CN1825756A - 偏移电压补偿电路及方法 - Google Patents

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CN1825756A CNA2005100664145A CN200510066414A CN1825756A CN 1825756 A CN1825756 A CN 1825756A CN A2005100664145 A CNA2005100664145 A CN A2005100664145A CN 200510066414 A CN200510066414 A CN 200510066414A CN 1825756 A CN1825756 A CN 1825756A
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Abstract

一种用于补偿光检测器集成电路(PDIC)中的偏移电压的电路在此被公开。该电路包括温度检测单元，电流传递单元和电流调节单元。温度检测单元产生随周围温度变化而变化的电流。电流传递单元传递所产生的电流。电流调节单元以预定比率调节从所述电流传递单元传递的电流并输出经调节的电流。

Description

偏移电压补偿电路及方法
技术领域
本发明一般涉及一种电路及方法，其用于补偿在光电二极管集成电路中依赖温度变化的偏移电压的变化，并且更具体地，涉及这样一种电路及方法，其能够通过叠加用于根据温度的变化改变流经双极结晶体管的电流的电路来补偿依赖周围温度变化的偏移电压的变化，其所述晶体管的特性随周围温度的变化而变化。
背景技术
近来光学存储技术在与存储器、硬盘和磁盘技术的技术竞争中正朝着高密度，高速度和小型化发展，并且由于优于其它存储技术的优势，光学存储技术的重要性正在增加。
这种光学存储技术使用盘驱动和存储介质(即光盘)被可拆卸地彼此附着的方法。与其它存储介质相比，该存储介质的优势在于它可以以低成本来实施，并且数据可被永久储存在其上。具体来说，与其它存储介质相比，光学存储介质对于温度和冲击的耐用性已知是极佳的。
然而，该光学存储技术的缺点在于：它的传输速率低，并且它的存储容量低。为了克服这些缺点，可与磁盘相比的高容量和高速度光学存储技术近来已随着快速的技术进步而被发展。目前，正在进行对光检测器集成电路(PDIC)，即光学存储技术之一的研究。
图1是典型PDIC的示意图。
如图1所示，当光入射到光接收元件，例如光电二极管10上时，PDIC产生电流Iph。通过电流-电压转换放大器20和反馈电阻器RF，电流Iph被转换为电压并且被放大，从而使输出电压VOUT被输出。
当输入的光学信号为0时，亦即当到光电二极管10的光学信号输入不存在时，输出电压VOUT理想地必须为0V。然而，从电流-电压转换放大器20的反相和非反相输入端子流出电流，并且施加到反馈电阻器RF的电压出现在输出端子，因而输出电压VOUT不为0。在该情况下，所施加的电压被称作偏移电压。
在现有技术中，为补偿这种偏移电压，通过减小从反相和非反相输入端子流出的偏移电流的大小来补偿该偏移电压的方法被使用。
作为例子，图2示出了包括补偿电路21的常规电流-电压转换放大器20的构造。
该电流-电压转换放大器20具有非反相输入端子(+)和反相输入端子(-)。图1的参考符号RF相应于反馈电阻器。金属-氧化物-硅场效应晶体管(MOSFET)P7和P8构成有源电阻器24。电容器C1是用于补偿频率特性的电路元件。
当光学信号不被输入到连接到非反相输入端子(+)的光电二极管时，从晶体管Q1的基极端子流出的偏移电流IB1产生偏移电压，所述晶体管Q1为双极结晶体管(BJT)。
为了便于描述，假定从非反相端子(+)流出的偏移电流的大小为1μA。通过偏置级，100μA，50μA和50μA的恒流值被分别设置在MOSFET P1，P2和P3上。
因此，当流经作为相同BJT的晶体管Q1和Q2的恒流IC1和IC2每个都是50μA，并且晶体管Q1的放大系数为50时，偏移电流IB1为1μA。也就是说，当补偿电路不存在时，偏移电流IB1为1μA。
同时，流经MOSFET P3的50μA的电流I1也流经晶体管Q3。假定晶体管Q3的放大系数为50，则晶体管Q3的基极电流IB4为1μA。分电流单元(current division unit)23由电流反射镜电路组成，并且MOSFETP4和P5以及MOSFET P4和P6构成两对电流反射镜。在分电流单元23中，流经MOSFET P4的电流IB3被分为电流IB3的半个，即0.5μA，并且然后被镜像。镜像电流0.5μA被施加到非反相输入端子(+)和反相输入端子(-)，并且该电流补偿所述偏移电流IB1，所以晶体管Q1的基极端子电流为0.5μA。
由于补偿电流为0.5μA并且从非反相输入端子(+)流出的电流为1μA，所以偏移电流为0.5μA。
偏移电压VOUT受偏移电流IB1大小的影响，并且偏移电流IB1的大小被补偿电路21减小。结果，受偏移电流大小影响的输出电压VOUT的变化被减小，即使变化是由任意因素而发生的。
同时，在构成电流-电压转换电路22的元件中，BJT Q1，Q2和Q4具有受周围温度变化影响的基极-发射极电压，所以不论何时当周围温度增加1℃时基极-发射极电压VBE减小大约2mV，并且不论何时当周围温度减小1℃时基极-发射极电压VBE增加2mV。
下面描述晶体管Q4的情况。当周围温度增加时，流经晶体管Q4的电流IC4恒定在50μA，这是由于晶体管Q4的基极-发射极电压VBE减小而电流IC4通过施加到MOSFET P2的偏置而固定在50μA，而不管基极-发射极电压VBE的变化，因此输出电压VOUT增加。
相反，当温度降低时，晶体管Q4的基极-发射极电压VBE增加，并且流经晶体管Q4的电流IC4恒定在50μA，所以输出电压VOUT降低。
如上所述，当输出电压变化时，被设计成为了恒定偏移电压而被最优化的电路的工作受周围温度变化的影响。
如图2所示，具有常规补偿电路21的电路不直接补偿依赖于周围温度变化的偏移电压的变化，并且只与偏移电压成比例地减小偏移电流的大小，因此只产生减小依赖于温度变化的偏移电压变化的效果。
在包括BJT的电路中，需要一种补偿电路，其通过补偿依赖于周围温度变化而产生的输出电压大小的变化来允许恒定的工作，而不管温度的变化。
关于这种补偿电路，作为补偿偏移电压的方案的例子，日本未审查的出版号11-68476的专利公开了一种方案，其通过施加偏移设置电压到构成差动放大器的MOSFET的基底来校正偏移电压。
尽管所公开的方案可以是用于补偿依赖于温度变化的工作变化的接近最好的措施，但它不提供由依赖于温度变化的元件工作值的变化所引起的问题的直接解决方案。
发明内容
因此，本发明紧记现有技术中所发生的上述问题，并且本发明的目的是提供一种补偿电路，其能够补偿包括BJT的电路中依赖于周围温度变化的BJT的特性。
本发明的另一目的是提供一种电路，其能够补偿依赖于温度的BJT特性的变化。
本发明的进一步目的是提供一种补偿依赖于温度变化的电路工作特性的方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于补偿偏移电压的电路，其包括：温度检测单元，用于产生随周围温度变化而变化的电流；电流传递单元，其用于传递所产生的电流；以及电流调节单元，其用于以预定的比率调节从电流传递单元传递的电流并输出经调节的电流。
另外，本发明的另一实施例提供一种用于补偿偏移电压的电路，其包括：温度检测单元，用于产生随周围温度变化而变化的电流；电流传递单元，用于传递所产生的电流；电流调节单元，用于放大并传递从电流传递单元传递的电流；以及输出单元，其被配置成具有用于产生恒流，而不管周围温度变化的器件，并通过将从电流调节单元接收的电流叠加到在该器件产生的电流来输出经补偿的偏移电压。
此外，本发明提供一种用于补偿偏移电压的方法，其包括步骤：产生随周围温度变化而变化的电流；镜像并传递所产生的电流；以及通过以预定的比率放大所传递的电流来产生补偿电流并传递该补偿电流。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的以上及其它目的、特征和优点将被更清晰地理解，在附图中：
图1是典型PDIC的示意图；
图2是示出常规电流-电压转换放大器内部构造的电路图；
图3是示出典型电流-电压转换放大器的输出级的构造的电路图；
图4是示出根据本发明的用于补偿偏移电压的电路的电路图；
图5是示出根据本发明的用于补偿偏移电压的方法的流程图；
图6是示出常规电路的工作效果的曲线图；以及
图7是示出根据本发明的用于补偿偏移电压的电路工作效果的曲线图。
具体实施方式
下面参考附图来详细描述本发明的实施例。
图3是电路图，示出依赖于周围温度变化的输出电压的变化，其示出典型的电流-电压转换放大器的输出级的构造。当温度增加时，作为BJT的晶体管B1的基极-发射极电压VBE每1℃减小2mV。在此情况下，因为电流IC被固定在与电流I1相同的大小，输出电压VOUT被减小。
在该情况中，流经晶体管B1的电流IC和基极-发射极电压VBE具有如以下等式1的关系：
I C = I S e V BE V T - - - ( 1 )
其中IS是BJT B1的固有饱和电流值，而VT是BJT B1的固有阈电压值，其具有恒定值。
因此，基于以上所述关系，在该常规电路中，相对于随温度而变化的基极-发射极电压VBE，流经晶体管B1的电流IC是恒定的，但是如果电流IC的大小动态地变化，则依赖于温度的偏移电压的变化可被补偿。
图4示出一个PDIC的构造，其具有根据本发明实施例的用于补偿依赖于温度变化的偏移电压的变化的电路。
补偿电路单元46被连接到电流-电压转换放大器45的输出端子VOUT。电流-电压转换放大器45包括输出单元48，用于将输入电流以电压形式传递到输出端子VOUT。输出单元48包括BJT Q3，其受周围温度变化的影响，以及MOSFET P5，其使用偏置级(未示出)来产生恒流I3，而不管周围温度的变化。
电流-电压转换放大器45具有非反相端子(+)和反相端子(-)。反馈电阻器RF对应于图1的反馈电阻器RF。电容器C1是用于补偿频率特性的电路元件。
通过偏置级(未示出)，100μA和50μA的恒流值被设置在MOSFETP6和P5上。
补偿电路单元46包括温度检测单元41，电流传递单元42，电流调节单元44，以及电流-电压转换单元45。优选地，补偿电路单元46可进一步包括电压调节元件43。
当通过温度检测单元41产生随温度的变化而变化的电流时，电流传递单元42将所产生的电流传递到电流调节单元44，并且电流调节单元44以预定的比率放大所传递的电流并将经放大的电流传递到电流-电压转换单元45。
电流-电压转换单元45的输出单元48将从电流调节单元44传递的电流叠加到在电流-电压转换单元45内产生的电流，将被叠加的电流转换为补偿电压，并输出该补偿电压。电压调节元件43是等价于二极管的电路，其通过补偿在晶体管Q1处产生的电压降来调节电流传递单元42的两个端子之间的电压差。
下面较详细地描述电流-电压转换单元的工作。
当周围温度增加时，晶体管Q3的基极-发射极电压VBE3每1℃减小2mV，所述晶体管Q3是电流-电压补偿电路的BJT。类似地，具有与晶体管Q3相同特性的晶体管Q1的基极-发射极电压VBE1也减小。用于供应与温度变化无关的恒压的带隙基准(BGR，BandGap Reference)电路被连接到晶体管Q1的基极端子。
相反，当周围温度减小时，晶体管Q3和Q1的基极-发射极电压VBE3和VBE1两者都每1℃增加2mV。
流经晶体管Q1的电流I1是大小随晶体管Q1的基极-发射极电压VBE3的变化而变化的电流。电流I1通过电流传递单元42来镜像，然后被传递到电压调节元件43。
优选地，电流传递单元42可包括两个尺寸一样的MOSFET。电压调节元件43通过调节电流传递单元42的两个端子之间的电压差来补偿在晶体管Q1处产生的电压降。优选地，如图3所示，电压调节元件43可使用基极端子被连接到集电极端子的BJT来实现。该BJT是等价于二极管的电路，并且根据实施例，可被替换成二极管或某个其它元件。
电流调节单元44以预定的比率放大来自电流传递单元42的电流，并将补偿电流I2传递到电流-电压转换单元45。电流调节单元44可包括具有两个彼此在尺寸上不一样的MOSFET P3和P4的反射镜电路。放大系数由MOSFET的尺寸确定。MOSFET的尺寸被定义为宽度(w)与长度(l)之比。由于长度(l)的值在设计MOSFET时被固定以不被调节，因此优选地通过调节宽度(w)的值来调节放大系数。例如，当MOSFET P3和P4的尺寸比为1∶2时，所传递的电流被放大两倍。放大比可依赖于电流-电压转换电路45的晶体管Q3的温度变化特性而不同。
被电流调节单元43放大的电流是补偿电流I2，并流经MOSFET P4。在该情况中，下列等式被建立。
IC＝I2+I3
其中I3是流经MOSFET P5的电流并且其大小被固定，而I2是借助于补偿电路单元46依赖温度而变化的电流。
结果，作为电流I2与电流I3之和的电流IC随周围温度的变化而动态变化。
因此，当晶体管Q3的基极-发射极电压VBE随温度的变化而变化时，流经晶体管Q3的电流IC也变化，所以输出电压VOUT变成恒定的，而不管温度的变化。
根据本发明的用于补偿依赖于温度变化的偏移电压的电路可被应用到所有包括BJT的电路。
图5是示出根据本发明的用于补偿偏移电压的方法的流程图。
在步骤S101产生随周围温度的变化而变化的电流I1。
如果温度增加，则晶体管Q1的基极-发射极电压VBE的大小减小，所以流经连接到晶体管Q1下端子的电阻器R1的电流I1的大小增加。如果温度降低，则基极-发射极VBE的大小增加，所以流经连接到晶体管Q1下端子的电阻器R1的电流I1的大小减小。
其后，在步骤S102，所产生的电流I1被镜像并被传递。
所产生的电流I1经由反射镜电路以预定的比率被传递，该反射镜电路包括两个一样尺寸的MOSFET。
本发明的方法可进一步包括步骤：调节被选择性传递的电流的驱动电压，在该情况中电路之间的电压可被调节。
如上所述，所传递的电流以预定的比率被放大，所以在步骤S103产生补偿电流I2。优选地，可使用包括具有不同尺寸的MOSFET的反射镜电路以预定比率来放大该电流。
其后，在步骤S104，通过将补偿电流I2叠加到偏移电压被补偿的电路中与温度变化无关的恒流而产生被叠加的电流IC。
根据本发明的补偿依赖于温度变化的偏移电压的方法可被应用到包括BJT的所有电路。
图6示出不包括用于补偿偏移电压的电路的情况中依赖于温度变化的输出电压特性。可以看出输出电压VOUT是不稳定的，也就是说，输出电压VOUT与温度变化成比例地增加或减小。
图7示出在包括根据本发明的用于补偿偏移电压的电路的情况中依赖于温度变化的输出电压特性。可以看出，即使温度变化，输出电压VOUT被限制在特定的范围并且是稳定的。
如上所述，本发明可补偿在包括BJT的电路中随周围温度变化而变化的BJT的特性。
此外，本发明可提供一种电路，其中依赖周围温度变化的BJT的特性被补偿。
尽管本发明的优选实施例为了说明的目的已被公开，但是本领域的技术人员将理解，在如所附权利要求中公开的精神和范围内的各种修改、添加和替换是可能的。

Claims (15)

1.一种电路，用于补偿偏移电压，包括：
温度检测单元，用于产生随周围温度变化而变化的电流；
电流传递单元，用于传递所产生的电流；以及
电流调节单元，用于以预定比率调节从所述电流传递单元传递的电流并且输出经调节的电流。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述温度检测单元包含晶体管，在其中基极端子和发射极端子之间的电压随周围温度的变化而变化。
3.如权利要求2所述的电路，其中所述温度检测单元包含电压源，其被配置成供应恒压，而不管周围温度的变化；以及
电阻器，其被连接到晶体管的发射极端子。
4.如权利要求1所述的电路，其中所述电流传递单元包含反射镜电路，该反射镜电路具有彼此在尺寸上一样的两个晶体管。
5.如权利要求1所述的电路，其中所述电流调节单元包含反射镜电路，该反射镜电路具有两个晶体管。
6.如权利要求1所述的电路，进一步包含：
电压调节器件，用于调节所述电流传递单元的输入和输出端子之间的电压。
7.一种电路，用于补偿偏移电压，包含：
温度检测单元，用于产生随周围温度变化而变化的电流；
电流传递单元，用于传递所产生的电流；
电流调节单元，用于放大并传递从所述电流传递单元传递的电流；以及
输出单元，其被配置成具有用于产生恒流，而不管周围温度的变化的器件，并通过将从所述电流调节单元接收的电流叠加到在该器件产生的电流来输出经补偿的偏移电压。
8.如权利要求7所述的电路，其中所述温度检测单元包含晶体管，在其中基极端子和发射极端子之间的电压随周围温度的变化而变化。
9.如权利要求所述8的电路，其中所述温度检测单元包含电压源，所述电压源被配置成供应恒压，而不管周围温度的变化；以及
电阻器，其被连接到所述晶体管的发射极端子。
10.如权利要求7所述的电路，其中所述电流传递单元包含反射镜电路，该反射镜电路具有彼此在尺寸上一样的两个晶体管。
11.如权利要求7所述的电路，其中所述电流调节单元包含反射镜电路，该反射镜电路具有两个晶体管。
12.如权利要求1所述的电路，进一步包含：
电压调节器件，用于调节所述电流传递单元的输入和输出之间的电压。
13.一种用于补偿偏移电压的方法，其包含下列步骤：
产生随周围温度变化而变化的电流；
镜像并传递所产生的电流；以及
通过以预定的比率放大所传递的电流来产生补偿电流并传递该补偿电流。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包含下列步骤：
将所述补偿电流叠加到在产生偏移电压的输出电路处产生的偏移电流；以及
将被叠加的电流转换为偏移电压被补偿的电压，并输出经转换的电压。
15.如权利要求13所述的方法，其中镜像并传递所产生的电流的步骤进一步包含调节用于所传递电流的驱动电压的步骤。
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