專利名稱：一種熱電堆讀出電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種讀出電路，尤其是一種熱電偶讀出電路，屬于集成電路的技術領域。
背景技術：
熱電堆(熱電偶)作為一種測溫器件或紅外探測器件，具有廣泛的應用，如體溫槍，紅外成像儀等。傳感器的智能化和集成化是當今物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的一個熱點，熱電堆(熱電偶)器件與其讀出電路集成到同一塊芯片上能極大增加集成度，降低成本，易于與其它控制電路集成。如圖1所示:為現(xiàn)有的熱電堆(熱電偶)讀出電路示意圖，熱電堆(熱電偶)的兩端直接與專用儀表放大器(如AD627)相連，通過調(diào)節(jié)儀表放大器的外接電阻來調(diào)節(jié)增益與消除失調(diào)；并且由于熱電堆(熱電偶)的導線與專用儀表放大器的輸入端導線材料不同，需要相應的冷端補償。采用CMOS集成電路工藝制造熱電堆(熱電偶)的讀出電路時，需設計相關的電路來消除失調(diào)影響，并需要配套的濾波電路來消除高頻紋波和噪聲。因此，上述限制了熱電堆與其讀出電路的集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種熱電堆讀出電路，其結構緊湊，能實現(xiàn)低失調(diào)低噪聲的信號讀取，無需冷端補償，易于集成，降低成本，安全可靠。按照本發(fā)明提供的技術方案，所述熱電堆讀出電路，包括
斬波放大電路，與熱電堆相連，用于對熱電堆的輸出信號進行斬波放大；
多重反饋濾波電路，與斬波放大電路的輸出端連接，用于濾除斬波放大電路產(chǎn)生的紋波及熱電堆輸出的高頻噪聲；
Sallen-Key濾波電路，與多重反饋濾波電路的輸出端連接，用于對多重反饋濾波電路輸出信號中的高頻噪聲及紋波進行濾除，并將熱電堆的輸出信號進行輸出。所述斬波放大電路包括第一斬波開關，所述第一斬波開關的輸出端與第一運算放大器的輸入端連接，第一運算放大器的輸出端與第二斬波開關連接，第二斬波開關的輸出端與第一反饋電阻網(wǎng)絡連接，所述第一反饋電阻網(wǎng)絡包括第二電阻及第三電阻，所述第二電阻的一端與第二斬波開關的輸出端連接，第二電阻的另一端通過第一斬波開關與第一運算放大器的輸入端連接，且第二電阻的另一端通過第三電阻接地。所述第一斬波開關通過無源濾波電路與熱電堆連接，所述熱電堆的一端通過無源濾波電路與第一斬波開關連接，熱電堆的另一端接地。所述多重反饋濾波電路包括與斬波放大電路輸出端連接的第一低通濾波電路，所述第一低通濾波電路的輸出端與積分器的輸入端連接，積分器包括第六電阻及第三電容；第六電阻的第一端與低通濾波電路的輸出端相連，第六電阻的第二端與第三電容的一端及第二運算放大器的反相端連接，第三電容的另一端與第二運算放大器的輸出端及反饋電阻的一端連接，反饋電阻的另一端與第六電阻的第一端連接，第二運算放大器的同相端與交流地相連。所述Sallen-Key濾波電路包括與多重反饋濾波電路輸出端連接的第二低通濾波電路，第二低通濾波電路的輸入端與多次反饋濾波電路的輸出端連接，第二低通濾波電路的輸出端與第三運算放大器的同相端連接，第三運算放大器的輸出端與第二反饋電阻網(wǎng)絡及正反饋電容的一端連接，所述第二反饋電阻網(wǎng)絡包括第九電阻及第十電阻，所述第九電阻的一端與第三運算放大器的輸出端連接，第九電阻的另一端與第三運算放大器的反相端及第十電阻的一端連接，第十電阻的另一端接地，正反饋電容的另一端與第二低通濾波電路的輸入端連接。所述第一斬波開關包括第一 CMOS開關管及第三CMOS開關管，所述第一 CMOS開關管通過第二 CMOS開關管及第四CMOS開關管分別與第三CMOS開關管相應的端部連接，第一CMOS開關管的控制端及第三CMOS開關管的控制端與時鐘信號連接，第二 CMOS開關管的控制端及第四CMOS開關管的控制端與反時鐘信號連接。所述無源濾波電路為一階濾波電路或高階濾波電路。所述無源濾波電路包括第一電阻及第一電容，所述第一電阻的一端與熱電堆相連，第一電阻的另一端與第一電容的一端及第一斬波開關的輸入端連接，第一電容的另一端接地。所述第二低通濾波電路通過第七電阻與多重反饋濾波電路的輸出端連接。所述第一低通濾波電路包括第四電阻及第二電容，所述第四電阻的一端與斬波放大電路的輸出端連接，第四電阻的另一端與第六電阻的一端及第二電容的一端連接，第二電容的另一端接地。本發(fā)明的優(yōu)點:熱電堆或熱電偶的信號通過斬波放大電路進行斬波放大，通過多重反饋濾波電路對斬波放大電路產(chǎn)生的高頻噪聲及紋波進行濾除，通過Sallen-Key濾波電路對高頻噪聲級紋波進行二次濾除，同時提高帶負載的能力，實現(xiàn)對熱電堆或熱電偶信號低失調(diào)低噪聲的讀取，無需冷端補償，易于與器件集成，降低成本，安全可靠。


圖1為現(xiàn)有熱電堆讀出電路的電路原理圖。圖2為本發(fā)明的電路原理圖。圖3為本發(fā)明第一斬波開關的電路原理圖。附圖標記說明:1-熱電堆、2-無源濾波電路、3-第一斬波開關、4-第一運算放大器、5-第一反饋電阻網(wǎng)絡、6-第一低通濾波電路、7-積分器、8-第二運算放大器、9-反饋電阻、10-第二低通濾波電路、11-第二反饋電阻網(wǎng)絡、12-第三運算放大器、14-第一 CMOS開關管、15-第二 CMOS開關管、16-第三CMOS開關管、17-第四CMOS開關管、18-第二斬波開關、19-斬波放大電路、20-多重反饋濾波電路及21-Sallen-Key濾波電路。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖2所示:為了能實現(xiàn)對熱電堆I (或熱電偶)信號的低失調(diào)低噪聲的讀取，便于進行集成，本發(fā)明包括斬波放大電路19，與熱電堆I相連，用于對熱電堆I的輸出信號進行斬波放大；
多重反饋濾波電路20，與斬波放大電路19的輸出端連接，用于濾除斬波放大電路19產(chǎn)生的紋波及熱電堆I輸出的高頻噪聲；
Sallen-Key濾波電路21，與多重反饋濾波電路20的輸出端連接，用于對多重反饋濾波電路20輸出信號中的高頻噪聲及紋波進行濾除，并將熱電堆I的輸出信號進行輸出。具體地，所述斬波放大電路19包括第一斬波開關3，所述第一斬波開關3的輸出端與第一運算放大器4的輸入端連接，第一運算放大器4的輸出端與第二斬波開關18連接，第二斬波開關18的輸出端與第一反饋電阻網(wǎng)絡5連接，所述第一反饋電阻網(wǎng)絡5包括第二電阻R2及第三電阻R3，所述第二電阻R2的一端與第二斬波開關18的輸出端連接，第二電阻R2的另一端通過第一斬波開關3與第一運算放大器4的輸入端連接，且第二電阻R2的另一端通過第三電阻R3接地。所述第一斬波開關3還可以通過無源濾波電路2與熱電堆I連接，所述熱電堆I的一端通過無源濾波電路2與第一斬波開關3連接，熱電堆I的另一端接地。所述無源濾波電路2為一階濾波電路或高階濾波電路。所述無源濾波電路2包括第一電阻Rl及第一電容Cl,所述第一電阻Rl的一端與熱電堆I相連,第一電阻Rl的另一端與第一電容Cl的一端及第一斬波開關3的輸入端連接,第一電容Cl的另一端接地。本發(fā)明實施例中，第一斬波開關3與第二斬波開關18具有相同的結構，下面以第一斬波開關3為例進行說明。如圖3所示:所述第一斬波開關3包括第一 CMOS開關管14及第三CMOS開關管16，所述第一 CMOS開關管14通過第二 CMOS開關管15及第四CMOS開關管17分別與第三CMOS開關管16相應的端部連接，第一 CMOS開關管14的控制端及第三CMOS開關管16的控制端與時鐘信號連接，第二 CMOS開關管15的控制端及第四CMOS開關管17的控制端與反時鐘信號連接。即當?shù)谝?CMOS開關管14的控制端及第三CMOS開關管16的控制端連接的時鐘信號為高電平時，與第二 CMOS開關管15的控制端及第四CMOS開關管17的控制端連接的時鐘信號為低電平。在具體實施時，在第一斬波開關3的周圍可以根據(jù)需要加一圈或多圈保護環(huán)，以隔絕CMOS開關對其它電路的串擾；如有埋層工藝，可以在CMOS開關管版圖的下方增加一層埋層，以進一步隔斷CMOS開關對其他電路的串擾。所述斬波開關中的CMOS開關管采用最小工藝尺寸制備，以減小時鐘饋通帶來的影響。所述多重反饋濾波電路20包括與斬波放大電路19輸出端連接的第一低通濾波電路6，所述第一低通濾波電路6的輸出端與積分器7的輸入端連接，積分器7包括第六電阻R6及第三電容C3 ;第六電阻R6的第一端與低通濾波電路6的輸出端相連,第六電阻R6的第二端與第三電容C3的一端及第二運算放大器8的反相端連接，第三電容C3的另一端與第二運算放大器8的輸出端及反饋電阻9的一端連接，反饋電阻9的另一端與第六電阻R6的第一端連接，第二運算放大器8的同相端與交流地相連。所述第一低通濾波電路6包括第四電阻R4及第二電容C2，所述第四電阻R4的一端與斬波放大電路19的輸出端連接，第四電阻R4的另一端與第六電阻R6的一端及第二電容C2的一端連接，第二電容C2的另一端接地。所述反饋電阻9即為第五電阻R5。本發(fā)明實施例中，多重反饋濾波電路20的第二電容C2、第三電容C3可以為多晶硅電容、金屬電容、MOS電容或外接電容。所述第四電阻R4、第五電阻R5及第六電阻R6可以為多晶硅電阻、井電阻、金屬電阻、MOS管電阻或外接電阻。所述Sallen-Key濾波電路21包括與多重反饋濾波電路20輸出端連接的第二低通濾波電路10，第二低通濾波電路10的輸入端與多次反饋濾波電路20的輸出端連接，第二低通濾波電路10的輸出端與第三運算放大器12的同相端連接，第三運算放大器12的輸出端與第二反饋電阻網(wǎng)絡11及正反饋電容13的一端連接，所述第二反饋電阻網(wǎng)絡11包括第九電阻R9及第十電阻R10，所述第九電阻R9的一端與第三運算放大器12的輸出端連接，第九電阻R9的另一端與第三運算放大器12的反相端及第十電阻RlO的一端連接，第十電阻RlO的另一端接地，正反饋電容13的另一端與第二低通濾波電路10的輸入端連接。所述第二低通濾波電路10通過第七電阻R7與多重反饋濾波電路20的輸出端連接。第二低通濾波電路10包括第八電阻R8及第四電容C4，第八電阻R8的一端通過第七電阻R7與多重反饋濾波電路20的輸出端連接，第八電阻R8的另一端與第四電容C4的一端及第三運算放大器12的同相端連接，第四電容C4的另一端接地。正反饋電容13即為圖中的第五電容C5 ο本發(fā)明實施例中，所述第四電容C4及第五電容C5可以為多晶娃電容、金屬電容、MOS電容或外接電容。所述第七電阻R7、第八電阻R8及第九電阻R9與第十電阻RlO可以為多晶硅電阻、井電阻、金屬電阻、MOS管電阻或外接電阻。如圖2 圖3所示:熱電堆I或熱電偶的信號通過斬波放大電路19進行斬波放大，通過多重反饋濾波電路20對斬波放大電路19產(chǎn)生的高頻噪聲及紋波進行濾除，通過Sallen-Key濾波電路21對高頻噪聲級紋波進行二次濾除，同時提高帶負載的能力，實現(xiàn)對熱電堆I或熱電偶信號低失調(diào)低噪聲的讀取，無需冷端補償，易于與器件集成，降低成本，
安全可靠。
權利要求
1.一種熱電堆讀出電路，其特征是:包括 斬波放大電路(19 )，與熱電堆(1)相連，用于對熱電堆(1)的輸出信號進行斬波放大； 多重反饋濾波電路(20)，與斬波放大電路(19)的輸出端連接，用于濾除斬波放大電路(19)產(chǎn)生的紋波及熱電堆(1)輸出的高頻噪聲； Sallen-Key濾波電路(21 )，與多重反饋濾波電路(20)的輸出端連接，用于對多重反饋濾波電路(20)輸出信號中的高頻噪聲及紋波進行濾除，并將熱電堆(I)的輸出信號進行輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述斬波放大電路(19)包括第一斬波開關(3),所述第一斬波開關(3)的輸出端與第一運算放大器(4)的輸入端連接,第一運算放大器(4)的輸出端與第二斬波開關(18)連接，第二斬波開關(18)的輸出端與第一反饋電阻網(wǎng)絡(5)連接，所述第一反饋電阻網(wǎng)絡(5)包括第二電阻(R2)及第三電阻(R3)，所述第二電阻(R2)的一端與第二斬波開關(18)的輸出端連接，第二電阻(R2)的另一端通過第一斬波開關(3)與第一運算放大器(4)的輸入端連接，且第二電阻(R2)的另一端通過第三電阻(R3)接地。
3.根據(jù)權利要求2所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述第一斬波開關(3)通過無源濾波電路(2 )與熱電堆(I)連接，所述熱電堆(I)的一端通過無源濾波電路(2 )與第一斬波開關(3)連接，熱電堆(I)的另一端接地。
4.根據(jù)權利要求1所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述多重反饋濾波電路(20)包括與斬波放大 電路(19)輸出端連接的第一低通濾波電路(6)，所述第一低通濾波電路(6)的輸出端與積分器(7)的輸入端連接，積分器(7)包括第六電阻(R6)及第三電容(C3);第六電阻(R6)的第一端與低通濾波電路(6)的輸出端相連,第六電阻(R6)的第二端與第三電容(C3)的一端及第二運算放大器(8)的反相端連接，第三電容(C3)的另一端與第二運算放大器(8)的輸出端及反饋電阻(9)的一端連接，反饋電阻(9)的另一端與第六電阻(R6)的第一端連接，第二運算放大器(8)的同相端與交流地相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述Sallen-Key濾波電路(21)包括與多重反饋濾波電路(20)輸出端連接的第二低通濾波電路(10)，第二低通濾波電路(10)的輸入端與多次反饋濾波電路(20)的輸出端連接，第二低通濾波電路(10)的輸出端與第三運算放大器(12)的同相端連接，第三運算放大器(12)的輸出端與第二反饋電阻網(wǎng)絡(11)及正反饋電容(13)的一端連接，所述第二反饋電阻網(wǎng)絡(11)包括第九電阻(R9)及第十電阻(R10)，所述第九電阻(R9)的一端與第三運算放大器(12)的輸出端連接，第九電阻(R9)的另一端與第三運算放大器(12)的反相端及第十電阻(RlO)的一端連接，第十電阻(RlO)的另一端接地，正反饋電容(13)的另一端與第二低通濾波電路(10)的輸入端連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述第一斬波開關(3)包括第一CMOS開關管(14)及第三CMOS開關管(16)，所述第一 CMOS開關管(14)通過第二 CMOS開關管(15)及第四CMOS開關管(17)分別與第三CMOS開關管(16)相應的端部連接，第一 CMOS開關管(14)的控制端及第三CMOS開關管(16)的控制端與時鐘信號連接，第二 CMOS開關管(15)的控制端及第四CMOS開關管(17)的控制端與反時鐘信號連接。
7.根據(jù)權利要求3所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述無源濾波電路(2)為一階濾波電路或高階濾波電路。
8.根據(jù)權利要求3所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述無源濾波電路(2)包括第一電阻(Rl)及第一電容(Cl)，所述第一電阻(Rl)的一端與熱電堆(I)相連，第一電阻(Rl)的另一端與第一電容(Cl)的一端及第一斬波開關(3)的輸入端連接,第一電容(Cl)的另一端接地。
9.根據(jù)權利要求5所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述第二低通濾波電路(10)通過第七電阻(R7)與多重反饋濾波電路(20)的輸出端連接。
10.根據(jù)權利要求4所述的熱電堆讀出電路，其特征是:所述第一低通濾波電路(6)包括第四電阻(R4)及第二電容(C2)，所述第四電阻(R4)的一端與斬波放大電路(19)的輸出端連接，第四電阻(R4)的另一端與第六電阻(R6)的一端及第二電容(C2)的一端連接，第二電容( C2)的另一端接地。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種讀出電路，尤其是一種熱電堆讀出電路，屬于集成電路的技術領域。按照本發(fā)明提供的技術方案，所述熱電堆讀出電路，包括斬波放大電路，與熱電堆相連，用于對熱電堆的輸出信號進行斬波放大；多重反饋濾波電路，與斬波放大電路的輸出端連接，用于濾除斬波放大電路產(chǎn)生的紋波及熱電堆輸出的高頻噪聲；Sallen-Key濾波電路，與多重反饋濾波電路的輸出端連接，用于對多重反饋濾波電路輸出信號中的高頻噪聲及紋波進行濾除，并將熱電堆的輸出信號進行輸出。本發(fā)明結構緊湊，能實現(xiàn)低失調(diào)低噪聲的信號讀取，無需冷端補償，易于集成，降低成本，安全可靠。
文檔編號G01K7/02GK103207029SQ20131013012
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權日2013年4月15日
發(fā)明者黃卓磊, 王瑋冰 申請人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心