專利名稱：一種低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器，屬于對數(shù)放大器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在無線通信中往往需要處理動態(tài)范圍很寬的信號，寬動態(tài)范圍給應(yīng)用設(shè)計(jì)帶來很多問題。一方面，線性放大器無法處理這樣寬的動態(tài)范圍。另一方面，AD轉(zhuǎn)換中，在保證分辨率的情況下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)會隨動態(tài)范圍的增大而增大。這時(shí)需要對信號先進(jìn)行壓縮，而對數(shù)放大器是一種實(shí)現(xiàn)非線性壓縮的功能模塊，主要有直流對數(shù)放大器、基帶對數(shù)放大器和解調(diào)對數(shù)放大器三類。本發(fā)明的對數(shù)電路屬于直流對數(shù)放大器，它基于雙極型晶體管(BJT)的對數(shù)特性來實(shí)現(xiàn)信號的對數(shù)變換。這類對數(shù)放大器可以響應(yīng)緩慢變化的輸入信號，具有優(yōu)良的直流精度和非常寬的動態(tài)范圍的特點(diǎn)。這里會有兩個(gè)問題，一個(gè)是反向飽和電流大小的受溫度和工藝的影響；另一個(gè)是輸出結(jié)果帶有一個(gè)與絕對溫度成正比的溫度系數(shù)。前者通過兩個(gè)相同尺寸和相同連接方式的雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓相減來消除反向飽和電流的影響；后者則一般通過選擇合適的電阻溫度探測器和設(shè)置放大器的反饋電阻來盡量消除系數(shù)的溫度特性，但是這涉及很多片外元件，而且需要額外的溫度監(jiān)視電路和具有溫度系數(shù)的電阻，并利用復(fù)雜的數(shù)字集成電路進(jìn)行校正。雖然這樣可以實(shí)現(xiàn)輸出與輸入之間很精確的對數(shù)關(guān)系，但是這無疑使得系統(tǒng)變得復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)單片集成，限制了直流對數(shù)放大器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明提出一種對溫度不敏感的低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器。技術(shù)方案:本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器，其包括:帶偏置電壓輸入并產(chǎn)生輸出電流的對數(shù)轉(zhuǎn)換電路，提供第一至第五恒流源和偏置電壓的電流源產(chǎn)生電路，以及將對數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出電流進(jìn)行變換以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臏囟妊a(bǔ)償電路。上述方案中，所述溫度補(bǔ)償電路包括:第三恒流源，其流出端接地；第一三極管，其基極和集電極短接，發(fā)射極接地，集電極電流構(gòu)成輸出電流；第一 NMOS管，其漏極連接第四恒流源的電流流出端，源極連接第三恒流源的電流流入端；第二三極管，其發(fā)射極接地，基極和集電極短接，集電極連接第五恒流源的電流流出端；第二 NMOS管，其漏極通過第三電阻連接到電源，源極連接第三恒流源的電流流入端;第四PMOS管，其源極連接電源，漏極連接第三恒流源的電流流入端，柵極連接到第一 NMOS管的漏極；所述第一 NMOS管的柵極與所述第一三極管的基極連接，第二 NMOS管的柵極與所述第二三極管的基極連接，第二 NMOS管的漏極電壓形成輸出電壓。有益效果:本發(fā)明通過在溫度補(bǔ)償電路中建立電流之間的比例關(guān)系，使得對數(shù)電流信號的溫度系數(shù)同電流源產(chǎn)生電路的溫度系數(shù)相抵消，獲得低溫度系數(shù)的對數(shù)信號。


圖1為本發(fā)明一種低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明在溫度7V _107°C范圍內(nèi)的輸入輸出特性曲線；圖3為未進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)膶?shù)轉(zhuǎn)換電路在溫度7°C _107°C范圍內(nèi)的輸入輸出特性曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖1所示，本發(fā)明一種低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器包括:對數(shù)轉(zhuǎn)換電路1，電流源產(chǎn)生電路2，以及溫度補(bǔ)償電路3。在對數(shù)轉(zhuǎn)換電路I中，輸入電壓Vi通過第一電阻Rl連接到第一運(yùn)算放大器OTAl的負(fù)相輸入端，偏置電壓Vr施加在第一運(yùn)算放大器OTAl的正相輸入端。第三三極管Q3的集電極連接第一運(yùn)算放大器OTAl的負(fù)相輸入端相連，發(fā)射極連接第一運(yùn)算放大器OTAl的輸出端，同時(shí)第三三極管Q3的基極和集電極短接。第一恒流源Il的電流注入到第一運(yùn)算放大器OTAl的負(fù)相輸入端。第一運(yùn)算放大器OTAl的輸出端經(jīng)緩沖器B與第四三極管Q4的發(fā)射極連接。第四三極管Q4的集電極連接第二運(yùn)算放大器0TA2的正相輸入端，第四三極管Q4的基極和集電極短接。第二恒流源12的電流注入到第二運(yùn)算放大器0TA2的正相輸入端。第三PMOS管M3的柵極連接第二運(yùn)算放大器0TA2的輸出端，其源極與第二運(yùn)算放大器0TA2的負(fù)相輸入端連接。第二電阻R2連接在第二運(yùn)算放大器0TA2的負(fù)相輸入端與第一運(yùn)算放大器OTAl的正相輸入端之間。溫度補(bǔ)償電路3輸入第三PMOS管M3漏極所形成輸出電流lout。第一三極管Ql的集電極與第三PMOS管M3的漏極連接，其基極與集電極短接，發(fā)射極接地。第三恒流源13由現(xiàn)有的偏置電路形成，其流出端接地。第一 NMOS管Ml的漏極連接第四恒流源14的電流流出端，源極連接第三恒流源13的電流流入端。第二三極管Q2的發(fā)射極接地，基極和集電極短接，集電極連接第五恒流源15的電流流出端。第二 NMOS管M2的漏極通過第三電阻R3連接到電源，源極連接第三恒流源13的電流流入端。第四PMOS管M4的源極連接電源，漏極連接第三恒流源13的電流流入端，柵極連接到第一 NMOS管Ml的漏極。所述第一 NMOS管Ml的柵極與所述第一三極管Ql的基極連接，第二 NMOS管M2的柵極與所述第二三極管Q2的基極連接，第二 NMOS管M2的漏極電壓形成輸出電壓Vo。電流源產(chǎn)生電路2是一種PTAT電流源，其中第五PMOS管M5的源極接電源，漏極通過第四電阻R4接地，柵極和漏極短接。第三運(yùn)算放大器0TA3的負(fù)相輸入端連接偏置電壓Vr，正相輸入端連接第五PMOS管M5的漏極，第三運(yùn)算放大器0TA3的輸出端連接到第五PMOS管M5的柵極。同時(shí)第六PMOS管M6、第七PMOS管M7和第八PMOS管M8的柵極都連接到第五PMOS管M5的柵極。第六PMOS管M6的源極接電源，其漏極電流即作為第二恒流源12接入到對數(shù)轉(zhuǎn)換電路I中。第七PMOS管M7的源極接電源，其漏極電流即作為第四恒流源14接入到溫度補(bǔ)償電路3中。第八PMOS管M8的源極接電源，其漏極電流即作為第一恒流源Il接入到對數(shù)轉(zhuǎn)換電路I中。對數(shù)轉(zhuǎn)換電路I在第一運(yùn)算放大器OTAl的負(fù)相輸入端與電源之間接第一恒流源11，可以使偏置電壓Vr設(shè)置在接近電源電壓的電位，使得第一運(yùn)算放大器OTAI的輸出端偏置在合理范圍。當(dāng)輸入電壓Vi在較低電位時(shí)，信號源吸收的電流由第一恒流源Il提供，因而擴(kuò)展了輸入信號范圍。同時(shí)，電源電壓由第一恒流源Il的飽和電壓、雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓和第一跨導(dǎo)運(yùn)算放大器OTAl的輸出端偏置電壓之和所限制，所以該電路可以工作在較低電壓下(1.2伏以下)。輸入電壓Vi的變化導(dǎo)致流過第三三極管Q3的電流變化，這個(gè)電流為:
權(quán)利要求
1.一種低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器，其特征在于，包括:帶偏置電壓(Vr)輸入并產(chǎn)生輸出電流(1ut)的對數(shù)轉(zhuǎn)換電路(1)，提供恒流源和偏置電壓(Vr)的電流源產(chǎn)生電路(2)，以及將對數(shù)轉(zhuǎn)換電路(I)的輸出電流(1ut)進(jìn)行變換以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臏囟妊a(bǔ)償電路(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器，其特征在于，所述溫度補(bǔ)償電路(3)包括: 第三恒流源(13)，其流出端接地； 第一三極管(Q1)，其基極和集電極短接，發(fā)射極接地，集電極電流構(gòu)成輸出電流(lout)； 第一 NMOS管(M1)，其漏極連接第四恒流源(14)的電流流出端，源極連接第三恒流源(13)的電流流入端； 第二三極管(Q2)，其發(fā)射極接地，基極和集電極短接，集電極連接第五恒流源(15)的電流流出端； 第二 NMOS管(M2)，其漏極通過第三電阻連接到電源，源極連接第三恒流源(13)的電流流入端； 第四PMOS管(M4)，其源極連接電源，漏極連接第三恒流源(13)的電流流入端，柵極連接到第一 NMOS管(Ml)的漏極； 所述第一 NMOS管(Ml)的柵極與所述第一三極管(Ql)的基極連接，第二 NMOS管(M2)的柵極與所述第二三極管(Q2)的基極連接，第二 NMOS管(M2)的漏極電壓形成輸出電壓(Vo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低電壓低溫度系數(shù)的對數(shù)放大器，其通過在溫度補(bǔ)償電路中建立電流之間的比例關(guān)系，使得對數(shù)電流信號的溫度系數(shù)同電流源產(chǎn)生電路的溫度系數(shù)相抵消，獲得低溫度系數(shù)的對數(shù)信號。
文檔編號H03F3/45GK103151989SQ201310068879
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者吳建輝, 白春風(fēng), 張文通, 黃成 , 陳超, 李紅, 田茜 申請人:東南大學(xué)