本發(fā)明涉及電流/電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自適應(yīng)電流電壓轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)：

自然界中，幾乎所有能表示信息的量都是模擬量，在信號處理中，需要進行信號的轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號或是利于后續(xù)處理的量，例如壓力傳感器就是將壓力轉(zhuǎn)化為電信號，光電二極管就是把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，攝像頭就是把圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字陣列等便。

隨著科技的進步，微電子器件越來越受到人們的關(guān)注，普遍存在于各類電子設(shè)備中。比如，目前熱門的可穿戴設(shè)備，就是采集人體內(nèi)部微弱的體征信號，再通過算法對信號進行數(shù)據(jù)化，而內(nèi)部器件追求的是低功耗，超低功耗等，這樣就需要把微弱的體征信號進行放大。在進行信號放大之前，需要進行模擬量到電信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換電路便是進行信號處理的奠基石。但是微弱信號本身并不穩(wěn)定，時強時弱，這給電路設(shè)計這帶來了一定困難，如何設(shè)計一個簡單且有效的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換電路，是諸多設(shè)計者所亟待解決的。

以光電轉(zhuǎn)換電路為例，現(xiàn)有常見的光電轉(zhuǎn)換電路如圖1所示，從外部輸入光信號到光電二極管（Photo-Diode），光電二極管根據(jù)輸入的光照強度產(chǎn)生光電流Ipd，光電流由電阻R將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓的大小是V=Vdd-Ipd*R，光電轉(zhuǎn)換的靈敏度由電阻R的阻值確定，R的阻值越大，靈敏度越高。這種傳統(tǒng)的電路有幾個問題，若電源電壓Vdd發(fā)生變化時，Vout的輸出值會產(chǎn)生直接影響，其次是光電二極管產(chǎn)生的光電流的大小與光信號的強弱一致，由于電阻R的值固定且較大，使輸出電壓信號的擺幅過大，再經(jīng)過后級電路的放大，容易發(fā)生飽和失真，對這樣的信號進行處理是不精確的，則需要特殊的電路或結(jié)構(gòu)對外部信號進行轉(zhuǎn)換，使輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，方便后級電路對信號的處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種自適應(yīng)電流電壓轉(zhuǎn)換電路，使得輸出的電壓信號控制在一定范圍內(nèi)，避免過大的信號造成下級電路放大器的飽和失真，實現(xiàn)自適應(yīng)功能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)措施：包括n+1個電阻R1、R2…Rn、R(n+1)和n個NMOS管N1、N2…Nn；所述n+1個電阻串聯(lián)，且R1?R2???Rn?R(n+1)；所述n個NMOS管分別與前n個電阻對應(yīng)連接，所述NMOS管的柵極連接對應(yīng)電阻的第一端，源極連接對應(yīng)電阻的第二端，漏極與電源電壓連接；所述R1的第一端與直流偏置電壓的正極相連；所述R(n+1)第二端連接第一負(fù)載，所述第一負(fù)載輸出微弱電流信號；所述的R1第一端和所述R(n+1)第二端分別連接一電容，所述電容與全差分運算放大器電路連接。

本發(fā)明還可以通過以下技術(shù)措施進一步完善：

作為進一步改進，還包括有電源電壓校準(zhǔn)模塊，其輸入端與電源電壓連接，輸出端與所述n個NMOS管的漏極連接。

作為進一步改進，所述第一負(fù)載為光電二極管。

作為進一步改進，所述第一負(fù)載為壓力傳感器。

作為進一步改進，所述電阻個數(shù)為3個，所述NMOS管的個數(shù)為2個；所述N1的柵極連接R1的第一端，源極連接R1的第二端；所述N2的柵極連接R2的第一端，源極連接R2的第二端。

還提供采用了另一技術(shù)措施，包括n+1個電阻R1'、R2'…Rn'、R(n+1)'和n個PMOS管P1、P2…Pn；所述n+1個電阻串聯(lián)，且R1'? R2'??? Rn'? R(n+1)'；所述n個PMOS管分別與前n個電阻對應(yīng)連接，所述PMOS管的柵極連接對應(yīng)電阻的第一端，源極連接對應(yīng)電阻的第二端，漏極與直流偏置電壓的正極連接；所述R1'的第一端接地；所述R(n+1)'第二端連接第二負(fù)載，所述第二負(fù)載輸出微弱電流信號；所述R1'的第一端和所述R(n+1)'第二端分別連接一電容，所述電容與全差分運算放大器電路連接。

作為進一步改進，所述第二負(fù)載為光電二極管。

作為進一步改進，所述第二負(fù)載為壓力傳感器。

作為進一步改進，所述電阻個數(shù)為3個，所述PMOS管的個數(shù)為2個；所述P1的柵極連接R1'的第一端，源極連接R1'的第二端；所述P2的柵極連接R2'的第一端，源極連接R2'的第二端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：設(shè)置有多個電阻串聯(lián)，且R1?R2???Rn?R(n+1)，每個電阻分別連接一個MOS管，利用MOS管閥值電壓的導(dǎo)通特性，使其具有自動開關(guān)的功能，當(dāng)電流信號較強時，相應(yīng)的MOS管導(dǎo)通，其所連接的電阻短路，總電阻減小，避免下級放大器出現(xiàn)飽和失真；當(dāng)電流信號較弱時，相應(yīng)的MOS管斷開，其所連接的電阻接入電路，總電阻增大，保證輸出電壓信號夠大；本發(fā)明能克服傳統(tǒng)電路的弊端，實現(xiàn)自適應(yīng)電流電壓轉(zhuǎn)換，電流信號時強時弱也能使輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)光電轉(zhuǎn)換電路圖。

圖2是本發(fā)明自適應(yīng)電流電壓轉(zhuǎn)換電路第一方案電路圖。

圖3是第一方案中的其中一實施例電路圖。

圖4是本發(fā)明自適應(yīng)電流電壓轉(zhuǎn)換電路第二方案中一實施例電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。

第一方案

如圖2和圖3所示，包括有n+1個電阻R1、R2…Rn、R(n+1)和n個NMOS管N1、N2…Nn，其中n+1個電阻串聯(lián)，且R1?R2???Rn?R(n+1)。在其中一較佳實施例中，n為2，即設(shè)有3個電阻并聯(lián)。NMOS管的寬長比可根據(jù)電路的實際需要合理設(shè)置，以調(diào)整最佳的閥值電壓。2個NMOS管N1、N2分別與前2個電阻R1、R2對應(yīng)連接；N1的柵極連接R1的第一端，源極連接R1的第二端；N2的柵極連接R2的第一端，源極連接R2的第二端；N1、N2的漏極與電源電壓連接。較佳地，N1、N2的漏極可與電源電壓校準(zhǔn)模塊連接。設(shè)置電源電壓校準(zhǔn)模塊能避免電源電壓的波動給整體電路帶來的影響，使得可以得到穩(wěn)定的輸出電平值。R1的第一端與一直流偏置電壓的正極相連，用以為電路的第一節(jié)點提供固定電平。

當(dāng)光電流I較小時，N1、N2的柵源電壓小于其閥值電壓，即I1*R1<V(GS1)-V(TH)且I2*R2<V(GS2)-V(TH)，NMOS管N1、N2截止，所有光電流均流過電阻，則引入電路的等效電阻R'=R1+R2+R3，Vout=V1-V2，此時輸出較大電壓；當(dāng)光電流I增大時，I1也隨即增大，增大至N1的柵源電壓大于其閥值電壓，即I1*R1>V(GS1)-V(TH)，N1開始導(dǎo)通，R1被N1短路，由于R1?R2，此時N1仍截止，引入電路的等效電阻R'=R2+R3，隨著光電流I的增大，輸出電壓的增幅明顯減慢；光電流I繼續(xù)增大時，I2也隨即增大，增大至N2的柵源電壓大于其閥值電壓，即I2*R2>V(GS2)-V(TH)，N2開始導(dǎo)通，由于R1?R2?R3，此時N1、N2均處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，R1、R2被短路，引入電路的等效電阻R'=R3，隨著光電流I的增大，輸出電壓的增幅呈線性增大，斜率為等效電阻的阻值，此時輸出電壓的增幅十分緩慢。該電路的設(shè)計，能使輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，實現(xiàn)自適應(yīng)電流電壓轉(zhuǎn)換。輸入的電流信號變化的梯度隨級數(shù)的變化而變化，n越大，級數(shù)越多，量化的過程越精確，使得輸出電壓能更加精確地反應(yīng)輸入電流的變化量。

R1的第一端和R3第二端分別連接一電容，電容與全差分運算放大器電路連接。設(shè)置電容一方面能有效隔絕上級電路帶來的直流噪聲，另一方面能與上級電路的電阻構(gòu)成低通濾波器，并和下級電路反饋支路的電阻Rf構(gòu)成高通濾波器，整體形成帶通濾波器，從而濾除有效信號范圍之外的噪聲，濾波器的中心頻率由電阻和電容決定。信號通過電容后進入全差分運算放大器電路中進行下級的方法和處理。

R(n+1)第二端連接第一負(fù)載，第一負(fù)載可為任意傳感器或檢測器，只要是輸出微弱電流信號的均適用。本實施例中，第一負(fù)載為光電二極管。在光電二極管進行紅外遙控信號檢測時，本發(fā)明可根據(jù)接收到的紅外信號強弱有效地改變接入電路的等效電阻，使得輸出電壓控制在一定范圍內(nèi)，有效避免數(shù)據(jù)丟失的情況。

第二方案

如圖4所示，包括有n+1個電阻R1'、R2'…Rn'、R(n+1)'和n個PMOS管P1、P2…Pn，其中n+1個電阻串聯(lián)，且R1'? R2'??? Rn'? R(n+1)'。在其中一較佳實施例中，n為2，即設(shè)有3個電阻并聯(lián)。PMOS管的寬長比可根據(jù)電路的實際需要合理設(shè)置，以調(diào)整最佳的閥值電壓。2個PMOS管P1、P2分別與前2個電阻R1'、R2'對應(yīng)連接；P1的柵極連接R1'的第一端，源極連接R1'的第二端；P2的柵極連接R2'的第一端，源極連接R2'的第二端；P1、P2的漏極與一偏置電壓的正極連接，用于提供固定電平。R1'的第一端接地。

當(dāng)光電流I較小時，P1、P2的柵源電壓小于其閥值電壓，即I1'*R1'<丨V(GS1)'-V(TH)' 丨且I2'*R2'<丨V(GS2)'-V(TH)' 丨，PMOS管P1、P2截止，所有光電流均流過電阻，則引入電路的等效電阻R''=R1'+R2'+R3'，Vout'=V1-V2，此時輸出較大電壓；當(dāng)光電流I增大時，I1'也隨即增大，增大至P1的柵源電壓大于其閥值電壓，即I1'*R1'>丨V(GS1)'-V(TH)' 丨，P1開始導(dǎo)通，R1'被P1短路，由于R1'? R2'，此時P2仍截止，引入電路的等效電阻R''=R2'+R3'，隨著光電流I的增大，輸出電壓的增幅明顯減慢；光電流I繼續(xù)增大時，I2'也隨即增大，增大至P2的柵源電壓大于其閥值電壓，即I2'*R2'>丨V(GS2)'-V(TH)' 丨，P2開始導(dǎo)通，由于R1'?R2'?R3'，此時P1、P2均處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，R1'、R2'被短路，引入電路的等效電阻R''=R3'，隨著光電流I的增大，輸出電壓的增幅呈線性增大，斜率為等效電阻的阻值，此時輸出電壓的增幅十分緩慢。

第二方案中其他未描述技術(shù)特征與第一方案相同，在此不再重復(fù)說明。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。