專利名稱：一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路的制作方法
一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大規(guī)模模擬集成電路設(shè)計領(lǐng)域中的帶隙基準(zhǔn)源電路，特別是一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路。
背景技術(shù)：
圖1是典型的帶隙基準(zhǔn)功能結(jié)構(gòu)圖，由PNP晶體管Q1、Q2，電阻R1、R2、R3，運(yùn)算放大器AMP組成，其中PNP晶體管Ql的發(fā)射級面積是晶體管Q2的η倍，Vos為失調(diào)電壓。在上述傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路中，由運(yùn)放產(chǎn)生一個反饋環(huán)路基準(zhǔn)電壓。反饋環(huán)路保持運(yùn)算放大器的兩個輸入端結(jié)點電壓相等，電阻R2 = R3，使得流過PNP晶體管Ql和Q2的電流相等。由于晶體管Ql的發(fā)射級面積是Q2的η倍，所以在電阻Rl上會產(chǎn)生AVbe的電壓。由于正向?qū)ǖ腜N結(jié)電壓有負(fù)的溫度系數(shù)，而AVbe是正的溫度系數(shù)，所以通過適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)，可以獲得與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓。理想情況下，如圖1所示的失調(diào)電壓不存在。 但是由于運(yùn)放系統(tǒng)的失調(diào)，器件的失配而產(chǎn)生失調(diào)。輸出基準(zhǔn)電壓為Vov,=vhe2+^{VTnnn + Vos)其中vbe2是PNP晶體管2的發(fā)射極與基極電壓即結(jié)點NB到地的電壓，VT是熱電壓(等于KT/q)，η是PNP晶體管Ql和Q2發(fā)射極面積之比，Vos為運(yùn)放失調(diào)電壓。從上述關(guān)系式可以看到，運(yùn)放的失調(diào)被放大了 R3/R1倍。而且運(yùn)放的失調(diào)電壓隨溫度和工藝的變化而變化，因此輸出電壓Vout也會有很大的變化。這樣對于要求高精度電壓情況下，顯然不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，提供一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路。本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案解決了其技術(shù)問題一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路，包括一個運(yùn)算放大器，兩個鏡像設(shè)置的晶體管以及分壓電阻，該鏡像設(shè)置的第一晶體管和第二晶體管的基極與集電極共同連接信號的地端，第一晶體管的發(fā)射極、集電極與第一電阻、第二電阻串聯(lián)連接，第二電阻的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端，第二晶體管的發(fā)射極、集電極與第三電阻串聯(lián)連接，第三電阻的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端， 第一電阻、第二電阻的公共端連接運(yùn)算放大器反相輸入端，第二晶體管的發(fā)射極與第三電阻的公共端連接運(yùn)算放大器正相輸入端，其特征在于第一、二電阻的公共端，第二晶體管發(fā)射極與第三電阻的公共端分別連接調(diào)制器的輸入端，該調(diào)制器的兩輸出端分別連接運(yùn)算放大器的輸入端，運(yùn)算放大器兩輸出端分別連接解調(diào)器輸入端，該解調(diào)器的輸出端連接一個RC低通濾波器的輸入端，該RC低通濾波器的輸出端連接一個緩沖器的輸入端，該輸入端與緩沖器另一輸入端之間連接一個傳輸門電路，緩沖器的另一輸入端還與另一個RC低通濾波器的輸入端相連接，該RC低通濾波器的輸出端與緩沖器的輸出端相連接。
本發(fā)明采用了運(yùn)算放大器斬波穩(wěn)定原理，消除運(yùn)放輸入端的等效失調(diào)和Ι/f噪聲。在運(yùn)放輸入端對輸入信號進(jìn)行調(diào)制，而沒有對運(yùn)算放大器輸入端等效噪聲和失調(diào)電壓進(jìn)行調(diào)制。在運(yùn)放的輸出端，對信號進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)后，輸入信號恢復(fù)而運(yùn)算放大器的等效輸入失調(diào)電壓和Ι/f噪聲則被調(diào)制到高頻，然后通過低通濾波器濾除高頻成分，從而減小甚至消除失調(diào)電壓和Ι/f噪聲對精度的影響。本發(fā)明成功解決了帶隙基準(zhǔn)源由于運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓引起的輸出電壓精度低的現(xiàn)象，而且使得運(yùn)算放大器的Ι/f噪聲減小，輸出電壓更加精確，輸出紋波更小。

圖1是傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中調(diào)制器的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本發(fā)明中解調(diào)器的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖5為本發(fā)明中緩沖器電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各序號分別表示為Vos-失調(diào)電壓Ql-第一晶體管；NA-結(jié)點；Rl-第一電阻；R3-第三電阻；R5-電阻；C2-電容；7-運(yùn)算放大器；9-傳輸門；Nl-結(jié)點；
具體實施方式以下結(jié)合實施例以及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。參照圖2，本發(fā)明包括一個運(yùn)算放大器7，兩個鏡像設(shè)置的第一晶體管Ql和第二晶體管Q2，分壓電阻為Rl、R2、R3，其中電阻R2和R3的阻值相同。上述第一、第二晶體管Ql、Q2的基極與集電極共同連接信號的地端，第一晶體管 Ql的發(fā)射極、集電極與第一電阻R1、第二電阻R2串聯(lián)連接，第二電阻R2的另一端連接運(yùn)算放大器7的輸出端，第二晶體管Q2的發(fā)射極、集電極與第三電阻R3串聯(lián)連接，第三電阻R3 的另一端連接運(yùn)算放大器7的輸出端，第一電阻R1、第二電阻R2的公共端連接運(yùn)算放大器 7的反相輸入端，第二晶體管Q2的發(fā)射極與第三電阻R3的公共端連接運(yùn)算放大器7正相輸入端。本發(fā)明技術(shù)特征還在于第一、二電阻R1、R2的公共端、第二晶體管Q2發(fā)射極與第三電阻R3的公共端分別連接調(diào)制器6的輸入端，該調(diào)制器6的兩輸出端分別連接運(yùn)算放大器7的輸入端，運(yùn)算放大器7兩輸出端分別連接一個解調(diào)器8輸入端，該解調(diào)器8的輸出端
AMP-運(yùn)算放大器 Q2-第二晶體管； NB-結(jié)點 R2-第二電阻； R4-電阻； Cl-電容； 6-調(diào)制器； 8-解調(diào)器； 10-緩沖器； N2-結(jié)點。連接一個由電阻R4和電容Cl所構(gòu)成的RC低通濾波器的輸入端，該RC低通濾波器的輸出端連接一個緩沖器10的輸入端，該輸入端與緩沖器10的另一輸入端之間連接一個傳輸門電路9，該緩沖器10的另一輸入端還與另一個由電阻R5和電容C2所構(gòu)成的RC低通濾波器的輸入端相連接，該RC低通濾波器的輸出端與緩沖器10的輸出端相連接。本發(fā)明所述的調(diào)制器6、解調(diào)器8可由MOS管組成的開關(guān)電路構(gòu)成。其電路框圖可參照圖3、圖4所示。調(diào)制器6的高頻方波信號的占空比為50%，當(dāng)高頻方波信號為高電平時，開關(guān)電路1、開關(guān)電路4導(dǎo)通，開關(guān)電路2、開關(guān)電路3截止，hputl與Outputl，hput2與0utput2 相連通；當(dāng)高頻方波信號為低電平時，開關(guān)電路2與開關(guān)電路3導(dǎo)通，開關(guān)電路1與開關(guān)電路 4 截止，Inputl 與 0utput2, Input2 與 Outputl 相連通。解調(diào)器8的工作原理類似調(diào)制器6，其高頻方波信號為高電平時，開關(guān)電路1導(dǎo)通， 開關(guān)電路2截止，Inputl與Output導(dǎo)通輸出；高頻信號為低電平時，開關(guān)電路2導(dǎo)通，開關(guān)電路1截止，Input2與Output導(dǎo)通輸出。本發(fā)明所述緩沖器10可由MOS管構(gòu)成電路。其電路結(jié)構(gòu)可參照圖5所示。該緩沖器有兩個輸入端和一個輸出端。由于上述調(diào)制器6、解調(diào)器8、傳輸門電路9、緩沖器10、運(yùn)算放大器7都是現(xiàn)有技術(shù)，同領(lǐng)域普通技術(shù)人員均可知曉其原理與特征，因此本文不再贅述。以下對本發(fā)明所述低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路的工作原理簡要敘述如下本發(fā)明中調(diào)制器6加在運(yùn)算放大器7的輸入端，解調(diào)器8加在運(yùn)算放大器7的輸出端。其中調(diào)制器6和解調(diào)器8的信號為高頻方波信號?？刂普{(diào)制器6將低頻輸入信號調(diào)制到高頻區(qū)域并與運(yùn)放失調(diào)求和作為運(yùn)放的輸入信號。顯然失調(diào)電壓在運(yùn)算放大器輸入端沒有被調(diào)制。調(diào)制后的信號和失調(diào)電壓一起經(jīng)過運(yùn)算放大器7放大后輸出。運(yùn)算放大器7的輸出信號傳遞給解調(diào)器8。解調(diào)器8和調(diào)制器6的控制信號即調(diào)制和解調(diào)信號(斬波信號)是同樣的方波信號。運(yùn)算放大器7輸出的信號高平部分被解調(diào)為基帶信號，即經(jīng)過調(diào)制器6調(diào)制過的信號經(jīng)放大后，又通過解調(diào)器8解調(diào)后恢復(fù)為原來同樣頻率的信號。那部分沒有被調(diào)制器調(diào)制過的失調(diào)電壓和Ι/f噪聲電壓被解調(diào)器8調(diào)制到高頻，在調(diào)制器8的輸出產(chǎn)生高頻噪聲。調(diào)制器8的輸出端置有由電阻R4和電容Cl，電阻 R5和電容C2組成兩組低通濾波器，濾出高頻噪聲。并在兩個濾波器之間即結(jié)點m和N2之間加入了一個傳輸門9。由于基帶頻率較低，同時由于要求基準(zhǔn)電壓有很小的紋波電壓，所以要求低通濾波器電容比較大。一方面作為濾波器，濾除出高頻噪聲；另一方面起到很好的穩(wěn)壓作用，所以選擇電容C2為片外電容。又由于電容較大，使得電路在開啟的過程中對電容充電很慢，所以在結(jié)點m和N2 之間增加一緩沖器10，使其在電路開始工作初期瞬間對片外電容C2充電。即當(dāng)電路開啟初期，傳輸門9打開，結(jié)點m與N2斷開，緩沖器10為電容C2充電。當(dāng)電容充電到與m點電壓一樣時，傳輸門9開啟，m與N2接通，緩沖器10關(guān)閉，整個電路正常工作，為外部提供穩(wěn)定的低失調(diào)低噪聲的基準(zhǔn)電壓。綜合上述分析，本發(fā)明可以有效的降低失調(diào)電壓和Ι/f噪聲，提高基準(zhǔn)電壓的精度和穩(wěn)定性。本發(fā)明很好的解決了傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)所無法解決的低精度和在負(fù)載變化較大時輸出電壓紋波較大的問題。
權(quán)利要求
1.一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路，包括一個運(yùn)算放大器，兩個鏡像設(shè)置的晶體管以及分壓電阻，該鏡像設(shè)置的第一晶體管和第二晶體管的基極與集電極共同連接信號的地端，第一晶體管的發(fā)射極、集電極與第一電阻、第二電阻串聯(lián)連接，第二電阻的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端，第二晶體管的發(fā)射極、集電極與第三電阻串聯(lián)連接，第三電阻的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端，第一電阻、第二電阻的公共端連接運(yùn)算放大器反相輸入端，第二晶體管的發(fā)射極與第三電阻的公共端連接運(yùn)算放大器正相輸入端，其特征在于第一、二電阻的公共端，第二晶體管發(fā)射極與第三電阻的公共端分別連接調(diào)制器的輸入端，該調(diào)制器的兩輸出端分別連接運(yùn)算放大器的輸入端，運(yùn)算放大器兩輸出端分別連接解調(diào)器輸入端，該解調(diào)器的輸出端連接一個RC低通濾波器的輸入端，該RC低通濾波器的輸出端連接一個緩沖器的輸入端，該輸入端與緩沖器的另一輸入端之間連接一個傳輸門電路，緩沖器的另一輸入端還與另一個RC低通濾波器的輸入端相連接，該RC低通濾波器的輸出端與緩沖器的輸出端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路，其特征在于調(diào)制器、解調(diào)器可由MOS管組成的開關(guān)電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路，其特征在于緩沖器由MOS管構(gòu)成電路。
全文摘要
一種低失調(diào)低噪聲斬波穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)源電路，包括運(yùn)算放大器，鏡像設(shè)置的晶體管及分壓電阻，其中在運(yùn)放輸入端前連接一調(diào)制器，運(yùn)放輸出端連接一解調(diào)器，該解調(diào)器的輸出端連接一RC低通濾波器輸入端，該RC低通濾波器輸出端連接一緩沖器輸入端，緩沖器兩輸入端之間連接一傳輸門電路，緩沖器另一輸入端與另一RC低通濾波器輸入端相連接，該RC低通濾波器輸出端與緩沖器輸出端相連接。本發(fā)明在運(yùn)放輸入端對信號調(diào)制，在輸出端對信號解調(diào)。使解調(diào)后的輸入信號恢復(fù)，而等效失調(diào)電壓和1/F噪聲則被調(diào)制到高頻，然后通過低通濾波器濾除去，從而減小甚至消除失調(diào)電壓和1/F噪聲對精度的影響，成功解決了由運(yùn)算放大器失調(diào)電壓引起輸出電壓精度低的現(xiàn)象。
文檔編號G05F3/30GK102200796SQ201010132648
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者肖國慶, 趙春和 申請人:上海沙丘微電子有限公司