低噪聲電壓基準電路制造技術

描述了一種低噪聲電壓基準電路。所述基準電路利用帶隙基準部件并可以包括分流器或者濾波器中的至少之一來減小高頻帶噪聲和低頻帶噪聲對輸出的影響。進一步的改型可以包括曲率校正部件。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種基于帶隙的電壓基準電路，具體地涉及一種具有非常 低的噪聲的電壓基準。
技術介紹
基準電壓廣泛地用于電子電路，尤其是用于電信號必須與隨環境條件 變化而保持穩定的標準信號進行比較的模擬電路中。對芯片上的電路而言 最不利的環境因素是溫度?；趲对淼幕鶞孰妷河呻S溫度有相反的變化的兩個電壓之和組成。第一電壓對應于正偏PN結，該正偏PN結具有 相反于絕對溫度(CTAT，互補于絕對溫度)的變化，約為2.2mV/匸的 電壓降。正比于絕對溫度(PTAT)的電壓通過對在不同集電極電流密度 工作的兩個雙極晶體管的基極-發射極電壓差進行放大而生成。通過將相補償，生成一階溫度不敏感電壓。如果正比于絕對溫度的電壓和相反于絕 對溫度的電壓被較好地平衡，所有余留下來的則是二階曲率效應，可以通 過包括附加電路來根據需要補償該二階曲率效應。盡管這種電路能夠提供溫度不敏感基準電壓，但這種電路在某種程度 上有這樣的缺點所生成的基準電壓上有電壓噪聲的影響。如本領域的技 術人員所知，基準電壓上的電壓噪聲有兩個分量。第一分量稱作低頻帶噪 聲或1/f噪音或者有時稱作閃變噪聲，第一分量通常在從0.1Hz到10Hz 的范圍里有影響。第二分量稱作高頻帶噪聲或白噪聲，第二分量通常在超 過10Hz的范圍里有影響?；陔p極晶體管的帶隙電壓基準中的低頻帶噪聲的主要噪聲源(不易 被補償)是由雙極晶體管基極電流產生的，為了降低這種噪聲，必須減小 基極電流。 一種減小基極電流和相關聯的1/f噪聲的方案是使用具有非 常高放大系數的雙極晶體管，所述放大系數是集電極電流和基極電流的 比，通常稱作"貝塔(p)"系數。出于成本或者效率的考慮，設計利用常 規工藝的電路("P"系數通常是100的量級)總是優選的。這樣的"jT，8系數一般不足以補償低頻帶噪聲。高頻帶噪聲由集電極電流產生，并且集電極電流越大，高頻帶噪聲越 低。為了降低高頻帶噪聲，必須增大集電極(從而基極)電流。結果，將 低頻帶噪聲和高頻帶噪聲最小化所需的操作條件彼此相反。這4吏得難以實 現可以同時最小化這兩種噪聲影響的電路。因此，存在一些與生成具有低噪聲影響的電壓基準有關的問題。
技術實現思路
根據本專利技術的構思，通過一種提供具有減小的噪聲影響的帶隙基準輸 出的電路，來解決上述以及其它問題。使用本專利技術的構思，可以最小化低 頻帶噪聲和高頻帶噪聲中的一個或者全部對基準電壓輸出的影響。通過提供以下的電壓基準電路來實施本專利技術的構思，所述電壓基準電路包括在 其輸入端耦接到高阻抗輸入的放大器，所述高阻抗輸入由第一組雙極晶體 管提供，所述第一組雙極晶體管共同地影響帶隙基準的形成并且還用于放 大器的前置放大器級。本專利技術提供具有非常低的1/f噪聲和/或非常低的高頻帶噪聲的改進 的電壓基準。為了減少l/f噪聲，充當前置放大器的兩個雙極晶體管通過 具有更M射極面積的兩個相似的晶體管來分流，使得來自前置放大器的 兩個雙極晶體管的集電極電流和基極電iM目應地減小。為了從電壓基準中 減少高頻帶噪聲，在所述前置放大器的高阻抗公共集電極節點至地之間連 接電容器?，F在參考示例性實施例來描述本專利技術的上述以及其它特征，這些示例 性實施例對本專利技術的構思的理解是有用的，但是并非意在以任何其它方式 限制本專利技術，除非根據所附權利要求來看有必要加以限定。附圖說明圖l是根據本專利技術的構思的帶隙電壓基準電路的實施例。圖2是也根據本專利技術的構思的圖1中的電路的改型，其包括曲率校正 部件。具體實施例方式如圖l所示，根據本專利技術的構思的帶隙電壓基準電路100包括第一放 大器105，該放大器具有第一輸入端110和第二輸入端115，并在其輸出 端120提供電壓基準。耦接到上述第一輸入端和第二輸入端的分別是第一 對晶體管125和第二對晶體管130。第一對晶體管125包括兩個pnp型雙極晶體管電路的第一雙極晶 體管QP1和第二雙極晶體管QP2。第一晶體管和第二晶體管中的每個晶 體管的基極耦接在一起，第一晶體管還經由其集電極節點耦接到放大器輸 入端并經由電阻器R5耦接到放大器的輸出端120。第二晶體管被提供成 二極管配置，其基極和發射極共同地耦接。耦接到第二輸入端115的第二對晶體管130包括兩個npn型晶體管 (所述電路的第三晶體管QN1和第四晶體管QN2)以及負載電阻器R1。第 四晶體管QN2也被提供成二極管配置，并且負載電阻器Rl將QN2的耦 接在一起的基極-集電極耦接到QP2的耦接在一起的基極-集電極。QN1 和QN2的耦接在一起的發射極經電阻器R2而接地。QN1的基極耦接到QP1和QP2的耦接在一起的基極并且耦接到放大 器的笫二輸入端，因此耦接第一對晶體管和第二對晶體管，并可以在使用 時向這三個晶體管、放大器提供基極電流，將第一晶體管的基極和集電極 維持在相同的電位。QN2和QP1的發射極面積被調節為是QN1和QP2的發射極面積的 "n"倍大。作為這種調節的結果，分別在R1和R5兩端產生兩個基極-發射極電壓差。這兩個電壓是正比于絕對溫度的電壓的形式。來自兩個支 路(R5、 QP1、 QN1和QP2、 Rl、 QN2 )的電流為正比于絕對溫度的電 流，并且它們被結^^來以在R2兩端產生正比于絕對溫度的電壓。當這 一電壓的溫度斜率被QN1加上QP2的基極-發射極電壓的溫度斜率補償 時，產生一階溫度不敏感電壓。應理解，因為當QP1的基極電流和QN1的基極電流平衡時QP1的 基極電流被用作QN1的基極電流，所以這種電路具有內在的基極電流補 償，使得由于基極電流引起的誤差被最小化。第二， QP1和QN1充當前 置放大器，使得放寬了對放大器A的操作要求。第三，因為放大器連接 在前置放大器級之后，它的偏移電壓和噪聲對基準電壓幾乎沒有影響。注 意，對放大器的同相輸入是高阻抗輸入。圖1中電阻R5的主要作用在于減小QN1和QP1對基準電壓的噪聲影響。圖1的電路可用來產生低噪聲 電壓基準，這種低噪聲電壓基準尤其可用于高精密度數字到模擬和模擬到 數字的轉換器。應理解，這里所描述的形成帶隙單元的部件，盡管可以提供低噪聲輸 出，但在電壓基準輸出端仍然具有低頻帶噪聲和高頻帶噪聲的影響。通過 根據本專利技術的構思的附加電路部件的使用，可以將低頻帶噪聲和高頻帶噪 聲的影響彼此獨立地最小化。先討論高頻帶噪聲。本專利技術的構思提供了耦接到QP1和QN1的耦接 在一起的集電極的電容器Cl。如上所述，這兩個晶體管有效地形成了放 大器A的前置放大器，電容器Cl設置在所述前置放大器和放大器輸入端 之間的節點處。設置在放大器輸入端的所述電容器可作為外部電容器，并 且起過濾高頻帶噪聲的作用。才艮據C1以及QP1和QN1的輸出阻抗的截 止頻率為<formula>formula see original document page 11</formula>、其中r(n和r。2是QP1和QN1的輸出電阻。本領域的技術人員應理解，寬 頻帶噪聲的下限通常是10Hz的量級。在這種級別，使用典型的電阻值作 為r。p r。2來提供約2MQ的乘積，可以估計到，為了提供所需的截止頻率 將需要約8nF的電容器。為了實現這種硅中電容器，可能需要將電容器 提供成芯片外(off-chip)元件。但是，在可以允許約8本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶隙基準電路，包括放大器，所述放大器具有反相輸入端和同相輸入端且在其輸出端提供電壓基準，所述電路包括：?。幔罱拥剿龇糯笃鞯耐噍斎攵说牡谝粚w管，所述第一對晶體管包括所述電路的第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管和所述第二 晶體管的基極耦接在一起，所述第一晶體管還經由反饋電阻器耦接到所述放大器的輸出端，所述第二晶體管被提供成二極管配置，　ｂ．第二對晶體管，所述第二對晶體管包括所述電路的第三晶體管和第四晶體管，所述第三晶體管耦接到所述放大器的反相輸入端，所 述第三晶體管和所述第四晶體管的發射極經由基準電阻器而接地，所述第四晶體管被提供成二極管配置并經由耦接電阻器耦接到所述第二晶體管，以及　其中所述第三晶體管的基極耦接到耦接在一起的所述第一晶體管和所述第二晶體管，所述第三晶體管的集電極耦接 到所述第一晶體管的集電極使得所述第一晶體管和所述第三晶體管形成所述放大器的前置放大器，以及進一步，所述第一晶體管和所述第四晶體管的發射極面積被調節為比所述第二晶體管和所述第三晶體管的發射極面積更大，使得分別在所述耦接電阻器和所述反饋電阻器兩端產生兩個基極－發射極電壓差，所述基極－發射極電壓差為正比于絕對溫度（ＰＴＡＴ）的電壓的形式，所生成的正比于絕對溫度的電流在所述基準電阻器兩端產生正比于絕對溫度的電壓，所述正比于絕對溫度的電壓結合被組合的所述第二晶體管和所述第三晶體管的基極發射極電壓，被反映在所述放大器的輸出端，作為一階溫度不敏感電壓，以及進一步，所述電路包括設置在所述同相輸入端和地之間的濾波器，用來將高頻帶噪聲對所述溫度不敏感電壓的影響最小化。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：斯特凡瑪林卡，
申請(專利權)人：模擬裝置公司，
類型：發明
國別省市：US[]