一种固态直流电压参考电路的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及的是一种固态直流电压参考电路。

背景技术：

在信息技术应用化环境下，要把传感器感受外界的物理量进行量化分析，就需要一个精确的参考电压进行比较测量。产生参考电压的电路的电压参数很大程度取决于温度和电流，通过将产生参考电压的电路置于恒温环境下可以很大程度上改善电压的稳定度。

然而，现有的产生参考电压的半导体器件，其工作电压取决于器件载流子的状态，造成器件载流子的状态改变的不可预见因素较多，恒温并不能保证载流子状态恒定不变，使得参考电压元件或电路的稳定度较差，导致参考元件或电路存在老化现象和迟滞现象。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种固态直流电压参考电路，以解决现有参考电压元件或电路的稳定度较差所导致的参考元件老化现象和迟滞现象的问题。

本发明的技术方案如下：

一种固态直流电压参考电路，其包括：工作电流源模块、补偿电流源模块、节点电流合成模块、恒定电压产生模块与工作点绝对数值计算模块；其中，

所述工作电流源模块输出第一工作电流至所述节点电流合成模块，并经所述节点电流合成模块输出至所述恒定电压产生模块；所述恒定电压产生模块接收所述第一工作电流后输出参考电压至所述工作点绝对数值计算模块，所述工作点绝对数值计算模块根据所述参考电压输出补偿电流至所述节点电流合成模块；所述补偿电流源模块输出第二工作电流至所述节点电流合成模块，并经所述节点电流合成模块输出至所述工作点绝对数值计算模块；所述节点电流合成模块将所述第一工作电流、所述第二工作电流与所述补偿电流合成第三工作电流并输出至所述恒定电压产生模块，所述恒定电压产生模块通过所述第三工作电流输出参考电压。

本发明的进一步设置，所述节点电流合成模块分别与所述工作电流源模块、所述恒定电压产生模块、所述工作点绝对数值计算模块、所述补偿电流源模块电连接；所述工作点绝对数值计算模块与所述恒定电压产生模块电连接。

本发明的进一步设置，所述固态直流电压参考电路还包括：

温度补偿模块，所述温度补偿模块与所述恒定电压产生模块电连接，并用于对电路参数进行补偿。

本发明的进一步设置，所述固态直流电压参考电路还包括：

辅助放大模块，所述辅助放大模块与所述工作点绝对数值计算模块电连接，用于辅助固态直流电压参考电路进行放大和反馈。

本发明的进一步设置，所述工作点绝对数值计算模块包括：第一电阻与第一晶体管；所述第一电阻的一端与所述第一晶体管的发射极连接，所述第一电阻的另一端接地；所述第一晶体管的基极与所述恒定电压产生模块连接，所述第一晶体管的集电极分别与所述节点电流合成模块、所述补偿电流源模块连接。

本发明的进一步设置，所述恒定电压产生模块包括：第一稳压二极管、第二电阻与第三电阻；其中，所述第一稳压二极管的正极接地，所述第一稳压管的负极连接所述第二电阻的一端与所述第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述节点电流合成模块，所述第三电阻的另一端连接所述工作点绝对数值计算模块。

本发明的进一步设置，所述节点电流合成模块包括：第四电阻与第五电阻；其中，所述第四电阻的一端与所述工作电流源模块连接，所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述工作点绝对数值计算模块连接。

本发明的进一步设置，所述温度补偿模块包括：第六电阻、第七电阻、第一电阻温度检测器与第二电阻温度检测器；其中，第六电阻的一端与所述第一温度检测器连接，所述第六电阻的另一端与所述节点电流合成模块连接；所述第七电阻的一端与所述第二温度检测器的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述节点电流合成模块连接，所述第二温度检测器的另一端与所述工作点绝对数值计算模块连接。

本发明的进一步设置，所述辅助放大模块包括：第二晶体管与第八电阻；其中，所述第八电阻的一端与所述第二晶体管的发射极连接，所述第八电阻的另一端接地，所述第二晶体管的集电极与所述节点电流合成模块连接，所述第二晶体管的基极与所述工作点绝对数值计算模块连接。

本发明的进一步设置，所述工作电流源模块为可产生稳定电流的运算放大器电路或恒流源电路；所述补偿电流源模块为可产生稳定电流的运算放大器电路或恒流源电路。

本发明所提供的一种固态直流电压参考电路，其包括：工作电流源模块、补偿电流源模块、节点电流合成模块、恒定电压产生模块与工作点绝对数值计算模块；其中，所述工作电流源模块输出第一工作电流至所述节点电流合成模块，并经所述节点电流合成模块输出至所述恒定电压产生模块；所述恒定电压产生模块接收所述第一工作电流后输出参考电压至所述工作点绝对数值计算模块，所述工作点绝对数值计算模块根据所述参考电压输出补偿电流至所述节点电流合成模块；所述补偿电流源模块输出第二工作电流至所述节点电流合成模块，并经所述节点电流合成模块输出至所述工作点绝对数值计算模块；所述节点电流合成模块将所述第一工作电流、所述第二工作电流与所述补偿电流合成第三工作电流并输出至所述恒定电压产生模块，所述恒定电压产生模块通过所述第三工作电流输出参考电压。本发明通过将工作电流源模块与补偿电流源模块输出的工作电流以及工作点绝对数值计算模块输出的补偿电流进行合成，并将合成后的电流供给给恒定电压产生模块，这样，恒定电压产生模块可在一个收敛的、依赖于工作点物理量绝对数值的状态下工作，以得到较好的短期和长期稳定度，以使参考电压元件或电路的元件老化现象和迟滞现象得到抑制。

附图说明

为了更清楚的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发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明中固态直流电压参考电路的功能模块架构图。

图2是本发明中固态直流电压参考电路的电路原理图1。

图3是本发明中固态直流电压参考电路的电路原理图2。

图4是本发明中工作点绝对数值计算模块的工作原理示意图1。

图5是本发明中工作点绝对数值计算模块的工作原理示意图2。

图6是本发明中工作点绝对数值计算模块的工作原理示意图3。

图7是本发明中固态直流电压参考电路的测试结果图。

图8是本发明中辅助放大模块的工作原理示意图1。

图9是本发明中辅助放大模块的工作原理示意图2。

附图中各标记：100、工作电流源模块；200、补偿电流源模块；300、节点电流合成模块；400、恒定电压产生模块；500、工作点绝对数值计算模块；600、温度补偿模块；700、辅助放大模块。

具体实施方式

本发明提供一种固态直流电压参考电路，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一模块和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

经发明人研究发现，在信息技术应用化环境下，要把传感器感受外界的物理量进行量化分析，就需要一个精确的参考电压进行比较测量。这个参考电压可以来自带隙电压电路，或者齐纳电压电路，它们的电压参数很大程度取决于温度和电流，通过将产生参考电压的电路置于恒温环境下可以很大程度上改善电压的稳定度。进一步研究表明，恒温依然存在较多问题，例如迟滞现象，如果把一个电压标准的电源彻底断开不超过1秒钟(含后备直流电源)，即便是2ppm/年稳定度工作了数年的设备，也会彻底丢失原来的标定电压，且不能复原。例如老化现象，即便当前世界最高性能的ltz1000，也存在持续的电压老化现象。

然而，现有的产生参考电压的半导体器件，其工作电压取决于器件载流子的状态，造成器件载流子的状态改变的不可预见因素较多，恒温并不能保证载流子状态恒定不变，使得参考电压元件或电路的稳定度较差，导致参考元件或电路存在老化现象和迟滞现象。

针对上述技术问题，本发明提供了一种固态直流电压参考电路，其包括：工作电流源模块、补偿电流源模块、节点电流合成模块、恒定电压产生模块与工作点绝对数值计算模块；其中，所述工作电流源模块输出第一工作电流至所述节点电流合成模块，并经所述节点电流合成模块输出至所述恒定电压产生模块；所述恒定电压产生模块接收所述第一工作电流后输出参考电压至所述工作点绝对数值计算模块，所述工作点绝对数值计算模块根据所述参考电压输出补偿电流至所述节点电流合成模块；所述补偿电流源模块输出第二工作电流至所述节点电流合成模块，并经所述节点电流合成模块输出至所述工作点绝对数值计算模块；所述节点电流合成模块将所述第一工作电流、所述第二工作电流与所述补偿电流合成第三工作电流并输出至所述恒定电压产生模块，所述恒定电压产生模块通过所述第三工作电流输出参考电压。本发明通过将工作电流源模块与补偿电流源模块输出的工作电流以及所述工作点绝对数值计算模块输出的补偿电流进行合成，并将合成后的电流供给给所述恒定电压产生模块，这样，恒定电压产生模块可在一个收敛的、依赖于工作点物理量绝对数值的状态下工作，以得到较好的短期和长期稳定度，以使参考电压元件或电路的元件老化现象和迟滞现象得到抑制。

请同时参阅图1至图9，本发明提供了一种固态直流电压参考电路的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供的一种固态直流电压参考电路，其包括：工作电流源模块100、补偿电流源模块200、节点电流合成模块300、恒定电压产生模块400与工作点绝对数值计算模块500；其中，所述工作电流源模块100输出第一工作电流至所述节点电流合成模块300，并经所述节点电流合成模块300输出至所述恒定电压产生模块400；所述恒定电压产生模块400接收所述第一工作电流后输出参考电压至所述工作点绝对数值计算模块500，所述工作点绝对数值计算模块500根据所述参考电压输出补偿电流至所述节点电流合成模块300；所述补偿电流源模块200输出第二工作电流至所述工作点绝对数值计算模块500，并经所述工作点绝对数值计算模块500输出至所述节点电流合成模块300；所述节点电流合成模块300将所述第一工作电流、所述第二工作电流与所述补偿电流合成第三工作电流并输出至所述恒定电压产生模块400，所述恒定电压产生模块400通过所述第三工作电流输出参考电压。

具体地，所述节点电流合成模块300分别与所述工作电流源模块100、所述恒定电压产生模块400、所述工作点绝对数值计算模块500、所述补偿电流源模块200电连接；所述工作点绝对数值计算模块与所述恒定电压产生模块400电连接。所述工作电流源模块100用于为所述恒定电压模块提供正常工作所需要的电流，即第一电流，所述补偿电流源模块200用于为所述工作点绝对数值计算模块500提供稳定的工作电流，即第二电流，所述恒定电压产生模块400用于产生参考电压，所述工作点绝对数值计算模块500用于根据所述恒定电压产生模块400产生的参考电压输出动态的补偿电流，所述节点电流合成模块300用于将所述工作电流源模块100输出的电流、所述补偿电流源模块200输出的电流以及所述工作点绝对数值计算模块500输出的补偿电流进行合成，即得到第三电流，并将输出的第三电流供给给所述恒定电压产生模块400。

在上述技术方案中，通过将工作电流源模块100与补偿电流源模块200输出的工作电流以及所述工作点绝对数值计算模块500输出的补偿电流进行合成，并将合成后的电流供给给所述恒定电压产生模块400，这样，固态直流电压参考可以使得恒定电压产生模块400的工作状态依赖于工作时工作电压的绝对数值、工作电流的绝对数值等几个物理量之间相互关联制约、收敛的机制，也就是说，恒定电压产生模块400可在一个收敛的、依赖于工作点物理量绝对数值的状态下工作，保证了固态直流电压参考可以在一个比较小的绝对公差范围内工作，从而使得固态直流电压参考电路能够得到较好的短期和长期稳定度，进而使得参考电压元件或电路的元件老化现象和迟滞现象得到抑制。

请参阅图1、图2与图4，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述工作点绝对数值计算模块500包括：第一电阻r1与第一晶体管t1；所述第一电阻r1的一端与所述第一晶体管t1的发射极连接，所述第一电阻r1的另一端接地；所述第一晶体管t1的基极与所述恒定电压产生模块400连接，所述第一晶体管t1的集电极分别与所述节点电流合成模块300、所述补偿电流源模块200连接。

具体地，所述第一晶体管t1可以是npn型晶体管，该npn型晶体管与所述第一电阻r1用以完成工作点绝对数值的计算。

请结合图3与图5，在一些实施例中，所述第一晶体管t1还可以是pnp型晶体管，该pnp型晶体管的发射极连接所述第一电阻r1，该pnp型晶体管的集电极连接所述节点电流合成模块300，该pnp型晶体管的基极连接所述恒定电压产生模块400。

请参阅图1与图6，在一些实施例中，所述工作点绝对数值计算模块500还可以通过运算放大器来完成工作点绝对数值计算，即通过一运算放大器ic1、压控电流源与第一电阻r1构成的工作点绝对数值计算模块500来完成工作点绝对数值计算。具体地，所述第一电阻r1的一端连接所述恒定电压产生模块400，所述第一电阻r1另一端连接所述运算放大器ic1的第2脚，所述运算放大器ic1的第6脚连接所述压控电流源的输出端，所述压控电流源的输入端连接所述节点电流合成模块300，所述运算放大器ic1的第3脚接地。其中，所述压控电流源为现有技术，在此不再赘述。

需要说明的是，由于模拟电路的可变性和多样性，运算放大器的种类型号较多，性能参数和要求的外围元件不尽相同，上述实施例只是其中一种设置方式。

请参阅图1至图3，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述恒定电压产生模块400包括：第一稳压二极管dz1、第二电阻r2与第三电阻r3；其中，所述第一稳压二极管dz1的正极接地，所述第一稳压管dz1的负极连接所述第二电阻r2的一端与所述第三电阻r3的一端，所述第二电阻r2的另一端连接所述节点电流合成模块300，所述第三电阻r3的另一端连接所述工作点绝对数值计算模块500。

具体地，当所述第一晶体管t1为npn型晶体管时，所述第一稳压二极管dz1的正极接地，所述第一稳压管dz1的负极连接所述第二电阻r2的一端与所述第三电阻r3的一端，所述第二电阻r2的另一端连接所述节点电流合成模块300，所述第三电阻r3的另一端连接所述第一晶体管t1的基极。其中，所述第一稳压二极管dz1与所述第二电阻r2、所述第三电阻r3构成了一个齐纳电路，以用于提供一个精确的参考电压。在一些实施例中，所述恒定电压产生模块400还可以由带隙电路组成，带隙电路为较为成熟的现有技术，因而在此不再赘述。

可以理解的是，当所述第一晶体管t1为pnp型晶体管时，所述第一稳压二极管dz1的负极接地，所述第一稳压管dz1的正极连接所述第二电阻r2的一端与所述第三电阻r3的一端，所述第二电阻r2的另一端连接所述节点电流合成模块300，所述第三电阻r3的另一端连接所述第一晶体管t1的基极。

请继续参阅图1至图3，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述节点电流合成模块300包括：第四电阻r4与第五电阻r5；其中，所述第四电阻r4的一端与所述工作电流源模块100连接，所述第四电阻r4的另一端与所述第五电阻r5的一端连接，所述第五电阻r5的另一端与所述工作点绝对数值计算模块500连接。

具体地，所述第四电阻r4的一端与所述工作电流源模块100连接，所述第四电阻r4的另一端与所述第五电阻r5的一端连接，所述第五电阻r5的另一端与所述第一晶体管t1的集电极以及所述补偿电流源模块200连接。通过所述第四电阻r4与所述第五电阻r5用以将所述工作电流源模块100的输出电流输出至所述恒定电压产生模块400作为所述恒定电压产生模块400的工作电流，以及将所述补偿电流源模块200的输出电流输出至所述工作点绝对数值计算模块500作为所述工作点绝对数值计算模块500的工作做电流，以及将所述工作电流源模块100输出的电流、所述补偿电流源模块200输出的电流以及所述工作点绝对数值计算模块500输出的补偿电流进行合成作为所述恒定电压产生模块400稳定工作时的工作电流，使得所述恒定电压产生模块400在一个收敛、趋于稳定的状态下工作。

在一些实施例中，所述节点电流合成模块300可以由阻容网络构成，还可以由晶体管与阻容网络或者运算放大器与阻容网络构成。

请参阅图1，在一些实施例中，所述工作电流源模块100为可产生稳定电流的运算放大器电路或恒流源电路；所述补偿电流源模块200为可产生稳定电流的运算放大器电路或恒流源电路。其中，运算放大器电路与恒流源电路为现有技术，因而在此不再赘述。当然，所述工作电流源模块100与所述补偿电流源模块200不限于运算放大器电路或恒流源电路，例如，所述工作电流源模块100还可以由一个稳定的电源、稳定的电阻、恒流二极管构成。

请参阅图7，图7是本发明中固态直流电压参考电路的测试结果图，由图7可知，本发明的样机经测定后，输出电压的不确定性在1.9×10^-7这样一个很小的绝对公差范围内。

请参阅图1至图3，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述固态直流电压参考电路还包括：温度补偿模块600，所述温度补偿模块600与所述恒定电压产生模块400电连接，并用于对电路参数进行补偿。

在一些实施例中，所述温度补偿模块600包括：第六电阻r6、第七电阻r7、第一电阻温度检测器rt1与第二电阻温度检测器rt2。其中，第六电阻r6的一端与所述第一温度检测器rt1连接，所述第六电阻r6的另一端与所述第一晶体管t1的基极连接。所述第七电阻r7的一端与所述第二温度检测器rt2的一端连接，所述第七电阻r7的另一端与所述第四电阻r4、所述第五电阻r5的共接端连接，所述第二温度检测器rt2的另一端与所述第一晶体管t1的基极连接。其中，所述温度补偿模块600可根据器件工艺与电路特征进行设置，能够提高测量的精度，当然，在测量要求不高时，所述温度补偿模块600可以不设置。

请参阅图1以及图8与图9，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述固态直流电压参考电路还包括：辅助放大模块700，所述辅助放大模块700与所述工作点绝对数值计算模块500电连接，用于辅助固态直流电压参考电路进行放大和反馈。

在一些实施例中，所述辅助放大模块700包括：第二晶体管t2与第八电阻r8。其中，所述第八电阻r8的一端与所述第二晶体管t2的发射极连接，所述第八电阻r8的另一端接地，所述第二晶体管t2的集电极与所述第四电阻r4连接，所述第二晶体管t2的基极与所述第一晶体管t1的发射极连接。其中，当所述第二晶体管t2可以设置有多个，在所述第二晶体管t2的放大和反馈辅助下配合电路进行适当的放大和反馈。需要说明的是，当所述第一晶体t1管为npn型晶体管时，所述第二晶体管t2为pnp型晶体管，当所述第一晶体管t1为pnp型晶体管时，所述第二晶体管t2为npn型晶体管。

需要说明的是，由于模拟电路的可变性，上述的每一个npn型晶体管都可以使用n型沟道的fet晶体管(场效应晶体管)或mos管辅助适当电路技术替代。同样的，上述的每一个pnp型晶体管都可以使用p型沟道的fet晶体管(场效应晶体管)或mos管辅助适当电路技术替代。

综上所述，本发明所提供的一种固态直流电压参考电路，其包括：工作电流源模块、补偿电流源模块、节点电流合成模块、恒定电压产生模块与工作点绝对数值计算模块；其中，所述工作电流源模块输出第一工作电流至所述节点电流合成模块，并经所述节点电流合成模块输出至所述恒定电压产生模块；所述恒定电压产生模块接收所述第一工作电流后输出参考电压至所述工作点绝对数值计算模块，所述工作点绝对数值计算模块根据所述参考电压输出补偿电流至所述节点电流合成模块；所述补偿电流源模块输出第二工作电流至所述节点电流合成模块，并经所述节点电流合成模块输出至所述工作点绝对数值计算模块；所述节点电流合成模块将所述第一工作电流、所述第二工作电流与所述补偿电流合成第三工作电流并输出至所述恒定电压产生模块，所述恒定电压产生模块通过所述第三工作电流输出参考电压。本发明通过将工作电流源模块与补偿电流源模块输出的工作电流以及所述工作点绝对数值计算模块输出的补偿电流进行合成，并将合成后的电流供给给恒定电压产生模块，这样，固态直流电压参考可以使得恒定电压产生模块的工作状态依赖于工作时工作电压的绝对数值、高稳定电阻的阻值、工作电流的绝对数值等几个物理量之间相互关联制约、收敛的机制，即恒定电压产生模块可在一个收敛的、依赖于工作点物理量绝对数值的状态下工作，以得到较好的短期和长期稳定度，以使参考电压元件或电路的元件老化现象和迟滞现象得到抑制。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。