专利名称：一种低电压低温度系数的对数放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低电压低温度系数的对数放大器，属于对数放大器领域。
背景技术：
在无线通信中往往需要处理动态范围很宽的信号，宽动态范围给应用设计带来很多问题。一方面，线性放大器无法处理这样宽的动态范围。另一方面，AD转换中，在保证分辨率的情况下，模数转换器的位数会随动态范围的增大而增大。这时需要对信号先进行压缩，而对数放大器是一种实现非线性压缩的功能模块，主要有直流对数放大器、基带对数放大器和解调对数放大器三类。本发明的对数电路属于直流对数放大器，它基于双极型晶体管(BJT)的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，具有优良的直流精度和非常宽的动态范围的特点。这里会有两个问题，一个是反向饱和电流大小的受温度和工艺的影响；另一个是输出结果带有一个与绝对温度成正比的温度系数。前者通过两个相同尺寸和相同连接方式的双极型晶体管的基极-发射极电压相减来消除反向饱和电流的影响；后者则一般通过选择合适的电阻温度探测器和设置放大器的反馈电阻来尽量消除系数的温度特性，但是这涉及很多片外元件，而且需要额外的温度监视电路和具有温度系数的电阻，并利用复杂的数字集成电路进行校正。虽然这样可以实现输出与输入之间很精确的对数关系，但是这无疑使得系统变得复杂，难以实现单片集成，限制了直流对数放大器的应用。
发明内容
发明目的:本发明提出一种对温度不敏感的低电压低温度系数的对数放大器。技术方案:本发明采用的技术方案为一种低电压低温度系数的对数放大器，其包括:带偏置电压输入并产生输出电流的对数转换电路，提供第一至第五恒流源和偏置电压的电流源产生电路，以及将对数转换电路的输出电流进行变换以实现温度补偿的温度补偿电路。上述方案中，所述温度补偿电路包括:第三恒流源，其流出端接地；第一三极管，其基极和集电极短接，发射极接地，集电极电流构成输出电流；第一 NMOS管，其漏极连接第四恒流源的电流流出端，源极连接第三恒流源的电流流入端；第二三极管，其发射极接地，基极和集电极短接，集电极连接第五恒流源的电流流出端；第二 NMOS管，其漏极通过第三电阻连接到电源，源极连接第三恒流源的电流流入端;第四PMOS管，其源极连接电源，漏极连接第三恒流源的电流流入端，栅极连接到第一 NMOS管的漏极；所述第一 NMOS管的栅极与所述第一三极管的基极连接，第二 NMOS管的栅极与所述第二三极管的基极连接，第二 NMOS管的漏极电压形成输出电压。有益效果:本发明通过在温度补偿电路中建立电流之间的比例关系，使得对数电流信号的温度系数同电流源产生电路的温度系数相抵消，获得低温度系数的对数信号。
图1为本发明一种低电压低温度系数的对数放大器的拓扑结构图；图2为本发明在温度7V _107°C范围内的输入输出特性曲线；图3为未进行温度补偿的对数转换电路在温度7°C _107°C范围内的输入输出特性曲线。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，本发明一种低电压低温度系数的对数放大器包括:对数转换电路1，电流源产生电路2，以及温度补偿电路3。在对数转换电路I中，输入电压Vi通过第一电阻Rl连接到第一运算放大器OTAl的负相输入端，偏置电压Vr施加在第一运算放大器OTAl的正相输入端。第三三极管Q3的集电极连接第一运算放大器OTAl的负相输入端相连，发射极连接第一运算放大器OTAl的输出端，同时第三三极管Q3的基极和集电极短接。第一恒流源Il的电流注入到第一运算放大器OTAl的负相输入端。第一运算放大器OTAl的输出端经缓冲器B与第四三极管Q4的发射极连接。第四三极管Q4的集电极连接第二运算放大器0TA2的正相输入端，第四三极管Q4的基极和集电极短接。第二恒流源12的电流注入到第二运算放大器0TA2的正相输入端。第三PMOS管M3的栅极连接第二运算放大器0TA2的输出端，其源极与第二运算放大器0TA2的负相输入端连接。第二电阻R2连接在第二运算放大器0TA2的负相输入端与第一运算放大器OTAl的正相输入端之间。温度补偿电路3输入第三PMOS管M3漏极所形成输出电流lout。第一三极管Ql的集电极与第三PMOS管M3的漏极连接，其基极与集电极短接，发射极接地。第三恒流源13由现有的偏置电路形成，其流出端接地。第一 NMOS管Ml的漏极连接第四恒流源14的电流流出端，源极连接第三恒流源13的电流流入端。第二三极管Q2的发射极接地，基极和集电极短接，集电极连接第五恒流源15的电流流出端。第二 NMOS管M2的漏极通过第三电阻R3连接到电源，源极连接第三恒流源13的电流流入端。第四PMOS管M4的源极连接电源，漏极连接第三恒流源13的电流流入端，栅极连接到第一 NMOS管Ml的漏极。所述第一 NMOS管Ml的栅极与所述第一三极管Ql的基极连接，第二 NMOS管M2的栅极与所述第二三极管Q2的基极连接，第二 NMOS管M2的漏极电压形成输出电压Vo。电流源产生电路2是一种PTAT电流源，其中第五PMOS管M5的源极接电源，漏极通过第四电阻R4接地，栅极和漏极短接。第三运算放大器0TA3的负相输入端连接偏置电压Vr，正相输入端连接第五PMOS管M5的漏极，第三运算放大器0TA3的输出端连接到第五PMOS管M5的栅极。同时第六PMOS管M6、第七PMOS管M7和第八PMOS管M8的栅极都连接到第五PMOS管M5的栅极。第六PMOS管M6的源极接电源，其漏极电流即作为第二恒流源12接入到对数转换电路I中。第七PMOS管M7的源极接电源，其漏极电流即作为第四恒流源14接入到温度补偿电路3中。第八PMOS管M8的源极接电源，其漏极电流即作为第一恒流源Il接入到对数转换电路I中。对数转换电路I在第一运算放大器OTAl的负相输入端与电源之间接第一恒流源11，可以使偏置电压Vr设置在接近电源电压的电位，使得第一运算放大器OTAI的输出端偏置在合理范围。当输入电压Vi在较低电位时，信号源吸收的电流由第一恒流源Il提供，因而扩展了输入信号范围。同时，电源电压由第一恒流源Il的饱和电压、双极型晶体管的基极-发射极电压和第一跨导运算放大器OTAl的输出端偏置电压之和所限制，所以该电路可以工作在较低电压下(1.2伏以下)。输入电压Vi的变化导致流过第三三极管Q3的电流变化，这个电流为:
权利要求
1.一种低电压低温度系数的对数放大器，其特征在于，包括:带偏置电压(Vr)输入并产生输出电流(1ut)的对数转换电路(1)，提供恒流源和偏置电压(Vr)的电流源产生电路(2)，以及将对数转换电路(I)的输出电流(1ut)进行变换以实现温度补偿的温度补偿电路(3)。
2.根据权利要求1所述的低电压低温度系数的对数放大器，其特征在于，所述温度补偿电路(3)包括: 第三恒流源(13)，其流出端接地； 第一三极管(Q1)，其基极和集电极短接，发射极接地，集电极电流构成输出电流(lout)； 第一 NMOS管(M1)，其漏极连接第四恒流源(14)的电流流出端，源极连接第三恒流源(13)的电流流入端； 第二三极管(Q2)，其发射极接地，基极和集电极短接，集电极连接第五恒流源(15)的电流流出端； 第二 NMOS管(M2)，其漏极通过第三电阻连接到电源，源极连接第三恒流源(13)的电流流入端； 第四PMOS管(M4)，其源极连接电源，漏极连接第三恒流源(13)的电流流入端，栅极连接到第一 NMOS管(Ml)的漏极； 所述第一 NMOS管(Ml)的栅极与所述第一三极管(Ql)的基极连接，第二 NMOS管(M2)的栅极与所述第二三极管(Q2)的基极连接，第二 NMOS管(M2)的漏极电压形成输出电压(Vo)。
全文摘要
本发明公开了一种低电压低温度系数的对数放大器，其通过在温度补偿电路中建立电流之间的比例关系，使得对数电流信号的温度系数同电流源产生电路的温度系数相抵消，获得低温度系数的对数信号。
文档编号H03F3/45GK103151989SQ201310068879
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者吴建辉, 白春风, 张文通, 黄成 , 陈超, 李红, 田茜 申请人:东南大学