第29卷第12期2006年12月合肥工业大学学报(自然科学版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.29No.12Dec.2006一种新型电荷放大器的设计方法与电路李勇,艾竹君,刘巧云(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009)摘要:介绍了一种新的电荷放大器的方法和电路。该电路主要由电流转换电路、恒流源电路、积分电路、模拟开关电路等组成,其突出特点是转换速度快、电路简单及输人信号范围大,适合构建成多路,在传感器测量系统中有着广泛地应用前景。关键词:电荷放大器;电流2电流转换器;积分电路:TN722.7文献标识码:A:100325060(2006)1221609204DesigningmethodofanovelchargeamplifierandLIYong,AIZhu2jun,2(SchoolofInstrumentScienceandOptoelectronic,,Hefei230009,China)Abstract:Anovelchargeitisdescribed.Thecircuitmainlyconsistsofacurrent2currentan,ananalogswitchcircuit,andasteadycurrentsourcecircuit.Thecircuits,theoperationalamplifier,andtheanalogswitcharea2doptedtoconstthechargeamplifiercircuit.Thecircuitischaracterizedbyitshighspeedofcon2version,widerangeofinput(about400pC)andsimplecircuitconfiguration.Theintroducedmethodandcircuitshowsasimpleandlow2costwaytodesignanddevelopmulti2channelchargeamplifiers.Thechargeamplifiercircuitcanbewidelyusedinsensingdevices.Keywords:chargeamplifier;current2currentconverter;integralcircuit电荷放大器作为一种直接将电荷转换成电压信号的放大器,被广泛地用做传感器(例如,压电[1]式传感器,光电传感器等)的转换电路。随着传感器技术的不断发展,要求后续测量电路具有响应时间快,信噪比高,电路简单,利于集成等方向发展。传统的电荷放大器已经不能适应这种要求。因此,在本文中,介绍了一种自己设计开发的新型的电荷放大器。图1传统电荷放大器1基本思路与电路设计以往常用的传统的电荷放大器的形式如图1所示。收稿日期:2006210210作者简介:李勇(1975-),男,安徽淮南人,合肥工业大学博士生.[2]其中,Ca为传感器电容;Cc为分布电容;Cf为放大器分布电容;Rf是积分电容,为泻放电阻。由于采用了负反馈的形式,因此它的输出表达式为:'1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.wwcnki1610Vst=合肥工业大学学报(自然科学版)第29卷Ca+Cc+Ci+(1+A)Cf(1)由于(1+A)CfmCa+Cc+Ci,因此输出Vst只和Q和Cf有关,所以输出比较稳定。这种形式电荷放大器实质就是一个电流积分器[3],优点是精度高,性能稳定;缺点是:①对输入信号的频率不能太高,否则输出会产生信号堆积;②后续电路比较复杂,比如要加上峰保持电路成型电路、峰展宽电路等,不适合大规模的集成;③不适合噪声较高的输入信号[4]图2中,R=RL/Ri,RL为传感器的偏置电阻;Ri为后接放大器输入电阻;C=CD+CS+Cl,CD为传感器电容;CS为分布电容;Cl为放大器分布电容。由(3)式可以看出,通过测量电容上电压VC,便可实现测量被测量Δ的目的。1.2电路设计电荷放大器电路主要由以下几个部分组成,分别是电流转换器、积分电路、积分/保持控制电路、输出与峰值保持电路。电荷放大器的原理如图3所示。。由于传统的电荷放大器存在以上不足,因此已经越来越不适合现在传感器对转换电路的要求。针对以上问题,设计了一种新型的电荷放大器电路,这种放大器直接对传感器的输出电流进行积分,转换成电压输出,提高了信噪比,并且能够同时具有成型、展宽和保持等功能。1.1基本思路图32传感器输出的电荷信号,的形式i(t)输出的。源,其输出电流),如τ时间内收集的总电荷量为Q,则单果在t～t+Δ个电流冲击脉冲可以由(2)式表示i(t)=limΔτ→0(300MHz)运算放大器、高频晶体管、2个恒流源构成的电路,它的主要作用是对输入信号电流进行电流2电流转换以及抑制共模信号。转换之后的电流信号进入积分电路积分。电流转换电路如图4所示。Δτ(2)式中,Q为传感器输出端收集到的总电荷,它与被测量成正比。在实际实验测量当中,电流i(t)在传感器输出电路中的电容C上积分,而获得一个输出电压VctVc=C0i(t)d(t)Δ=Q/C=K×(3)其中,K是传感器的灵敏度;Δ为输入被测量的大小。传感器的输出等...