文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › INA826(低功耗宽电压RR仪放)

INA826(低功耗宽电压RR仪放)

INA826(低功耗宽电压RR仪放)
INA826(低功耗宽电压RR仪放)

INA826(低功耗、宽电压、RR仪表放大器)

Features

1.单电源、双电源供电均可。

2.7V~36V或±1.35V~±18V。

2.带宽:1MHz(G=1)、60kHz(G=100)、6kHz(G=1000)

3.电源电流200μA。

4.RR输入输出。

5.输入失调电压:150μV(远远大于INA333的25μV)

Description

1.增益设置范围:1~1000

2.通过内部把电流限制在8mA,则输入端所设置的保护电路能使芯片耐受高达±40V的输入过电压。Electrical Characteristics

1.负载电容稳定性:1000pF

2.等效输入失调电压(RTI):输入失调V osi+输出失调Vsos/G

3.RFI滤波器-3dB截止频率:20MHz

4.共模输入电压范围(Vcm):(V-)~(V+)+1

5.转换速率:1V/μS

Typical Characteristic

1.输出摆幅随着输出电流的增加而急剧减小。见Figure47、Figure48。注意测试条件是Vs=

2.7V,负电源

轨是0V。同时在测试条件中R L=10kΩ。所以当RR输出的条件是输出电流不超过2mA。但是当Vs=±15V时,情况要好得多。见Figure45、Figure46。

2.大信号频率响应见Figure49。输出摆幅在高频时受限于转换速率。Vs=±15V时以10kHz为分界点;

Vs=5V时以80kHz为分界点。

3.超容性负载的小信号响应。当负载电容分别为0pF、100pF、220pF、500pF、1000pF逐渐增大时,,输

出脉冲的振铃也逐渐加大,直至振荡。同时,G越小,反馈越深,越易自激。见Figure51~54。

4.输入失调电压的变化与预热时间。在没有预热时,输入失调电压会有±10μV的变动,而预热10秒后,

变动趋于零。

Application Information

1.良好的布局要求旁路电容尽可能靠近器件引脚。

2.INA826的输出时相对于参考端REF的,该端通常接地。为保证良好的CMRR,该端的联接必须是低

阻抗的。虽然5Ω或更低的寄生电阻尚能保证CMRR的技术指标,但是如果REF端存在串联的数十欧姆的寄生电阻就可导致CMRR的显著降低(因为降低了输出级的电路均衡)。

3.Figure58。图中Rs是当输入电压超过(V-)-2V时选用的,否则信号源的驱动能力就必须限制在3.5mA

以内(该电阻不影响正常工作)。

Gain Drift

1.外接的增益设置电阻Rg的稳定性和温度漂移同样影响增益。其对增益精度和漂移的贡献可直接根据增

益表达式推导。

2.高增益需要低电阻,但这使得引线电阻变得重要。在增益达到100或更大时,插座(接触电阻)不仅

会与引线电阻相加,而且在增益达到100或更大时,会贡献一个附加的增益误差(可能是一个不稳定的增益误差)。要保证稳定性,还要避免Rg联接端的寄生电容超过数皮法。同时,仔细匹配Rg两个

联接端子的寄生电容,以使得CMRR的频率特性最优化。

Offset Trimming

1.大多数应用中并不需要对失调进行微调,但是如果需要,则可通过在REF端施加电压进行调节。

Figure59给出一个对输出失调进行微调的可选电路。施加到REF端的电压在输出端被求和。运放缓冲器提供REF端的低阻抗,以维持良好的CMRR。

2.电路解释:①电路中的调节范围为±10mV。实际上的调节范围可能更大,但不宜过大。否则难以精

密。②图中用REF200恒流源是为了防止电源电压的波动带来的影响。

Input Common Mode Range

1.INA826输入电路的线性输入范围扩展到从负电源电压到比正电源电压低1V。这个电压范围可以维持

84dB(最小)的CMRR。

2.INA826可以工作在很宽的电源电压范围和Vref配置范围,如果考虑到各种不适用情况,则可对各种

可能条件下的共模电压限制提供更全面的指南。最通常的忽视裹在条件的情况发生在当电路超过A1和A2的输出摆幅的时候,它们是不可测量的内部电路节点。计算A1和A2的预期电压(Figure60)可对最通常过载条件进行检查。A1和A2的设计是相同的,它们的输出都能摆动到电源轨的大约100mV 以内。例如,当A2的输出饱和,则A1就可连续处于线性工作状态,从而响应其同相输入端的电压变化。这种差别就可给出限行工作的表现,但是其输出是无效的。

3.单电源的仪表放大器有着特别的设计考虑。为了将共模电压范围扩展到单电源的地,INA826通过PNP

输入晶体管采用电流反馈技术。见Figure60。两个匹配的PNP晶体管Q1和Q2通过一个二极管的压降将两个输入端的输入电压向上转移,并且通过反馈网络将A1和A1的输出电压转移了大约+0.8V,这样当两个输入端处于单电源的地(负电源),A1和A2的输出就很好地处于线性范围,从而允许用户实现达到地电位的差动测量。这种输入电平转移的结果,使得2脚和3脚的电压并不与其相应的输入端电压(1脚和4脚)相等。在大多数应用场合,这种不相等并不重要,因为只有增益设置电阻与之相联。

Inside The INA826

1.INA826的简化形式见Figure58。更详细的电路(见Figure59)有助于理解INA826的内部工作。

2.每个电路的输入保护电路由两个场效应管组成,在通常的信号条件下,它们具有低串联电阻和极好的

噪声性能。当施加过电压时,这些管子将输入电流限制在大约8mA(注:管子由可变电阻区进入恒流区,从场效应管的Vgs=0的输出特性曲线上理解)。

3.输入差动电压由Q1和Q2缓冲并施加到Rg上,这导致信号电流流过Rg、R1和R2。A3的差动输出

则消除输入信号中的共模分量并以REF端作为输出的参考端。

4.Figure60中给出的等式描述了A1和A2的输出电压。Vbe电压和R1和R2的压降形成了A1和A2的

输出电压,它比输入电压大约高+0.8V。

注释:

①输入管Q1和Q2构成输入射极跟随器,而运放A1和A2与之构成电压串联负反馈,且运放本身为开

环状态,故可为射随器提供极高的输入阻抗。

②A1和A2的输出可分为两部分:静态+动态。其静态输出为:27.4kΩ电阻上的压降+Vbe=27.4kΩ×Ieq

+Vbe。对比Figure60中所给出的表达式,可得:27.4kΩ×Ieq=0.125V,从而可得Ieq=5μA。查偏置电流指标为35~65nA,则Q1和Q2的β值大约为77~147。

③Vbe+0.125V大约为0.8V,故A1和A2的输出比输入大约高出0.8V。

④从图中看,A1和A2的同相输入端和反相输入端应该等电位,故可得到Q1和Q2的静态集电极电流

=Vb / Rb。

Input Protection

1.INA826的两个输入端各自都设置了高达±40V的保护电路。例如在一个输入端有+40V的电压而在另

一个输入端有- 40V的电压,这种情况并不会导致损坏。然而,如果输入电压超过(V-)-2V,且信号源的电流驱动能力又超过3.5mA,则输出电压就会切换到另一个极性。但如果在两个输入端各串联一个10kΩ的电阻则很容易避免这种情况。

2.在通常的信号条件下,两个输入端的内部电路具有很低的串联电阻,如果输入过载,保护电路将会把

输入电流限制在一个大约8mA的安全值,即使没有联接电源或电源关断,两个输入端依然被保护。

Input Bias Current Return Path

两个输入端必须有对地通路,如果悬浮,则会导致输入电压超过最大允许共模电压。

Reference Terminal

1.Ref端在双电源供电时接地,而在单电源供电时则应偏置在电源电压的一半。

2.联接在此端的源阻抗不应大于5Ω,否则会影响CMRR。故此端应采用跟随器驱动。

3.同时此端可用于进行输出失调的微调。

Dynamic Performance

尽管INA826只有很低的200μA的静态电流,但是却能够达到比其它INA系列宽得多的带宽,这是因为采用了TI的高速精密双极型处理的专利技术。采用电流反馈技术即使在高增益时的带宽,而高达1V/μS 的转换速率使得即使在高增益条件下依然取得极好的建立时间。

Low – Voltage Operation

INA826可以工作在低至±1.35V的电源电压。在这个电压范围大多数参数几乎不变。在极低电源电压工作要特别注意将输入电压保持在线性范围以内。内部节点对电压摆幅的要求限制了在低电源电压情况下的输入共模电压范围。

Error Source

大多数现代信号调理系统在室温下校准误差,但是要校准因温度变化而引起的误差则通常很困难且价昂,所以通过挑选像INA826这样的高精度元件来最小化这些误差就很有意义了。它具有改进的技术指标,适用于冲击整个系统精度的苛刻领域。

像INA826这样的INA系列在G=1时具有最低的增益误差,这是因为其内部差分放大器的电阻漂移是良好匹配的。而在增益大于1(例如G=10或G=100)时增益误差就会变成一个可观的误差源。这是由于与27.4k Ω的反馈电阻相联的外部增益电阻漂移的贡献所致。除非是最大增益的应用情况,相对于其它漂移误差,增益漂移远非最大误差项,例如失调漂移。在应用市场上,INA826无论是G>1还是G=1都能在整个温度范围提供最低的增益误差。

Layout Guidelines

1.联线尽可能短,表面贴装元件尽可能靠近器件引脚,采用PCB大面积铺地。

2.在电源端并联0.1μF电容,并紧挨器件供电端。

Others

※单电源供电情况下,如果共模输入信号中可能存在负值,则应将两个输入端的静态电位抬高一个正的值,例如抬高1.5V。例如Figure64。

※在Figure67,Ref端的电压跟随器驱动中,其反向输入端连接到ECG放大器的输出端的大时间常数的低通滤波器,使得Ref端的电位随着ECG放大器输出平均电位的波动而波动,以使得ECG放大器的静态电位始终恒定在电源电压的一半,而不会发生输出静态电位随输入信号平均值的变动而波动。——巧妙的设计——此方法也可用在例如光信号的采集中,以防止环境光或杂散光的影响。

电压基准的特性及选用

电压基准的特性及选用 摘要从实际应用角度,介绍了电压基准的种类及特点,主要技术参数,选用电压基准的方法和注意事项。 关键词齐纳基准带隙基准 XFET基准初始精度温度系数 一、电压基准及其应用领域 电压基准可提供一个精度远比电压稳压器高的多的精确输出电压,作为某个电路系统中的参考比较电压,因而称其为基准。电压基准在某些方面与电压稳压器类似,但二者的用途绝然不同。电压稳压器除了向负载输出一个稳定电压外还要供给功率。电压基准的主要用途是为系统或负载提供一个精确的参考电压,而其输出电流通常在几至几十个毫安。 电压基准的用途十分广泛,典型的应用常见于数据采集系统,用于为模数变换器或数模变换器提供一个基准参考电压。另外,它还可用于各类开关或线性电压变换电路、仪器仪表电路和电池充电器中。 二、电压基准的主要参数 1. 初始精度(Initial Accuracy) 初始精度用于衡量一个电压基准输出电压的精确度或容限,即电压基准工作时,其输出电压偏离其正常值的大小。通常,初始精度采用百分数表示,它并非是一个电压单位,故需换算才能获得电压偏离值的大小。例如,一个标称电压为2.5V的基准,初始精度为±1%,则其电压精度范围为: 5.2~ 5.2 = 1 × ± = ± % .2 5.2 V 475 V525 .0 025 .2 在厂商的数据手册中,初始电压精度通常是在不加载或在特定的负载电流条件下测量的。对于电压基准而言,初始精度是一个最为重要的性能指标之一。 2. 温度系数(Temperature Coefficient) 温度系数(简称TC)用于衡量一个电压基准,其输出电压因受环境温度变化而偏离正常值的改变程度,它也是基准电压最重要的性能指标之一,通常用ppm/℃表示(ppm是英文part per million的缩写,1ppm表示百万分之一)。例如,一个基准标称电压为10V,温度系数为10ppm/℃,则环境温度每变化1℃,其输出电压改变10V×10×10-6=100μV。需注意的是,温度系数可能是正向的,即基准的输出电压随温度的升高而变大,也可能是负向的,即基准的输出电压随温度的升高而变小,具体可查看厂商数据手册中的温度曲线图表。 3. 热迟滞(Temperature Hysteresis) 当电压基准的温度从某一点开始经受变化,然后再次返回该温度点,前后二次在同一温度点测得的电压值之差即为热迟滞。该参数虽不如温度系数重要,但对于温度同期性变化超过25℃的情况仍是需引起重视的一个误差源。 4. 长期漂移(Long-term Drift) 在数日、数月或更长持续的工作期间,电压基准输出电压的慢变化称为长期漂移或稳定性,通常用ppm/1000h表示。当我们选用一个电压基准,要求它在持续数日、数周、数月基至数年的工作条件下保持输出电压精度,那么长期漂移便是一个必须考虑的性能参数。 5. 噪声(Noise)

电压基准芯片的参数解析及应用技巧(精)

电压基准芯片的参数解析及应用技巧 电压基准芯片是一类高性能模拟芯片,常用在各种数据采集系统中,实现高精度数据采集。几乎所有电压基准芯片都在为实现“高精度”而努力,但要在各种不同应用场合真正实现高精度,则需要了解电压基准的内部结构以及各项参数的涵义,并要掌握一些必要的应用技巧。 电压基准芯片的分类 根据内部基准电压产生结构不同,电压基准分为:带隙电压基准和稳压管电压基准两类。带隙电压基准结构是将一个正向偏置PN结和一个与VT(热电势)相关的电压串联,利用PN结的负温度系数与VT的正温度系数相抵消实现温度补偿。稳压管电压基准结构是将一个次表面击穿的稳压管和一个PN结串联,利用稳压管的正温度系数和PN结的负温度系数相抵消实现温度补偿。次表面击穿有利于降低噪声。稳压管电压基准的基准电压较高(约7V);而带隙电压基准的基准电压比较低,因此后者在要求低供电电压的情况下应用更为广泛。 根据外部应用结构不同,电压基准分为:串联型和并联型两类。应用时,串联型电压基准与三端稳压电源类似,基准电压与负载串联;并联型电压基准与稳压管类似,基准电压与负载并联。带隙电压基准和稳压管电压基准都可以应用到这两种结构中。串联型电压基准的优点在于,只要求输入电源提供芯片的静态电流,并在负载存在时提供负载电流;并联型电压基准则要求所设置的偏置电流大于芯片的静态电流与最大负载电流的总和,不适合低功耗应用。并联型电压基准的优点在于,采用电流偏置,能够满足很宽的输入电压范围,而且适合做悬浮式的电压基准。 电压基准芯片参数解析 安肯(北京)微电子即将推出的ICN25XX系列电压基准,是一系列高精度,低功耗的串联型电压基准,采用小尺寸的SOT23-3封装,提供1.25V、2.048V、2.5V、3.0V、3.3V、4.096V输出电压,并提供良好的温度漂移特性和噪声特性。

【经营计划书】水下机器人创业策划书(终稿)

低成本水下机器人 策 划 书 申报项目: 低成本水下机器人 申报人: 孟永志 项目负责人: 孟永志 申报日期: 年4月17日

低成本水下机器人策划书 机器人项目创业计划执行概要 水下机器人从20世纪后半叶诞生,是工作于水下的极限作业机器人,能潜入水中代替人完成某些操作,又称无人遥控潜水器,主要运用在海上救援。由于水下环境恶劣危险,人的潜水深度有限,所以水下机器人日益成为开发海洋的重要工具。在军事斗争中,无人化作战平台将在未来现代化战争中发挥重要的作用,无人舰艇将与无人地面战车、无人飞机一起在战场上进行高效卓越地作战。另外,无论战争期间还是和平时期,水下机器人还可以定期对航道、训练场、舰艇机动区实施定期或不定期检查,保障这些水域的作业安全。 载人潜水器由人工输入信号操控各种动作,由潜水员和科学家通过观察窗直接观察外部环境。其优点是由人工亲自做出各种核心决策,便于处理各种复杂问题,但是人生命安全的危险性增大,由于载人需要足够的耐压空间、可靠的生命安全保障和生命维持系统,这将为潜水器带来体积庞大、系统复杂、造价高昂、工作环境受限等不利因素。 有缆水下机器人(ROV)需要由电缆从母船接受动力,并且ROV不是完全自主的,它需要人为的干预。主要由水面设备(包括操纵控制台、电缆绞车、吊放设备、供电系统等)和水下设备(包括中继器和潜水器本体)组成。潜水器本体在水下靠推进器运动,本体上装有观测设备(摄像机、照相机、照明灯等)和作业设备(机械手、切割器、清洗器等)。潜水器的 水下运动和作业,是由操作员在水面母舰上控制和监视,电缆向本体提供动力和交换信息,中继器可减少电缆对本体运动的干扰。由于人们通过电缆对ROV进行遥控操作,电缆对ROV像“脐带”对于胎儿一样至关重要,但是由于细长的电缆悬在海中成为ROV最脆弱的部分,大大限制了机器人的活动范围和工作效率。 无缆水下机器人(AUV)又称自治水下机器人、智能水下机器人,是将人工智能、探测识别、信息融合、智能控制、系统集成等多方面的技术集中应用于同一水下载体上,在没有人工实时控制的情况下,自主决策、控制完成复杂海洋环境中的预定任务使命的机器人。是从简单的遥控式向监控式发展,即由母舰计算机和潜水器本体计算机实行递阶控制,它能对观测信息进行加工,建立环境和内部状态模型。操作人员通过人机交互系统以面向过程的抽象符号或语言下达命令,并接受经计算机加工处理的信息,对潜水器的运行和动作过程进行

电压比较器工作原理及应用实例

电压比较器工作原理及应用实例 时间:2011-11-24来源:作者:方佩敏 来源:https://www.wendangku.net/doc/527091740.html, 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路,并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说,电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的,这里不介绍),并判断出其中哪一个电压高,如图1所示。图1(a)是比较器,它有两个输入端:同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端),有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器),同相端输入电压VA,反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0~t1时,VA>VB;在t1~t2时,VB>VA;在t2~t3时,VA>VB。在这种情况下,Vout 的输出如图1(c)所示:VA>VB时,Vout输出高电平(饱和输出);VB>VA时,Vout 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端,VB输入到同相端,VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示,则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较,其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图

1(b)那样,它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时,Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较,如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平),如图3(b)所示,它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的,比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛,所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路,输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端,VB通过输入电阻R1接在反相端,RF为反馈电阻,若不考虑输入失调电压,则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为: Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2,R3=RF,则 Vout=RF/R1(VA-VB),RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路),R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时,Vout=∞。增益成为无穷大,其电路图就形成图4(b)的样子,差分放大器处于开环状态,它就是比较器电路。实际上,运放处于开环状态时,其增益并非无穷大,而Vout输出是饱和电压,它小于正负电源电压,也不可能是无穷大。

水下机器人1

水下机器人 一、摘要 摘要:无人遥控潜水器,也称水下机器人。一种工作于水下的极限作业机器人,能潜入水中代替人完成某些操作,又称潜水器。水下环境恶劣危险,人的潜水深度有限,所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。本文从过去、现在、未来三个时间段介绍了水下机器人,并且就其中的关键技术也简要做了介绍,全方面的认识了水下机器人。 关键字:水下机器人、潜水器、海洋 Abstract :No one remote control submersibles, also called the underwater robot. A kind of work in the limit of the underwater robot homework, can submerge instead of people finish some operating, and calls the scuba machine. Underwater environments are dangerous, the person's diving depth is limited, so underwater robot has become an important tool development of ocean. This article from the past, present, and future three time underwater robot is introduced, and the key technology is briefly introduced, all aspects of the understanding of the underwater obot. Key words: underwater robot、scuba machine、ocean 二、引言 海洋这一广阔的水域,蕴藏着丰富的矿产资源、海洋生物资源和能源,是人类社会可持续发展的重要财富。研究和合理开发海洋,是对人类的经济和社会发展具有重要的意义。随着科学技术的发展,人类已经进入了开发和利用海洋的时代。在各种海洋技术中,作为用在一般潜水技术不可能到达的深度进行综合考察和研究并能完成多种作业的水下机器人,使海洋开发进入了新时代。 从20世纪30年代,美国研制出了第一台现代意义上的潜水器开始,无人遥控潜水器,也称水下机器人,开始进入人类的发展史,虽然只有短短的几十年,但其却发挥了极大的作用,为人类在海洋等水域的探索开发提供了有力的支持。由于水下机器人目前多用于海洋,故也可称为海洋机器人。而且水下作业对于人来说是一项危险作业,特别是在深海作业更加的危险,在10000米深的深海中,其压力是地面压力的1000倍,那里是迄今为止人类难以到达的地方。海底,特别是深海海底对人类还是一个未知世界。水下机器人主要用于海洋开发、打捞、扫雷、侦察、援潜、救生等。 而在近几十年,水下机器人的发展是非常迅速的。在信息技术的支持下,其发展趋势向着以下几个方面发展:一是水深普遍在6000米;二是操纵控制系统多采用大容量计算机,实

常见电压比较器分析比较

常见电压比较器分析比较 电压比较器通常由集成运放构成,与普通运放电路不同的是,比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输入端加一个很小的信号,运放就会进入非线性区,属于集成运放的非线性应用范围。在分析比较器时,虚断路原则仍成立,虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。 一、零电平比较器(过零比较器) 电压比较器是将一个模拟输入信号ui与一个固定的参考电压UR进行比较和鉴别的电路。 参考电压为零的比较器称为零电平比较器。按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器,如图1(a)、(b)所示 图1 过零比较器 (a)反相输入;(b)同相输入 通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。 阈值电压(又称门槛电平)是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值,简称为阈值,用符号UTH表示。 估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。这个临界条件是集成运放两个输入端的电位相等(两个输入端的电流也视为零),即U+=U–。对于图1(a)电路,U–=Ui, U+=0, UTH=0。 传输特性是比较器的输出电压uo与输入电压ui在平面直角坐标上的关系。 画传输特性的一般步骤是:先求阈值,再根据电压比较器的具体电路,分析在输入电压由最低变到最高(正向过程)和输入电压由最高到最低(负向过程)两种情况下,输出电压的变化规律,然后画出传输特性。 二、任意电平比较器(俘零比较器)

将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压UR(设为直流电压),由于UR的大小和极性均可调整,电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。 图2 任意电平比较器及传输特性 (a)任意电平比较器;(b)传输特性 图3 电平检测比较器信传输特性 (a)电平检测比较器;(b)传输特性 电平电压比较器结构简单,灵敏度高,但它的抗干扰能力差。也就是说,如果输入信号因干扰在阈值附近变化时,输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变,可能使输出状态产生误动作。为了提高电压比较器的抗干扰能力,下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。 三、滞回电压比较器 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时,它有两

基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统

基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统 摘要:随着海洋资源开发以及水下领域作业任务的增加,水下机器人在水下作 业中发挥着越来越重要的作用。ROV作为水下作业的重要工具,对运动控制算法 要求较高,采用开源软件ArduSub,结合一种模糊串级PID控制算法实现ROV控 制系统的设计,重点对ArduSub的特点、适应配置及PID控制算法原理,包含运 动和姿态方面进行了阐述,能够良好实现ROV的水下控制。 1引言 随着海洋资源开发以及水下领域作业任务的增加,水下机器人在水下作业中 发挥着越来越重要的作用。其中ROV续航持久,成本相对较低,逐渐成为水下作 业的重要工具。ROV工作于水下环境,具有非线性、易受环境影响等特点,对运 动控制算法要求较高,同时要求整个控制系统要有较好的实时性和可靠性。 2开源软件ArduSub简介 ArduSub水下机器人的控制器是一个完整的开源解决方案,提供远程操作控 制(通过智能潜水模式)和全自动的执行任务。作为DroneCode软件平台的一部分,它能够无缝地使用地面控制站的软件,可以监控车辆遥测和执行强大的任务规划 活动。它还受益于DroneCode平台的其他部分,包括模拟器,日志分析工具,为 车辆管理和控制和更高层次的api。 其主要特点在于以下几个方面: 反馈控制和稳定性:ArduSub控制器基于多旋翼自动驾驶系统,具有精确的 反馈控制,可主动维持方向。 深度保持:使用基于压力的深度传感器,ArduSub控制器可以将深度保持在 几厘米内。 航向保持:默认情况下,ArduSub在未命令转动时自动保持其航向。 相机倾斜:通过操纵杆或游戏手柄控制器与伺服或万向节电机进行相机倾斜 控制。 灯光控制:通过操纵杆或游戏手柄控制器控制海底照明。 无需编程:ArduSub控制器适用于各种ROV配置,无需任何自定义编程。大 多数参数可以通过地面控制站轻松更改。 兼容性好:ArduSub兼容许多不同的ROV框架,支持PWM输出。 由于以上特征,使得ArduSub成为一款可以很好适用于水下机器人RPV控制 系统的开源软件。 ArduSub兼容基于串行和以太网的通信接口。使用的硬件自动驾驶仪必须支 持选择的选项。Pixhawk仅支持串行连接,但可以通过配套计算机连接到以太网。其他autopilots原生支持以太网。ArduSub软件主要用于通过ArduSub进行接口,ArduSub是一种开源的跨平台用户界面,适用于所有类型的无人机。该接口通过 系绳连接到ArduSub控制器并显示车辆状态信息,并允许更新参数和设置。最重 要的是,QGC与用于指挥车辆的操纵杆或游戏手柄控制器连接。 ArduSub包含一个高级的电机库,支持多个框架,例如具有6自由度推进器 定位的BlueROV配置(图1所示)、带有并排垂直推进器的矢量ROV(图2所示)、采用单垂直推进器的ROV(图3所示)等等。 在传感器和执行器方面,除了标准的板载传感器(IMU,指南针),ArduSub

电压比较器原理及使用

实验十电压比较器的安装与测试 一.实验目的 1.了解电压比较器的工作原理。 2.安装和测试四种典型的比较器电路:过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器。 二.预习要求 1.预习过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器的工作原理。 2.预习使用示波器测量信号波形和电压传输特性的方法。 三.实验原理 电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较,判断出其中那一个比较大。比较的结果用输出电压的高和低来表示。电压比较器可以采用专用的集成比较器,也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器,其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动,当要和数字电路相连接时,必须增添附加电路,对它的输出电压采取箝位措施,使它的高低输出电平,满足数字电路逻辑电平的要求。 下面讨论几种常见的比较器电路。 基本过零比较器(零电平比较器) 过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较,+15V 以决定输出电压的极性。电路如图1所示:u i 2 7 放大器接成开环形式,信号u i从反向端输入,同μA7416u o 相端接地。当输入信号u i< 0时,输出电压u o为正极限34 值U OM;由于理想运放的电压增益A u→∞,故当输-15V 入信号由小到大,达到u i = 0 时,即u -= u + 的时刻, 输出电压u o 由正极限值U OM 翻转到负极限值-U OM。图 1 反向输入过零比较器 当u i >0时输出u o为负极限值-U OM。因此,输出翻转的临界条件是u + = u - = 0。 即:+U OM u i< 0 u o = (1) -U OM u i >0 其传输特性如图2(a)所示。所以通过该电路输出的电压值,就可以鉴别输入信号电压u i是大于零还是小于零,即可用做信号电压过零的检测器。

AUV水下机器人运动控制系统设计(李思乐)

中国海洋大学工程学院 机械电子工程研究生课程考核论文 题目:AUV水下机器人运动控制系统研究报告 课程名称:运动控制技术 姓名:李思乐 学号:21100933077 院系:工程学院机电工程系 专业:机械电子工程 时间:2010-12-26 课程成绩: 任课老师:谭俊哲

AUV水下机器人运动控制系统设计 摘要:以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象,建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点,对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。以成功研制的无缆自治水下机器人(AUV) 为基础,对其航行控制和定位控制方法进行了较详细的分析. 同时介绍了它的推进器布置、控制系统结构、推力分配等方法。最后展示了它的运行实验结果。 关键词:水下机器人;总体设计方案;运动控制系统;电机仿真 1 引言 近年来国外水下机器人技术发展迅速,技术水平较高。其中,具有代表性的产品有:美国Video Ray 公司开发出的Scout、Explorer、Pro 等系列遥控式水下机器人,美国Seabotix公司研发的LBV-ROV 系列,英国AC-CESS 公司的AC-ROV系列。 随着海洋开发、探测的需求越来越强,水下机器人成为全世界研究的热门课题。小型自治水下机器人具有低成本、小型化、操作灵活等特点成为近年来国内外研究的热点。自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles, AUV),载体采用模块化设计思想, 可根据需要适当增减作业或传感器模块, 载体采用鱼雷状流线外形, 总长约2 m, 外径25 cm, 基本模块包括推进器模块、能源模块、电子舱模块、传感器模块以及GPS、无线电通讯模块, 基本传感器有姿态传感器、高度计、深度计和视觉传感器, 支持光纤通讯, 载体可外挂声学设备, 通过光纤系统进行遥控操作可实现其半自主作业, 也可在预编程指令下实现自主作业。系统基本模块组成设计如图1-1 所示[1]。它具有开放式、模块化的体系结构和多种控制方式(自主/半自主/遥控),自带能源。这种小型水下机器人可在大范围、大深度和复杂海洋环境下进行海洋科学研究和深海资源调查,具有更广泛的应用前景。在控制系统的设计过程中充分考虑了系统的稳定性和操纵性。控制器具有足够的鲁棒性来克服建模误差,以及水动力参数变化。 图1-1 系统基本模块组成设计 2 机器人物理模型 2.1 AUV 物理模型 为了研究AUV 的运动规律,确定运行过程中AUV 的位置和姿态,需要建立AUV

电压基准源选型

摘要:电压基准源简单、稳定的基准电压,作为电路设计的一个关键因素,电压基准源的选择需要考虑多方面的问题并作出折衷。本文讨论了不同类型的电压基准源以及它们的关键特性和设计中需要考虑的问题,如精确度、受温度的影响程度、电流驱动能力、功率消耗、稳定性、噪声和成本。 几乎在所有先进的电子产品中都可以找到电压基准源,它们可能是独立的、也可能集成在具有更多功能的器件中。例如: 在数据转换器中,基准源提供了一个绝对电压,与输入电压进行比较以确定适当的数字输出。在电压调节器中,基准源提供了一个已知的电压值,用它与输出作比较,得到一个用于调节输出电压的反馈。在电压检测器中,基准源被当作一个设置触发点的门限。 要求什么样的指标取决于具体应用,本文讨论不同类型的电压基准源、它们的关键指标和设计过程中要综合考虑的问题。为设计人员提供了选择最佳电压基准源的信息。 理想情况 理想的电压基准源应该具有完美的初始精度,并且在负载电流、温度和时间变化时电压保持稳定不变。实际应用中,设计人员必须在初始电压精度、电压温漂、迟滞以及供出/吸入电流的能力、静态电流(即功率消耗)、长期稳定性、噪声和成本等指标中进行权衡与折衷。 基准源的类型 两种常见的基准源是齐纳和带隙基准源。齐纳基准源通常采用两端并联拓扑;带隙基准源通常采用三端串连拓扑。 齐纳二极管和并联拓扑 齐纳二极管优化工作在反偏击穿区域,因为击穿电压相对比较稳定,可以通过一定的反向电流驱动产生稳定的基准源。 齐纳基准源的最大好处是可以得到很宽的电压范围,2V到200V。它们还具有很宽范围的功率,从几个毫瓦到几瓦。

齐纳二极管的主要缺点是精确度达不到高精度应用的要求,而且,很难胜任低功耗应用的要求。例如:BZX84C2V7LT1,它的击穿电压,即标称基准电压是2.5V,在2.3V至2.7V之间变化,即精确度为±8%,这只适合低精度应用。 齐纳基准源的另一个问题是它的输出阻抗。上例中器件的内部阻抗为5mA时100Ω和1mA时600Ω。非零阻抗将导致基准电压随负载电流的变化而发生变化。选择低输出阻抗的齐纳基准源将减小这一效应。 埋入型齐纳二极管是一种比常规齐纳二极管更稳定的特殊齐纳二极管,这是因为采用了植入硅表面以下的结构。 作为另一种选择,可以用有源电路仿真齐纳二极管。这种电路可以显著改善传统齐纳器件的缺点。MAX6330就是一个这样的电路。负载电流在10 0μA至50mA范围变化时,具有1.5% (最大)的初始精度。此类IC的典型应用如图1所示。 图1.

电压基准的特性及选用解析

电压基准的特性及选用 摘要从实际应用角度,介绍了电压基准的种类及特点,主要技术参数,选用电压基准的方法和注意事项。 关键词齐纳基准带隙基准 XFET基准初始精度温度系数 一、电压基准及其应用领域 电压基准可提供一个精度远比电压稳压器高的多的精确输出电压,作为某个电路系统中的参考比较电压,因而称其为基准。电压基准在某些方面与电压稳压器类似,但二者的用途绝然不同。电压稳压器除了向负载输出一个稳定电压外还要供给功率。电压基准的主要用途是为系统或负载提供一个精确的参考电压,而其输出电流通常在几至几十个毫安。 电压基准的用途十分广泛,典型的应用常见于数据采集系统,用于为模数变换器或数模变换器提供一个基准参考电压。另外,它还可用于各类开关或线性电压变换电路、仪器仪表电路和电池充电器中。 二、电压基准的主要参数 1. 初始精度(Initial Accuracy 初始精度用于衡量一个电压基准输出电压的精确度或容限,即电压基准工作时,其输出电压偏离其正常值的大小。通常,初始精度采用百分数表示,它并非是一个电压单位,故需换算才能获得电压偏离值的大小。例如,一个标称电压为2.5V的基准,初始精度为±1%,则其电压精度范围为: 5.2~

5.2 = 1 × ± = ± % .2 5.2 V 475 V525 .0 025 .2 在厂商的数据手册中,初始电压精度通常是在不加载或在特定的负载电流条件下测量的。对于电压基准而言,初始精度是一个最为重要的性能指标之一。 2. 温度系数(Temperature Coefficient

温度系数(简称TC用于衡量一个电压基准,其输出电压因受环境温度变化而偏离正常值的改变程度,它也是基准电压最重要的性能指标之一,通常用ppm/℃表示(ppm是英文part per million的缩写,1ppm表示百万分之一。例如,一个基准标称电压为10V,温度系数为10ppm/℃,则环境温度每变化1℃,其输出电压改变10V×10×10-6=100μV。需注意的是,温度系数可能是正向的,即基准的输出电压随温度的升高而变大,也可能是负向的,即基准的输出电压随温度的升高而变小,具体可查看厂商数据手册中的温度曲线图表。 3. 热迟滞(Temperature Hysteresis 当电压基准的温度从某一点开始经受变化,然后再次返回该温度点,前后二次在同一温度点测得的电压值之差即为热迟滞。该参数虽不如温度系数重要,但对于温度同期性变化超过25℃的情况仍是需引起重视的一个误差源。 4. 长期漂移(Long-term Drift 在数日、数月或更长持续的工作期间,电压基准输出电压的慢变化称为长期漂移或稳定性,通常用ppm/1000h表示。当我们选用一个电压基准,要求它在持续数日、数周、数月基至数年的工作条件下保持输出电压精度,那么长期漂移便是一个必须考虑的性能参数。 5. 噪声(Noise 这里所说的噪声指电压基准输出端的电噪声,它又包括两种类型,一种是宽频带的热噪声,另一种是窄带(0.1~10Hz 噪声。宽带热噪声较小,且可利用简单的RC 网络滤除。窄带噪声是基准内部固有的且不可滤掉。在高精密设计中,噪声的因素是不可忽视的。 6. 导通建立时间(Turn-on Setting Time 系统加电后,基准输出电压达到稳定的建立时间,该参数对于采用电池供电的便携式系统来说是重要的,因为这类系统为了节省电能,常采用短时的或间隙方式供电。 7. 输入电压调整率(Line Regulation

电压基准

电压基准 芯片型号 芯片技术资料 MAX8069 MAX8069: 低电压基准 DS4305 DS4305K DS4305 DS4305K: 可编程电压基准 MAX1358 MAX1359 MAX1360 MAX1358 MAX1359 MAX1360: 16位数据采集器 带有ADC 、DAC 、UPIO 、RTC 、电压监视器和温度传感器 DS4303 DS4303K DS4303 DS4303K: 可编程电压基准 AX6173 MAX6174 MAX6175 MAX6176 MAX6177 MAX6173 MAX6174 MAX6175 MAX6176 MAX6177: 高精度电压基准,带有温度传感器 DS3902 DS3902: 双路、非易失、可变电阻器,带有用户EEPROM MAX6143 MAX6143: 高精度电压基准,带有温度传感器 MAX6037 MAX6037A MAX6037B MAX6037C MAX6037 MAX6037A MAX6037B MAX6037C: 低功耗、固定或可调输出基准,SOT23封装 MAX6043 MAX6043: 精密的高压基准,SOT23封装 MAX6029 MAX6029: 超低功耗、高精度串联型电压基准 MAX6035 MAX6035: 高电源电压、精密电压基准,SOT23封装 MAX6126 MAX6126: 超高精度、超低噪声、串联型电压基准 MAX6133 MAX6133: 3ppm/°C 、低功耗、低压差电压基准 MAX6129 MAX6129: 超低功耗、串联型电压基准 LM4050 LM4051 LM4050 LM4051: 50ppm/°C 、精密的微功耗并联型电压基准,提供多种反向击穿电压 DS3903 DS3903: 三路、128抽头、非易失数字电位器 MAX6034 MAX6034: 精密、微功耗、低压差、SC70串联型电压基准 MAX6033 MAX6033: 超高精度、SOT23封装、串联型电压基准 MAX6138 MAX6138: 0.1%、25ppm 、SC70并联型电压基准,带有多种反向击穿电压 MAX5420 MAX5421 MAX5420 MAX5421: 数字可编程精密分压器,用于PGA MAX5430 MAX5431 MAX5430 MAX5431: ±15V 数字编程精密分压器,用于PGA MAX6018 MAX6018A MAX6018B MAX6018 MAX6018A MAX6018B: 精密的、微功耗、1.8V 电源、低压差、SOT23封装电压基准

高精度电压基准REF102及其应用

高精度电压基准REF102及其应用 概述REF102 是高精度10V 电压基准集成电路。经激光调校后其温漂在工业温度范围内低至2.5ppm/?C,而在军品温度范围内也可达到5ppm/?C。由于REF102 无需外加恒温装置,因而功耗低、升温快、稳定性好、噪声低。 REF102 的输出电压几乎不随供电电源电压及负载变化。通过调整外接电阻, 输出电压的稳定性及温度漂移可降到最小。11.4V 至36V 的单电源供电电压及 优异的全面性能使REF102 成为仪器、A/D、D/A 及高精度直流电源应用的理 想选择。REF102 的特点及引脚功能●高精度输出:+10V0.0025V ●超低温度漂移:≤2.5ppm/?C●高稳定性:5ppm/1000 小时(典型值)●高负载调整率:≤1ppm/V,≤10ppm/mA●宽供电电压范围:11.4VDC 至36VDC ●低噪声:?5Vp-p?(0.1Hz 至10Hz 内) ●低静态电流:≤1.4mA在REF 的组成方框图中,埋层齐纳二极管DZ1 提供约8.2V 电压加到运放A1 的同相端。电阻R1、R2 及R3 经激光调校后确保输出为准确的10V。DZ1 的偏置电流由输出电压经R4 提供。R5 与外接在Trim 脚上的电阻一起,供用户调整运放的增益,从微调输 出电压。由于R5 的温度系数与R1、R2、R3 严格匹配,所以微调输出电压时 对其温度漂移影响极小。输出电压中的噪声主要是埋层齐纳二极管引起的,故 实际应用是要在8 却和4 脚间加上旁路电容,与R6 形成低通滤波器以滤除 DZ1 上的噪声。实际应用经验?REF102 是高性能集成电路。为了能在实际应用中充分发挥器件的性能,应当注意板图设计、输出噪声抑制设计及输出电压 微调电路设计。板图设计板图设计时,?”菊花”型布线可有效地降低输出电压 误差、输出噪声及电源耦合噪声。公共地线应当按图2 所示连接以确保耦合电 阻最小。公共地线、供电电源线尤其是连接负载的导线应当导电性能良好,可 选用粗铜线或镀银铜线。实际上,连接负载的导线若有0.1?的串联电阻,则当

一种低压低功耗带隙基准源设计(1)

第 卷 第 期 微 电 子 学 V ol. , No. 年 月 Microelectronics 收稿日期: ;定稿日期: 作者简介:彭何 (1991—),男(汉族),四川资阳人,硕士,研究方向为模拟集成电路设计。 一种低压低功耗带隙基准源设计 彭何 王军 (西南科技大学 信息工程学院,绵阳621000) 摘 要: 基于中芯国际130纳米COMS 工艺,设计了一种新型带曲率补偿的低压低功耗带隙基准电路。该电路根据MOS 管亚阈值区固有指数关系去补偿晶体管基极发射极电压的高阶温度特性,使得该带隙基准电路在只增加两股镜像电流下,具有低功耗、和相对较低的温漂系数。spectre 仿真表明,温度在-20℃~80℃范围内,温漂为1.3ppm/℃。电源抑制比为60dB ,输出基准电压为0.585V ,电源线性调整率为0.12%。整体电路功耗为820nW 。 关键词: 带隙基准;压阈值;低功耗;低压 中图分类号:TP433 文献标识码: A Design of a low voltage and low power bandgap reference PengHe ,WangJun (School of Information Engineering ,Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621000, P . R. China ) Abstract : Based on 130 nanometer COMS Technology of SMIC, A low voltage and low power consumption bandgap reference circuit with curvature compensation was designed. The circuit according to inherent exponential relationship of MOS subthreshold region compensates higher-order temperature characteristics of transistor base emitter voltage, making the bandgap reference circuit with low power consumption, and relatively low temperature coefficient by increased only two strands of current mirror. Spectre simulation show that the temperature is in the range of -20 to 80 , and the temperature drift is 1.3ppm/℃. The power supply rejection ratio is 60dB, the output reference voltage is 0.585V , the power supply linear adjustment rate is 0.12%. The overall circuit power consumption is 820nW. Key words : band gap reference ;sub-threshold; low power consumption; low voltage 1 引 言 随着可穿戴电子产品,便携式充电电源的增 多,对芯片的功耗和性能提出了更苛刻的要求[8]。 在模数转换器,线性稳压器等集成电路设计中, 低温度系数、低功耗带隙基准源越来越重要。传 统低压带隙基准电路通过一阶补偿得到的温漂系数一般大于20ppm /℃,不能满足高性能系统芯 片的要求。为了提升基准源的精度,文献[4]通过增加一条支路消去V BE 的高阶温度项,使温漂系数降低到7ppm /℃。文献[5]提出了一种基于MOS 管压阈值特性的曲率补偿低压带隙基准电路,使基准温漂小于10ppm /℃。本章采用厚栅、低阈 值电压NMOS 管工作在亚阈值区作为补偿电路使得带隙基准电路温漂进一步改善。 本章第2节主要介绍一阶补偿低压带隙基准电路的工作原理;第3节着重阐述MOS 管处于压阈值区的电流模型,并利用泰勒展式分析高阶温度补偿电路;第4、5节基于130纳米COMS 工艺实现整体带隙基准电路与版图并给出仿真结果;第6节得出结论。 2 一阶补偿基准电路原理 一阶补偿带隙基准电路将具有正温度系数的ΔV BE (两个双极晶体管的基极-发射极电压之差)加权后与具有负温度系数的V BE (三极管的

四电压比较器LM339的8个典型应用例子

四电压比较器LM339的8个典型应用例子 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器,该电压比较器的特点是:1)失调电压小,典型值为2mV;2)电源电压范围宽,单电源为2-36V,双电源电压为±1V-±18V;3)对比较信号源的内阻限制较宽;4)共模范围很大,为0~(Ucc-1.5V)Vo;5)差动输入电压范围较大,大到可以等于电源电压;6)输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装,图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活,应用广泛,所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器,如IR2339、ANI339、SF339等,它们的参数基本一致,可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端,用“+”表示,另一个称为反相输入端,用“-”表示。用作比较两个电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压(也称为门限电平,它可选择LM339输入共模范围的任何一点),另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时,输出管截止,相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时,输出管饱和,相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态,因此,把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管,在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻(称为上拉电阻,选3-15K)。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时,它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外,各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图1a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin,即待比较电压,它加到同相输入端,在反相输入端接一个参考电压(门限电平)Ur。当输入电压Uin>Ur时,输出为高电平U OH。图1b为其传输特性。

低功耗CMOS电压基准源的设计解析

低功耗CMOS电压基准源的设计 1 引言 电压基准可以在温度及电源电压变化环境中提供稳定的参考电压,被广泛应用于比较器,A/D,D/A转换器,信号处理器等集成电路中。目前已有不少Bipolar工艺和CMOS工艺的电压基准应用于实际中,并且获得了很高的精度和稳定性。然而随着各种便携式移动通信和计算产品的普及,对电池的需求大大加强,但是电池技术发展相对落后,降低电路的功耗成为IC设计关注的一个焦点;电路的功耗会全部转换成热能,过多的热量会产生焦耳热效应,加剧硅失效,导致可靠性下降,而快速散热的要求又会导致封装和制冷成本提高;同时功耗大将导致温度高,载流子速度饱和,IC速度无法再提升;并且功耗降低,散热减少,也能减少对环境的影响。因此,功耗已成为超大规模集成电路设计中除速度,面积之外需要考虑的第三维度。 传统的带隙电压基准源面积大、功耗大、不适应低功耗小面积的要求。本文立足于低功耗、小面积、利用工作于弱反型区晶体管的特点,对传统的带隙电压基准源做出改进,设计了一款最大消耗380 nA电流的电压基准源,大大减小了面积,且与CMOS工艺兼容,同时提出一种新的不耗电的启动电路。本文先介绍传统典型带隙基准电路的原理与功耗组成,提出改进电路结构,并进行分析,最后给出基于0.5μm CMOS工艺模型的仿真结果和测试结果。 2 传统带隙电压基准源 传统带隙基准源如图1所示。 由PTAT产生电路,负PTAT产生电路,放大器,加法器组成。原理是由Q1,Q2两个PNP三极管和电阻R3产生PTAT电流,流过电阻R2产生PTAT电压,再叠加上Q2的负PTAT电压Vbe,通过合理调整电阻R2和R3的比例产生与温度无关的电压基准。运算放大器A是为了保证B,C两点电压相等。 这种结构需要三极管、运算放大器以及若干电阻,面积比较大。其工作时电流由3部分组成:Q1支路的集电极电流;Q2支路的集电极电路,运算放大器A的工作电流。其中Q1,Q2支路的电流为VTln N/R3,其中VT=kT/q;q是电荷常量;k是波尔滋曼常数;T是绝对温度;N是三极管Q2与Q1的比值,通常为8,同时要达到好的性能运算放大器的电流不能太小以使晶体管工作于饱和区。通常传统带隙电压基准源消耗电流不小于10μA。 3 弱反型区晶体管模型 本文利用了工作在弱反型区晶体管的特点,对传统带隙电压基准电路进行了改进。工作在弱反型区的晶体管特性模型假设:

相关文档