CN111290468A - 一种基准电压产生电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基准电压产生电路及方法,所述电路包括:基准电压产生模块、分压模块、温度检测模块和加热模块;所述分压模块耦合于所述基准电压产生模块;所述基准电压产生模块包括负温度系数的第一电阻、正温度系数的齐纳管和补偿三极管,用于产生基准电压;所述分压模块包括第一分压模块和第二分压模块,用于分压所述基准电压;所述温度检测模块,用于检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制所述加热模块是否加热。

Description

一种基准电压产生电路及方法
技术领域
本发明涉及基准电压产生技术领域,尤其涉及一种基准电压产生电路及方法。
背景技术
直流电压标准是电磁学计量最重要的基本参数,直接影响交流电压、直流电流、交流电流等。为了保证设备的精度和稳定性,都需要具有高稳定度的电压标准进行校准和量值传递,目前常用的电压基准为FLUKE 732B,目前尚未有成熟产品。
从FLUKE 732B环境温湿度实验中,发现湿度对FLUKE 732B输出电压稳定性影响不大,而温度是环境条件影响的关键环节,在环境温度变化时,FLUKE 732B存在较大的温漂系数,导致固态电压基准的输出会随温度变化,图1是固态电压基准的原理示意图,如图1所示,在固态电压基准中,基准电压产生电路是最为关键的一部分,其输出的稳定性直接影响了这个系统输出的稳定性,因此,如何减小基准电压产生电路对温度的依赖性,提高固态电压基准输出的稳定性为急需解决的问题。针对该问题,目前尚无有效解决方案。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种基准电压产生电路。
为达到上述目的,本发明实施例的技术方案是这样实现的:
本发明实施例提供一种基准电压产生电路,所述电路包括:基准电压产生模块、分压模块、温度检测模块和加热模块;所述分压模块耦合于所述基准电压产生模块;
所述基准电压产生模块包括负温度系数的第一电阻、正温度系数的齐纳管和补偿三极管,用于产生基准电压;
所述分压模块包括第一分压模块和第二分压模块,用于分压所述基准电压;
所述温度检测模块,用于检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制所述加热模块是否加热。
在上述方案中,所述负温度系数的第一电阻和所述正温度系数的齐纳管串联连接;所述补偿三极管与串联连接的所述负温度系数的第一电阻和所述正温度系数的齐纳管连接。
在上述方案中,所述补偿三极管的电压与温度呈负线性关系。
在上述方案中,所述第二分压模块并联第二电阻。
在上述方案中,所述温度检测模块为温度测试三极管,所述温度测试三极管分别与所述第一分压模块和第二分压模块连接。
在上述方案中,所述电路还包括第三电阻,所述第三电阻的一端与所述正温度系数的齐纳管的一端连接,所述第三电阻的另一端接地。
在上述方案中,所述电路还包括第一运算放大器,所述第一运算放大器的输入端与所述补偿三极管连接;所述第一运算放大器的输出端与所述负温度系数的第一电阻连接。
在上述方案中,所述加热模块为加热器,所述加热器与所述第一分压模块和第二分压模块连接。
本发明实施例提供的一种基准电压产生方法,应用于上述所述的电路,所述方法包括:
通过基准电压产生模块产生基准电压;
通过分压模块分压所述基准电压;其中,所述分压模块包括第一分压模块和第二分压模块;
通过温度检测模块检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制加热模块是否加热。
在上述方案中,所述方法还包括:
所述通过温度检测模块检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,包括:
获取所述第一分压模块和第二分压模块的电压;
基于所述电压检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度。
本发明实施例提供的一种基准电压产生电路,其中,所述电路包括:基准电压产生模块、分压模块、温度检测模块和加热模块;所述分压模块耦合于所述基准电压产生模块;所述基准电压产生模块包括负温度系数的第一电阻、正温度系数的齐纳管和补偿三极管,用于产生基准电压;所述分压模块包括第一分压模块和第二分压模块,用于分压所述基准电压;所述温度检测模块,用于检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制所述加热模块是否加热。采用本发明实施例的技术方案,通过所述基准电压产生模块包括负温度系数的第一电阻、正温度系数的齐纳管和补偿三极管,用于产生基准电压,减小基准电压产生电路对温度的依赖性,提高固态电压基准输出的稳定性。
附图说明
图1是固态电压基准的原理示意图;
图2为本发明实施例提供的又一种基准电压产生电路的组成结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种基准电压产生电路芯片的内部组成结构示意图;
图4为本发明实施例一种控制方法的实现流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例提供一种基准电压产生电路,图2为本发明实施例提供的一种基准电压产生电路的组成结构示意图,如图2所示;图3为本发明实施例提供的一种基准电压产生电路芯片的内部组成结构示意图,如图3所示,下面结合图2和图3进行说明,所述电路10包括:基准电压产生模块101、分压模块102、温度检测模块103和加热模块104;所述分压模块104耦合于所述基准电压产生模块101;
所述基准电压产生模块101包括负温度系数的第一电阻、正温度系数的齐纳管和补偿三极管,用于产生基准电压;
所述分压模块102包括第一分压模块1021和第二分压模块1022,用于分压所述基准电压;
所述温度检测模块103,用于检测所述第一分压模块1021和第二分压模块1022的温度,基于所述温度控制所述加热模块104是否加热。
本实施例是针对目前的基准电压产生电路由于受外界环境的影响,存在较大的温漂系数,导致固态电压基准的输出会随温度变化而提出的一种改进电路。所述补偿三极管可以为负温度系数的三极管,在图2的示例中记为Q1。所述正温度系数的齐纳管可以为齐纳二极管,在图2的示例中记为Z1。在所述正温度系数的齐纳管的正温度系数较大时,如果负温度系数的所述补偿三极管不能平衡齐纳二极管的正温度系数,可以设置负温度系数的第一电阻和所述负温度系数的所述补偿三极管一起平衡齐纳二极管的正温度系数,以减小基准电压产生电路对温度的依赖性,提高整个电路的输出稳定性。在图2的示例中所述负温度系数的第一电阻记为R0。
在所述负温度系数的第一电阻、所述正温度系数的齐纳管和所述补偿三极管的作用下,所述基准电压产生模块101便可以产生基准电压。
所述分压模块102可以为任何可以分压的器件组成的分压模块,所述分压的器件可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,所述分压的器件可以为电阻。在图2的示例中所述分压模块可以为电阻R4和R5组成的分压模块,电阻R4和R5可以串联连接,电阻R4和R5的连接点可以记为分压点。所述分压模块102包括第一分压模块1021和第二分压模块1022,第一分压模块1021和第二分压模块1022可以分压的器件组成的分压模块,所述分压的器件可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,所述第一分压模块1021和所述第二分压模块1022可以为电阻,在图2的示例中所述第一分压模块可以为电阻R4,所述第二分压模块可以为电阻R5。
所述分压模块耦合于所述基准电压产生模块可以为所述分压模块与所述基准电压产生模块相互关联。所述分压模块中的第一分压模块和第二分压模块,可以分压所述基准电压产生模块产生的所述基准电压。在图2的示例中,可以为电阻R4与负温度系数的第一电阻R0连接。
所述温度检测模块103可以为任意的温度检测器件构成的温度检测模块,在此不做限定,作为一种示例,所述温度检测器件可以为温度测试三极管,可以检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制所述加热模块是否加热。其中,所述加热模块可以为任意的加热器件构成的加热模块,在此不做限定,作为一种示例,所述加热模块可以为加热器。
在图2的示例中,所述温度测试三极管记为Q2,所述温度测试三极管可以检测分压点的电压的变化,基于分压点的电压的变化反映温度的变化。作为一种示例,可以基于分压点的电压,通过基极电流的变化来使加热器增温或降温,以使所述基准电压产生模块保持到分压点电位时的温度。也就是说,R4、R5对所述基准电压产生模块的恒温温度起决定作用。当分压点电压发生变化时,所述基准电压产生模块的温度就发生变化。
在本发明的一种可选的实施例中,所述负温度系数的第一电阻和所述正温度系数的齐纳管串联连接;所述补偿三极管与串联连接的所述负温度系数的第一电阻和所述正温度系数的齐纳管连接。
本实施例中,在图2的示例中,所述负温度系数的第一电阻R0和所述正温度系数的齐纳管Z1串联连接;所述补偿三极管Q1的基极与所述正温度系数的齐纳管Z1连接。
在本发明的一种可选的实施例中,所述补偿三极管的电压与温度呈负线性关系。
本实施例中,可以结合图2进行理解,在图2的示例中,当分压点的温度升高,由于所述齐纳管Z1具有正温度系数,使输出电压变高,由于所述补偿三极管Q1的负温度系数使所述补偿三极管Q1基极电流增大,导致所述补偿三极管Q1集电极电位降低。
在本发明的一种可选的实施例中,所述第二分压模块1022并联第二电阻。
本实施例中,通过所述第二分压模块1022并联第二电阻来改变分压点电压,进而改变温度,在图2的示例中,所述第二电阻记为R6。所述第二电阻的阻值可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,可以通过在所述第二分压模块并联第二电阻来确定R0的阻值,具体的为,过所述第二分压模块并联第二电阻来改变分压点电压,进而改变温度,若并联电阻前后所述基准电压产生模块101输出变化优于所述正温度系数的齐纳管串联电阻R0之前,则说明电路输出受温度的影响变小,可选择串入该阻值的电阻提高环境适应性。
为了方便理解,假设齐纳管的正温度系数为1+αt+βt2,经试验测得整个电路的温度系数平均达50ppm/K左右,所述基准电压产生模块101输出电压的变化为V(1+αt+βt2),为了达到补偿的目的,在所述正温度系数的齐纳管上串联具有负温度系数的电阻R0,设其温度系数为1+α0t+β0t2,则电阻R0输出电压的变化为IzR0(1+α0t+β0t2),其中Iz为流过所述正温度系数的齐纳管上的电流,若此时,|V(1+αt+βt2)+IzR0(1+α0t+β0t2)|<|V(1+αt+βt2)|,则起到了温度补偿的作用。
在本发明的一种可选的实施例中,所述温度检测模块103为温度测试三极管,所述温度测试三极管分别与所述第一分压模块1021和第二分压模块1022连接。
本实施例中,所述温度测试三极管分别与所述第一分压模块1021和第二分压模块1022连接可以为所述温度测试三极管的基极与分压点连接。
在本发明的一种可选的实施例中,所述电路还包括第三电阻,所述第三电阻的一端与所述正温度系数的齐纳管的一端连接,所述第三电阻的另一端接地。
本实施例中,所述第三电阻可以为取样电阻,该取样电阻可以给正温度系数的齐纳管提供偏置电流。其中,所述第三电阻可以记为R1,所述偏置电流可以记为Iz
在本发明的一种可选的实施例中,所述电路还包括第一运算放大器,所述第一运算放大器的输入端与所述补偿三极管连接;所述第一运算放大器的输出端与所述负温度系数的第一电阻连接。
本实施例中,所述第一运算放大器的输入端与所述补偿三极管连接可以为所述第一运算放大器的正向输入端与所述补偿三极管的集电极连接,在图2的示例中,所述第一运算放大器记为A2。
在本发明的一种可选的实施例中,所述加热模块104为加热器,所述加热器与所述第一分压模块和第二分压模块连接。
本实施例中,所述加热器可以为任意的加热器件,在此不做限定。作为一种示例,所述加热器可以为加热电热丝。
所述加热器与所述第一分压模块1021和第二分压模块1022连接可以为所述加热器与所述第一分压模块和第二分压模块连接的分压点处连接。
图3为本发明实施例提供的一种基准电压产生电路芯片的内部组成结构示意图,该图基于本发明实施例提供一种基准电压产生电路,在图3中,1,2引脚中为加热模块104;3,4引脚中为基准电压产生模块101中的正温度系数的齐纳管;4,5,7引脚中为基准电压产生模块101中的补偿三极管;在图3中所述基准电压产生模块101中没有画出负温度系数的第一电阻,该第一电阻可以设置在3,4引脚中;6,7,8引脚中为温度检测模块103;在图3中也没有画出分压模块102。
本发明实施例提供的所提出的基准电压产生方法可用在量值传递、高精度电压输出等对高精度电压有需求的地方,解决了基准芯片对环境依赖程度高的问题,提高了基准电压的输出稳定性。
本发明实施例提供的基准电压产生电路,其中,通过所述基准电压产生模块包括负温度系数的第一电阻、正温度系数的齐纳管和补偿三极管,用于产生基准电压,减小基准电压产生电路对温度的依赖性,提高固态电压基准输出的稳定性。
基于图2和图3所示的基准电压产生电路,本发明实施例还提出基准电压产生方法,应用于上述基准电压产生电路;图4为本发明实施例一种控制方法的实现流程示意图,如图4所示,该方法包括:
步骤S201,通过基准电压产生模块产生基准电压。
本实施例中,通过基准电压产生模块产生的基准电压,其输出随温度变化影响小,大大减少基准电压产生对温度的依赖性,从而提高基准电压输出的稳定性。
步骤S202,通过分压模块分压所述基准电压;其中,所述分压模块包括第一分压模块和第二分压模块。
步骤S203,通过温度检测模块检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制加热模块是否加热。
在本发明的一种可选的实施例中,所述通过温度检测模块检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,包括:
获取所述第一分压模块和第二分压模块的电压;
基于所述电压检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度。
本发明实施例提供的一种基准电压产生方法,其中,通过基准电压产生模块产生基准电压;通过分压模块分压所述基准电压;其中,所述分压模块包括第一分压模块和第二分压模块;通过温度检测模块检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制加热模块是否加热,大大减少基准电压产生对温度的依赖性,从而提高基准电压输出的稳定性。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例中所述基准电压产生方法中的步骤。计算机可读存储介质可以是磁性随机存取存储器(FRAM,ferromagnetic random access memory)、只读存储器(ROM,Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM,Programmable Read-OnlyMemory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM,Erasable Programmable Read-Only Memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM,Compact DiscRead-Only Memory)等存储器;也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。
本发明实施例上述设备中的各模组如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样,本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器中,或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor),或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤,可以直接体现为硬件译码处理器执行完成,或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中,该存储介质位于存储器,处理器读取存储器中的信息,结合其硬件完成前述方法的步骤。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的设备和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,如:多个单元或组件可以结合,或可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另外,所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口,设备或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,也可以分布到多个网络单元上;可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中,也可以是各单元分别单独作为一个单元,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中;上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者,本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括:移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基准电压产生电路,其特征在于,所述电路包括:基准电压产生模块、分压模块、温度检测模块和加热模块;所述分压模块耦合于所述基准电压产生模块;
所述基准电压产生模块包括负温度系数的第一电阻、正温度系数的齐纳管和补偿三极管,用于产生基准电压;
所述分压模块包括第一分压模块和第二分压模块,用于分压所述基准电压;
所述温度检测模块,用于检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制所述加热模块是否加热。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述负温度系数的第一电阻和所述正温度系数的齐纳管串联连接;所述补偿三极管与串联连接的所述负温度系数的第一电阻和所述正温度系数的齐纳管连接。
3.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述补偿三极管的电压与温度呈负线性关系。
4.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述第二分压模块并联第二电阻。
5.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述温度检测模块为温度测试三极管,所述温度测试三极管分别与所述第一分压模块和第二分压模块连接。
6.根据权利要求2所述的电路,其特征在于,所述电路还包括第三电阻,所述第三电阻的一端与所述正温度系数的齐纳管的一端连接,所述第三电阻的另一端接地。
7.根据权利要求2所述的电路,其特征在于,所述电路还包括第一运算放大器,所述第一运算放大器的输入端与所述补偿三极管连接;所述第一运算放大器的输出端与所述负温度系数的第一电阻连接。
8.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述加热模块为加热器,所述加热器与所述第一分压模块和第二分压模块连接。
9.一种基准电压产生方法,其特征在于,应用于权利要求1至8任一项所述的电路中;所述方法包括:
通过基准电压产生模块产生基准电压;
通过分压模块分压所述基准电压;其中,所述分压模块包括第一分压模块和第二分压模块;
通过温度检测模块检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,基于所述温度控制加热模块是否加热。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述通过温度检测模块检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度,包括:
获取所述第一分压模块和第二分压模块的电压;
基于所述电压检测所述第一分压模块和第二分压模块的温度。
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