CN102055422A - 一种降低mos管闪烁噪声的电路 - Google Patents

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李秉纬
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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

一种降低MOS管闪烁噪声的电路
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：
Figure 2010105612735100002DEST_PATH_IMAGE001
 
其中
Figure 878567DEST_PATH_IMAGE002
为MOS管的噪声。
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：
Figure 2010105612735100002DEST_PATH_IMAGE003
其中
Figure 817573DEST_PATH_IMAGE004
为运算放大器的等效输入噪声，
Figure 2010105612735100002DEST_PATH_IMAGE005
为运算放大器的增益。
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
Figure 295828DEST_PATH_IMAGE004
往往可以很容易达到零点几个微伏数量级，而MOS的噪声
Figure 218653DEST_PATH_IMAGE002
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
Figure 211066DEST_PATH_IMAGE006
只是传统电路的噪声
Figure 2010105612735100002DEST_PATH_IMAGE007
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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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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