CN114421897B - 降低集成电路放大器噪声的电路及其降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种降低集成电路放大器噪声的电路及其降噪方法。所述降低集成电路放大器噪声的电路,包括:第一调节电路、滤波电路和第二调节电路;所述第一调节电路包括带隙基准电源BG、集成电路放大器EA、N沟道场效晶体管M2和电阻数模转换电路RDAC,所述带隙基准电源BG的输出端VBG与所述集成电路放大器EA的反相输入端连接,集成电路放大器EA的输出端与N沟道场效晶体管M2的栅极连接,所述电阻数模转换电路RDAC包括电阻R1和电阻R2,所述电阻R1的一端与所述N沟道场效晶体管M2的漏极连接。本发明通过第一调节电路、滤波电路和第二调节电路的配合,能够降低集成电路放大器噪声的电路能显著降低低压差稳压电路的整体噪声,实用价值高。
Description
技术领域
本发明属于微电路技术领域,尤其涉及一种降低集成电路放大器噪声的电路及其降噪方法。
背景技术
近年来,电源管理电路的设计取得飞速发展,尤其是低压差稳压电路,总体上来说,在设备小型化,多功能化的总发展趋势下,电子产品的稳定运行就离不开低压差稳压电路。
现有的低压差稳压电路的设计主要:运算放大器模块、基准电压模块、功率管模块、保护电路模块、瞬态响应模块以及反馈网络模块等。其中运算放大器的要求是高增益,大带宽,功率管在MOS工艺中主要分为NMOS与PMOS,最为常见的就是PMOS,基准电压模块常常采用三极管补偿所设计的带隙基准电路,保护模块主要有过温保护模块与过流保护模块,瞬态响应模块主要响应输出端的瞬态负载跳变保证输出快速恢复稳定。
然而,现有的低压差稳压电路往往采用三极管带隙基准电路设计,这种电路结构较为复杂,使得电源抑制比受运算放大器模块影响较大,且其需要运算放大器和启动电路,从而导致噪声较大。而且在实际运用过程中运算放大器要对接收到的信号进行放大,而且在放大的过程中不可避免地引入了大量噪声。基于此,就低压差稳压电路来说,如何提供一种降低集成电路放大器噪声的电路及其降噪方法是本领域技术人员亟需解决的技术难题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出一种降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,包括:第一调节电路、滤波电路和第二调节电路;
所述第一调节电路包括带隙基准电源BG、集成电路放大器EA、N沟道场效晶体管M2和电阻数模转换电路RDAC,所述带隙基准电源BG的输出端VBG与所述集成电路放大器EA的反相输入端连接,集成电路放大器EA的输出端与N沟道场效晶体管M2的栅极连接,所述电阻数模转换电路RDAC包括电阻R1和电阻R2,所述电阻R1的一端与所述N沟道场效晶体管M2的漏极连接,所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端均与所述集成电路放大器EA的同相输入端,所述电阻R2的另一端接地,所述N沟道场效晶体管M2的源极、所述集成电路放大器EA的电源输入端与直流电源VDD连接;所述N沟道场效晶体管M2的栅极与源极之间串联有电阻R3和电容C1;所述电阻数模转换电路RDAC与数字控制信号连接,用于改变所述电阻R1、所述电阻R2的比例;
所述滤波电路包括RC低通滤波器,所述N沟道场效晶体管M2的漏极与所述RC低通滤波器的输入端连接;
所述第二调节电路包括集成运放AMP和N沟道场效晶体管M1,所述RC低通滤波器的输出端与所述集成运放AMP的反相输入端连接,所述集成运放AMP的输出端与所述N沟道场效晶体管M1的栅极连接,所述N沟道场效晶体管M1的源极、所述集成运放AMP的电源输入端与直流电源VDD连接;所述集成运放AMP的同相输入端、所述N沟道场效晶体管M1的漏极与输出端VOUT连接;
所述集成电路放大器EA、所述集成运放AMP的另一电源输入端接地。
本发明降低集成电路放大器噪声的电路通过第一调节电路、滤波电路和第二调节电路的配合,能够降低集成电路放大器噪声的电路能显著降低低压差稳压电路的整体噪声,实用价值高。
具体而言,在本发明的技术方案中,所述带隙基准电源BG包括N沟道场效晶体管M3、N沟道场效晶体管M4、差分放大器VT1、三极管Q1和三极管Q2;所述N沟道场效晶体管M3的源极、N沟道场效晶体管M4的源极均与电源VCC连接,所述N沟道场效晶体管M3的栅极与所述N沟道场效晶体管M4的栅极连接,且所述N沟道场效晶体管M3的栅极还与所述差分放大器VT1的输出端连接,所述N沟道场效晶体管M3的漏极分别与所述差分放大器VT1的反向输入端、所述三极管Q1的发射极连接,所述三极管Q1的基极与集电极、所述三极管Q2的基极与集电极均接地;所述三极管Q2的发射极串联电阻R4,所述电阻R4的另一端分别与所述差分放大器VT1的同相输入端、电阻R5连接,所述电阻R5与所述N沟道场效晶体管M4的的漏极连接。
具体而言,在本发明的技术方案中,所述带隙基准电源BG的输出端VBG连接在所述电阻R5与所述N沟道场效晶体管M4的的漏极之间。
具体而言,在本发明的技术方案中,所述三极管Q1和所述三极管Q2均为PNP型三极管。
具体而言,在本发明的技术方案中,所述三极管Q1和所述三极管Q2型号相同,所述N沟道场效晶体管M3和所述N沟道场效晶体管M4型号相同。
具体而言,在本发明的技术方案中,所述差分放大器VT1的电源端一端连接直流电源VDD,所述差分放大器VT1的电源端的另一端接地。
具体而言,在本发明的技术方案中,所述RC低通滤波器包括差分放大器VT2、N沟道场效晶体管M5和反相器I NV;所述反相器I NV的输出端与所述N沟道场效晶体管M5的栅极连接,所述N沟道场效晶体管M5的源极与所述N沟道场效晶体管M2的漏极连接,所述N沟道场效晶体管M2的漏极还与所述差分放大器VT2的反向输入端连接,所述差分放大器VT2的输出端与所述反相器I NV的输入端连接,所述N沟道场效晶体管M5的源极与漏极之间并联有电阻R6,所述N沟道场效晶体管M5的源极还并联有电容C2,所述电容C2的另一端接地。
具体而言,在本发明的技术方案中,所述N沟道场效晶体管M5的源极与所述集成运放AMP的反相输入端连接。
具体而言,在本发明的技术方案中,所述差分放大器VT2的电源端一端连接直流电源VDD,所述差分放大器VT2的电源端的另一端接地。
在另一个方面,本发明还提出一种降低集成电路放大器噪声的方法,所述方法基于前述的降低集成电路放大器噪声的电路实现,所述方法包括:
采用RC低通滤波器与第一调节电路的输出端连接进行高频除燥;
设N沟道场效晶体管M4的放大倍数为m,三极管Q2的放大倍数为n,带隙基准电源BG的输出端电压为:
式中,VBG为带隙基准电源BG的输出端电压;VEB为三极管Q2的基极与发射极之间的电压;VT为热电压,k为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,q为电子电荷量;
带隙基准电源BG的噪声功率为:
式中:为带隙基准电源BG的噪声功率,/>为三极管Q2的噪声功率,/>为电阻R5的噪声功率,/>为电阻R4的噪声功率;
增大mn的乘积减小带隙基准电源BG的噪声功率直至带隙基准电源BG的输出端电压VBG满足需求。
本发明降低集成电路放大器噪声的方法,首先采用RC低通滤波器与第一调节电路的输出端连接进行高频除燥,通过本发明第一方面的实施例分析可知,通过第一调节电路的调节和滤波电路的RC低通滤波之后,整体输出噪声功率明显降低。其次,可以通过增大mn的乘积减小带隙基准电源BG的噪声功率直至带隙基准电源BG的输出端电压VBG满足需求。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例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发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中降低集成电路放大器噪声的电路图。
图2是本发明一实施例中带隙基准电源BG的电路图。
图3是本发明一实施例中RC低通滤波器的电路图。
图4是本发明一实施例中降低集成电路放大器噪声的方法流程图。
图5是本发明一实施例中VBG和VOUT的变化曲线示意图。
图6是本发明一实施例中VDD变化时,VOUT的变化曲线示意图。
图7是本发明一实施例中负载电流变化时,VOUT的变化曲线示意图。
图8是本发明一实施例中未增加滤波电路的输出噪声的仿真结果。
图9是本发明一实施例中未增加带隙基准电源BG的输出噪声的仿真结果。
图10是本发明一实施例中降低集成电路放大器噪声的电路的输出噪声的仿真结果。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对发明做出进一步的描述。
参阅附图1所示,根据本发明实施例第一方面的一种降低集成电路放大器噪声的电路,包括:第一调节电路、滤波电路和第二调节电路;
所述第一调节电路包括带隙基准电源BG、集成电路放大器EA、N沟道场效晶体管M2和电阻数模转换电路RDAC,所述带隙基准电源BG的输出端VBG与所述集成电路放大器EA的反相输入端连接,集成电路放大器EA的输出端与N沟道场效晶体管M2的栅极连接,所述电阻数模转换电路RDAC包括电阻R1和电阻R2,所述电阻R1的一端与所述N沟道场效晶体管M2的漏极连接,所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端均与所述集成电路放大器EA的同相输入端,所述电阻R2的另一端接地,所述N沟道场效晶体管M2的源极、所述集成电路放大器EA的电源输入端与直流电源VDD连接;所述N沟道场效晶体管M2的栅极与源极之间串联有电阻R3和电容C1;所述电阻数模转换电路RDAC与数字控制信号连接,用于改变所述电阻R1、所述电阻R2的比例;所述滤波电路包括RC低通滤波器,所述N沟道场效晶体管M2的漏极与所述RC低通滤波器的输入端连接;所述第二调节电路包括集成运放AMP和N沟道场效晶体管M1,所述RC低通滤波器的输出端与所述集成运放AMP的反相输入端连接,所述集成运放AMP的输出端与所述N沟道场效晶体管M1的栅极连接,所述N沟道场效晶体管M1的源极、所述集成运放AMP的电源输入端与直流电源VDD连接;所述集成运放AMP的同相输入端、所述N沟道场效晶体管M1的漏极与输出端VOUT连接;所述集成电路放大器EA、所述集成运放AMP的另一电源输入端接地。
参阅附图1所示,在本发明实施例中,N沟道场效晶体管M2为预调整管,通过电阻数模转换电路RDAC中的电阻R1、电阻R2将N沟道场效晶体管M2的漏极输出电压V1输出为反馈电压VFB,并与带隙基准电源BG的输出端电压VBG经集成电路放大器EA相比较,通过控制N沟道场效晶体管M2的栅电压来达到控制N沟道场效晶体管M2的漏极输出电压V1的目的,在本发明实施例中由于电路的噪声主要来自于带隙基准电源BG、集成电路放大器EA、电阻R1和电阻R2,所以N沟道场效晶体管M2的漏极输出电压V1通过滤波电路,滤除高频噪声,再通过第二调节电路中的放大器AMP和N沟道场效晶体管M1输出低噪声输出电压VOUT。其中,本发明实施例中电阻数模转换电路RDAC与数字控制信号连接,用于改变所述电阻R1、所述电阻R2的比例。而电阻R3和电容C1组成相位补偿反馈通路,电阻R3和电容C1组成相位补偿反馈通路可以调节主极点的位置,反馈环路具有足够相位裕度。
在对附图1中电路进行噪声分析时,为便于分析仅考虑主要噪声的影响,带隙基准电源BG的噪声功率定义为集成电路放大器EA的噪声功率定义为/>电阻R1的噪声功率定义为/>电阻R2的噪声功率定义为/>则电阻R1和电阻R2总的噪声功率可以表示为:
带隙基准电源BG和集成电路放大器EA的输出噪声功率可以表示为:
通过滤波电路的RC低通滤波器以后,第一调节电路中的高频噪声被有效滤除,可以得到滤除后的噪声功率:
通过上式可以看出通过第一调节电路的调节和滤波电路的RC低通滤波之后,整体输出噪声功率明显降低。
综上所述,本发明实施例的降低集成电路放大器噪声的电路能显著降低低压差稳压电路的整体噪声,实用价值高。
参阅附图2所示,根据本发明实施例第一方面的另一种降低集成电路放大器噪声的电路中,所述带隙基准电源BG包括N沟道场效晶体管M3、N沟道场效晶体管M4、差分放大器VT1、三极管Q1和三极管Q2;所述N沟道场效晶体管M3的源极、N沟道场效晶体管M4的源极均与电源VCC连接,所述N沟道场效晶体管M3的栅极与所述N沟道场效晶体管M4的栅极连接,且所述N沟道场效晶体管M3的栅极还与所述差分放大器VT1的输出端连接,所述N沟道场效晶体管M3的漏极分别与所述差分放大器VT1的反向输入端、所述三极管Q1的发射极连接,所述三极管Q1的基极与集电极、所述三极管Q2的基极与集电极均接地;所述三极管Q2的发射极串联电阻R4,所述电阻R4的另一端分别与所述差分放大器VT1的同相输入端、电阻R5连接,所述电阻R5与所述N沟道场效晶体管M4的的漏极连接。
在本发明实施例中,带隙基准电源BG的工作方式是通过对称设置的N沟道场效晶体管M3与N沟道场效晶体管M4、三极管Q1和三极管Q2形成正负温度系数的相互抵消,来实现带隙基准电源BG输出电压VBG基本不随温度变化的目的,设N沟道场效晶体管M4的放大倍数为m,三极管Q2的放大倍数为n,VBG可表示为:
式中,VBG为带隙基准电源BG的输出端电压;VEB为三极管Q2的基极与发射极之间的电压;VT为热电压,k为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,q为电子电荷量;
带隙基准电源BG的噪声功率为:
式中:为带隙基准电源BG的噪声功率,/>为三极管Q2的噪声功率,/>为电阻R5的噪声功率,/>为电阻R4的噪声功率;
因此,可以通过增大mn的乘积减小带隙基准电源BG的噪声功率直至带隙基准电源BG的输出端电压VBG满足需求。
参阅附图2所示,根据本发明实施例第一方面的又一种降低集成电路放大器噪声的电路中,所述带隙基准电源BG的输出端VBG连接在所述电阻R5与所述N沟道场效晶体管M4的的漏极之间。这样是为了在N沟道场效晶体管M3与N沟道场效晶体管M4、三极管Q1和三极管Q2之间形成正负温度系数的相互抵消,来实现带隙基准电源BG输出电压VBG基本不随温度变化的目的,有利于降低环境温度对整个低压差稳压电路的不利影响。
参阅附图2所示,根据本发明实施例第一方面的一种降低集成电路放大器噪声的电路中,所述三极管Q1和所述三极管Q2均为PNP型三极管。这样是为了在三极管Q1和三极管Q2之间形成正负温度系数的相互抵消,来实现带隙基准电源BG输出电压VBG基本不随温度变化的目的,有利于降低环境温度对整个低压差稳压电路的不利影响。
参阅附图2所示,根据本发明实施例第一方面的另一种降低集成电路放大器噪声的电路中,所述三极管Q1和所述三极管Q2型号相同,所述N沟道场效晶体管M3和所述N沟道场效晶体管M4型号相同。这样设置是为了在N沟道场效晶体管M3与N沟道场效晶体管M4、三极管Q1和三极管Q2之间形成正负温度系数的相互抵消,来实现带隙基准电源BG输出电压VBG基本不随温度变化的目的,有利于降低环境温度对整个低压差稳压电路的不利影响。
参阅附图2所示,根据本发明实施例第一方面的又一种降低集成电路放大器噪声的电路中,所述差分放大器VT1的电源端一端连接直流电源VDD,所述差分放大器VT1的电源端的另一端接地。这样使得差分放大器VT1的处于正常的差分放大工作状态。
参阅附图3所示,根据本发明实施例第一方面的一种降低集成电路放大器噪声的电路中,所述RC低通滤波器包括差分放大器VT2、N沟道场效晶体管M5和反相器I NV;所述反相器I NV的输出端与所述N沟道场效晶体管M5的栅极连接,所述N沟道场效晶体管M5的源极与所述N沟道场效晶体管M2的漏极连接,所述N沟道场效晶体管M2的漏极还与所述差分放大器VT2的反向输入端连接,所述差分放大器VT2的输出端与所述反相器I NV的输入端连接,所述N沟道场效晶体管M5的源极与漏极之间并联有电阻R6,所述N沟道场效晶体管M5的源极还并联有电容C2,所述电容C2的另一端接地。
在本发明实施例中,结合附图3来说,在实际应用过程中,第一调节电路、滤波电路滤除噪声的效果若越好,RC低通滤波器的启动时间就需要越长。因此,本发明实施例提出的RC低通滤波器电路结构可以做到快速启动。具体来看,N沟道场效晶体管M5为开关管,电路启动的瞬间,反相器I NV输出低电平,N沟道场效晶体管M5导通给电容C2充电,当电阻R6两端电压相等时,反相器I NV的输出转换为高电压,N沟道场效晶体管M5关断,此时,电阻R6和电阻R6组成的RC滤波电路开始工作。由于反相器I NV可以做到启动时间很短的优势,因此本发明实施例的RC低通滤波器电路结构可以做到快速启动,进而可以使得整个电路结构启动时间很快。
具体地,参阅附图3所示,根据本发明实施例第一方面的另一种降低集成电路放大器噪声的电路中,所述N沟道场效晶体管M5的源极与所述集成运放AMP的反相输入端连接。
具体地,参阅附图3所示,根据本发明实施例第一方面的又一种降低集成电路放大器噪声的电路中,所述差分放大器VT2的电源端一端连接直流电源VDD,所述差分放大器VT2的电源端的另一端接地。
参阅附图4所示,根据本发明实施例第二方面的一种降低集成电路放大器噪声的方法,应用在本发明实施例第一方面所述的降低集成电路放大器噪声的电路中,包括如下步骤:
采用RC低通滤波器与第一调节电路的输出端连接进行高频除燥;
设N沟道场效晶体管M4的放大倍数为m,三极管Q2的放大倍数为n,带隙基准电源BG的输出端电压为:
式中,VBG为带隙基准电源BG的输出端电压;VEB为三极管Q2的基极与发射极之间的电压;VT为热电压,k为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,q为电子电荷量;
带隙基准电源BG的噪声功率为:
式中:为带隙基准电源BG的噪声功率,/>为三极管Q2的噪声功率,/>为电阻R5的噪声功率,/>为电阻R4的噪声功率;
增大mn的乘积减小带隙基准电源BG的噪声功率直至带隙基准电源BG的输出端电压VBG满足需求。
在本发明实施例中,首先采用RC低通滤波器与第一调节电路的输出端连接进行高频除燥,通过本发明第一方面的实施例分析可知,通过第一调节电路的调节和滤波电路的RC低通滤波之后,整体输出噪声功率明显降低。其次,可以通过增大mn的乘积减小带隙基准电源BG的噪声功率直至带隙基准电源BG的输出端电压VBG满足需求。因此,本发明实施例的降低集成电路放大器噪声的方法应用过程简单,可实施性好,实用价值高。
下面通过几个实施例来说明本发明实施例的实施效果:
参阅附图5所示,当VDD等于6V时,VBG和VOUT随时间变化的曲线图,可知,本发明实施例的中带隙基准电源BG的输出电压VBG恒定保持在1.8V,本发明实施例降低集成电路放大器噪声电路的输出电压VOUT随启动时间不超于2ms,启动后输出电压VOUT保持3V恒定。
参阅附图6所示,本发明实施例的中,当VDD从3V增大到6V时,VOUT仅改变了0.6mV,说明本发明实施例的低压差稳压电路稳定性佳。
参阅附图7所示,本发明实施例的中,负载电流在0-18mA范围内变化,输出电压仅变化了0.6mV,说明本发明实施例的低压差稳压电路稳定性佳。
参阅附图8所示,为本发明一实施例中未增加滤波电路的输出噪声的仿真结果。阅附图9所示,为本发明一实施例中未增加带隙基准电源BG的输出噪声的仿真结果。由附图8和附图9可知,未增加滤波电路、带隙基准电源BG的输出噪声功率较大。再对比附图10所示,为本发明一实施例中降低集成电路放大器噪声的电路的输出噪声的仿真结果。可见附图10中,增加了本发明实施例中滤波电路、带隙基准电源BG以后,整体电路的输出噪声功率得到大大降低。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,包括:第一调节电路、滤波电路和第二调节电路;
所述第一调节电路包括带隙基准电源BG、集成电路放大器EA、N沟道场效晶体管M2和电阻数模转换电路RDAC,所述带隙基准电源BG的输出端VBG与所述集成电路放大器EA的反相输入端连接,集成电路放大器EA的输出端与N沟道场效晶体管M2的栅极连接,所述电阻数模转换电路RDAC包括电阻R1和电阻R2,所述电阻R1的一端与所述N沟道场效晶体管M2的漏极连接,所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端均与所述集成电路放大器EA的同相输入端,所述电阻R2的另一端接地,所述N沟道场效晶体管M2的源极、所述集成电路放大器EA的电源输入端与直流电源VDD连接;所述N沟道场效晶体管M2的栅极与源极之间串联有电阻R3和电容C1;所述电阻数模转换电路RDAC与数字控制信号连接,用于改变所述电阻R1、所述电阻R2的比例;
所述滤波电路包括RC低通滤波器,所述N沟道场效晶体管M2的漏极与所述RC低通滤波器的输入端连接;
所述RC低通滤波器包括差分放大器VT2、N沟道场效晶体管M5和反相器INV;所述反相器INV的输出端与所述N沟道场效晶体管M5的栅极连接,所述N沟道场效晶体管M5的源极与所述N沟道场效晶体管M2的漏极连接,所述N沟道场效晶体管M2的漏极还与所述差分放大器VT2的反向输入端连接,所述差分放大器VT2的输出端与所述反相器INV的输入端连接,所述N沟道场效晶体管M5的源极与漏极之间并联有电阻R6,所述N沟道场效晶体管M5的源极还并联有电容C2,所述电容C2的另一端接地;
所述第二调节电路包括集成运放AMP和N沟道场效晶体管M1,所述RC低通滤波器的输出端与所述集成运放AMP的反相输入端连接,所述集成运放AMP的输出端与所述N沟道场效晶体管M1的栅极连接,所述N沟道场效晶体管M1的源极、所述集成运放AMP的电源输入端与直流电源VDD连接;所述集成运放AMP的同相输入端、所述N沟道场效晶体管M1的漏极与输出端VOUT连接;
所述集成电路放大器EA、所述集成运放AMP的另一电源输入端接地;
所述带隙基准电源BG包括N沟道场效晶体管M3、N沟道场效晶体管M4、差分放大器VT1、三极管Q1和三极管Q2;所述N沟道场效晶体管M3的源极、N沟道场效晶体管M4的源极均与电源VCC连接,所述N沟道场效晶体管M3的栅极与所述N沟道场效晶体管M4的栅极连接,且所述N沟道场效晶体管M3的栅极还与所述差分放大器VT1的输出端连接,所述N沟道场效晶体管M3的漏极分别与所述差分放大器VT1的反向输入端、所述三极管Q1的发射极连接,所述三极管Q1的基极与集电极、所述三极管Q2的基极与集电极均接地;所述三极管Q2的发射极串联电阻R4,所述电阻R4的另一端分别与所述差分放大器VT1的同相输入端、电阻R5连接,所述电阻R5与所述N沟道场效晶体管M4的漏极连接;
带隙基准电源BG的噪声功率定义为集成电路放大器EA的噪声功率定义为电阻R1的噪声功率定义为/>电阻R2的噪声功率定义为/>则电阻R1和电阻R2总的噪声功率表示为:
带隙基准电源BG和集成电路放大器EA的输出噪声功率表示为:
通过滤波电路的RC低通滤波器以后,第一调节电路中的高频噪声被有效滤除,得到滤除后的噪声功率:
带隙基准电源BG的工作方式是通过对称设置的N沟道场效晶体管M3与N沟道场效晶体管M4、三极管Q1和三极管Q2形成正负温度系数的相互抵消,来实现带隙基准电源BG输出电压VBG基本不随温度变化的目的,设N沟道场效晶体管M4的放大倍数为m,三极管Q2的放大倍数为n,VBG表示为:
式中,VBG为带隙基准电源BG的输出端电压;VEB为三极管Q2的基极与发射极之间的电压;VT为热电压,k为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,q为电子电荷量;
带隙基准电源BG的噪声功率为:
式中:为带隙基准电源BG的噪声功率,/>为三极管Q2的噪声功率,为电阻R5的噪声功率,/>为电阻R4的噪声功率。
2.根据权利要求1所述的一种降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,所述带隙基准电源BG的输出端VBG连接在所述电阻R5与所述N沟道场效晶体管M4的漏极之间。
3.根据权利要求1所述的一种降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,所述三极管Q1和所述三极管Q2均为PNP型三极管。
4.根据权利要求1所述的一种降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,所述三极管Q1和所述三极管Q2型号相同,所述N沟道场效晶体管M3和所述N沟道场效晶体管M4型号相同。
5.根据权利要求1所述的一种降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,所述差分放大器VT1的电源端一端连接直流电源VDD,所述差分放大器VT1的电源端的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,所述N沟道场效晶体管M5的源极与所述集成运放AMP的反相输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,所述差分放大器VT2的电源端一端连接直流电源VDD,所述差分放大器VT2的电源端的另一端接地。
8.一种降低集成电路放大器噪声的方法,采用如权利要求1-7任一项所述的降低集成电路放大器噪声的电路,其特征在于,包括如下步骤:
采用RC低通滤波器与第一调节电路的输出端连接进行高频除燥;
设N沟道场效晶体管M4的放大倍数为m,三极管Q2的放大倍数为n,带隙基准电源BG的输出端电压为:
式中,VBG为带隙基准电源BG的输出端电压;VEB为三极管Q2的基极与发射极之间的电压;VT为热电压,k为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,q为电子电荷量;
带隙基准电源BG的噪声功率为:
式中:为带隙基准电源BG的噪声功率,/>为三极管Q2的噪声功率,为电阻R5的噪声功率,/>为电阻R4的噪声功率;
增大mn的乘积减小带隙基准电源BG的噪声功率直至带隙基准电源BG的输出端电压VBG满足需求。
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