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，用來獲得輸出信號的直流漂移，并將獲得的信號傳輸給直流漂移處理單元；所述直流漂移處理單元對信號進行處理，產生消除直流漂移所需的直流消除信號并接入到所述電容耦合放大電路輸入端的接地點處，該接地點處不接地。本發明在電容耦合放大電路輸入級通過改變地電平主動進行輸出直流漂移的消除，避免開關使用，具有改善放大電路自身的工作狀態，不受輸入耦合電容影響，易于實現的優點。
【專利說明】
-種消除電容輔合放大電路輸出直流漂移的裝置及方法
技術領域
[0001] 本發明設及在測量低頻電壓或電場信號時傳感電路輸出信號直流漂移消除的裝 置與方法，特別設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】
[0002] 低頻(O.mz-10曲Z)電信號檢測方法有接觸式和非接觸式兩大類。在非接觸測量 中，通常采用電容禪合方式進行檢測，輸入禪合電容為皮法量級，為了能夠將信號較好地禪 合到電路，對輸入阻抗要求很高，通常需要吉歐姆量級。然而，高輸入阻抗和小輸入電容，容 易引起電容電荷積累，進而通過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間積累直流漂移有增大趨勢。運樣的直 流漂移有可能導致放大器輸出接近工作電壓，不利于長期工作。同時，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，將使得輸出信號的動態范圍變小，降低系統的信 噪比，影響檢測性能。
[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，在放大電路后級直接濾 除輸出信號中的直流成分。但運樣的解決方法只是被動的在后級濾除輸出信號的已有直流 漂移，并不能從根本上改變前級電容禪合放大電路的工作狀態。若電容禪合輸出直流漂移 存在緩慢增長或漂移，會降低檢測動態范圍，甚至造成檢測信號失真，此時即便對輸出信號 進行被動直流濾除也無法得到無失真的檢測信號。為此，需要采用主動直流消除方法，來改 善放大電路自身的工作狀態。主動直流消除方法多采用開關復位或相關雙采樣實現，然而 對于電容禪合放大電路，輸入禪合電容為皮法量級，通常低于吉歐姆關斷阻抗開關，連接運 樣小的輸入禪合電容后無法正常工作，因此需采用百吉歐姆W上的關斷阻抗開關，運通常 難W實現，限制了開關復位或相關雙采樣的主動直流消除實現。為此，需要一種方法避免使 用開關實現主動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。
【發明內容】
[0004] 為了克服上述現有技術中的不足，本發明提出一種在電容禪合放大電路輸入級通 過改變地電平主動進行輸出直流漂移消除的裝置及方法。
[0005] 為實現上述發明目的，本發明提出的技術方案為：
[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，用來獲得輸出 信號的直流漂移，直流漂移獲取單元將獲得的信號傳輸給直流漂移處理單元;所述直流漂 移處理單元對信號進行處理，產生消除直流漂移所需的直流消除信號并接入到所述電容禪 合放大電路輸入端的接地點處，該接地點處不接地。
[0007] 本發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的直流漂移；
[0009] (2)直流漂移處理:對步驟（1)獲得的直流漂移信號進行處理，產生消除直流漂移 所需的直流消除信號；
[0010] (3)直流漂移消除:將步驟(2)中產生的直流消除信號接入到電容禪合放大電路輸 入級的接地點處，該接地點處不接地；
[0011] 進一步地，該方法還包括步驟(4)直流漂移確認:獲取電容禪合放大電路輸出信號 的直流漂移，檢測經步驟(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，則重復步驟(2)至(4)直到滿足要求。
[0012] 所述步驟(1)利用直流測量儀器或者低通濾波器獲得輸出信號的直流漂移。
[0013] 所述步驟(2)利用穩壓電源直接輸出所需的的直流消除信號，或者利用放大電路 或低通濾波器對獲得的直流漂移信號進行幅度和相位處理，產生直流消除信號。
[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通過 對地電阻泄放而產生，進而通過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一狀況。本發明方法的顯著特征在于:改變輸入級 地電平主動消除輸出直流漂移，避免開關使用，具有改善放大電路自身的工作狀態，不受輸 入禪合電容影響，易于實現的優點。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明方法的流程框圖。
[0016] 圖2為本發明實例1的實施結構圖。
[0017] 圖3為本發明實例2的實施結構圖。
【具體實施方式】
[0018] 為使本發明所提技術方案更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本發明進行 詳細描述。
[0019] 本發明方法的具體實施可W分為自動消除方式和手動消除方式。對于自動消除方 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現對步驟（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。對于手動消除方法是指在步驟（1)中通過儀器測量放大電路輸出信號得到 直流漂移，在步驟(2)中采用穩壓電源直接輸出所需的直流消除信號。
[0020] 實施例1
[0021] 本實施例為一電容禪合自舉高阻放大電路輸出直流漂移手動消除方式，具體電路 結構參見圖2,描述如下：
[0022] (1)直流漂移獲取:通過儀器測量放大電路輸出信號得到直流漂移，儀器可W采用 萬用表、示波器等。本實施例中使用RIG0L公司的DS1104B型號的示波器測量輸出信號的直 流大小。
[0023] (2)直流漂移處理:采用GW公司GPD-3303S型號的穩壓電源直接輸出所需的直流消 除信號，調整穩壓源嘗試性輸出一個較小的直流量后利用測量儀器觀察放大電路輸出端的 變化，來確定穩壓源輸出直流信號的大小與方向。發現使用穩壓源輸出一個與直流獲取步 驟中獲得的直流信號同方向的直流信號可W達到輸出直流漂移減少的目的。
[0024] (3)直流漂移消除:將步驟(2)中產生的直流消除信號接入到電容禪合放大電路輸 入級的R2和化的共地點，該共地點不接地。
[0025] (4)直流漂移確認:應用步驟（1)的方法檢測放大電路輸出直流漂移情況，如果直 流漂移消除程度不夠，重復步驟(2)至(4)直到滿足要求。
[00%] 實施例2
[0027] 本實施例為一電容禪合雙向穩壓管實現高阻放大電路輸出直流漂移自動消除方 式，具體電路結構參見圖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的直流漂移。 將阻容禪合放大電路輸出信號通過一個常規的帶有增益的二階有源低通濾波器獲得輸出 信號中的直流漂移，并確定直流量的極性，其中電阻R3與R4、Rs與R6、電容C2與C3與運算放大 器A2構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:對步驟（1)獲取的直流漂移信號進行適當地幅度和相位處理產 生直流消除信號，采取帶增益的反相放大電路實現。電阻R?與R8與運算放大器A3構成反相放 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)中產生的直流消除信號接入到電容禪合放大電路輸 入級的R謝雙向穩壓管化與化的共地點，該共地點不接地。
[0041] (4)直流漂移確認:應用步驟（1)的方法檢測放大電路輸出直流漂移情況，如果直 流漂移消除程度不夠，重復步驟(2)至(4)直到滿足要求。
[0042] 對于實施例1的放大電路，當然也可W采用實施例2中的自動消除方法。同樣，實施 例2放大電路也可W采用實施例1中的手動消除方法。兩個實施例中的直流漂移獲取的方法 也可W通用。
[0043] 需要說明的是上述實施例，并非用來限定本發明的保護范圍，在上述技術方案的 基礎上所作出的等同變換或替換均落入本發明權利要求所保護的范圍。
【主權項】
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 獲得輸出信號的直流漂移，并將獲得的信號傳輸給直流漂移處理單元;所述直流漂移處理 單元對信號進行處理，產生消除直流漂移所需的直流消除信號并接入到所述電容耦合放大 電路輸入端的接地點處，該接地點處不接地。2. 根據權利要求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單元，所述直流漂移確認單元連接在電容耦合放大電路的 輸出端，用來檢測直流漂移的去除情況。3. 根據權利要求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量儀器或者低通濾波器獲得輸出信號的直流漂 移。4. 根據權利要求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壓電源、放大電路或者低通濾波器產生直流消除信號。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的直流漂移； (2) 直流漂移處理:對步驟（1)獲得的直流漂移信號進行處理，產生消除直流漂移所需 的直流消除信號； (3) 直流漂移消除:將步驟(2)中產生的直流消除信號接入到電容耦合放大電路輸入級 的接地點處，該接地點處不接地。6. 根據權利要求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:獲取電容耦合放大電路輸出信號的直流漂移，檢 測經步驟(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，則重復步驟 (2)至(4)直到滿足要求。7. 根據權利要求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)利用直流測量儀器或者低通濾波器獲得輸出信號的直流漂移。8. 根據權利要求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)利用穩壓電源直接輸出所需的的直流消除信號，或者利用放大電路或低 通濾波器對獲得的直流漂移信號進行幅度和相位處理，產生直流消除信號。
【文檔編號】H03F1/34GK106059510SQ201610348942
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月24日
【發明人】張麗敏, 吳絨絨, 唐躍, 閆鋒
【申請人】南京大學