CN102055422A - 一种降低mos管闪烁噪声的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低MOS管闪烁噪声的电路,包括电阻、用于给电阻提供偏置电流的MOS管,所述电阻一端与MOS管的源极连接,另一端连接参考电平,所述MOS管的漏极构成电流输出端,其特征在于:设有一运算放大器,所述运算放大器的正相输入端连接第二参考电平,反相输入端连接所述MOS管的源极,输出端连接MOS管的栅极。本发明通过引入运算放大器,并将MOS管连接在运算放大器的负反馈回路中,利用运算放大器的低噪声高增益特性,可以大大减小MOS管的闪烁噪声的影响,特别适于在带有传感器的集成电路中应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种含有传感器的集成电路的设计,尤其涉及一种电阻式传感器电路。
背景技术
电阻式传感器是一类常用的传感器件,包括如电阻应变式传感器、压阻式传感器、变阻式传感器和热敏电阻传感器等。在一些电阻式传感器应用中,需要用到如附图1或附图2中的电路,其中,R是传感器元件,随着感应信号的变化,其阻值发生变化,从而产生变化的输出电流。在这类应用中,一个重要的噪声问题是用于给传感器电阻做偏置的MOS管的1/f噪声。1/f噪声也叫闪烁噪声(flicker noise),是有源器件中载波密度的随机波动而产生的,它会对中心频率信号进行调制,并在中心频率上形成两个边带,降低振荡器的Q值。由于1/f噪声是在中心频率附近的主要噪声,因此在设计器件模型时必须考虑到它的影响。对几乎所有MOS管来讲,不论是P型MOS管还是N型MOS管,1/f噪声在低频中都占据主要地位,是图1或图2中所示电路的噪声的主要来源。
将传感技术与集成电路技术相结合,可以构建集成电路传感器。例如,将感温元件与外围电路集成在同一芯片上,即获得集成温度传感器,与传统温度传感器相比,集成温度传感器具有体积小、功耗低、输出特性好等优点,同时,由于能够在芯片上集成外围信号处理电路,不需要另外设计补偿电路和比较电路,可以直接与数字系统连接。因此,集成电路传感器成为目前业内关注的焦点。但是,在构建集成电路传感器时,采用类似附图1的电路,同样需要考虑到闪烁噪声的影响。
发明内容
本发明目的是提供一种降低MOS管闪烁噪声的电路,可以应用于集成电路传感器的设计。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种降低MOS管闪烁噪声的电路,包括电阻、用于给电阻提供偏置电流的MOS管,所述电阻一端与MOS管的源极连接,另一端连接参考电平,所述MOS管的漏极构成电流输出端,设有一运算放大器,所述运算放大器的正相输入端连接第二参考电平,反相输入端连接所述MOS管的源极,输出端连接MOS管的栅极。
上述技术方案中,设置了运算放大器,运算放大器不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点。上述电路中,通过加入一个低噪声运算放大器,并且把MOS管引入该运算放大器的负反馈回路中,可以大大减小1/f噪声。
优选的技术方案,所述运算放大器为低噪声运算放大器,其等效噪声低于该MOS管的闪烁噪声。
进一步的技术方案,所述运算放大器在0.01赫兹到10千赫兹的范围内噪声小于5微伏。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.本发明通过引入运算放大器,并将MOS管连接在运算放大器的负反馈回路中,利用运算放大器的低噪声高增益特性,可以大大减小MOS管的闪烁噪声的影响。
2.本发明的电路适于在集成电路中应用,特别适于在带有传感器的集成电路中应用。
附图说明
图1是现有技术中采用N型MOS管的传感器电路结构示意图;
图2是现有技术中采用P型MOS管的传感器电路结构示意图;
图3是本发明实施例一的电路结构示意图;
图4是本发明实施例二的电路结构示意图;
图5是图2所示电路的MOS管噪声贡献分析示意图;
图6是图4所示电路的MOS管噪声贡献分析示意图;
图7是实施例三的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例一:参见附图3所示,一种降低MOS管闪烁噪声的电路,包括电阻、用于给电阻提供偏置电流的N型MOS管、运算放大器,所述电阻一端与MOS管的源极连接,另一端连接参考电平,所述MOS管的漏极构成电流输出端,所述运算放大器的正相输入端连接第二参考电平,反相输入端连接所述MOS管的源极,输出端连接MOS管的栅极。
实施例二:参见附图4所示,一种降低MOS管闪烁噪声的电路,包括电阻、用于给电阻提供偏置电流的P型MOS管、运算放大器,所述电阻一端与MOS管的源极连接,另一端连接参考电平,所述MOS管的漏极构成电流输出端,所述运算放大器的正相输入端连接第二参考电平,反相输入端连接所述MOS管的源极,输出端连接MOS管的栅极。
由于本质上来讲,不管是P型MOS管,还是N型MOS管,附图3和附图4所示的抑制1/f噪声电路的工作原理都是一样的,所以以下只针对P型MOS管电路做说明。
现假定除去MOS管及运算放大器之外,所有器件均无噪声,来比较传统结构电路的输出噪声与本发明所述电路输出噪声大小,考察频率范围为0.01赫兹到10千赫兹(这包括了大部分传感器电路的应用范围)。如附图5所示,假定MOS管的跨导的倒数远小于电阻R(这在大部分此类应用中都是成立的),对于传统的电路,其输出电流噪声为:
参见附图6所示,对于本实施例的电路,其输出噪声可表示为:
对于0.01赫兹到10千赫兹的频率范围,运算放大器的等效输入噪声往往可以很容易达到零点几个微伏数量级,而MOS的噪声则往往超过几十微伏数量级,而运算放大器的增益也很容易超过几百甚至更高。所以本实施例电路的噪声只是传统电路的噪声的几十至几百分之一(在低频的范围)。
实施例三:参见附图7所示,为实施例二中的电路在
在红外热像仪中的应用。其中包括参考电阻1,用来给参考电阻1提供偏置的MOS管2,用来抑制MOS管1/f的运算放大器3,用来感应温度的热敏电阻4,用来给热敏电阻提供偏置的晶体管5,积分放大器6,积分电容7,其输出为积分器的输出。
在传统结构中,MOS管2的1/f噪声占该电路总噪声的很大比例,而在包含本发明的电路结构中,MOS管2的1/f噪声会被运算放大器极大抑制。譬如,MOS管的1/f噪声在0.01赫兹到10千赫兹的范围内噪声约可达到30微伏,而运算放大器3的等效输入噪声可以很容易达到3微伏,偏置电路对系统噪声能量贡献减小到原来的1/100。
Claims (3)
1.一种降低MOS管闪烁噪声的电路,包括电阻、用于给电阻提供偏置电流的MOS管,所述电阻一端与MOS管的源极连接,另一端连接参考电平,所述MOS管的漏极构成电流输出端,其特征在于:设有一运算放大器,所述运算放大器的正相输入端连接第二参考电平,反相输入端连接所述MOS管的源极,输出端连接MOS管的栅极。
2.根据权利要求1所述的降低MOS管闪烁噪声的电路,其特征在于:所述运算放大器为低噪声运算放大器,其等效噪声低于该MOS管的闪烁噪声。
3.根据权利要求2所述的降低MOS管闪烁噪声的电路,其特征在于:所述运算放大器在0.01赫兹到10千赫兹的范围内噪声小于5微伏。
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CN 201010561273 CN102055422A (zh) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | 一种降低mos管闪烁噪声的电路 |
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PB01 | Publication | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110511 |