一种高精度低温飘电压基准源的制作方法

1.本发明涉及电压基准源技术领域，特别指一种高精度低温飘电压基准源。


背景技术：

2.电压基准源也称为基准电压源，是当代模拟集成电路极为重要的组成部分，为串联型稳压电路、a/d和d/a转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。随着各类仪器仪表对测量精度的要求越来越高，对一定温度范围内的采样稳定性要求越来越高，产生了进一步提升电压基准源的温度稳定性的需求。
3.因此，如何提供一种高精度低温飘电压基准源，实现提升电压基准源的温度稳定性，进而提升电压输出精度，成为一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题，在于提供一种高精度低温飘电压基准源，实现提升电压基准源的温度稳定性，进而提升电压输出精度。
5.本发明是这样实现的：一种高精度低温飘电压基准源，包括一低噪声线性稳压模块、一正温度系数基准源模块、一负温度系数基准源模块、一电压加法模块、一电压衰减模块以及一模数转换芯片u6；
6.所述低噪声线性稳压模块分别与正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模块、电压加法模块、电压衰减模块以及模数转换芯片u6连接；所述电压加法模块的输入端分别和正温度系数基准源模块以及负温度系数基准源模块连接，输出端与电压衰减模块的输入端连接；所述电压衰减模块的输出端与模数转换芯片u6连接。
7.进一步地，所述低噪声线性稳压模块包括一低压差线性稳压芯片u1、一电容c1、一电容c2、一电容c3以及一电容c4；
8.所述低压差线性稳压芯片u1的引脚1与电容c1、电容c2、电容c3以及电容c4连接并接地，引脚2以及4均与电容c3、电容c4、正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模块、电压加法模块以及电压衰减模块连接，引脚3与电容c1以及电容c2连接。
9.进一步地，所述低噪声线性稳压模块还包括一低压差线性稳压芯片u2、一电容c5、一电容c6、一电容c7以及一电容c8；
10.所述低压差线性稳压芯片u2的引脚1与电容c5、电容c6、电容c7以及电容c8连接并接地，引脚2以及4均与电容c7、电容c8以及模数转换芯片u6连接，引脚3与电容c5以及电容c6连接。
11.进一步地，所述正温度系数基准源模块包括一正温度系数基准源芯片u3、一电容c9、一电容c10、一电容c11以及一电容c12；
12.所述正温度系数基准源芯片u3的引脚2与电容c9、电容c10以及低噪声线性稳压模块连接，引脚4与电容c9以及电容c10连接并接地，引脚6与电容c11、电容c12以及电压加法模块连接；所述电容c11与电容c12连接并接地。
13.进一步地，所述负温度系数基准源模块包括一负温度系数基准源芯片u4、一电容c13、一电容c14、一电容c15以及一电容c16；
14.所述负温度系数基准源芯片u4的引脚2与电容c15、电容c16以及低噪声线性稳压模块连接，引脚4与电容c15以及电容c16连接并接地，引脚6与电容c13、电容c14以及电压加法模块连接；所述电容c13与电容c14连接并接地。
15.进一步地，所述正温度系数基准源芯片u3和负温度系数基准源芯片u4的输出电压相同，且温度偏移曲线相反。
16.进一步地，所述电压加法模块包括一运放u5a、一电容c17、一电容c18、一电阻r1、一电阻r2、一电阻r4、一电阻r7以及一电阻r10；
17.所述运放u5a的引脚1与电阻r2、电阻r10以及电压衰减模块连接，引脚2与电阻r7以及电阻r10连接，引脚3与电阻r1以及电阻r4连接，引脚8与电容c17、电容c18以及低噪声线性稳压模块连接；所述电阻r1与正温度系数基准源模块连接；所述电阻r4与负温度系数基准源模块连接；所述电阻r2、电阻r7、电容c17以及电容c18均接地。
18.进一步地，所述电压衰减模块包括一运放u5b、一电阻r3、一电阻r5、一电阻r6、一电阻r8以及一电阻r9；
19.所述运放u5b的引脚5与电阻r3以及电阻r6连接，引脚6与电阻r8以及电阻r9连接，引脚7与电阻r5、电阻r9以及模数转换芯片u6连接，引脚8与低噪声线性稳压模块连接；所述电阻r6与电压加法模块连接；所述电阻r3、电阻r5以及电阻r8均接地。
20.进一步地，所述模数转换芯片u6的引脚8与电压衰减模块连接，引脚6、24、43、52、58、62与低噪声线性稳压模块连接。
21.本发明的优点在于：
22.通过设置正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模块、电压加法模块以及电压衰减模块，正温度系数基准源模块和负温度系数基准源模块分别包括输出电压相同，且温度偏移曲线相反的正温度系数基准源芯片u3和负温度系数基准源芯片u4，通过电压加法模块将正温度系数基准源模块和负温度系数基准源模块的输出电压叠加，让偏移的电压相互抵消，再通过电压衰减模块将叠加的电压减半，使得输入模数转换芯片u6的基准源保持稳定，克服温度对电压的影响，最终极大的提升了电压基准源的温度稳定性，进而极大的提升了电压输出精度。
附图说明
23.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
24.图1是本发明一种高精度低温飘电压基准源的电路原理框图。
25.图2是本发明低噪声线性稳压模块的电路图。
26.图3是本发明正温度系数基准源模块的电路图。
27.图4是本发明负温度系数基准源模块的电路图。
28.图5是本发明电压加法模块的电路图。
29.图6是本发明电压衰减模块的电路图。
30.图7是本发明模数转换芯片u6的电路图。
31.图8是本发明正温度系数基准源芯片u3的温度偏移曲线示意图。
32.图9是本发明负温度系数基准源芯片u4的温度偏移曲线示意图。
具体实施方式
33.本技术实施例中的技术方案，总体思路如下：通过电压加法模块叠加两个输出电压相同，且温度偏移曲线相反的基准源模块(正温度系数基准源模块和负温度系数基准源模块)，再利用电压衰减模块将叠加的电压减半，以抵消偏移的电压，提升电压基准源的温度稳定性，进而提升电压输出精度。
34.请参照图1至图9所示，本发明一种高精度低温飘电压基准源的较佳实施例，包括一低噪声线性稳压模块(ldo模块)、一正温度系数基准源模块、一负温度系数基准源模块、一电压加法模块、一电压衰减模块以及一模数转换芯片u6(adc模块)；所述低噪声线性稳压模块用于给正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模块、电压加法模块、电压衰减模块以及模数转换芯片u6供电，并降低电路中的噪声影响；所述正温度系数基准源模块的输出电压随温度升高而升高，所述负温度系数基准源模块的输出电压随温度升高而降低；所述电压加法模块用于叠加正温度系数基准源模块和负温度系数基准源模块的输出电压，并输出给电压衰减模块；所述电压衰减模块用于将输入的电压减半，并输出给所述模数转换芯片u6作为基准源；所述模数转换芯片u6用于将模拟的电压信号转换为离散的数字信号；
35.所述低噪声线性稳压模块分别与正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模块、电压加法模块、电压衰减模块以及模数转换芯片u6连接；所述电压加法模块的输入端分别和正温度系数基准源模块以及负温度系数基准源模块连接，输出端与电压衰减模块的输入端连接；所述电压衰减模块的输出端与模数转换芯片u6连接。
36.所述低噪声线性稳压模块包括一低压差线性稳压芯片u1、一电容c1、一电容c2、一电容c3以及一电容c4；所述低压差线性稳压芯片u1的型号优选为ams1117-5，用于输出5v的vout-1给所述正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模块、电压加法模块以及电压衰减模块供电；所述电容c1以及电容c2作为低压差线性稳压芯片u1的输入滤波电容；所述电容c3以及电容c4作为低压差线性稳压芯片u1的输出电容；
37.所述低压差线性稳压芯片u1的引脚1与电容c1、电容c2、电容c3以及电容c4连接并接地，引脚2以及4均与电容c3、电容c4、正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模块、电压加法模块以及电压衰减模块连接，引脚3与电容c1以及电容c2连接。
38.所述低噪声线性稳压模块还包括一低压差线性稳压芯片u2、一电容c5、一电容c6、一电容c7以及一电容c8；所述低压差线性稳压芯片u2的型号优选为ams1117-3.3，用于输出3.3v的vout-2给所述模数转换芯片u6供电；所述电容c5以及电容c6作为低压差线性稳压芯片u2的输入滤波电容；所述电容c7以及电容c8作为低压差线性稳压芯片u2的输出电容；
39.所述低压差线性稳压芯片u2的引脚1与电容c5、电容c6、电容c7以及电容c8连接并接地，引脚2以及4均与电容c7、电容c8以及模数转换芯片u6连接，引脚3与电容c5以及电容c6连接。
40.所述正温度系数基准源模块包括一正温度系数基准源芯片u3、一电容c9、一电容c10、一电容c11以及一电容c12；所述正温度系数基准源芯片u3的型号优选为adr431，在0-70℃内随着温度的升高，输出电压逐步升高；所述电容c9以及电容c10作为正温度系数基准源芯片u3的输入滤波电容；所述电容c11以及电容c12作为正温度系数基准源芯片u3的输出
电容；
41.所述正温度系数基准源芯片u3的引脚2与电容c9、电容c10以及低噪声线性稳压模块连接，引脚4与电容c9以及电容c10连接并接地，引脚6与电容c11、电容c12以及电压加法模块连接；所述电容c11与电容c12连接并接地。
42.所述负温度系数基准源模块包括一负温度系数基准源芯片u4、一电容c13、一电容c14、一电容c15以及一电容c16；所述负温度系数基准源芯片u4的型号优选为adr4525，在0-70℃内随着温度的升高，输出电压逐步降低；所述电容c15以及电容c16作为负温度系数基准源芯片u4的输入滤波电容；所述电容c13以及电容c14作为负温度系数基准源芯片u4的输出电容；
43.所述负温度系数基准源芯片u4的引脚2与电容c15、电容c16以及低噪声线性稳压模块连接，引脚4与电容c15以及电容c16连接并接地，引脚6与电容c13、电容c14以及电压加法模块连接；所述电容c13与电容c14连接并接地。
44.所述正温度系数基准源芯片u3和负温度系数基准源芯片u4的输出电压相同，且温度偏移曲线相反。
45.所述电压加法模块包括一运放u5a、一电容c17、一电容c18、一电阻r1、一电阻r2、一电阻r4、一电阻r7以及一电阻r10；所述运放u5a的型号优选为adr4525，具有温度偏移极低的优点；所述电阻r2作为运放u5a输出的负载使用；所述电阻r1、电阻r4、电阻r7以及电阻r10作为运放u5a的增益匹配电阻；通过配置所述电阻r1与电阻r4的阻值相同，所述电阻r7与电阻r10的阻值相同，使得所述电压加法模块的输出(vref-add)为叠加正温度系数基准源模块的输出电压(vref-1)和负温度系数基准源模块的输出电压(vref-2)；
46.所述运放u5a的引脚1与电阻r2、电阻r10以及电压衰减模块连接，引脚2与电阻r7以及电阻r10连接，引脚3与电阻r1以及电阻r4连接，引脚8与电容c17、电容c18以及低噪声线性稳压模块连接；所述电阻r1与正温度系数基准源模块连接；所述电阻r4与负温度系数基准源模块连接；所述电阻r2、电阻r7、电容c17以及电容c18均接地。
47.所述电压衰减模块包括一运放u5b、一电阻r3、一电阻r5、一电阻r6、一电阻r8以及一电阻r9；所述电阻r5作为运放u5b输出的负载使用；所述电阻r3、电阻r6、电阻r8以及电阻r9作为运放u5b的衰减匹配电阻；通过配置r6＝r8＝2*r3＝2*r9，使得所述电压衰减模块的输出电压(vref)为输入电压(vref-add)的一半；由于所述正温度系数基准源芯片u3和负温度系数基准源芯片u4在0-70℃内的温度偏移曲线相反，所以可以将温度对输出电压的影响相互抵消，进而让所述电压衰减模块的输出电压的温度稳定性远高于正温度系数基准源模块和负温度系数基准源模块，即让电压基准源具备高精度低温飘的特性；
48.所述运放u5b的引脚5与电阻r3以及电阻r6连接，引脚6与电阻r8以及电阻r9连接，引脚7与电阻r5、电阻r9以及模数转换芯片u6连接，引脚8与低噪声线性稳压模块连接；所述电阻r6与电压加法模块连接；所述电阻r3、电阻r5以及电阻r8均接地。
49.所述模数转换芯片u6的引脚8与电压衰减模块连接，引脚6、24、43、52、58、62与低噪声线性稳压模块连接。所述模数转换芯片u6的型号优选为ad7771，具有精度高的优点；所述电压衰减模块的输出电压(vref)作为模数转换芯片u6的外部基准源。
50.本发明工作原理：
51.所述低噪声线性稳压模块分别给正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模
块、电压加法模块、电压衰减模块以及模数转换芯片u6供电；所述电压加法模块叠加正温度系数基准源模块和负温度系数基准源模块的输出电压后，输入所述电压衰减模块；所述电压衰减模块将输入的电压减半后输出给模数转换芯片u6，作为所述模数转换芯片u6的外部基准源。
52.综上所述，本发明的优点在于：
53.通过设置正温度系数基准源模块、负温度系数基准源模块、电压加法模块以及电压衰减模块，正温度系数基准源模块和负温度系数基准源模块分别包括输出电压相同，且温度偏移曲线相反的正温度系数基准源芯片u3和负温度系数基准源芯片u4，通过电压加法模块将正温度系数基准源模块和负温度系数基准源模块的输出电压叠加，让偏移的电压相互抵消，再通过电压衰减模块将叠加的电压减半，使得输入模数转换芯片u6的基准源保持稳定，克服温度对电压的影响，最终极大的提升了电压基准源的温度稳定性，进而极大的提升了电压输出精度。
54.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。