低噪声电压基准电路制造技术

描述了一种低噪声电压基准电路。所述基准电路利用带隙基准部件并可以包括分流器或者滤波器中的至少之一来减小高频带噪声和低频带噪声对输出的影响。进一步的改型可以包括曲率校正部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种基于带隙的电压基准电路，具体地涉及一种具有非常 低的噪声的电压基准。
技术介绍
基准电压广泛地用于电子电路，尤其是用于电信号必须与随环境条件 变化而保持稳定的标准信号进行比较的模拟电路中。对芯片上的电路而言 最不利的环境因素是温度。基于带隙原理的基准电压由随温度有相反的变化的两个电压之和组成。第一电压对应于正偏PN结，该正偏PN结具有 相反于绝对温度(CTAT，互补于绝对温度)的变化，约为2.2mV/匸的 电压降。正比于绝对温度(PTAT)的电压通过对在不同集电极电流密度 工作的两个双极晶体管的基极-发射极电压差进行放大而生成。通过将相补偿，生成一阶温度不敏感电压。如果正比于绝对温度的电压和相反于绝 对温度的电压被较好地平衡，所有余留下来的则是二阶曲率效应，可以通 过包括附加电路来根据需要补偿该二阶曲率效应。尽管这种电路能够提供温度不敏感基准电压，但这种电路在某种程度 上有这样的缺点所生成的基准电压上有电压噪声的影响。如本领域的技 术人员所知，基准电压上的电压噪声有两个分量。第一分量称作低频带噪 声或1/f噪音或者有时称作闪变噪声，第一分量通常在从0.1Hz到10Hz 的范围里有影响。第二分量称作高频带噪声或白噪声，第二分量通常在超 过10Hz的范围里有影响。基于双极晶体管的带隙电压基准中的低频带噪声的主要噪声源(不易 被补偿)是由双极晶体管基极电流产生的，为了降低这种噪声，必须减小 基极电流。 一种减小基极电流和相关联的1/f噪声的方案是使用具有非 常高放大系数的双极晶体管，所述放大系数是集电极电流和基极电流的 比，通常称作"贝塔(p)"系数。出于成本或者效率的考虑，设计利用常 规工艺的电路("P"系数通常是100的量级)总是优选的。这样的"jT，8系数一般不足以补偿低频带噪声。高频带噪声由集电极电流产生，并且集电极电流越大，高频带噪声越 低。为了降低高频带噪声，必须增大集电极(从而基极)电流。结果，将 低频带噪声和高频带噪声最小化所需的操作条件彼此相反。这4吏得难以实 现可以同时最小化这两种噪声影响的电路。因此，存在一些与生成具有低噪声影响的电压基准有关的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的构思，通过一种提供具有减小的噪声影响的带隙基准输 出的电路，来解决上述以及其它问题。使用本专利技术的构思，可以最小化低 频带噪声和高频带噪声中的一个或者全部对基准电压输出的影响。通过提供以下的电压基准电路来实施本专利技术的构思，所述电压基准电路包括在 其输入端耦接到高阻抗输入的放大器，所述高阻抗输入由第一组双极晶体 管提供，所述第一组双极晶体管共同地影响带隙基准的形成并且还用于放 大器的前置放大器级。本专利技术提供具有非常低的1/f噪声和/或非常低的高频带噪声的改进 的电压基准。为了减少l/f噪声，充当前置放大器的两个双极晶体管通过 具有更M射极面积的两个相似的晶体管来分流，使得来自前置放大器的 两个双极晶体管的集电极电流和基极电iM目应地减小。为了从电压基准中 减少高频带噪声，在所述前置放大器的高阻抗公共集电极节点至地之间连 接电容器。现在参考示例性实施例来描述本专利技术的上述以及其它特征，这些示例 性实施例对本专利技术的构思的理解是有用的，但是并非意在以任何其它方式 限制本专利技术，除非根据所附权利要求来看有必要加以限定。附图说明图l是根据本专利技术的构思的带隙电压基准电路的实施例。图2是也根据本专利技术的构思的图1中的电路的改型，其包括曲率校正 部件。具体实施例方式如图l所示，根据本专利技术的构思的带隙电压基准电路100包括第一放 大器105，该放大器具有第一输入端110和第二输入端115，并在其输出 端120提供电压基准。耦接到上述第一输入端和第二输入端的分别是第一 对晶体管125和第二对晶体管130。第一对晶体管125包括两个pnp型双极晶体管电路的第一双极晶 体管QP1和第二双极晶体管QP2。第一晶体管和第二晶体管中的每个晶 体管的基极耦接在一起，第一晶体管还经由其集电极节点耦接到放大器输 入端并经由电阻器R5耦接到放大器的输出端120。第二晶体管被提供成 二极管配置，其基极和发射极共同地耦接。耦接到第二输入端115的第二对晶体管130包括两个npn型晶体管 (所述电路的第三晶体管QN1和第四晶体管QN2)以及负载电阻器R1。第 四晶体管QN2也被提供成二极管配置，并且负载电阻器Rl将QN2的耦 接在一起的基极-集电极耦接到QP2的耦接在一起的基极-集电极。QN1 和QN2的耦接在一起的发射极经电阻器R2而接地。QN1的基极耦接到QP1和QP2的耦接在一起的基极并且耦接到放大 器的笫二输入端，因此耦接第一对晶体管和第二对晶体管，并可以在使用 时向这三个晶体管、放大器提供基极电流，将第一晶体管的基极和集电极 维持在相同的电位。QN2和QP1的发射极面积被调节为是QN1和QP2的发射极面积的 "n"倍大。作为这种调节的结果，分别在R1和R5两端产生两个基极-发射极电压差。这两个电压是正比于绝对温度的电压的形式。来自两个支 路(R5、 QP1、 QN1和QP2、 Rl、 QN2 )的电流为正比于绝对温度的电 流，并且它们被结^^来以在R2两端产生正比于绝对温度的电压。当这 一电压的温度斜率被QN1加上QP2的基极-发射极电压的温度斜率补偿 时，产生一阶温度不敏感电压。应理解，因为当QP1的基极电流和QN1的基极电流平衡时QP1的 基极电流被用作QN1的基极电流，所以这种电路具有内在的基极电流补 偿，使得由于基极电流引起的误差被最小化。第二， QP1和QN1充当前 置放大器，使得放宽了对放大器A的操作要求。第三，因为放大器连接 在前置放大器级之后，它的偏移电压和噪声对基准电压几乎没有影响。注 意，对放大器的同相输入是高阻抗输入。图1中电阻R5的主要作用在于减小QN1和QP1对基准电压的噪声影响。图1的电路可用来产生低噪声 电压基准，这种低噪声电压基准尤其可用于高精密度数字到模拟和模拟到 数字的转换器。应理解，这里所描述的形成带隙单元的部件，尽管可以提供低噪声输 出，但在电压基准输出端仍然具有低频带噪声和高频带噪声的影响。通过 根据本专利技术的构思的附加电路部件的使用，可以将低频带噪声和高频带噪 声的影响彼此独立地最小化。先讨论高频带噪声。本专利技术的构思提供了耦接到QP1和QN1的耦接 在一起的集电极的电容器Cl。如上所述，这两个晶体管有效地形成了放 大器A的前置放大器，电容器Cl设置在所述前置放大器和放大器输入端 之间的节点处。设置在放大器输入端的所述电容器可作为外部电容器，并 且起过滤高频带噪声的作用。才艮据C1以及QP1和QN1的输出阻抗的截 止频率为<formula>formula see original document page 11</formula>、其中r(n和r。2是QP1和QN1的输出电阻。本领域的技术人员应理解，宽 频带噪声的下限通常是10Hz的量级。在这种级别，使用典型的电阻值作 为r。p r。2来提供约2MQ的乘积，可以估计到，为了提供所需的截止频率 将需要约8nF的电容器。为了实现这种硅中电容器，可能需要将电容器 提供成芯片外(off-chip)元件。但是，在可以允许约8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带隙基准电路，包括放大器，所述放大器具有反相输入端和同相输入端且在其输出端提供电压基准，所述电路包括：　ａ．耦接到所述放大器的同相输入端的第一对晶体管，所述第一对晶体管包括所述电路的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二 晶体管的基极耦接在一起，所述第一晶体管还经由反馈电阻器耦接到所述放大器的输出端，所述第二晶体管被提供成二极管配置，　ｂ．第二对晶体管，所述第二对晶体管包括所述电路的第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管耦接到所述放大器的反相输入端，所 述第三晶体管和所述第四晶体管的发射极经由基准电阻器而接地，所述第四晶体管被提供成二极管配置并经由耦接电阻器耦接到所述第二晶体管，以及　其中所述第三晶体管的基极耦接到耦接在一起的所述第一晶体管和所述第二晶体管，所述第三晶体管的集电极耦接 到所述第一晶体管的集电极使得所述第一晶体管和所述第三晶体管形成所述放大器的前置放大器，以及进一步，所述第一晶体管和所述第四晶体管的发射极面积被调节为比所述第二晶体管和所述第三晶体管的发射极面积更大，使得分别在所述耦接电阻器和所述反馈电阻器两端产生两个基极－发射极电压差，所述基极－发射极电压差为正比于绝对温度（ＰＴＡＴ）的电压的形式，所生成的正比于绝对温度的电流在所述基准电阻器两端产生正比于绝对温度的电压，所述正比于绝对温度的电压结合被组合的所述第二晶体管和所述第三晶体管的基极发射极电压，被反映在所述放大器的输出端，作为一阶温度不敏感电压，以及进一步，所述电路包括设置在所述同相输入端和地之间的滤波器，用来将高频带噪声对所述温度不敏感电压的影响最小化。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡玛林卡，
申请(专利权)人：模拟装置公司，
类型：发明
国别省市：US[]