CN108614611B - 低噪声带隙基准电压源、电子设备 - Google Patents

低噪声带隙基准电压源、电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请实施方式提供了一种低噪声带隙基准电压源、电子设备；至少两个模组，每个模组中包括两个三极管和一个电阻，分别为该模组的第一三极管和第二三极管；每个模组中两个三极管的基极电性连接，以连接点作为该模组的输入端；每个模组中第一三极管发射极与该模组中的所述电阻的输入端电性连接，该电阻的输出端与该模组中的第二三极管的发射极电性连接，连接节点作为该模组的输出端；并通过第三三极管起到偏置作用，以实现整个电路降低噪声。

Description

低噪声带隙基准电压源、电子设备
技术领域
本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种低噪声带隙基准电压源、电子设备。
背景技术
基准电压源是当代模拟集成电路极为重要的组成部分，它为串联型稳压电路、A/D和D/A转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。另外，基准电压源也可作为标准电池、仪器表头的刻度标准和精密电流源重要组成部分。
最经典的带隙基准电压源是利用一个正温度系数的电压与一个负温度系数的电压之和，二者温度系数相互抵消，实现与温度无关的电压基准，约为1.25V。因为此电压等于硅在绝对零度时的带隙电压，因而称为带隙基准。
但是，带隙基准电压源如何降低输出噪声始终困扰着本领域技术人员。
发明内容
本申请实施方式提供了一种低噪声带隙基准电压源，其特征在于，包括：放大器、至少五个电阻、至少两个模组、第三三极管；每个模组中包括两个三极管和一个电阻，分别为该模组的第一三极管和第二三极管；每个模组中两个三极管的基极电性连接，以连接点作为该模组的输入端；每个模组中第一三极管发射极与该模组中的所述电阻的输入端电性连接，该电阻的输出端与该模组中的第二三极管的发射极电性连接，连接节点作为该模组的输出端；其中，上一个模组的输出端与下一个模组的第一三极管的发射极电性连接；电源第一输入端分别与所述运算放大的反相输入端、每个所述模组的第一三极管的集电极电性连接；所述电源的第二输入端分别与所述放大器的同相输入端、每个所述模组的第二三极管的集电极电性连接；所述放大器输出端与第一模组输入端电性连接；在所述放大器输出端还串联有至少一个电阻；对应于串联的电阻，其余模组的输入端各自与对应电阻的输出端电性连接；在所述模组为最后一个模组的情况下，该模组输入端与对应电阻的输出端之间还包括第三三极管，所述第三三极管的集电极与该第三三极管的基极和对应的电阻输出端电性连接，所述第三三极管的基极与该最后一个模组的输入端电性连接；所述第三三极管的发射极与该最后一个模组的输出端电性连接；所述最后一个模组的输出端与第一电阻输入端电性连接；其中，所述第一电阻的输出端接地。
在一个实施方式中，所述电源第一输入端和所述电源的第二输入端各自还串联有第二电阻和第三电阻；其中，所述第二电阻和第三电阻电阻值相等。
在一个实施方式中，所述模组有三个，包括所述第一模组、第二模组、第三模组；所述放大器输出端依次串联有第四电阻和第五电阻；所述第四电阻的输出端与第二模组的输入端电性连接；所述第五电阻的输出端与所述第三三极管的集电极电性连接。
在一个实施方式中，所述模组有六个。
在一个实施方式中，每个模组中的第一三极管和第二三极管的发射极面积比都为N：1。
在一个实施方式中，不同模组中的对应的第一三极管相同，不同模组中的第二三极管相同。
在一个实施方式中，所述第三三极管的发射极面积与任意模组中的第二三极管的发射极面积相同。
在一个实施方式中，所述放大器的输出端串联的电阻的阻值相等；该电阻值作为标准阻值。
在一个实施方式中，与所述放大器的输出端串联的电阻依次对应的第一模组中的电阻的阻值为所述标准阻值相等；第二模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/3；第三模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/5；第四模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/7；第五模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/9；第六模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/11。
本申请实施方式还提供一种电子设备，其包括：如上述任意一项的低噪声带隙基准电压源。
在本申请实施方式中，至少两个模组，每个模组中包括两个三极管和一个电阻，分别为该模组的第一三极管和第二三极管；每个模组中两个三极管的基极电性连接，以连接点作为该模组的输入端；每个模组中第一三极管发射极与该模组中的所述电阻的输入端电性连接，该电阻的输出端与该模组中的第二三极管的发射极电性连接，连接节点作为该模组的输出端；并通过第三三极管起到偏置作用，以实现整个电路降低噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中一个带隙基准电压源；
图2是本说明书实施方式的一个低噪声带隙基准电压源；
图3是本说明书实施方式的另一个低噪声带隙基准电压源；
图4是本说明书实施方式的输出噪声效果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被认为是“耦接”另一个元件时，它可以是直接耦接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
本申请实施方式提供了一种低噪声带隙基准电压源，包括：放大器、至少五个电阻、至少两个模组、第三三极管；每个模组中包括两个三极管和一个电阻，分别为该模组的第一三极管和第二三极管；每个模组中两个三极管的基极电性连接，以连接点作为该模组的输入端；每个模组中第一三极管发射极与该模组中的所述电阻的输入端电性连接，该电阻的输出端与该模组中的第二三极管的发射极电性连接，连接节点作为该模组的输出端；其中，上一个模组的输出端与下一个模组的第一三极管的发射极电性连接；电源第一输入端分别与所述运算放大的反相输入端、每个所述模组的第一三极管的集电极电性连接；所述电源的第二输入端分别与所述放大器的同相输入端、每个所述模组的第二三极管的集电极电性连接；所述放大器输出端与第一模组输入端电性连接；在所述放大器输出端还串联有至少一个电阻；对应于串联的电阻，其余模组的输入端各自与对应电阻的输出端电性连接；在所述模组为最后一个模组的情况下，该模组输入端与对应电阻的输出端之间还包括第三三极管，所述第三三极管的集电极与该第三三极管的基极和对应的电阻输出端电性连接，所述第三三极管的基极与该最后一个模组的输入端电性连接；所述第三三极管的发射极与该最后一个模组的输出端电性连接；所述最后一个模组的输出端与第一电阻输入端电性连接；其中，所述第一电阻的输出端接地。
在本实施方式中，所述放大器可以是误差放大器。
请参阅图1。在现有技术中提供一种低噪声带隙基准电压源。电源输入端电性连接有两个相同阻值的电阻。两个电阻后分别与放大器的同向输入端与反向输入端电性连接。Qa和Qb为两个三极管，Qa下方的8A标识该三极管发射极的面积，Qb下方的A标识该三极管发射极的面积。Ra与Rb为两个电阻。COM表示接地。在该电路中，最主要的噪声源来自Ra和Qb。Ra的电压噪声被放大2Rb/Ra倍。体现在输出电压Vout。
请参阅图2。在本申请提供的一种低噪声带隙基准电压源。将图2中的Q1～Q5、R3～R5代替了图1中的Ra与Qb。将图2中的R6替换图1中的Rb，且R6<<Rb。如此一来，噪声的增益影响明显得下降，降低了输出噪声。Q1～Q5与R3～R5之间的噪声都是不相关的。
在一个实施方式中，包括：所述电源第一输入端和所述电源的第二输入端各自还串联有第二电阻和第三电阻；其中，所述第二电阻和第三电阻电阻值相等。
在一个实施方式中，包括：所述模组有三个，包括：所述模组有三个，包括所述第一模组、第二模组、第三模组；所述放大器输出端依次串联有第四电阻和第五电阻；所述第四电阻的输出端与第二模组的输入端电性连接；所述第五电阻的输出端与所述第三三极管的集电极电性连接。
请参阅图2。图中Q1、Q2、R3为第一模组，N1，N2分别为对应的三极管发射极面积；Q3、Q4、R4为第二模组，N3，N4分别为对应的三极管发射极面积；Q5、Q6、R5为第三模组，N5，N6分别为对应的三极管发射极面积。放大器后串联有R7、R8。第二模组的输入端接R7输出端，第三模组的输入端接R8输出端，R8输出端与第三三极管Q7的集电极电性连接。第三三极管的集电极与其基极电性连接。Q6与Q7为R7和R8产生偏置电流。R1、R2与误差放大保证组中的两个三极管集电极电流相等。对应不同模组中的三极管，使用不同的角标(i,j)表示其ΔVBEij，即ΔVBEij＝VBEi-VBEj＝KT/q*ln(Aj/Ai)。其中K为波尔茨曼常量。T为绝对温度。q为电子电荷。其中，Ai为第i个三极管的发射极面积。在Rk中的电流IRk＝ΔVBEij/Rk。显然，Rk中的电流IRk是与绝对温度成正比的电流。
在一个实施方式中，包括：所述模组有六个。
在一个实施方式中，每个模组中的第一三极管和第二三极管的发射极面积比都为N：1。
在一个实施方式中，不同模组中的对应的第一三极管相同，不同模组中的第二三极管相同。
在一个实施方式中，所述第三三极管的发射极面积与任意模组中的第二三极管的发射极面积相同。
在一个实施方式中，所述放大器的输出端串联的电阻的阻值相等；该电阻值作为标准阻值。
在一个实施方式中，与所述放大器的输出端串联的电阻依次对应的第一模组中的电阻的阻值为所述标准阻值相等；第二模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/3；第三模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/5；第四模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/7；第五模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/9；第六模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/11。
请参阅图3。每个模组中的三极管的发射极面积比都为1：N。使得具有良好的匹配特性。对应不同模组中的电阻RK等于Re/(2*m-1)。m表示模组序号。例如，第一模组中的电阻为Re，第二模组中的电阻为Re/3。依次类推。如此电路布置，可以使得流过每个三极管Q1～Q13中的电流相等。每组压差ΔVBEij也一样，都为ΔVBE。如此一来，简化了设计与布局，使得有良好的匹配特性。
请参阅图4。本申请提供的图3中的低噪声带隙基准电压源的输出噪声明显比图1中基准电压源的输出噪声低。
本申请实施方式还提供一种电子设备，其包括：如上述任意一项的低噪声带隙基准电压源。
在本申请实施方式中，至少两个模组，每个模组中包括两个三极管和一个电阻，分别为该模组的第一三极管和第二三极管；每个模组中两个三极管的基极电性连接，以连接点作为该模组的输入端；每个模组中第一三极管发射极与该模组中的所述电阻的输入端电性连接，该电阻的输出端与该模组中的第二三极管的发射极电性连接，连接节点作为该模组的输出端；并通过第三三极管起到偏置作用，以实现整个电路降低噪声。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (10)

1.一种低噪声带隙基准电压源，其特征在于，包括：放大器、至少五个电阻、至少两个模组、第三三极管；每个模组中包括两个三极管和一个电阻，分别为该模组的第一三极管和第二三极管；每个模组中两个三极管的基极电性连接，以连接点作为该模组的输入端；每个模组中第一三极管发射极与该模组中的所述电阻的输入端电性连接，该电阻的输出端与该模组中的第二三极管的发射极电性连接，连接节点作为该模组的输出端；其中，上一个模组的输出端与下一个模组的第一三极管的发射极电性连接；
电源第一输入端分别与所述放大器的反相输入端、每个所述模组的第一三极管的集电极电性连接；所述电源的第二输入端分别与所述放大器的同相输入端、每个所述模组的第二三极管的集电极电性连接；
所述放大器输出端与第一模组输入端电性连接；在所述放大器输出端还串联有至少一个电阻；对应于串联的电阻，其余模组的输入端各自与对应电阻的输出端电性连接；在所述模组为最后一个模组的情况下，该模组输入端与对应电阻的输出端之间还包括第三三极管，所述第三三极管的集电极与该第三三极管的基极和对应的电阻输出端电性连接，所述第三三极管的基极与该最后一个模组的输入端电性连接；所述第三三极管的发射极与该最后一个模组的输出端电性连接；
所述最后一个模组的输出端与第一电阻输入端电性连接；其中，所述第一电阻的输出端接地。
2.如权利要求1所述的低噪声带隙基准电压源，其特征在于，包括：所述电源第一输入端和所述电源的第二输入端各自还串联有第二电阻和第三电阻；其中，所述第二电阻和第三电阻电阻值相等。
3.如权利要求1所述的低噪声带隙基准电压源，其特征在于，包括：所述模组有三个，包括所述第一模组、第二模组、第三模组；所述放大器输出端依次串联有第四电阻和第五电阻；所述第四电阻的输出端与第二模组的输入端电性连接；所述第五电阻的输出端与所述第三三极管的集电极电性连接。
4.如权利要求1所述的低噪声带隙基准电压源，其特征在于，包括：所述模组有六个。
5.如权利要求4所述的低噪声带隙基准电压源，其特征在于，每个模组中的第一三极管和第二三极管的发射极面积比都为N：1。
6.如权利要求5所述的低噪声带隙基准电压源，其特征在于，不同模组中的对应的第一三极管相同，不同模组中的第二三极管相同。
7.如权利要求6所述的低噪声带隙基准电压源，其特征在于，所述第三三极管的发射极面积与任意模组中的第二三极管的发射极面积相同。
8.如权利要求4所述的低噪声带隙基准电压源，其特征在于，所述放大器的输出端串联的电阻的电阻值相等；该电阻值作为标准阻值。
9.如权利要求8所述的低噪声带隙基准电压源，其特征在于，与所述放大器的输出端串联的电阻依次对应的第一模组中的电阻的阻值为所述标准阻值相等；第二模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/3；第三模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/5；第四模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/7；第五模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/9；第六模组中的电阻的阻值为所述标准阻值的1/11。
10.一种电子设备，其特征在于，其包括：
如权利要求1-9任意一项所述的低噪声带隙基准电压源。
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