)境噪聲，影響了距離檢測和控制的精度，因此，如何有效地減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號的干擾成為目前亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置。本發(fā)明所述的一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝，包括一個磁感應(yīng)模塊、一個低通濾波模塊、一個差分放大模塊和至少一個轉(zhuǎn)換比較模塊，所述磁感應(yīng)模塊、低通濾波模塊、差分放大模塊和轉(zhuǎn)換比較模塊依次連接，所述轉(zhuǎn)換比較模塊包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第一差分比較器，所述差分放大模塊的輸出端與所述第一差分比較器的差分輸入端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的差分輸出端與所述第一差分比較器的差分參考電平輸入端相連接。
本發(fā)明的有益效果是:
采用本發(fā)明技術(shù)方案能夠減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾，提高共模電平抑制能力，從而提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)換比較模塊還包括一個第二差分比較器，所述轉(zhuǎn)換比較模塊中數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正負(fù)差分輸出端分別與第一差分比較器中的正負(fù)差分參考電平輸入端和第二差分比較器中的負(fù)正差分參考電平輸入端相連，所述差分放大模塊的輸出端與所述第二差分比較器的差分輸入端連接。進(jìn)一步，所述磁感應(yīng)模塊為差分磁感應(yīng)線圈，所述差分磁感應(yīng)線圈的兩個輸出端與低通濾波模塊的兩個輸入端相連接。進(jìn)一步，所述磁感應(yīng)模塊包括差分霍爾器件和隔直電容，或差分巨磁阻器件和隔直電容；所述差分霍爾器件的兩個輸出端或差分巨磁阻器件的兩個輸出端分別通過隔直電容與所述低通濾波模塊相連接。進(jìn)一步，所述差分放大模塊包括至少一個接成電阻負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的單級差分放大器。進(jìn)一步，所述單級差分放大器包括一個差分放大器和四個電阻，所述電阻中的兩個電阻分別設(shè)于正相信號輸入端與差分放大器的同相輸入端之間和反向信號輸入端與差分放大器的反向輸入端之間，所述電阻中的第三個電阻設(shè)于差分放大器的同相輸入端與反相輸出端之間，所述電阻中的第四個電阻設(shè)于差分放大器的反相輸入端與同相輸出端之間；
或者，所述單級差分放大器包括一個差分放大器、四個電阻和兩個電容，所述電阻中的兩個電阻分別設(shè)于正相信號輸入端與差分放大器的同相輸入端之間和反向信號輸入端與差分放大器的反向輸入端之間，所述電阻中的第三個電阻與一個電容并聯(lián)后設(shè)于差分放大器的同相輸入端與反相輸出端之間，所述電阻中的第四個電阻與一個電容并聯(lián)后設(shè)于差分放大器的反相輸入端與同相輸出端之間?；蛘?，所述單級差分放大器包括一個差分放大器、六個電阻和四個電容，所述其中兩個電阻一端分別與正相信號輸入端和反相信號輸入端相連接，另一端分別與并聯(lián)的兩個電容相連接，所述兩組并聯(lián)的電容中分別有一個電容接地，另兩個電容分別通過一個電阻與差分放大器的同相輸入端和反相輸入端相連接，所述剩余的兩個電阻分別設(shè)有差分放大器的同相輸入端與反相輸出端之間和差分放大器的反相輸入端與同相輸出端之間。進(jìn)一步，所述多級差分放大器包括第一級和至少一個單級差分放大器，所述第一級包括兩個放大器和三個電阻，所述兩個放大器的正相輸入端分別與正相信號輸入端和反相信號輸入端相連接，所述兩個放大器的反相輸入端通過一個電阻互相連接，所述兩個放大器的反相輸入端分別通過一個電阻與輸出端相連接，所述接正相信號的放大器的輸出端與下一級接正相信號的一端相連接，所述接反相信號的放大器的輸出端與下一級接反相信號的一端相連接。進(jìn)一步，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為電壓縮放結(jié)構(gòu)，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的差分輸出范圍最大為兩倍的電源地電壓。
進(jìn)一步，所述差分比較器由時鐘控制，所述差分比較器為采樣開關(guān)式差分信號輸入差分參考電平架構(gòu)比較器或者快閃式差分信號輸入差分參考電平架構(gòu)比較器。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置的結(jié)構(gòu) 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置的結(jié)構(gòu) 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置的結(jié)構(gòu) 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中一種全差分可編程增益放大器的結(jié)構(gòu) 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中另一種全差分可編程增益放大器的結(jié)構(gòu) 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中再一種全差分可編程增益放大器的結(jié)構(gòu) 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中再一種全差分可編程增益放大器的結(jié)構(gòu) 圖8為本發(fā)明實(shí)施例中一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu) 圖9.1為本發(fā)明實(shí)施例中一種比較器的結(jié)構(gòu) 圖9.2為本發(fā)明實(shí)施例中另一種比較器的結(jié)構(gòu) 圖10.1為本發(fā)明實(shí)施例中第一種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu) 圖10.2為本發(fā)明實(shí)施例中第二種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu) 圖10.3為本發(fā)明實(shí)施例中第三種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu) 圖10.4為本發(fā)明實(shí)施例中第四種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu) 圖10.5為本發(fā)明實(shí)施例中第五種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu) 圖10.6為本發(fā)明實(shí)施例中第六種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu) 圖10.7為本發(fā)明實(shí)施例中第七種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置，包括一個磁感應(yīng)模塊100、一個低通濾波模塊104、一個差分放大模塊101、一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器102和一個用于比較差分信號的差分比較器103，其中，磁感應(yīng)模塊100、低通濾波模塊104、放大器101順次相連,放大器101的差分輸出端與差分比較器103的差分信號輸入端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器102的差分輸出端與差分比較器103的差分參考電平輸入端相連，放大器101為差分放大器，放大器101對輸入的微弱信號進(jìn)行預(yù)防大，數(shù)模轉(zhuǎn)換器102將由數(shù)字控制器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后利用差分比較器103對兩個差分信號進(jìn)行比較，得到需要的數(shù)字信號，傳輸?shù)綌?shù)字控制器中進(jìn)行處理。這里所提到的數(shù)字控制器屬于低頻檢測及傳輸系統(tǒng)，但不屬于模擬前端，其作用是根據(jù)差分比較器103輸出進(jìn)行差分比較器103和數(shù)模轉(zhuǎn)換器102打開/關(guān)斷模式的控制。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例2所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置，低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置，包括一個磁感應(yīng)模塊100、一個低通濾波模塊104、一個放大器101、數(shù)模轉(zhuǎn)換器105和差分比較器103、差分比較器106,磁感應(yīng)模塊100、低通濾波模塊104、放大器101順次相連,放大器101的正向輸出端分別與差分比較器103、差分比較器106的正向信號輸入端INP相連,放大器101的負(fù)向輸出端分別與差分比較器103、差分比較器106的負(fù)向信號輸入端INN相連,數(shù)模轉(zhuǎn)換器105正向輸出端分別與差分比較器103負(fù)參考電平輸入端REFN、差分比較器106正參考電平輸入端REFP相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器105負(fù)向輸出端分別與差分比較器103正參考電平輸入端REFP、差分比較器106負(fù)參考電平輸入端REFN相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器105與差分比較器103組成負(fù)參考電平比較通路，數(shù)模轉(zhuǎn)換器105與差分比較器106組成正參考電平比較通路，兩路組成一對，共一對。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例3所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置，低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置，包括一個磁感應(yīng)模塊100、一個低通濾波模塊104、一個放大器201、三個數(shù)模轉(zhuǎn)換器202、203、204和六個差分比較器205、2051、206、2061、207、2071，放大器201的正向輸出端分別與六個差分比較器205,2051,206、2061、207、2071的正向信號輸入端INP相連，放大器201的負(fù)向輸出端分別與六個差分比較器205、2051、206、2061、207、2071的負(fù)向信號輸入端INN相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器202正向輸出端分別與差分比較器2051負(fù)參考電平輸入端REFN、差分比較器205正參考電平輸入端REFP相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器202負(fù)向輸出端分別與差分比較器2051正參考電平輸入端REFP、差分比較器205負(fù)參考電平輸入端REFN相連，兩路組成一對，數(shù)模轉(zhuǎn)換器203與差分比較器206,2061組成一對、數(shù)模轉(zhuǎn)換器204與差分比較器207、2071組成一對、共三對。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例中一種全差分可編程增益放大器，所述放大器為四級級聯(lián)差分放大器，該四級級聯(lián)差分放大器的組成為:第一級包括第一差分放大器301、電阻Ral、電阻Rbl、電阻Rall、電阻Rbll、電容C1和電容C11 ；電阻Ral的一端接正相信號輸入端口AINP,另一端接電阻Rbl,電阻Rbl的另一端接第一差分放大301器的反向輸出端，電阻Ral和電阻Rbl的接點(diǎn)接第一差分放大器301的同向輸入端，電容C1與電阻Rbl并聯(lián)，電阻Rall的一端接反相信號輸入端口 AINN,另一端接電阻Rbll,電阻Rbll的另一端接第一差分放大器301的同向輸出端，電阻Rall和電阻Rbll的接點(diǎn)接第一差分放大器301的反向輸入端，電容C11與電阻Rbll并聯(lián)；第二級包括第二差分放大器302、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Ra21、電阻Rb21、電容C2和電容C21 ;電容C2的一端接第一差分放大器301的反向輸出端,另一端接電阻Ra2,電阻Ra2的另一端接第二差分放大器302的同向輸入端，電阻Rb2接在第二差分放大器302的反向輸入端和同向輸出端之間，電容C21的一端接第一差分放大器301的同向輸出端,另一端接電阻Ra21,電阻Ra21的另一端接第二差分放大器302的反向輸入端，電阻Rb21接在第二差分放大器302的反向輸入端和同向輸出端之間；第三級包括第三差分放大器303、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Ra31、電阻Rb31、電容C3和電容C31 ;電阻Ra3接在第二差分放大器302的反向輸出端和第三差分放大器303的同向輸入端之間，電阻Rb3和電容C3并聯(lián)在第三差分放大器303的同向輸入端和反向輸出端之間，電阻Ra31接在第二差分放大器302的同向輸出端和第三差分放大器303的反向輸入端之間，電阻Rb31和電容C31并聯(lián)在第三差分放大器303的反向輸入端和同向輸出端之間；第四級包括第四差分放大器304、電阻Ra4、電阻Rb4、電阻Ra41、電阻Rb41、電容C4和電容C41 ；電容C4的一端接第三差分放大器303的反向輸出端，另一端接電阻Ra4，電阻Ra4的另一端接第四差分放大器304的反向輸入端，電阻Rb4接在第四差分放大器304的反向輸入端和正向輸出端之間，電容C41的一端接第三差分放大器303的同向輸出端，另一端接電阻Ra41,電阻Ra41的另一端接第四差分放大器304的同向輸入端，電阻Rb41接在第四差分放大器304的同向輸入端和反向輸出端之間。圖4所示的放大器是一種全差分可編程增益放大器，其具有低通和高通濾波的功能，共分為4級,每個方框內(nèi)的電路為一級，AINP為正相信號輸入端口、AINP為負(fù)相信號輸入端口輸入端口、Voutp為信號正向輸出端口、Voutn為信號反向輸出端口。差分輸入輸出運(yùn)算放大器301 (也即第一差分放大器)接成電阻負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，電阻Ral的值和電阻Rall的值相等，電阻Rbl的值和電阻Rbll的值相等，其閉環(huán)增益由Rbl和Ral的比值確定，Rbl和Ral的比值可調(diào)；第一級同時具有低通功能，電容Cl和電阻Rbl決定低通截止頻率，電容Cl的值和電容Cll的值相等。電容C2具有隔直的作用，隔斷第一級電路的失調(diào)電壓傳到第二級；運(yùn)算放大器302 (也即第二差分放大器)接成電阻負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，電阻Ra2的值和電阻Ra21的值相等，電阻Rb2的值和電阻Rb21的值相等，其閉環(huán)增益由Rb2和Ra2的比值確定，第二級的增益一般為單位增益或增益較低，Rb2和Ra2的比值可調(diào)；第二級同時具有高通功能，電容C2和電阻Ra2決定高通截止頻率，電容C2的值和電容C21的值相等。運(yùn)算放大器303 (也即第三差分放大器)接成電阻負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，其閉環(huán)增益由Rb3和Ra3的比值確定，Rb3和Ra3的比值可調(diào)，電阻Ra3的值和電阻Ra31的值相等，電阻Rb3的值和電阻Rb31的值相等。電容C4具有隔直的作用，隔斷前面電路的失調(diào)電壓傳到最后一級；運(yùn)算放大器304 (也即第四差分放大器)，增益較低或?yàn)閱挝辉鲆?。差分輸出信號可以有效提高共模電平抑制能力，整個PGA (Programmable Gain Amplifier,可編程增益放大器)的失調(diào)電壓只有最后一級的失調(diào)電壓。如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例中另一種全差分可編程增益放大器，放大器為四級級聯(lián)差分放大器，該四級級聯(lián)差分放大器的組成為:第一級包括第一差分放大器301、電阻Ral、電阻Rbl、電阻Rall和電阻Rbll ；電阻Ral的一端接正相信號輸入端口 AINP，另一端接電阻Rbl,電阻Rbl的另一端接第一差分放大器301的反向輸出端，電阻Ral和電阻Rbl的接點(diǎn)接第一差分放大器301的同向輸入端，電阻Rall的一端接反相信號輸入端口 AINN,另一端接電阻Rbll,電阻Rbll的另一端接第一差分放大器301的同向輸出端，電阻Rall和電阻Rbll的接點(diǎn)接第一差分放大器301的反向輸入端；第二級包括第二差分放大器302、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Ra21、電阻Rb21、電阻Rcl、電阻Rca1、電容C1、電容C2、電容C11和電容C21 ;電阻Rca、電容C2和電阻Ra2順次串聯(lián)在接第一差分放大器301的反向輸出端和第二差分放大器302的同向輸入端之間，電容C1接在電阻Rca和電容C2的接點(diǎn)與地之間，電阻Rb2接在第二差分放大器302的同向輸入端和反向輸出端之間，電阻Rcll、電容C21和電阻Ra21順次串聯(lián)在接第一差分放大器301的同向輸出端和第二差分放大器302的反向輸入端之間，電容C11接在電阻Rcl和電容C21的接點(diǎn)與地之間，電阻Rb21接在第二差分放大器302的反向輸入端和同向輸出端之間；第三級包括第三差分放大器303、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Ra31和電阻Rb31 ;電阻Ra3的一端接第二差分放大器302的反向輸出端，另一端接電阻Rb3，電阻Rb3的另一端接第三差分放大器303的反向輸出端，電阻Ra3和電阻Rb3的接點(diǎn)接第三差分放大器303的同向輸入端，電阻Ra31的一端接第二差分放大器302的同向輸出端，另一端接電阻Rb31,電阻Rb31的另一端接第三差分放大器303的同向輸出端，電阻R31和電阻Rb31的接點(diǎn)接第三差分放大器303的反向輸入端；第四級包括第四差分放大器304、電阻Ra4、電阻Rb4、電阻Ra41、電阻Rb41、電阻Ru、電阻^21、電容C3、電容C4、電容C31和電容C41 ；電阻Re2、電容C4和電阻Ra4順次串聯(lián)在第三差分放大器303的反向輸出端和第四差分放大器304的反向輸入端之間，電容C3接在電阻Re2和電容C4的接點(diǎn)與地之間，電阻Rb4接在第四差分放大器304的反向輸入端和正向輸出端之間，電阻^21、電容C41和電阻Ra41順次串聯(lián)在第三差分放大器303的同向輸出端和第四差分放大器304的同向輸入端之間，電容C31接在電阻Re21和電容C41的接點(diǎn)與地之間，電阻Rb41接在 第四差分放大器304的同向輸入端和反向輸出端之間。圖5所示的放大器也是一種可編程增益放大器，其與圖4中結(jié)構(gòu)的唯一區(qū)別為把圖4中低通放在第一級的后面和第三級的后面。如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例中再一種全差分可編程增益放大器，所述放大器為四級級聯(lián)差分放大器，該四級級聯(lián)差分放大器的組成為:第一級包括第一放大器301、第二放大器3011、電阻Ral、電阻Rbl和電阻Rel ;第一放大器的正向輸入端301接正相信號輸入端口AINP,電阻Ral的一端接第一放大器的輸出端，另一端接電阻Rbl和第一放大器301的負(fù)向輸入端，電阻Rbl的另一端接電阻Rca和第二放大器3011的負(fù)向輸入端，電阻Rcl的另一端接第二放大器3011的輸出端,第二放大器3011的正向輸入端接反相信號輸入端口 AINN ;第二級包括第三差分放大器302、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Ra21、電阻Rb21、電阻Rel、電阻Rell、電容C1^電容C2、電容C11和電容C21 ；電阻Rca、電容C2和電阻Ra2順次串聯(lián)在所述第三差分放大器302的反向輸出端和所述第四差分放大器303的同向輸入端之間，電容C1接在電阻Rcl和電容C2的接點(diǎn)與地之間，電阻Rb2接在所述第四差分放大器303的同向輸入端和反向輸出端之間，電阻Rell、電容C21和電阻Ra21順次串聯(lián)在所述第三差分放大器302的同向輸出端和所述第四差分放大器303的反向輸入端之間，電容C11接在電阻Rca和電容C21的接點(diǎn)與地之間，電阻Rb21接在所述第四差分放大器303的反向輸入端和同向輸出端之間；第三級包括第四差分放大器303、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Ra31和電阻Rb31 ；電阻Ra3的一端接所述第三差分放大器302的反向輸出端，另一端接電阻Rb3,電阻Rb3的另一端接所述第四差分放大器303的反向輸出端，電阻Ra3和電阻Rb3的接點(diǎn)接所述第四差分放大器303的同向輸入端，電阻Ra31的一端接所述第三差分302放大器的同向輸出端，另一端接電阻Rb31，電阻Rb31的另一端接所述第四差分放大器303的同向輸出端，電阻R31和電阻Rb31的接點(diǎn)接所述第四差分放大器303的反向輸入端；第四級包括第五差分放大器304、電阻Ra4、電阻Rb4、電阻Ra41、電阻Rb41、電阻、電阻^21、電容C3、電容C4、電容C31和電容C41 ;電阻Rci2、電容C4和電阻Ra4順次串聯(lián)在所述第四差分放大器303的反向輸出端和所述第五差分放大器304的反向輸入端之間，電容C3接在電阻Re2和電容C4的接點(diǎn)與地之間，電阻Rb4接在所述第五差分放大器304的反向輸入端和正向輸出端之間，電阻Re21、電容C41和電阻Ra41順次串聯(lián)在所述第四差分放大器303的同向輸出端和所述第五差分放大器304的同向輸入端之間，電容C31接在電阻Re21和電容C41的接點(diǎn)與地之間，電阻Rb41接在所述第五差分放大器304的同向輸入端和反向輸出端之間。圖6所示的放大器也是一種可編程增益放大器，其與圖5中結(jié)構(gòu)的唯一區(qū)別為把圖5中第一級差分放大器用兩個差分輸入單端輸出的放大器實(shí)現(xiàn)差分放大功能。如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例中再一種全差分可編程增益放大器，所述放大器為三級級聯(lián)差分放大器，該三級級聯(lián)差分放大器的組成為:第一級包括第一差分放大器401、電阻Ral、電阻Rbl、電阻Rall、電阻Rbll、電容C1和電容C11 ；電阻Ral的一端接正相信號輸入端口AINP,另一端接電阻Rbl,電阻Rbl的另一端接第一差分放大器401的反向輸出端，電阻Ral和電阻Rbl的接點(diǎn)接第一差分放大器401的同向輸入端，電容C1與電阻Rbl并聯(lián)，電阻Rall的一端接反向信號輸入端口 AINN，另一端接電阻Rbll,電阻Rbll的另一端接差分放大器401的同向輸出端，電阻Rall和電阻Rbll的接點(diǎn)接差分放大器401的同向輸入端，電容C11與電阻Rbll并聯(lián)；第二級包括第二差分放大器402、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Ra21、電阻Rb21、電容C2、電容C3、電容C21和電容C31 ;電容C2和電阻Ra2順次串聯(lián)在第一差分放大器401的反向輸出端和第二差分放大器402的同向輸入端之間，電容C3和電阻Rb2并聯(lián)在第二差分放大器402的同向輸入端和反向輸出端之間，電容C21和電阻Ra21順次串聯(lián)在第一差分放大器401的反向輸出端和第二差分放大器402的同向輸入端之間，電容C31和電阻Rb21并聯(lián)在差分放大器402的同向輸入端和反向輸出端之間；第三級包括第三差分放大器403、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Ra31、電阻Rb31、電容C4和電容C41 ；電容C4和電阻Ra3順次串聯(lián)在第二差分放大器402的反向輸出端和第三差分放大器403的同向輸入端之間，電容C41和電阻Ra31順次串聯(lián)在第二差分放大器402的同向輸出端和第三差分放大器403的反向輸入端之間，電阻Rb3接在第三差分放大器403的同向輸入端和輸出端之間，電阻Rb31接在第三差分放大器403的反向輸入端和地之間。圖7所示的放大器也是一種可編程增益放大器，其與圖4中結(jié)構(gòu)的唯一區(qū)別為把圖4中第二級和第三級合并成圖7的第二級。這里，我們再給出數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一種實(shí)例。如圖8所示，本發(fā)明實(shí)施例中一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用電壓縮放結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，并且差分輸出范圍最大為二倍電源地電壓。其中包括電阻Rl至R255共255個分壓電阻、SI至S256共256個開關(guān)和一個8位轉(zhuǎn)256的譯碼電路501。Rl 一端連接參考電平的最高電平VREF+和，另一端接R2和S2，R2另一端接R3和S3，以此類推，最后一個電阻R255 —端接R254和S255，另一端接參考電平的最低電平VREF- ；S1至S256的控制信號與譯碼電路501相連，另一端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端口 REFP、REFN相連。依照本發(fā)明參考電平需求，可使用相應(yīng)連接方式產(chǎn)生對應(yīng)的最高電平和最低電平。圖8所不的一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器為一種電壓縮放結(jié)構(gòu)，利用堤255個分壓電阻產(chǎn)生256個參考電平，利用8位轉(zhuǎn)256的譯碼器電路控制256個開關(guān)，產(chǎn)生所需要的模擬信號，實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬的轉(zhuǎn)換。其中輸出的模擬信號可以是單端輸出，也可以差分輸出，模擬信號輸出范圍由最高電平和最低電平確定。這里，我們還給出兩種差分比較器的實(shí)例。如圖9.1所示，本發(fā)明實(shí)施例中一種差分比較器，所述差分比較器包括六個時鐘控制的開關(guān)，SI至S6，三個Nmos管MnO至Mn2、兩個Pmos管Mpl和Mp2、兩個采樣電容Cl和C2、一個差分放大電路601。其中SI—端接信號輸入正端Vin+、另一端接采樣電容Cl，S2 —端為參考電平輸入正端REFP、另一端接米樣電容Cl, S4 —端為信號輸入負(fù)端Vin-、另一端接采樣電容C2，S3 一端為參考電平輸入負(fù)端REFN、另一端接采樣電容C2，S5、S6 一端相連并接共模電品端Vcom，另一端分別接Cl、Mnl的柵端和C2、Mn2的柵端。Mnl和Mn2的源端相接并與MnO的漏端相接，MnO源端接地、柵端接一個偏執(zhí)電壓電位Vbn，Mnl和Mn2的漏端分別接Mpl和Mp2的漏端和柵端和差分比較器差分輸出ol和o2端，差分放大電路601的兩個輸入分別接ol和02，輸出端Vo為差分差分比較器的最終輸出端。圖9.1所示為一個開關(guān)電容型差分輸入差分比較器，工作過程如下:當(dāng)CK為負(fù)電平時，S2、S3、S5、S6導(dǎo)通，SI和S4斷開，電容采集參考差分電平在電容上，當(dāng)CK為正電平時，S2、S3、S5、S6斷開，SI和S4導(dǎo)通，電容采集信號，差分比較器進(jìn)行比較，ol和o2輸出差分的比較結(jié)果，并經(jīng)過差分放大電路601放大，得到最終的比較結(jié)果并由Vo輸出。如圖9.2所示，本發(fā)明實(shí)施例中另一種差分比較器，所述差分比較器包括四個PMOS管Mpl、Mp2、Mp3、Mp4和八個NMOS管Mnl至Mn8以及一個差分放大電路601，四PMOS管MpO的源極接電源Vcc，Mpl與Mp4柵極接時鐘信號CK，漏極接PMOS管Mp2和Mp3的漏極相連，Mp3柵極與Mp2的漏極相連接并接差分比較器差分輸出o2端，Mp2柵極與Mp3的漏極相連并接差分比較器差分輸出ol端，PMOS管Mpl和Mp2漏極與NMOS管Mn7的漏極相連，PMOS管Mp3和Mp4漏極與NMOS管Mn8的漏極相連，NMOS管Mn7和Mn8的柵極接時鐘信號CK，Mn7和Mn8的源端分別接Mn5和Mn6的漏端，Mn5和Mn6的柵分別接ol和o2、源端分別接Mnl、Mn2和Mn3、Mn4的漏端，Mnl、Mn2、Mn3和Mn4的柵分別接差分比較器差分輸入正端Vin+、參考電平正端REFP、差分輸入負(fù)端Vin-和參考電平負(fù)端REFN，MnU Mn2和Mn3、Mn4的源端接地。差分比較器差分輸出ol端和o2端為差分放大電路601的輸入端，差分放大電路601的輸出端Vos是差分差分比較器601的最終輸出端。圖9.2所示為一個flash型差分輸入差分比較器，工作過程如下:當(dāng)時鐘信號CK為低電平時，ol和o2為高電平，差分比較器處于置位狀態(tài)，不進(jìn)行比較工作；當(dāng)時鐘信號CK為低電平時，Mpl和Mp4截止，其余MOS管形成一個正反饋電路，ol和o2電平輸出由差分信號輸入和參考電平比較后得到，并且經(jīng)過差分放大電路601進(jìn)行放大，得到比較結(jié)果。如圖10.1所示，本發(fā)明實(shí)施例中第一種磁感應(yīng)模塊，所述磁感應(yīng)模塊為差分磁感應(yīng)線圈。差分磁感應(yīng)線圈的兩輸出端可以直接與低通濾波模塊的兩輸入端相連。如圖10.2所示本發(fā)明實(shí)施例中第二種磁感應(yīng)模塊，所述磁感應(yīng)模塊為差分霍爾器件，且該差分霍爾器件的兩個輸出端都通過隔直電容與低通濾波模塊兩個輸入端相連。如圖10.3所示，本發(fā)明實(shí)施例中第三種磁感應(yīng)模塊，所述磁感應(yīng)模塊為差分霍爾器件，該差分霍爾器件一個輸出端通過隔直電容與低通濾波模塊一個輸入端相連，該差分霍爾器件的另一個輸出端直接與低通濾波模塊另一個輸入端相連。如圖10.4所示，本發(fā)明實(shí)施例中第四種磁感應(yīng)模塊，所述磁感應(yīng)模塊為差分霍爾器件，該差分霍爾器件的兩個輸出端直接與低通濾波模塊的兩個輸入端相連。如圖10.5所示，本發(fā)明實(shí)施例中第五種磁感應(yīng)模塊，所述磁感應(yīng)模塊為差分巨磁阻器件，該差分巨磁阻器件的兩個輸出端都通過隔直電容與低通濾波模塊的兩個輸入端相連。如圖10.6所示，本發(fā)明實(shí)施例中第六種磁感應(yīng)模塊，所述磁感應(yīng)模塊為差分巨磁阻器件，該差分巨磁阻器件的一個輸出端通過隔直電容與低通濾波模塊的一個輸入端相連，該差分巨磁阻器件的另一個輸出端直接與低通濾波模塊的另一個輸入端相連。如圖10.7所示，本發(fā)明實(shí)施例中第七種磁感應(yīng)模塊，所述磁感應(yīng)模塊為差分巨磁阻器件，該差分巨磁阻器件的兩個輸出端直接與低通濾波模塊的兩個輸入端相連。本發(fā)明提供的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置，能夠減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾，從而提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度。圖3中的6個差分比較器可以配置成3對進(jìn)行使用，同時進(jìn)行解碼、多個距離、距離區(qū)間的判斷、控制。也可獨(dú)立作為6個單獨(dú)的差分比較器使用，同時進(jìn)行進(jìn)行解碼、多個距離、距離區(qū)間的判斷、控制。也可將其中部分差分比較器成對地使用，進(jìn)行解碼或距離、距離區(qū)間的判斷、控制；將其中部分差分比較器獨(dú)立地使用，進(jìn)行解碼或距離、距離區(qū)間的判斷、控制。實(shí)際上，前端裝置可以根據(jù)需要配置一個至多個差分比較器，用于多個距離、多個距離區(qū)間的距離判斷和控制、低頻磁場信號解碼。本發(fā)明提供的低頻信號檢測方法，能夠減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾，通過使用全差分結(jié)構(gòu)，有效抑制共模電平對系統(tǒng)的影響，從而提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度。以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝置，包括一個磁感應(yīng)模塊和一個低通濾波模塊，其特征在于，還包括一個差分放大模塊和至少一個轉(zhuǎn)換比較模塊，所述磁感應(yīng)模塊、低通濾波模塊、差分放大模塊和轉(zhuǎn)換比較模塊依次連接，所述轉(zhuǎn)換比較模塊包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第一差分比較器，所述差分放大模塊的輸出端與所述第一差分比較器的差分輸入端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的差分輸出端與所述第一差分比較器的差分參考電平輸入端相連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換比較模塊還包括一個第二差分比較器，所述轉(zhuǎn)換比較模塊中數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正負(fù)差分輸出端分別與第一差分比較器中的正負(fù)差分參考電平輸入端和第二差分比較器中的負(fù)正差分參考電平輸入端相連，所述差分放大模塊的輸出端與所述第二差分比較器的差分輸入端連接。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)模塊為差分磁感應(yīng)線圈，所述差分磁感應(yīng)線圈的兩個輸出端與低通濾波模塊的兩個輸入端相連接。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)模塊包括差分霍爾器件和隔直電容，或差分巨磁阻器件和隔直電容，所述差分霍爾器件的兩個輸出端或差分巨磁阻器件的兩個輸出端分別通過隔直電容與所述低通濾波模塊相連接。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述差分放大模塊包括至少一個接成電阻負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的單級差分放大器。
6.按照權(quán)利要求5所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述單級差分放大器包括一個差分放大器和四個電阻，所述電阻中的兩個電阻分別設(shè)于正相信號輸入端與差分放大器的同相輸入端之間和反向信號輸入端與差分放大器的反向輸入端之間，所述電阻中的第三個電阻設(shè)于差分放大器的同相輸入端與反相輸出端之間，所述電阻中的第四個電阻設(shè)于差分放大器的反相輸入端與同相輸出端之間。
7.按照權(quán)利要求5所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述單級差分放大器包括一個差分放大器、四個電阻和兩個電容，所述電阻中的兩個電阻分別設(shè)于正相信號輸入端與差分放大器的同相輸入端之間和反向信號輸入端與差分放大器的反向輸入端之間，所述電阻中的第三個電阻與一個電容并聯(lián)后設(shè)于差分放大器的同相輸入端與反相輸出端之間，所述電阻中的第四個電阻與一個電容并聯(lián)后設(shè)于差分放大器的反相輸入端與同相輸出端之間。
8.按照權(quán)利要求5所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述單級差分放大器包括一個差分放大器、六個電阻和四個電容，所述其中兩個電阻一端分別與正相信號輸入端和反相信號輸入端相連接，另一端分別與并聯(lián)的兩個電容相連接，所述兩組并聯(lián)的電容中分別有一個電容接地，另兩個電容分別通過一個電阻與差分放大器的同相輸入端和反相輸入端相連接，所述剩余的兩個電阻分別設(shè)有差分放大器的同相輸入端與反相輸出端之間和差分放大器的反相輸入端與同相輸出端之間。
9.按照權(quán)利要求6或7或8所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述多級差分放大器包括第一級和至少一個單級差分放大器，所述第一級包括兩個放大器和三個電阻，所述兩個放大器的正相輸入端分別與正相信號輸入端和反相信號輸入端相連接，所述兩個放大器的反相輸入端通過一個電阻互相連接，所述兩個放大器的反相輸入端分別通過一個電阻與輸出端相連接，所述接正相信號的放大器的輸出端與下一級接正相信號的一端相連接，所述接反相信號的放大器的輸出端與下一級接反相信號的一端相連接。
10.按照權(quán)利要求1或2所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為電壓縮放結(jié)構(gòu)，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的差分輸出范圍最大為兩倍的電源地電壓。
11.按照權(quán)利 要求10所述的差分模擬前端裝置，其特征在于，所述差分比較器由時鐘控制，所述差分比較器為采樣開關(guān)式差分信號輸入差分參考電平架構(gòu)比較器或者快閃式差分信號輸入差分參考電平架構(gòu)比較器。
全文摘要
本發(fā)明所述的一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的差分模擬前端裝，包括一個磁感應(yīng)模塊、一個低通濾波模塊、一個差分放大模塊和至少一個轉(zhuǎn)換比較模塊，所述磁感應(yīng)模塊、低通濾波模塊、差分放大模塊和轉(zhuǎn)換比較模塊依次連接，所述轉(zhuǎn)換比較模塊包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第一差分比較器，所述差分放大模塊的輸出端與所述第一差分比較器的差分輸入端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的差分輸出端與所述第一差分比較器的差分參考電平輸入端相連接。采用本發(fā)明技術(shù)方案能夠減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾，提高共模電平抑制能力，從而提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度。
文檔編號H03F3/45GK103187938SQ20111044404
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者趙輝, 沈曄 申請人:國民技術(shù)股份有限公司