CN106788283B - 一种带有温度补偿的射随输出电路 - Google Patents

一种带有温度补偿的射随输出电路 Download PDF

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Abstract

一种带有温度补偿的射随输出电路，涉及射随输出电路领域，包括差分放大单元和射随输出单元，差分放大单元的输出连接射随输出单元的输入，差分放大单元用于放大输入信号，射随输出单元用于驱动下一级电路，还包括温度补偿单元，用于调节差分放大单元的共模电平，通过调节正温度系数电流以及其流过的电阻大小，使通过该电阻的正温度系数电压与射随输出单元的负温度系数电压相抵消。本发明实现共模电平在不同温度下的稳定输出，保证驱动性能和下级电路的电压裕度。

Description

一种带有温度补偿的射随输出电路
技术领域
本发明涉及射随输出电路领域，具体来讲涉及一种带有温度补偿的射随输出电路。
背景技术
实际电路设计中，为了获得高速、大功率驱动能力，通常采用射随输出电路。常规的射随输出电路如图1所示，其包括差分放大器，差分放大器级联射随输出结构驱动下一级，该电路具有简单、高效的特点。
如图1所示，由于带宽、驱动能力、增益等功能需求，差分放大器和射随输出电路的电流是由带隙基准产生的电压Vbias控制，确保其电流随温度不变。晶体管Q3的电流是跟温度无关的电流I0(图未示)，因此输出信号Voutp1和Voutn1的共模电平为：VCC-R1*I0/2，跟温度无关。单个输出晶体管Q4和输出晶体管Q6的基极发射极电压Vbe是负温度系数，因此最终输出信号是Voutp2和Voutn2共模电平的正温度系数，为VCC-R1*I0/2-Vbe，共模电平随着温度升高共模电压升高。
尤其是在-25℃～125℃范围内，晶体管Q4和晶体管Q6的基极-发射极电压的变化范围高达200mV，导致最终输出信号共模电平会随着温度的变化而大幅改变，这大大影响了驱动性能和下级电路的电压裕度，在电源电压较低时，电压裕度会更低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种带有温度补偿的射随输出电路，实现共模电平在不同温度下的稳定输出，保证驱动性能和下级电路的电压裕度。
为达到以上目的，本发明采取一种带有温度补偿的射随输出电路，包括差分放大单元和射随输出单元，差分放大单元的输出连接射随输出单元的输入，差分放大单元用于放大输入信号，射随输出单元用于驱动下一级电路；还包括温度补偿单元，用于调节差分放大单元的共模电平，通过调节正温度系数电流以及其流过的电阻大小，使通过该电阻的正温度系数电压与射随输出单元的负温度系数电压相抵消。
在上述技术方案的基础上，所述温度补偿单元包括：第八NPN晶体管、第九NPN晶体管、第六电阻、第七电阻，其中第八NPN晶体管的发射极和第七电阻连接，第七电阻的另一端接地；第八NPN晶体管的基极连接第一偏置电压，第八NPN晶体管的集电极和第九NPN晶体管的发射极连接；第九NPN晶体管的基极和集电极连接在一起，然后和第六电阻连接，第六电阻的另外一端连接电源电压。
在上述技术方案的基础上，所述温度补偿单元还包括一个和第六电阻并联的电容。
在上述技术方案的基础上，所述差分放大单元包括：第一NPN晶体管、第二NPN晶体管、第三NPN晶体管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一NPN晶体管的基极连接第一差分输入信号，第一NPN晶体管的集电极连接第一电阻形成第一输出信号；第二NPN晶体管的基极连接第二差分输入信号，第二NPN晶体管的集电极连接第二电阻形成第二输出信号；第一NPN晶体管的发射极和第二NPN晶体管的发射极连接，再一起连接至第三NPN晶体管的集电极，第三NPN晶体管的基极接第二偏置电压；第一电阻和第二电阻的另外一端共同连接第六电阻，第三NPN晶体管连接第三电阻，第三电阻的另外一端接地。
在上述技术方案的基础上，所述射随输出单元包括：第四NPN晶体管、第五NPN晶体管、第六NPN晶体管、第七NPN晶体管、第四电阻和第五电阻，其中第四NPN晶体管的基极连接差分放大单元的第一输出信号，第六NPN晶体管的基极连接差分放大单元的第二输出信号，第四NPN晶体管的集电极和第六NPN晶体管的集电极均连接电源电压；第四NPN晶体管的发射极连接第五NPN晶体管的集电极，形成第三输出信号；第六NPN晶体管的发射极连接第七NPN晶体管的集电极，形成第四输出信号；第五NPN晶体管的基极和第七NPN晶体管的基极均连接第二偏置电压；第五NPN晶体管的发射极连接第四电阻，第七NPN晶体管的发射极连接第五电阻，第四电阻另外一端和第五电阻另外一端均接地。
在上述技术方案的基础上，所述第一偏置电压从产生第二偏置电压的带隙基准电路中获得，第一偏置电压是产生第二偏置电压的中间信号。
在上述技术方案的基础上，所述第八NPN晶体管的电流由第一偏置电压控制，是正温度系数的电流，第六电阻两端的压降是正温度系数。
在上述技术方案的基础上，所述第六电阻R6两端的压降随着温度升高而升高，第一输出信号和第二输出信号的共模电平随着温度的升高而降低，抵消第四NPN晶体管和第六NPN晶体管的具有负温度系数的基极-集电极电压，得到第一输出信号和第二输出信号具有稳定的共模电平。
本发明的有益效果在于：
1、引入温度补偿电路后，温度补偿电路提供正温度系数的电流，且该电流由第一偏置电压控制，因此该电流流经的第六电阻两端压降是正温度系数，通过调节电流和第六电阻的大小，可以实现射随输出单元中负温度系数电压Vbe(所有NPN晶体管的Vbe都是负温度系数)和正温度系数电压抵消，从而使整个电路最终输出的第三输出信号和第四输出信号的共模电平随温度不变，保证驱动性能和下级电路的电压裕度。
2、所述温度补偿单元中，还包括一个和第六电阻并联的电容，使得共模电平更加稳定。
3、正温度系数电流的第一偏置电压获取十分便利，可以从产生第二偏置电压的带隙基准电路中获得；第一偏置电压是产生第二偏置电压的中间信号，因此本发明并不需要额外的带隙基准电路；温度补偿单元电路结构简单，通过第六电阻的阻值可以实现共模电平随温度不变，功耗消耗低。
附图说明
图1为现有技术中射随输出电路图；
图2为本发明实施例带有温度补偿的射随输出电路图。
附图标记：
第一NPN晶体管Q1、第二NPN晶体管Q2、第三NPN晶体管Q3、第四NPN晶体管Q4、第五NPN晶体管Q5、第六NPN晶体管Q6、第七NPN晶体管Q7、第八NPN晶体管Q8、第九NPN晶体管Q9；
第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7；
电容C1；
第一偏置电压Vbias1，第二偏置电压Vbias2；
第一差分输入信号Vinp，第二差分输入信号Vinn；
第一输出信号Voutn1，第二输出信号Voutp1，第三输出信号Voutn2，第四输出信号Voutp2。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，本发明带有温度补偿的射随输出电路，包括温度补偿单元、差分放大单元和射随输出单元，差分放大单元的输出连接射随输出单元的输入；差分放大单元用于放大输入信号，射随输出单元用于驱动下一级电路，温度补偿单元用于提供正温度系数电流的第一偏置电压Vbias1，通过调节正温度系数电流以及其流过的第六电阻R6大小，调节差分放大单元的共模电平，使通过第六电阻R6的正温度系数电压与射随输出单元的负温度系数电压相抵消。
如图2所示，所述温度补偿单元包括：第八NPN晶体管Q8、第九NPN晶体管Q9、第六电阻R6、第七电阻R7；其中，第八NPN晶体管Q8的发射极和第七电阻R7连接，第七电阻R7的另一端接地；第八NPN晶体管Q8的基极连接第一偏置电压Vbias1，第八NPN晶体管Q8的集电极和第九NPN晶体管Q9的发射极连接；第九NPN晶体管Q9的基极和集电极连接在一起，然后和第六电阻R6连接，第六电阻R6的另外一端连接电源电压。优选的，所述温度补偿单元还包括一个和第六电阻R6并联的电容C1，使得共模电平更加稳定。
如图2所示，所述差分放大单元包括：第一NPN晶体管Q1、第二NPN晶体管Q2、第三NPN晶体管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；其中，第一NPN晶体管Q1的基极连接第一差分输入信号Vinp，第一NPN晶体管Q1的集电极连接第一电阻R1形成第一输出信号Voutn1；第二NPN晶体管Q2的基极连接第二差分输入信号Vinn，第二NPN晶体管Q2的集电极连接第二电阻R2形成第二输出信号Voutp1；第一NPN晶体管Q1的发射极和第二NPN晶体管Q2的发射极连接，再一起连接至第三NPN晶体管Q3的集电极，第三NPN晶体管Q3的基极接第二偏置电压Vbias2；第一电阻R1和第二电阻R2的另外一端共同连接第六电阻R6，第三NPN晶体管Q3连接第三电阻R3，第三电阻R3的另外一端接地。
如图2所示，所述射随输出单元包括：第四NPN晶体管Q4、第五NPN晶体管Q5、第六NPN晶体管Q6、第七NPN晶体管Q7、第四电阻R4和第五电阻R5，其中，第四NPN晶体管Q4的基极连接差分放大单元的第一输出信号Voutn1，第六NPN晶体管Q6的基极连接差分放大单元的第二输出信号Voutp1，第四NPN晶体管Q4的集电极和第六NPN晶体管Q6的集电极均连接电源电压；第四NPN晶体管Q4的发射极连接第五NPN晶体管Q5的集电极，形成第三输出信号Voutn2；第六NPN晶体管Q6的发射极连接第七NPN晶体管Q7的集电极，形成第四输出信号Voutp2；第五NPN晶体管Q5的基极和第七NPN晶体管Q7的基极均连接第二偏置电压Vbias2；第五NPN晶体管Q5的发射极连接第四电阻R4，第七NPN晶体管Q7的发射极连接第五电阻R5，第四电阻R4另外一端和第五电阻R5另外一端均接地。
本发明通过温度补偿单元，第八NPN晶体管Q8的电流由第一偏置电压Vbias1控制，提供一个正温度系数的电流，因此第六电阻R6两端的压降Ip*R6是正温度系数，所以第六电阻R6两端的压降随着温度升高而升高，第一输出信号Voutn1和第二输出信号Voutp1的共模电平随着温度的升高而降低。而射随输出单元最终输出的第三输出信号Voutn2和第四输出信号Voutp2的共模电平为：VCC-R1*I0/2-Vbe-Ip*R6，可以和前面的电压Ip*R6相抵消，从而使第三输出信号Voutn2和第四输出信号Voutp2的共模电平不随温度而变，更加稳定。
另外，温度补偿单元的电路结构简单，通过调节第六电阻R6的电阻值可以实现很小的功耗；控制正温度系数电流的第一偏置电压Vbias1获取十分便利，也可以从产生第二偏置电压Vbias2的带隙基准电路中获得。根据带隙基准电路的原理，要产生使晶体管电流随温度不变的第二偏置电压Vbias2，就先要产生使晶体管电流为正温度系数的第一偏置电压Vbias1然后和一个负温度系数的电压相加，从而得到第二偏置电压Vbias2，第一偏置电压Vbias1是第二偏置电压Vbias2的中间信号，因此不需要额外的带隙基准电路。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种带有温度补偿的射随输出电路，包括差分放大单元和射随输出单元，差分放大单元的输出连接射随输出单元的输入，差分放大单元用于放大输入信号，射随输出单元用于驱动下一级电路，其特征在于：还包括温度补偿单元，用于调节差分放大单元的共模电平，通过调节正温度系数电流以及其流过的电阻大小，使通过该电阻的正温度系数电压与射随输出单元的负温度系数电压相抵消；
所述温度补偿单元包括：第八NPN晶体管、第九NPN晶体管、第六电阻、第七电阻，其中第八NPN晶体管的发射极和第七电阻连接，第七电阻的另一端接地；第八NPN晶体管的基极连接第一偏置电压，第八NPN晶体管的集电极和第九NPN晶体管的发射极连接；第九NPN晶体管的基极和集电极连接在一起，然后和第六电阻连接，第六电阻的另外一端连接电源电压。
2.如权利要求1所述的带有温度补偿的射随输出电路，其特征在于，所述温度补偿单元还包括一个和第六电阻并联的电容。
3.如权利要求1所述的带有温度补偿的射随输出电路，其特征在于，所述差分放大单元包括：第一NPN晶体管、第二NPN晶体管、第三NPN晶体管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一NPN晶体管的基极连接第一差分输入信号，第一NPN晶体管的集电极连接第一电阻形成第一输出信号；第二NPN晶体管的基极连接第二差分输入信号，第二NPN晶体管的集电极连接第二电阻形成第二输出信号；第一NPN晶体管的发射极和第二NPN晶体管的发射极连接，再一起连接至第三NPN晶体管的集电极，第三NPN晶体管的基极接第二偏置电压；第一电阻和第二电阻的另外一端共同连接第六电阻，第三NPN晶体管连接第三电阻，第三电阻的另外一端接地。
4.如权利要求3所述的带有温度补偿的射随输出电路，其特征在于，所述射随输出单元包括：第四NPN晶体管、第五NPN晶体管、第六NPN晶体管、第七NPN晶体管、第四电阻和第五电阻，其中第四NPN晶体管的基极连接差分放大单元的第一输出信号，第六NPN晶体管的基极连接差分放大单元的第二输出信号，第四NPN晶体管的集电极和第六NPN晶体管的集电极均连接电源电压；第四NPN晶体管的发射极连接第五NPN晶体管的集电极，形成第三输出信号；第六NPN晶体管的发射极连接第七NPN晶体管的集电极，形成第四输出信号；第五NPN晶体管的基极和第七NPN晶体管的基极均连接第二偏置电压；第五NPN晶体管的发射极连接第四电阻，第七NPN晶体管的发射极连接第五电阻，第四电阻另外一端和第五电阻另外一端均接地。
5.如权利要求4所述的带有温度补偿的射随输出电路，其特征在于，所述第一偏置电压从产生第二偏置电压的带隙基准电路中获得，第一偏置电压是产生第二偏置电压的中间信号。
6.如权利要求4所述的带有温度补偿的射随输出电路，其特征在于，所述第八NPN晶体管的电流由第一偏置电压控制，是正温度系数的电流，第六电阻两端的压降是正温度系数。
7.如权利要求4所述的带有温度补偿的射随输出电路，其特征在于，所述第六电阻R6两端的压降随着温度升高而升高，第一输出信号和第二输出信号的共模电平随着温度的升高而降低，抵消第四NPN晶体管和第六NPN晶体管的具有负温度系数的基极-集电极电压，得到第一输出信号和第二输出信号具有稳定的共模电平。
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