一种用于传感器的电流电压转换电路制造技术

一种用于传感器的电流电压转换电路，包括电流电压转换电路的输出端VOUT和输入端IIN；所述的输出端VOUT和输入端IIN之间连接有共源共栅输入级和源极跟随器；所述的共源共栅输入级偏置电路为辅助电压放大器；所述的共源共栅输入级共源晶体管漏极注入电流源。本发明专利技术由于共源共栅输入级的高增益，源极跟随器噪声可以忽略，使得放大器的噪声主要由第一级的共源共栅输入级的噪声决定。反馈跨阻的设计，电路可以实现高带宽；使得电路在同样带宽下，可以使用更大的电阻，有助于降低噪声；辅助电压放大器的设计，增大了共源共栅级中的共栅晶体管的等效跨导，降低了输入级的米勒效应；注入电流源的设计，增大了共源共栅级中的共源晶体管的跨导，降低了输入端噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种用于传感器的电流电压转换电路
本专利技术属于电流电压转换电路
，涉及一种用于传感器的电流电压转换电路；具体涉及一种用于气体参数检测传感器的电流电压转换应用电路。
技术介绍
常用的传感器系统中电流电压转换电路经常采用共栅放大电路实现，共栅放大电路具有输入阻抗小的优点，可以提高放大器速率。如图1所示为MOSFET实现的共栅前置放大器。忽略沟道长度调制、体效应等二次非理想效应的影响，等效输入阻抗在1/gm量级，gm为输入管的等效跨导，选择合适的偏置电流源，容易实现输入带宽的最大化。然而，这是以牺牲输出的电压摆幅为代价的，使得放大器的动态范围性能受限。常见的气体参数检测传感器，其输出电流较小，所以对传感器应用电路的噪声性能要求较高。因此，传感器检测系统中的电流电压转换电路，采用共栅放大电路时，噪声性能都较差，不能达到高性能电流电压转换电路的低噪声性能要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种用于传感器的电流电压转换电路，能有效的解决上述问题。本专利技术通过以下技术方案实现：一种用于传感器的电流电压转换电路，包括电流电压转换电路的输出端VOUT和输入端IIN；所述的输出端VOUT和输入端IIN之间连接有共源共栅输入级和源极跟随器；所述的共源共栅输入级偏置电路,所述的偏置电路为一种辅助电压放大器,辅助电压放大器由晶体管M5和电阻R3构成。进一步的，所述的共源共栅输入级由晶体管M1、M2和电阻R1组成；所述的源极跟随器由晶体管M3、M4和负载电阻R2组成。进一步的，所述的晶体管M2和电阻R1并联有固定的直流电流源I0，固定的直流电流源I0与晶体管M1的漏极连接，将直流电流源I0注入到晶体管M1中。进一步的，所述晶体管M1的跨导大于晶体管M2的跨导，晶体管M1的尺寸为晶体管M2的50-55倍。进一步的，所述的电流电压转换电路的输出端VOUT和输入端IIN之间并联有反馈跨阻RF。(三)有益效果本专利技术提出的一种用于传感器的电流电压转换电路，与现有技术相比较，其具有以下有益效果：(1)由于共源共栅输入级的高增益，源极跟随器噪声可以忽略，使得放大器的噪声主要由第一级的共源共栅输入级的噪声决定。(2)反馈跨阻的设计，电路可以实现高带宽；使得电路在同样带宽下，可以使用更大的电阻，有助于降低噪声。(3)本技术方案采用提高跨导gm1的方法，来优化噪声性能，提高灵敏度。在M1漏极注入一路额外的电流源I0，采用电流注入技术增大了输入管M1的跨导；辅助电压放大器由晶体管M5、电阻R3构成，辅助放大器增大了晶体管M2的等效跨导。另外，辅助电压放大器的设计，减小因为提高跨导gm1而增加的米勒电容，也进一步优化了噪声性能。(4)辅助电压放大器减小了电流注入技术带来的米勒效应，使得电流电压放大电路在带宽不减少的前提下，最大程度优化了气体参数检测传感器电流电压转换电路的噪声性能，实现了提高精度的目的。附图说明图1是本专利技术
技术介绍
中共栅前置放大器的整体结构示意图。图2是本专利技术
技术介绍
中共栅放大器输入参考噪声等效原理图。图3是本专利技术中电流电压转换电路的整体结构示意图。图4是本专利技术中共源共栅输入级的噪声模型示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本专利技术设计构思的前提下，本领域普通人员对本专利技术的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本专利技术的保护范围。实施例：如图3所示，一种用于传感器的电流电压转换电路，包括电流电压转换电路的输出端VOUT和输入端IIN；所述的输出端VOUT和输入端IIN之间连接有共源共栅输入级和源极跟随器；所述的共源共栅输入级由晶体管M1、M2和电阻R1组成；所述的源极跟随器由晶体管M3、M4和负载电阻R2组成；所述的共源共栅输入级设置有偏置电路，所述的偏置电路为一种辅助电压放大器；所述的辅助电压放大器由晶体管M5和电阻R3构成。所述的晶体管M2和电阻R1并联有固定的直流电流源I0，固定的直流电流源I0与晶体管M1的漏极连接，将直流电流源I0注入到晶体管M1中。所述晶体管M1的跨导大于晶体管M2的跨导，晶体管M1的尺寸为晶体管M2的50-55倍。所述的电流电压转换电路的输出端VOUT和输入端IIN之间并联有反馈跨阻RF。具体电路：电流的输入端IIN的前端与电源连接，后端接晶体管M1的栅极和反馈跨阻RF的一端；晶体管M1的源极接地，晶体管M1的漏极接晶体管M5的栅极、晶体管M2的源极和直流电流源I0的一端。直流电流源I0的一端接晶体管M1的漏极、晶体管M5的栅极和晶体管M2的源极，直流电流源I0的另一端接电阻R1的一端、电源、电阻R3的一端和晶体管M3的漏极。晶体管M2的源极接晶体管M1的漏极、直流电流源I0的一端和晶体管M5的栅极，晶体管M2的漏极接电阻R1的另一端和晶体管M3的栅极，晶体管M2的栅极接电阻R3的另一端和晶体管M5的漏极。电阻R1的一端接直流电流源I0的另一端、电阻R3的一端和晶体管M3的漏极，电阻R1的另一端接晶体管M2的漏极和晶体管M3的栅极。晶体管M3的漏极接电阻R3的一端、电阻R1的一端和直流电流源I0的另一端，晶体管M3的栅极接电阻R1的另一端和晶体管M2的漏极，晶体管M3的源极接电阻R2的一端和输出端VOUT。电阻R2的一端接晶体管M3的源极和输出端VOUT，电阻R2的另一端接晶体管M4的漏极和反馈跨阻RF的另一端。晶体管M4的漏极接反馈跨阻RF的另一端和电阻R2的另一端，晶体管M4的栅极接外接电源VG4，晶体管M4的源极接地。晶体管M5的漏极接电阻R3的另一端和晶体管M2的栅极，晶体管M5的栅极接晶体管M1的漏极、直流电流源I0的一端和晶体管M2的源极，晶体管M5的源极接地。电阻R3的一端接电阻R1的一端、直流电流源I0的另一端、电源和晶体管M3的漏极，电阻R3的另一端晶体管M5的漏极和晶体管M2的栅极。反馈跨阻RF的一端接输入端IIN的后端和晶体管M1的栅极，反馈跨阻RF的另一端接晶体管M4的漏极和电阻R2的一端。工作原理：如图2所示，其中，(b)图为(a)图的各噪声贡献元器件的等效输入噪声电路。图2(a)中，由基尔霍夫定律，M1源极节点的总电流矢量和为零，从而噪声In,M1在M1中产生一个同M1漏电流ID2大小相等，方向相反的电流，在输出端不产生噪声贡献。考虑到偏置电流源IB的实现及其噪声贡献，通常采用NMOSFET实现，它的噪声电流完全流过负载电阻R1，在输出端产生噪声贡献。忽略1/f噪声贡献，所有元器件在输入端的等效输入噪声电流：其中，k为普朗克常数，T为温度，gmB为偏置电流源的等效跨导；由公式(1)，偏置电流源与负载电阻的噪声电流贡献直接等效至输入端，噪声性能较差；gmB越小(即过驱动电压Vgs-VTH越大)，R3越大，等效输入噪声电流越小。然而，这是以牺牲输出的电压摆幅为代价的，使得放大器的动态范围性能受限。如图3所示。图中，并联反馈跨阻RF连接在电流电压转换电路的输出端VOUT和输入端IIN之间；晶体管M1、M2和电阻R1组成共源共栅输入级；晶体管M3、M4和负载电阻R2组成源极跟随器；晶体管M5和电阻R3构成辅助电压放大器；额外的直流电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于传感器的电流电压转换电路，包括电流电压转换电路的输出端VOUT和输入端IIN；其特征在于：所述的输出端VOUT和输入端IIN之间连接有共源共栅输入级和源极跟随器；所述的共源共栅输入级连接有偏置电路,所述的偏置电路采用的是辅助电压放大器,辅助电压放大器由晶体管M5和电阻R3构成。

【技术特征摘要】
1.一种用于传感器的电流电压转换电路，包括电流电压转换电路的输出端VOUT和输入端IIN；其特征在于：所述的输出端VOUT和输入端IIN之间连接有共源共栅输入级和源极跟随器；所述的共源共栅输入级连接有偏置电路,所述的偏置电路采用的是辅助电压放大器,辅助电压放大器由晶体管M5和电阻R3构成。2.根据权利要求1所述的一种用于传感器的电流电压转换电路，其特征在于：所述的共源共栅输入级由晶体管M1、M2和电阻R1组成；所述的源极跟随器由晶体管M3、M4和负载电阻R2组成。3.根据权利2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慰盛，朱铁柱，贺绍松，
申请(专利权)人：江苏埃夫信自动化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32