单限幅电路及双限幅电路

技术领域

本发明涉及限幅电路领域，尤其涉及一种单限幅电路及双限幅电路领域。

背景技术

在信号检测的电路中，由于输入信号的强度往往变化很大，容易造成放大器和后级电路饱和引起饱和失真。为了解决饱和失真，可以引入限幅电路，限幅电路的作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后输出电压将被限制在某一电平(称作限幅电平)，且再不随输入电压变化。

传统的限幅电路一般采用二极管或者三极管来实现，二极管限幅电路的原理是利用二极管的I-V特性，当二极管两端正向电压超过一定门限导通后，二极管两端电压基本保持不变从而达到限幅的目的。然而利用二极管进行限幅会导致输出失真很严重。三极管限幅电路是利用三极管进入截止区或饱和区后输出信号不再受输入信号的影响来实现限幅作用。和二极管限幅电路相比，三极管限幅电路的输出失真较小，然而三极管会受到工艺偏差或者环境温度的影响，导致输出不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单限幅电路和双限幅电路。

为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种单限幅电路，包括：

负载模块，串联于所述单限幅电路的输入节点和输出节点之间，其中所述输入节点被配置为接收输入电压，所述输出节点被配置为接收输出电压；

分压模块，一端连接于所述负载模块和所述输出节点之间，所述分压模块的负载量小于所述负载模块的负载量；

比较模块，包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端连接所述负载模块、所述分压模块和所述输出节点的公共连接点，用于接入所述输入电压，所述第二输入端用于接入限幅电压，所述输出端连接所述分压模块的另一端；

所述比较模块用于比较所述输入电压和所述限幅电压，所述分压模块响应于所述比较模块的输出结果对所述输入电压进行分压，以使所述输出电压在所述限幅电压限制的幅度内。

作为本发明一实施方式的进一步改进，述分压模块包括开关单元和分压单元，所述开关单元和所述分压单元串联于所述比较模块的输出端，并与所述负载模块并联；

所述开关单元用于根据所述比较模块的输出结果导通或断开，当所述开关单元导通时，所述分压单元用于对所述输入电压进行分压。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述单限幅电路还包括缓冲模块，所述输入节点通过所述缓冲模块连接所述负载模块。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述负载模块包括电阻R1，所述分压单元包括电阻R2，所述开关单元包括三极管M1和三极管M2；

所述电阻R1的一端连接所述缓冲模块的输出端，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R2的一端、所述输出节点和所述比较模块的第一输入端，所述电阻R2的另一端连接所述三极管M1的漏极，所述三极管M1的源极连接基准电压，所述三极管M1的栅极、所述三极管M2的栅极和所述三极管M2的源极连接所述比较模块的输出端，所述三极管M2的漏极连接所述电阻R1、所述电阻R2、所述输出节点和所述第一输入端的公共连接点。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电阻R1的阻值大于所述电阻R2的阻值，所述电阻R1的阻值与所述电阻R2的阻值比为N：1。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述基准电压为所述输入电压的共模电压。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述比较模块的第一输入端为反相输入端，第二输入端为同相输入端，所述限幅电压包括第一限幅电压，当所述输入电压大于所述第一限幅电压，所述比较模块控制所述开关单元导通，以使所述开关单元和所述分压单元对所述输入电压进行分压。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一输入端为同相输入端，所述第二输入端为反相输入端，所述限幅电压包括第二限幅电压，当所述输入电压小于所述第二限幅电压，所述比较模块控制所述开关单元导通，以使所述开关单元和所述分压单元对所述输入电压进行分压。

本发明的又一实施方式提供一种双限幅电路，其特征在于，包括两级级联的前述单限幅电路；

其中第一单限幅电路中所述比较模块的第一输入端为反相输入端，第二输入端为同相输入端，所述限幅电压为第一限幅电压；第二单限幅电路中所述比较模块的第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端，所述限幅电压为第二限幅电压。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一限幅电压小于所述第二限幅电压。

上述单限幅电路和双限幅电路中，比较模块的第一输入端连接分压模块、负载模块和输出节点的公共连接点，输出端连接分压模块的另一端，负载模块串联于输入节点和输出节点之间，从而分压模块、输入节点和比较模块形成反馈回路，利用比较模块对输入电压和限幅电压进行比较，当输入电压超出限幅电压的幅度范围时，比较模块控制分压模块对输入电压进行衰减，直至输入电压限制在限幅电压的范围内。由于采用了基于反馈回路的限幅电路，避免了采用二极管导致的输出失真严重，也不会受到工艺温度影响，控制稳定。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式提供的单限幅电路的模块示意图；

图2是本发明的一个实施方式提供的下限限幅电路结构示意图；

图3是本发明的一个实施方式提供的上限限幅电路结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的实施例对本发明进行详细描述。但这些实施例并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施例所做出的结构或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

结合图1所示，本发明一个实施方式提供一种单限幅电路，包括负载模块100、分压模块200和比较模块300。负载模块100串联于单限幅电路的输入节点和输出节点之间，输入节点被配置为接收输入电压，输出节点被配置为接收输出电压。其中，单限幅电路的输入电压可以是前级检测电路的输出信号，检测电路的输出连接本级限幅电路的输入，为解决前级检测电路的饱和失真，采用限幅电路对前级检测电路的输出信号进行限幅。分压模块200的一端连接于负载模块100和输出节点之间，用于响应比较模块300的比较结果并根据比较结果判断是否需要对输入电压进行分压。比较模块300包括第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端连接负载模块100、分压模块200和输出节点的公共连接点，用于接入输入电压，第二输入端用于接入限幅电压，输出端连接分压模块的另一端，由于分压模块200既连接比较模块300的第一输入端，又连接比较模块300的输出端，进而输入节点、负载模块100、分压模块200、输出节点和比较模块300形成反馈回路。为了避免输入电压直接经过负载模块100输出而不进入比较模块300比较，本实施例中，分压模块200的负载量设置为小于负载模块100的负载量。比较模块300用于比较输入电压和限幅电压的大小，分压模块200可以响应于比较模块300的输出结果并根据比较结果判断是否需要对输入电压进行分压，当需要时，分压模块200对输入电压进行分压，以使输出电压限制在限幅电压的幅度范围内。

上述实施例提供的单限幅电路中，比较模块300的第一输入端连接分压模块、负载模块100和输出节点的公共连接点，输出端连接分压模块200的另一端，负载模块100串联于输入节点和输出节点之间，从而负载模块100、分压模块200、输入节点和比较模块300形成反馈回路，利用比较模块300对输入电压和限幅电压进行比较，当输入电压超出限幅电压的幅度范围时，分压模块200可以响应于比较模块300的比较结果并对输入电压进行分压，直至输入电压限制在限幅电压的幅度范围内。由于采用了基于反馈回路的限幅电路，避免了采用二极管导致的输出失真严重，也不会受到工艺温度影响，控制稳定。

在其中一个实施例中，分压模块200包括开关单元210和分压单元220，开关单元210和分压单元220串联于比较模块300的输出端，并与负载模块100并联。开关单元210用于根据比较模块的输出结果导通或断开，当开关单元210导通时，分压单元220用于对输入电压进行分压。采用开关单元210响应比较模块400的比较结果便于控制分压模块200是否需要对输入电压进行分压。

在其中一个实施例中，比较模块300可以是比较器芯片，比较模块300的第一输入端为反相输入端，比较模块300的第二输入端为同相输入端，限幅电压包括第一限幅电压，也即输入电压通过负载模块100连接比较器芯片的反相输入端，第一限幅电压连接比较器芯片的同相输入端。当输入电压大于第一限幅电压，比较器芯片输出低电平信号，开关单元210被配置为响应低电平信号关断，也即输入电压的幅度在第一限幅电压限制的范围内，分压模块200无需对输入电压进行分压。当输入电压小于等于第一限幅电压，比较器芯片输出高电平信号，开关单元210被配置为响应高电平信号导通，此时输入电压的幅度超出了第一限幅电压限制的范围，分压模块200启动分压，以使分压后的输出电压的幅度在第一限幅电压的幅度范围内。在其他实施方式中，比较模块300也可以采用分立元器件搭建的比较电路。

上述单限幅电路中比较模块300的第一输入端为反相输入端，第二输入端为同相输入端，当输入电压大于第一限幅电压时开关单元210被配置为响应低电平信号关断，输入电压经过负载模块100后输出；当输入电压小于等于第一限幅电压时开关单元210被配置为响应高电平信号导通，分压模块200启动分压以使分压后的输出电压的幅度在第一限幅电压的幅度范围内，进而上述电路结构形成下限限幅器，限制输出电压的下限电压幅度。

进一步地，如图1所示，单限幅电路还包括缓冲模块400，输入节点通过缓冲模块连接负载模块100。本实施例中，缓冲模块400可以是隔离器，用于隔离前后级电路。

具体地，如图2所示，图2所示电路图为基于反馈回路的下限限幅电路，其中缓冲模块400为隔离器A1，比较模块300为比较器C1，负载模块100为电阻R1，分压单元210为电阻R2，开关单元220包括三极管M1和三极管M2。本实施例中，三极管M1和三极管M2可以是N沟道型晶体管或P沟道型晶体管，N沟道型晶体管可以响应高电平信号导通，并响应低电平信号关断，P沟道型晶体管可以响应低电平信号导通，并响应高电平信号关断，本实施例以三极管M1和三极管M2均为N沟道型晶体管为例对图2所示下限限幅电路进行说明。

隔离器A1包括同相输入端、反相输入端和输出端，隔离器A1的同相输入端即为单限幅电路的输入节点Vin，用于接入输入电压，隔离器A1的反相输入端连接隔离器A1的输出端，隔离器A1的输出端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端、比较模块300的第一输入端和输出节点Vout，电阻R2的另一端连接三极管M1的漏极，三极管M1的源极接入基准电压，其中，基准电压为输入电压的共模电压，形成交流地端，三极管M1的栅极连接三极管M2的栅极、三极管M2的源极和隔离器C1的输出端，三极管M2的漏极连接电阻R1、电阻R2和隔离器C1的反相输入端的公共连接点,隔离器C1的同相输入端用于接入第一限幅电压Vclamp。

当输入电压大于第一限幅电压Vclamp时，隔离器C1输出低电平信号，三极管M1和三极管M2关断，分压电阻R2不对输入电压进行分压，输入电压通过电阻R1输出。当输入电压小于第一限幅电压Vclamp时，隔离器C1输出高电平信号，三极管M1和三极管M2导通，此时电阻R1和电阻R2对输入电压进行分压，电阻R1的阻值大于电阻R2的阻值，电阻R1和电阻R2的阻值比为N：1,通过设置N的数值，可以调节输出电压的衰减幅度，使得输出电压的电压幅度在第一限幅电压Vclamp限制的范围内。另外，由于三极管M2采用二极管接法，器跨导较小，当输入电压远小于第一限幅电压Vclamp时，三极管M2迅速导通，此时三极管M2可以看做阻值较小的电阻，与三极管M1和电阻R2并联，并联后对输入电压进行分压，可以使得输出电压快速衰减到第一限幅电压Vclamp限制的幅度范围内。

在另一个实施例中，比较模块300的第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端，限幅电压为第二限幅电压，也即输入电压通过负载模块100连接比较器芯片的同相输入端，第二限幅电压连接比较器芯片的反相输入端。当输入电压小于第一限幅电压，比较器芯片输出低电平信号，开关单元210被配置为响应低电平信号关断，也即输入电压的幅度在第一限幅电压限制的范围内，分压模块200无需对输入电压进行分压。当输入电压大于等于第一限幅电压，比较器芯片输出高电平信号，开关单元210被配置为响应高电平信号导通，此时输入电压的幅度超出了第二限幅电压限制的范围，分压模块200启动分压，以使分压后的输出电压的幅度在第二限幅电压的幅度范围内。类似的，比较模块300除采用比较器芯片外也可以采用分立元器件搭建的比较电路。

上述单限幅电路中比较模块300的第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端，当输入电压小于第二限幅电压时开关单元210被配置为响应低电平信号关断，输入电压经过负载模块100后输出；当输入电压大于等于第一限幅电压时开关单元210被配置为响应高电平信号导通，分压模块200启动分压以使分压后的输出电压的幅度在第一限幅电压的幅度范围内，进而上述电路结构形成上限限幅电路，限制输出电压的上限电压幅度。

如图3所示，图3位上限限幅电路的电路结构示意图，其与图2所示的下限限幅电路的电路结构区别在于比较器C1的同相输入端和反相输入端接法相反，电路工作原理类似，在此不再赘述。

本申请的又一实施例提供一种双限幅电路，包括两级级联的单限幅电路，其中第一单限幅电路中比较模块400的第一输入端为反相输入端，第二输入端为同相输入端，限幅电压为第一限幅电压，也即第一单限幅电路为下限限幅电路。第二单限幅电路中比较模块400的第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端，限幅电压为第二限幅电压，也即上限限幅电路。本实施例中，第一限幅电路和第二限幅电路的前后级级联顺序不限。双限幅电路的工作原理与分立的上限限幅电路、下限限幅电路工作原理相同，在此不再赘述。

上述实施例提供的双限幅电路通过采用两级级联的上限限幅电路和下限限幅电路可以实现对输入电压的双向限幅，且上限限幅电路和下限限幅电路中比较模块的第一输入端连接分压模块、负载模块和输出节点的公共连接点，输出端连接分压模块的另一端，负载模块串联于输入节点和输出节点之间，从而分压模块、输入节点和比较模块形成反馈回路，利用比较模块对输入电压和限幅电压进行比较，当输入电压超出限幅电压的幅度范围时，比较模块控制分压模块对输入电压进行衰减，直至输入电压限制在限幅电压的范围内。由于采用了基于反馈回路的限幅电路，避免了采用二极管导致的输出失真严重，也不会受到工艺温度影响，控制稳定。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的模块可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施方式仅仅是示意性的，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以2个或2个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围。