1.本技术涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种放大电路和信号检测仪。
背景技术：2.微弱信号检测技术能够从噪声中检测出有用的微弱信号，在较低信噪比中检测微弱信号时，由于其自身特征信号本身十分微弱，需要尽量降低采集信号的设备本身引入的噪声，进一步地，由于被测信号的输出阻抗可能为低阻或高阻，为了满足所有条件下的电压检测需要，设备的检测电路的输入需要满足高阻条件。
技术实现要素：3.本技术实施方式提供一种放大电路和信号检测仪。
4.本技术实施方式的放大电路包括：两个恒流源电路、差分增益配置电路和全差分放大电路。所述两个恒流源电路对称设置，所述恒流源电路用于提供稳定的电流；所述差分增益配置电路的输入端与所述恒流源电路的输出端连接，所述差分增益配置电路用于配置放大倍数以配合所述恒流源电路对输入信号进行一级放大；所述全差分放大电路的输入端与所述差分增益配置电路的输出端连接，所述全差分放大电路用于对经所述差分增益配置电路放大的所述输入信号进行二级放大。
5.本技术实施方式的放大电路中，在高阻输入的条件下可实现非常低的输入噪声谱密度，采用对称放大的形式以及全差分放大结构，能够有效地抑制共模干扰，输出结构为差分结构，可以方便地作为信号检测仪，特别是微弱信号检测仪的前置放大。
6.在某些实施方式中，所述恒流源电路包括偏置设置模块、电流设置模块、第一运算放大器和晶体管，其中，所述偏置设置模块连接所述第一运算放大器的正极输入端，所述电流设置模块连接所述第一运算放大器的负极输入端，所述晶体管的漏级连接所述第一运算放大器的负极输入端，所述晶体管的源级连接所述差分增益配置电路的输入端，所述第一运算放大器的输出端与所述差分增益配置电路的输出端连接。
7.在某些实施方式中，所述偏置设置模块包括第一直流电压源、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端连接所述第一直流电压源，所述第一电阻的第二端连接所述第一运算放大器的正极输入端，所述第二电阻的第一端接地，所述第二电阻的第二端连接所述第一运算放大器的正极输入端，所述偏置设置模块的电压配置值通过所述第一电阻和所述第二电阻分压得到。
8.在某些实施方式中，所述电流设置模块包括第二直流电压源和第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第二直流电压源，所述第三电阻的第二端连接所述第一运算放大器的负极输入端，所述电流设置模块的电流配置值由所述第二直流电压源、所述第三电阻和所述偏置设置模块的电压配置值决定。
9.在某些实施方式中，所述恒流源电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述第一运算放大器的负极输入端，另一端连接所述第一运算放大器的输出端。
10.在某些实施方式中，所述恒流源电路还包括输入阻抗配置模块，所述输入阻抗配置模块连接所述晶体管的栅极，所述输入信号通过所述输入阻抗配置模块输入，所述输入信号的输入方式包括差分输入和单端输入。
11.在某些实施方式中，所述放大电路包括电压输入正极和电压输入负极，在所述输入方式为所述单端输入的情况下，所述电压输入正极接有所述输入信号，所述电压输入负极接地。
12.在某些实施方式中，所述放大电路包括电压输入正极和电压输入负极，在所述输入方式为所述差分输入的情况下，所述电压输入正极连接所述输入信号的正极，所述电压输入负极连接所述输入信号的负极。
13.在某些实施方式中，所述输入阻抗配置模块包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述晶体管的栅极，另一端接地。
14.在某些实施方式中，所述差分增益配置电路包括第五电阻、第六电阻和第七电阻，所述第五电阻的两端分别与所述两个恒流源电路的晶体管的源级连接，所述第六电阻的第一端连接所述第五电阻，所述第六电阻的第二端连接其中一个所述恒流源电路的第一运算放大器的输出端，所述第七电阻的第一端连接所述第五电阻，所述第七电阻的第二端连接另一个所述恒流源电路的第一运算放大器的输出端，所述第六电阻的第二端和所述第七电阻的第二端还连接所述全差分放大电路。
15.在某些实施方式中，所述全差分放大电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻以及第二运算放大器，所述第八电阻的第一端连接所述第七电阻的第二端，所述第八电阻的第二端连接所述第二运算放大器的正极输入端，所述第九电阻的第一端连接所述第六电阻的第二端，所述第九电阻的第二端连接所述第二运算放大器的负极输入端，所述第十电阻设置在所述第二运算放大器的正极输入端和输出端之间，所述第十一电阻设置在所述第二运算放大器的负极输入端和输出端之间。
16.本技术提供一种信号检测仪，所述信号检测仪包括上述任一实施方式中的放大电路。
17.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
18.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是本技术实施方式中的放大电路的电路模块示意图；
20.图2是本技术实施方式中的放大电路的电路结构示意图。
21.主要元件符号说明：
22.放大电路100、恒流源电路11、偏置设置模块110、电流设置模块111、输入阻抗配置模块112、差分增益配置电路12、全差分放大电路13。
具体实施方式
23.下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始
至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
24.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
28.请参阅图1，本技术实施方式提供一种放大电路100，放大电路100包括两个恒流源电路11、差分增益配置电路12和全差分放大电路13，其中，两个恒流源电路11对称设计，恒流源电路11用于提供稳定的电流，差分增益配置电路12的输入端与恒流源电路11的输出端连接，差分增益配置电路12用于配置放大增益。
29.本技术实施方式的放大电路100中，在高阻输入的条件下可实现非常低的输入噪声谱密度，采用对称放大的形式以及全差分放大结构，能够有效地抑制共模干扰，输出结构为差分结构，可以方便地作为信号检测仪，特别是微弱信号检测仪的前置放大。
30.本技术实施方式还提供一种信号检测仪，信号检测仪包括本技术中提供的放大电路100。信号检测仪包括微弱信号检测仪等检测设备，本技术中以微弱信号检测仪进行说明，信号检测仪可以从噪声从检测出有用的微弱信号，信号检测仪工作时可以经由放大电路100对微弱信号进行放大以便检测。
31.需要说明的是，微弱信号检测技术是采用一系列信号处理方法，以从噪声中检测
出有用的微弱信号。在较低信噪比中检测微弱信号时，由于微弱信号的自身特征信号本身十分微弱，因此需要尽量降低采集信号的设备如信号检测仪中的放大电路本身引入的噪声。
32.需要了解的是，成熟的集成运放在使用bjt(双极性晶体管)作为输入极时，可以实现非常低的输入电压噪声谱密度。但是由于bjt的输入阻抗不高，无法满足高阻抗输入的情形。在微弱信号检测领域，被测信号的输出阻抗可能为低阻，也可能为高阻。因此，为了能够满足所有条件下的电压检测需要，检测电路的输入必须能够满足高阻条件。
33.当输入端采用jfet(结型场效应晶体管)作为输入放大器的情况下，可以接入输入阻抗很大的信号源，然而当前市面上没有jfet输入且有非常低的输入电压噪声谱密度的集成运放，因此只能通过采用多路集成运放并联或采用分立jfet元件的方式来搭建前置放大电路的方式来实现。其中，多路集成运放并联的方案虽然也可以将输入电压噪声谱密度降到足够低的水平，但是其需要较多数量的集成运放，一方面带来了成本的增加，另一方面会增加电路板的面积和设计难度，尤其对于面积有限制的电路板中难以应用。
34.因此本技术中提供一种放大电路100，总体架构采用对称放大的形式，对称方式能够极大的抑制共模干扰，降低温度波动对放大电路100的影响。该放大电路100的输入支持差分或者单端输入，输出结构为差分结构，可以非常方便的作为微弱信号检测设备的前置放大。放大电路100中可以采用分立jfet元件来设计整个电路，从而可以在高阻输入的条件下，实现非常低的输入噪声谱密度。
35.请参阅图2，在一个实施例中，放大电路100由两级放大电路100组成，两级放大电路100的放大比例可以根据实际需求进行配置。一般来说，第一级放大电路对整体电路的噪声起着决定性的作用。第一级放大电路主要包括两个对称设置的恒流源电路11和差分增益配置电路12，对称设置的结构可以极大的抑制共模干扰，降低温度波动对放大电路100的影响。第二级放大电路包括全差分放大电路13。
36.恒流源电路11包括偏置设置模块110、电流设置模块111、第一运算放大器和晶体管，其中，偏置设置模块110连接第一运算放大器的正极输入端，电流设置模块111连接第一运算放大器的负极输入端，晶体管的漏级连接第一运算放大器的负极输入端，晶体管的源级连接差分增益配置电路12的输入端，第一运算放大器的输出端与差分增益配置电路12的输出端连接。
37.可以理解，晶体管可以是低噪声jfet三极管，第一运算放大器可以为低噪声集成运算放大器，恒流源电路11还包括第一电容，第一电容的一端连接第一运算放大器的负极输入端，另一端连接第一运算放大器的输出端。第一电容可以用于消除第一运算放大器的反馈网络中的相移或延迟。
38.由于两个恒流源电路11结构完全对称，晶体管包括晶体管q1和晶体管q2，晶体管的型号相同。第一运算放大器包括u1和u2，均为低噪声集成运算放大器，第一电容包括c1和c2。
39.更具体而言，如图2所示，偏置设置模块110包括第一直流电压源v1、第一电阻和第二电阻，第一电阻的第一端连接第一直流电压源v1，第一电阻的第二端连接第一运算放大器的正极输入端，第二电阻的第一端接地，第二电阻的第二端连接第一运算放大器的正极输入端，偏置设置模块110的电压配置值通过第一电阻和第二电阻分压得到。
40.其中，由于两个恒流源电路11结构完全对称，偏置设置模块110为两个，那么第一电阻包括r1和r2，第二电阻包括r5和r6，通常设置r1的电阻值等于r6的电阻值，r2的电阻值等于r5的电阻值。偏置设置模块110的电压配置值通过r1和r2对第一直流电压源v1进行分压得到。同理，另一个偏置设置模块110的电压配置值通过r5和r6对另一个第一直流电压源v1进行分压得到。
41.第一电阻r1的第二端连接第一运算放大器u1的正极输入端，第二电阻r5的第二端连接第一运算放大器u2的正极输入端。
42.如图2所示，电流设置模块111包括第二直流电压源v2和第三电阻，第三电阻的第一端连接第二直流电压源v2，第三电阻的第二端连接第一运算放大器的负极输入端，电流设置模块111的电流配置值由第二直流电压源v2、第三电阻和偏置设置模块110的电压配置值决定。
43.其中，两个恒流源电路11的结构完全对称设置，那么第三电阻包括r3和r4，通常r3的电阻值和r4的电阻值相同。其中一个电流设置模块111的电流配置值由第二直流电压源v2、r3以及对应的一个偏置设置模块110的电压偏置值决定。同理，另外一个电流设置模块111的电流配置值由另一个第二直流电压源v2、r4以及对应的偏置设置模块110的电压配置值决定。通常，r3的电阻值和r4的电阻值相同。第三电阻r3的第二端连接第一运算放大器u1的负极输入端，第三电阻r4的第二端连接第一运算放大器u2的负极输入端。
44.如图2所示，恒流源电路11还可以包括输入阻抗配置模块112，输入阻抗配置模块112连接晶体管的栅极，输入信号通过所述输入阻抗配置模块112输入，输入信号的输入方式包括差分输入和单端输入。
45.需要说明的是，放大电路100可以包括电压输入正极和电压输入负极，在输入方式为单端输入的情况下，电压输入正极接有输入信号，电压输入负极接地。
46.另外，放大电路100包括电压输入正极和电压输入负极，在输入方式为差分输入的情况下，电压输入正极连接输入信号的正极，电压输入负极连接输入信号的负极。
47.具体而言，如图2所示，输入阻抗配置模块112可以包括第四电阻，第四电阻的一端连接晶体管的栅极，另一端接地。输入阻抗可以根据实际需求通常配置为50欧姆输入或者10兆欧姆输入。在微弱信号检测领域，为了提高检测的精度，通常输入阻抗配置为10兆欧姆，即将第四电阻配置为10兆欧姆。其中，第四电阻可以包括r9和r10。那么第四电阻r9的一端连接晶体管q1的栅极，第四电阻r10的一端连接晶体管q2的栅极。
48.如图2所示，差分增益配置电路12包括第五电阻、第六电阻和第七电阻，第五电阻的两端分别与两个恒流源电路11的晶体管的源级连接，第六电阻的第一端连接第五电阻，第六电阻的第二端连接其中一个恒流源电路11的第一运算放大器的输出端，第七电阻的第一端连接第五电阻，第七电阻的第二端连接另一个恒流源电路11的第一运算放大器的输出端，第六电阻的第二端和第七电阻的第二端还连接全差分放大电路13。
49.其中，差分增益配置电路12中的第五电阻、第六电阻和第七电阻分别为r11、r12以及r13确定，通常r12的电阻值和r13的电阻值相同。使用差分增益配置电路12配置增益比，形成电压放大比的情况下，放大比可以通过r12/(1/2)r11来计算得到。第五电阻r11的两端分别与晶体管q1和晶体管q2的源级连接；第六电阻r12的第二端连接第一运算放大器u1的输出端，第七电阻r13的第二端连接第一运算放大器u2的输出端。
50.如图2所示，全差分放大电路13包括第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻以及第二运算放大器u3，第八电阻的第一端连接第七电阻的第二端，第八电阻的第二端连接第二运算放大器u3的正极输入端，第九电阻的第一端连接第六电阻的第二端，第九电阻的第二端连接第二运算放大器u3的负极输入端，第十电阻设置在第二运算放大器u3的正极输入端和输出端之间，第十一电阻设置在第二运算放大器u3的负极输入端和输出端之间。
51.其中，全差分放大电路13中的第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻分别为r15、r16、r14和r17，通常，r14的阻值与r17相同，r15和r16的阻值相同。
52.本技术的放大电路100中，输入信号经由输入阻抗配置模块112输入，用户可以选择单端输入或者差分输入形式，通过选择将电压输入负极接地或者接输入信号的负极来决定。输入阻抗配置模块112的第四电阻r9和r10可以选择为10兆欧姆，以提高检测的精度。然后输入信号经过两个恒流源电路11的晶体管q1和q2，配合差分增益配置电路12配置的放大比，即经过第一级放大电路放大到一个比较大的电压，并且由于对称的两个恒流源电路11设计结构，两个恒流源电路11的输出端均接入差分增益配置电路12，实现差分输出结构，放大的输入信号形成一个差分的结构，并与全差分放大电路13的输入端相连接，以实现使用差分的放大方式对输入信号进一步放大。
53.本技术中，基于分立的jfet元件，即两个晶体管，搭建放大电路100，可以在高阻输入的条件下，实现非常低的输入噪声谱密度。放大电路100采用全差分放大结构，能够有效的抑制温度等共模信号对电路的影响，以能够作为高阻输入条件下，信号检测仪的前置放大电路100。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
55.尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.一种放大电路，其特征在于，包括：两个恒流源电路，所述两个恒流源电路对称设置，所述恒流源电路用于提供稳定的电流；差分增益配置电路，所述差分增益配置电路的输入端与所述恒流源电路的输出端连接，所述差分增益配置电路用于配置放大倍数以配合所述恒流源电路对输入信号进行一级放大；和全差分放大电路，所述全差分放大电路的输入端与所述差分增益配置电路的输出端连接，所述全差分放大电路用于对经所述差分增益配置电路放大的所述输入信号进行二级放大。2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述恒流源电路包括偏置设置模块、电流设置模块、第一运算放大器和晶体管，其中，所述偏置设置模块连接所述第一运算放大器的正极输入端，所述电流设置模块连接所述第一运算放大器的负极输入端，所述晶体管的漏级连接所述第一运算放大器的负极输入端，所述晶体管的源级连接所述差分增益配置电路的输入端，所述第一运算放大器的输出端与所述差分增益配置电路的输出端连接。3.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述偏置设置模块包括第一直流电压源、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端连接所述第一直流电压源，所述第一电阻的第二端连接所述第一运算放大器的正极输入端，所述第二电阻的第一端接地，所述第二电阻的第二端连接所述第一运算放大器的正极输入端，所述偏置设置模块的电压配置值通过所述第一电阻和所述第二电阻分压得到。4.根据权利要求3所述的放大电路，其特征在于，所述电流设置模块包括第二直流电压源和第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第二直流电压源，所述第三电阻的第二端连接所述第一运算放大器的负极输入端，所述电流设置模块的电流配置值由所述第二直流电压源、所述第三电阻和所述偏置设置模块的电压配置值决定。5.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述恒流源电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述第一运算放大器的负极输入端，另一端连接所述第一运算放大器的输出端。6.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述恒流源电路还包括输入阻抗配置模块，所述输入阻抗配置模块连接所述晶体管的栅极，所述输入信号通过所述输入阻抗配置模块输入，所述输入信号的输入方式包括差分输入和单端输入。7.根据权利要求6所述的放大电路，其特征在于，所述放大电路包括电压输入正极和电压输入负极，在所述输入方式为所述单端输入的情况下，所述电压输入正极接有所述输入信号，所述电压输入负极接地。8.根据权利要求6所述的放大电路，其特征在于，所述放大电路包括电压输入正极和电压输入负极，在所述输入方式为所述差分输入的情况下，所述电压输入正极连接所述输入信号的正极，所述电压输入负极连接所述输入信号的负极。9.根据权利要求6所述的放大电路，其特征在于，所述输入阻抗配置模块包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述晶体管的栅极，另一端接地。10.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述差分增益配置电路包括第五电阻、第六电阻和第七电阻，所述第五电阻的两端分别与所述两个恒流源电路的晶体管的源
级连接，所述第六电阻的第一端连接所述第五电阻，所述第六电阻的第二端连接其中一个所述恒流源电路的第一运算放大器的输出端，所述第七电阻的第一端连接所述第五电阻，所述第七电阻的第二端连接另一个所述恒流源电路的第一运算放大器的输出端，所述第六电阻的第二端和所述第七电阻的第二端还连接所述全差分放大电路。11.根据权利要求10所述的放大电路，其特征在于，所述全差分放大电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻以及第二运算放大器，所述第八电阻的第一端连接所述第七电阻的第二端，所述第八电阻的第二端连接所述第二运算放大器的正极输入端，所述第九电阻的第一端连接所述第六电阻的第二端，所述第九电阻的第二端连接所述第二运算放大器的负极输入端，所述第十电阻设置在所述第二运算放大器的正极输入端和输出端之间，所述第十一电阻设置在所述第二运算放大器的负极输入端和输出端之间。12.一种信号检测仪，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的放大电路。
技术总结本申请公开了一种放大电路和信号检测仪，放大电路包括两个恒流源电路、差分增益配置电路和全差分放大电路。其中，两个恒流源电路对称设置，恒流源电路用于提供稳定的电流；差分增益配置电路的输入端与恒流源电路的输出端连接，差分增益配置电路用于配置放大倍数以配合恒流源电路对输入信号进行一级放大；全差分放大电路的输入端与差分增益配置电路的输出端连接，全差分放大电路用于对经差分增益配置电路放大的输入信号进行二级放大。如此，在高阻输入的条件下可实现非常低的输入噪声谱密度，对称放大的形式以及全差分放大结构，能够有效地抑制共模干扰，输出结构为差分结构，可以方便地作为信号检测仪，特别是微弱信号检测仪的前置放大。仪的前置放大。仪的前置放大。
技术研发人员：罗登 盛迎接
受保护的技术使用者：国仪量子（合肥）技术有限公司
技术研发日：2022.04.19
技术公布日：2022/7/5
