本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路及方法，尤其涉及一種差分選擇濾波電路及其方法。

背景技術(shù)：

差分放大電路利用電路參數(shù)的對(duì)稱性和負(fù)反饋?zhàn)饔?，有效地穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，以放大差模信號(hào)抑制共模信號(hào)為顯著特征，廣泛應(yīng)用于直接耦合電路和測(cè)量電路的輸入級(jí)。但是差分放大電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分析繁瑣，特別是其對(duì)差模輸入和共模輸入信號(hào)有不同的分析方法，難以理解，因而一直是模擬電子技術(shù)中的難點(diǎn)。差分放大電路：按輸入輸出方式分：有雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出四種類型。按共模負(fù)反饋的形式分：有典型電路和射極帶恒流源的電路兩種。

然而現(xiàn)有的差分放大電路具有以下缺點(diǎn)：（1）不具有增益控制和信號(hào)選擇的功能，無(wú)法對(duì)于同一差分輸入端口需要根據(jù)不同使用條件輸入多種信號(hào)的時(shí)候，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的反饋；（2）現(xiàn)有技術(shù)的差分放大電路的頻率響應(yīng)帶寬，只和放大器或者后端專門設(shè)計(jì)的濾波電路有關(guān)，當(dāng)放大器是固定的情況下，只能調(diào)整后端專門設(shè)計(jì)的濾波電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙端輸入雙端輸出的差分選擇濾波電路及其方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種差分選擇濾波電路，包括差分運(yùn)算模組；所述的差分運(yùn)算模組包括運(yùn)算放大器u1a和u1b，外部差分輸入信號(hào)input+通過(guò)電阻r5與u1a的同向輸入端連接，外部差分輸入信號(hào)input-通過(guò)電阻r7與u1a的反向輸入端連接，u1a的輸出端通過(guò)電阻r6與u1b的反向輸入端連接，u1b的同向輸入端通過(guò)電阻r4接地，u1b的輸出端輸出差分信號(hào)output+，u1a的輸出端還輸出差分信號(hào)output-；u1b的反向輸入端和輸出端之間還并聯(lián)有r9；r5=r7，r6=r9；

所述的差分選擇濾波電路還包括信號(hào)反饋模組和信號(hào)選擇控制模組；所述的信號(hào)反饋模組包括電阻r8、電阻r3、電容c3、電容c4和至少一組信號(hào)反饋模塊，所述的信號(hào)選擇控制模組包括至少一個(gè)n通道模擬開(kāi)關(guān)u2；電阻r8和電容c4并聯(lián)于u1a的反向輸入端與輸出端之間，電阻r3和電容c3并聯(lián)于u1a的同向輸入端與u1b的輸出端之間；r3=r8，c3=c4；所述的一組信號(hào)反饋模塊包括第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元，第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元均包括并聯(lián)連接的電阻ra和電容ca，第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元中的電阻ra的阻值相同，第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元中的電容ca的電容量相同；第一信號(hào)反饋單元的輸入端與u1a的輸出端連接，第一信號(hào)反饋單元的反饋信號(hào)輸出端通過(guò)u2與u1a的同向輸入端連接，第二信號(hào)反饋單元的輸入端與u1b的輸出端連接，第二信號(hào)反饋單元的輸出端通過(guò)u2與u1a的反向輸入端連接；u2的控制信號(hào)輸入端in接收外部控制信號(hào)ctrl，根據(jù)外部控制信號(hào)ctrl同時(shí)控制u1a的同向輸入端是否接收來(lái)自第一信號(hào)反饋單元輸出的反饋信號(hào)和u1a的反向輸入端是否接收來(lái)自第二信號(hào)反饋單元輸出的反饋信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述的信號(hào)選擇控制模組包括一個(gè)四通道模擬開(kāi)關(guān)u2，所述的信號(hào)反饋模組包括兩組信號(hào)反饋模組，其中一組信號(hào)反饋模組包括第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元，另外一組信號(hào)反饋模組包括第三信號(hào)反饋單元和第四信號(hào)反饋單元；

第一信號(hào)反饋單元包括并聯(lián)連接的電阻r1和電容c1，第二信號(hào)反饋單元包括包括并聯(lián)連接的電阻r11和電容c6；電阻r1的輸入端與u1b的輸出端連接，電阻r1的輸出端feedback_b+與u2的第二反饋信號(hào)輸入端d2連接，u2的第一反饋信號(hào)輸出端s2a與u1a的同向輸入端連接，u2的第二反饋信號(hào)輸出端s2b空接；電阻r11的輸入端與u1a的輸出端連接，電阻r11的輸出端feedback_b-與u2的第三反饋信號(hào)輸入端d3連接，u2的第三反饋信號(hào)輸出端s3a與u1a的反向輸入端連接，u2的第四反饋信號(hào)輸出端s3b空接；r1=r11，c1=c6；

第三信號(hào)反饋單元包括并聯(lián)連接的電阻r2和電容c2，第四信號(hào)反饋單元包括包括并聯(lián)連接的電阻r10和電容c5；電阻r2的輸入端與u1b的輸出端連接，電阻r2的輸出端feedback_a+與u2的第一反饋信號(hào)輸入端d1連接，u2的第五反饋信號(hào)輸出端s1a與u1a的同向輸入端連接，u2的第六反饋信號(hào)輸出端s1b空接；電阻r10的輸入端與u1a的輸出端連接，電阻r10的輸出端feedback_a-與u2的第三反饋信號(hào)輸入端d3連接，u2的第三反饋信號(hào)輸出端s3a與u1a的反向輸入端連接，u2的第四反饋信號(hào)輸出端s3b空接；r2=r10，c2=c5；

u2的第二控制信號(hào)輸入端in2和第三控制信號(hào)輸入端in3共同接收外部控制信號(hào)ctrl_2，當(dāng)外部控制信號(hào)ctrl_2為低電平時(shí)，d2與s2b導(dǎo)通，同時(shí)d3與s3b導(dǎo)通，當(dāng)外部控制信號(hào)ctrl_2為高電平時(shí)，d2與s2a導(dǎo)通，同時(shí)d3與s3a導(dǎo)通；

u2的第一控制信號(hào)輸入端in1和第四控制信號(hào)輸入端in4共同接收外部控制信號(hào)ctrl_1，當(dāng)外部控制信號(hào)ctrl_1為低電平時(shí)，d1與s1b導(dǎo)通，同時(shí)d4與s4b導(dǎo)通，當(dāng)外部控制信號(hào)ctrl_1為高電平時(shí)，d1與s1a導(dǎo)通，同時(shí)d1與s1a導(dǎo)通。

進(jìn)一步地，所述的外部控制信號(hào)ctrl通過(guò)數(shù)字的方式或者模擬的方式進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，所述的數(shù)字的方式包括單片機(jī)、dsp、fpga；所述的模擬的方式包括撥碼開(kāi)關(guān)、跳線。

進(jìn)一步地，所述的一種差分選擇濾波電路還包括兩組rc濾波電路，其中一組rc濾波電路的輸入端接收外部差分輸入信號(hào)input+，輸出端與電阻r5連接；另外一組rc濾波電路的輸入端接收外部差分輸入信號(hào)input-，輸出端與電阻r7連接。

如上所述的一種差分選擇濾波電路的方法，包括增益控制步驟；所述的增益控制步驟包括以下子步驟：

電路上電穩(wěn)定工作；

根據(jù)實(shí)際需求向信號(hào)選擇控制模組發(fā)出控制信號(hào)ctrl；

信號(hào)選擇控制模組根據(jù)控制信號(hào)ctrl控制信號(hào)反饋模組的反饋信號(hào)是否反饋至差分運(yùn)算模組。

進(jìn)一步地，所述方法還包括增益情況調(diào)整步驟，所述的增益情況調(diào)整步驟包括以下子步驟：根據(jù)實(shí)際需求，調(diào)整調(diào)整電阻r3、r8和ra的大小。

進(jìn)一步地，所述方法還包括頻率響應(yīng)情況調(diào)整步驟，所述的頻率響應(yīng)情況調(diào)整步驟包括以下子步驟：根據(jù)實(shí)際需求，調(diào)整電阻r3、r8和ra的大小、調(diào)整電容c3、c4和ca的大小和調(diào)整運(yùn)算放大器。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明具有增益控制和信號(hào)選擇的功能，適用于同一輸入端口、多種不同輸入類型的差分信號(hào)的調(diào)理選擇，能夠輸出固定范圍內(nèi)的差分信號(hào)；具體地，本發(fā)明對(duì)于同一差分輸入端口需要根據(jù)不同使用條件輸入多種信號(hào)的時(shí)候，選擇不同反饋電路以及反饋電路的組合以滿足設(shè)計(jì)需求。在控制靈活方便的基礎(chǔ)之上，還避免了復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，降低了電路設(shè)計(jì)的難度和成本，極大地降低了電路面積和設(shè)計(jì)成本，便于實(shí)際應(yīng)用中電路的調(diào)試、升級(jí)和維護(hù)。

（2）本發(fā)明電路的增益范圍和頻率響應(yīng)范圍只需要通過(guò)調(diào)整信號(hào)反饋模組的電阻電容即可，電路調(diào)試和使用簡(jiǎn)單方便，便于實(shí)際應(yīng)用、升級(jí)和維護(hù)。

（3）當(dāng)本發(fā)明采用精度較高的運(yùn)算放大器和電阻電容時(shí)，整個(gè)差分電路可以達(dá)到很高的共模抑制比。

（4）本發(fā)明還具有低通濾波（即抗混疊濾波）功能，根據(jù)信號(hào)反饋模組的電阻電容確定帶寬門限，可作為ad前端抗混疊濾波器使用；如果需要更加出色的濾波性能，可在該電路輸入端添加簡(jiǎn)單的rc濾波電路即可。

（5）如果需要更多的信號(hào)選擇通道，只需添加模擬電子開(kāi)關(guān)和對(duì)應(yīng)的信號(hào)反饋模組即可，方便快捷。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明差分運(yùn)算模組和信號(hào)反饋模組電路圖；

圖2為信號(hào)選擇控制模組電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

如圖1和圖2所示，一種差分選擇濾波電路，包括差分運(yùn)算模組；所述的差分運(yùn)算模組包括運(yùn)算放大器u1a和u1b，外部差分輸入信號(hào)input+通過(guò)電阻r5與u1a的同向輸入端連接，外部差分輸入信號(hào)input-通過(guò)電阻r7與u1a的反向輸入端連接，u1a的輸出端通過(guò)電阻r6與u1b的反向輸入端連接，u1b的同向輸入端通過(guò)電阻r4接地，u1b的輸出端輸出差分信號(hào)output+，u1a的輸出端還輸出差分信號(hào)output-；u1b的反向輸入端和輸出端之間還并聯(lián)有r9；r5=r7，r6=r9；

所述的差分選擇濾波電路還包括信號(hào)反饋模組和信號(hào)選擇控制模組；所述的信號(hào)反饋模組包括電阻r8、電阻r3、電容c3、電容c4和至少一組信號(hào)反饋模塊，所述的信號(hào)選擇控制模組包括至少一個(gè)n通道模擬開(kāi)關(guān)u2；電阻r8和電容c4并聯(lián)于u1a的反向輸入端與輸出端之間，電阻r3和電容c3并聯(lián)于u1a的同向輸入端與u1b的輸出端之間；r3=r8，c3=c4；所述的一組信號(hào)反饋模塊包括第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元，第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元均包括并聯(lián)連接的電阻ra和電容ca，第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元中的電阻ra的阻值相同，第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元中的電容ca的電容量相同；第一信號(hào)反饋單元的輸入端與u1a的輸出端連接，第一信號(hào)反饋單元的反饋信號(hào)輸出端通過(guò)u2與u1a的同向輸入端連接，第二信號(hào)反饋單元的輸入端與u1b的輸出端連接，第二信號(hào)反饋單元的輸出端通過(guò)u2與u1a的反向輸入端連接；u2的控制信號(hào)輸入端in接收外部控制信號(hào)ctrl，根據(jù)外部控制信號(hào)ctrl同時(shí)控制u1a的同向輸入端是否接收來(lái)自第一信號(hào)反饋單元輸出的反饋信號(hào)和u1a的反向輸入端是否接收來(lái)自第二信號(hào)反饋單元輸出的反饋信號(hào)。

更優(yōu)地，在其中一個(gè)實(shí)施例中，電路為四路信號(hào)選擇，具體地：所述的信號(hào)選擇控制模組包括一個(gè)四通道模擬開(kāi)關(guān)u2，所述的信號(hào)反饋模組包括兩組信號(hào)反饋模組，其中一組信號(hào)反饋模組包括第一信號(hào)反饋單元和第二信號(hào)反饋單元，另外一組信號(hào)反饋模組包括第三信號(hào)反饋單元和第四信號(hào)反饋單元；

第一信號(hào)反饋單元包括并聯(lián)連接的電阻r1（即上述的其中一個(gè)ra）和電容c1（即上述的其中一個(gè)ca），第二信號(hào)反饋單元包括包括并聯(lián)連接的電阻r11（即上述的另外一個(gè)ra）和電容c6（即上述的另外一個(gè)ca）；電阻r1的輸入端與u1b的輸出端連接，電阻r1的輸出端feedback_b+與u2的第二反饋信號(hào)輸入端d2連接，u2的第一反饋信號(hào)輸出端s2a與u1a的同向輸入端連接，u2的第二反饋信號(hào)輸出端s2b空接；電阻r11的輸入端與u1a的輸出端連接，電阻r11的輸出端feedback_b-與u2的第三反饋信號(hào)輸入端d3連接，u2的第三反饋信號(hào)輸出端s3a與u1a的反向輸入端連接，u2的第四反饋信號(hào)輸出端s3b空接；r1=r11，c1=c6；

第三信號(hào)反饋單元包括并聯(lián)連接的電阻r2和電容c2，第四信號(hào)反饋單元包括包括并聯(lián)連接的電阻r10和電容c5；電阻r2的輸入端與u1b的輸出端連接，電阻r2的輸出端feedback_a+與u2的第一反饋信號(hào)輸入端d1連接，u2的第五反饋信號(hào)輸出端s1a與u1a的同向輸入端連接，u2的第六反饋信號(hào)輸出端s1b空接；電阻r10的輸入端與u1a的輸出端連接，電阻r10的輸出端feedback_a-與u2的第三反饋信號(hào)輸入端d3連接，u2的第三反饋信號(hào)輸出端s3a與u1a的反向輸入端連接，u2的第四反饋信號(hào)輸出端s3b空接；r2=r10，c2=c5；

u2的第二控制信號(hào)輸入端in2和第三控制信號(hào)輸入端in3共同接收外部控制信號(hào)ctrl_2，當(dāng)外部控制信號(hào)ctrl_2為低電平（下述稱之為ctrl_2=0）時(shí)，d2與s2b導(dǎo)通，同時(shí)d3與s3b導(dǎo)通，當(dāng)外部控制信號(hào)ctrl_2為高電平（下述稱之為ctrl_2=1）時(shí)，d2與s2a導(dǎo)通，同時(shí)d3與s3a導(dǎo)通；

u2的第一控制信號(hào)輸入端in1和第四控制信號(hào)輸入端in4共同接收外部控制信號(hào)ctrl_1，當(dāng)外部控制信號(hào)ctrl_1為低電平（下述稱之為ctrl_1=0）時(shí)，d1與s1b導(dǎo)通，同時(shí)d4與s4b導(dǎo)通，當(dāng)外部控制信號(hào)ctrl_1為高電平（下述稱之為ctrl_1=1）時(shí)，d1與s1a導(dǎo)通，同時(shí)d1與s1a導(dǎo)通。

在本實(shí)施例中，當(dāng)電路上電穩(wěn)定工作后，根據(jù)兩個(gè)控制信號(hào)ctrl_1和ctrl_2的不同，會(huì)產(chǎn)生以下四種情況：

（1）當(dāng)控制端ctrl_1=0（d1和s1b導(dǎo)通，d4和s4b導(dǎo)通）、ctrl_2=0（d2和s2b導(dǎo)通，d3和s3b導(dǎo)通）時(shí)，整個(gè)電路差分信號(hào)增益g=r3/r5=r8/r7，頻率響應(yīng)由r3、r8、c3、c4確定；

（2）當(dāng)控制端ctrl_1=1（d1和s1a導(dǎo)通，d4和s4a導(dǎo)通）、ctrl_2=0（d2和s2b導(dǎo)通，d3和s3b導(dǎo)通）時(shí)，整個(gè)電路差分信號(hào)增益g=(r2//r3)/r5=(r8//r10)/r7，反饋回路電容c=c2+c3=c4+c5，頻率響應(yīng)由r2、r3、r8、r10、c2、c3、c4、c5共同確定；

（3）當(dāng)控制端ctrl_1=0（d1和s1b導(dǎo)通，d4和s4b導(dǎo)通）、ctrl_2=1（d2和s2a導(dǎo)通，d3和s3a導(dǎo)通）時(shí)，整個(gè)電路差分信號(hào)增益g=(r1//r3)/r5=(r8//r11)/r7，反饋回路電容c=c1+c3=c4+c6，頻率響應(yīng)由r1、r3、r8、r11、c1、c3、c4、c6共同確定；

（4）當(dāng)控制端ctrl_1=1（d1和s1a導(dǎo)通，d4和s4a導(dǎo)通）、ctrl_2=1（d2和s2a導(dǎo)通，d3和s3a導(dǎo)通）時(shí)，整個(gè)電路差分信號(hào)增益g=(r1//r2//r3)/r5=(r8//r10//r11)/r7，反饋回路電容c=c1+c2+c3=c4+c5+c6，頻率響應(yīng)由r1、r2、r3、r8、r10、r11、c1、c2、c3、c4、c5、c6共同確定。

更優(yōu)地，在本實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，適當(dāng)調(diào)整對(duì)應(yīng)的反饋回路電阻（r1、r2、r3、r8、r10、r11）可以調(diào)整對(duì)應(yīng)選擇通道的增益情況，增益范圍理論可達(dá)0~+∞；通過(guò)調(diào)整對(duì)應(yīng)反饋回路的電容和電阻（r1、r2、r3、r8、r10、r11、c1、c2、c3、c4、c5、c6）可以調(diào)整對(duì)應(yīng)選擇通道的頻率響應(yīng)情況，頻率響應(yīng)范圍也與所選擇的運(yùn)算放大器有關(guān)。

而在另外一個(gè)實(shí)施例中，電路為八路信號(hào)選擇，可以采用兩個(gè)四通道模擬開(kāi)關(guān)u2和四組信號(hào)反饋模組的方式實(shí)現(xiàn)；或者是采用一個(gè)八通道模擬開(kāi)關(guān)u2和四組信號(hào)反饋模組的方式實(shí)現(xiàn)。即如果需要更多地信號(hào)選擇通道，只需要添加n通道模擬開(kāi)關(guān)u2以及對(duì)應(yīng)數(shù)量的信號(hào)反饋模組。

更優(yōu)地，在上述任意一個(gè)實(shí)施例中，所述的外部控制信號(hào)ctrl通過(guò)數(shù)字的方式或者模擬的方式進(jìn)行控制；具體地，所述的數(shù)字的方式包括單片機(jī)、dsp、fpga，所述的模擬的方式包括撥碼開(kāi)關(guān)、跳線。

在任意一個(gè)實(shí)施例中，所述的差分選擇濾波電路均具有低通濾波功能，根據(jù)信號(hào)反饋模組電阻電容（r3/r8/ra/c3/c4/cb）確定帶寬門限，可作為ad前端抗混疊濾波器使用。

更優(yōu)地，在上述任意一個(gè)實(shí)施例中，如果需要更加出色的濾波性能，可在該電路輸入端添加簡(jiǎn)單的rc濾波電路即可：具體地，所述的一種差分選擇濾波電路還包括兩組rc濾波電路，其中一組rc濾波電路的輸入端接收外部差分輸入信號(hào)input+，輸出端與電阻r5連接；另外一組rc濾波電路的輸入端接收外部差分輸入信號(hào)input-，輸出端與電阻r7連接。

基于上述電路的實(shí)現(xiàn)，其中一個(gè)實(shí)施例還提供一種差分選擇濾波電路的方法，包括增益控制步驟；所述的增益控制步驟包括以下子步驟：

電路上電穩(wěn)定工作；

根據(jù)實(shí)際需求向信號(hào)選擇控制模組發(fā)出控制信號(hào)ctrl；

信號(hào)選擇控制模組根據(jù)控制信號(hào)ctrl控制信號(hào)反饋模組的反饋信號(hào)是否反饋至差分運(yùn)算模組。

更優(yōu)地，在本實(shí)施例中，所述方法還包括增益情況調(diào)整步驟，所述的增益情況調(diào)整步驟包括以下子步驟：根據(jù)實(shí)際需求，調(diào)整調(diào)整電阻r3、r8和ra的大小。

更優(yōu)地，在本實(shí)施例中，所述方法還包括頻率響應(yīng)情況調(diào)整步驟，所述的頻率響應(yīng)情況調(diào)整步驟包括以下子步驟：根據(jù)實(shí)際需求，調(diào)整電阻r3、r8和ra的大小、調(diào)整電容c3、c4和ca的大小和調(diào)整運(yùn)算放大器。