极低噪声高精度PN结电压基准：一种全新类型的电压基准
本帖最后由 czyh 于 2024-7-19 20:21 编辑<p> PN结和肖特基结的电压在好几倍于热电压Vt以上时，电压电流关系可简化为V=ln（I/Is）* Vt ，由于饱和漏电流Is随温度增高而呈指数型增大，所以PN结肖特基结正向电压都呈明显的负电压温度系数，不适宜作为电压基准。普通肖特基比普通硅PN结的反向电流大好几个数量级， 当把反向肖特基与PN结串联时，用反向肖特基随温度升高而呈指数型增大的反向电流给PN结供电，结果PN结的电压温度系数发生了明显的变化，其电压为V=ln（I/Is）* Vt，I为肖特基反向电流，Is为PN结反向饱和电流。实验证明，当两者电流密度配合适当并串入一个合适的电阻修正后，PN结电压V几乎不随温度变化，电压温度系数在数十度温度范围内几乎为零——于是，一种全新类型的极低噪声高精度电压基准诞生了：PN结电压基准或者说PN结肖特基结电压基准。在普通肖特基与硅PN结的组合实验中，PN结上的基准电压约为0.5V，很适宜通过两路PN结肖特基结的组合形成高精度1V电压基准，可以在接近1V的低电源电压下工作。也很容易通过正向PN结或肖特基结的串联获得其它电压值的电压基准。 在简单的PN结肖特基结电压基准的组合实验中，1V电压基准的温漂能达到低于3PPM,0.1~10 Hz噪声低至0.2uVp-p，与带隙基准相比，具有明显的优势。</p>
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<p> 发明专利申请号2018109442265</p>
<p>带隙基准电压的根源也来源于PN结电压，是明显负温度系数PN结电压与不同电流密度下的正温度系数电压差的放大后的叠加。但对这个电压差放大的同时也放大了PN结的噪声与其它误差，限制了带隙基准的精度与噪声水平。因此新发明的PN结肖特基结电压基准相对带隙基准具有高精度与极低噪声的优势</p><br/> 本帖最后由 czyh 于 2024-7-17 06:22 编辑
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<blockquote><font color="#999999">czyh 发表于 2024-7-16 23:56</font> <font color="#999999">带隙基准电压的根源也来源于PN结电压，是明显负温度系数PN结电压与不同电流密度下的正温度系数电压差的放大 ...</font></blockquote>
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<p>1V超低噪声高精度低压差串并联电压基准示意图: R51、D51、对Q51实现电压温度系数补偿, Q51的电压约为0.5V；R52、D52则对Q52的Vb进行电压温度系数补偿。而Q53、R53、R55则为附加温度系数调整, 可以对整体的电压温度补偿误差通过改变R53、R55电阻比来精密调整, 对非线性误差也可以改变Q53的参数、改Q53参数或改为其它温度敏感元件、改变调整电路组合等方法进行精密调整。三极管Q52的C极接反向肖特基D52后，不仅使Vbe电压温度系数得到补偿，使Q52能准确的放大来自基极的电压信号；由于反向肖特基的恒流特性,还使电压放大倍数增加好多倍。在电路中，Q52的be极与Q51构成电压检测回路，回路中没有其它元件，使得电压检测灵敏度非常高，Vref略有偏移或波动就有灵敏的反应, 限制其灵敏度的因素只有Q52、Q51be极本身极低的低频噪声。图中，Vcc为外部电源，Vdd为负载电流输出端，给负载提供高精度电压、电流；GND为公共端，Vref则为接近电压取样三极管Q51、Q52端子的电压精准输出端，Vdd负载输出的电流不流经+Vref、-Vref组成的回路,Vdd输出电流的线路压降对Vref几乎不构成影响。当Vcc接外部电源时，就构成串联稳压基准，最低压差仅仅是场效应管N-JEFT的最低压降。 图示电路经实际测试，具有极高电源直流电压抑制比。在输出1.00V时, 空载时电源电压从1.05V到12V, Vref输出变化小于0.2uV。0.1到10Hz的1/f噪声极低, 峰-峰值可低达0.2uV。 图中所示电路还可以对较大电流的负载进行并联稳压, 用Vdd、GND端子与负载并联即可, 由Q55执行控制电压功能；如果专门用于并联稳压，可省略N-IFET。反之，如果对旁路电流功能没有要求，也可省略Q55这一组电路。</p>
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本帖最后由 czyh 于 2024-7-17 06:27 编辑
<p>1V超低噪声高精度串并联电压基准示意图</p>
本帖最后由 czyh 于 2024-7-19 19:57 编辑
<p><p>PN结电流密度越大，电压温度系数越正。所以通过改变PN结的结面积或者反向肖特基的结面积达到改变电压温度系数的目的。当电流密度合适时，PN结的电压温度系数几乎为零。</p></p>
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<p>在图2a中，由于正向PN结Q1有欧姆电阻，随着温度升高，电流呈指数型增大，Q1上的欧姆电阻压降也呈指数型增大，使得温度较高时电压温度系数明显变正。图2b中串入一个适当电阻，使得温度升高时肖特基的反向电压也相应变低，抵消Q1欧姆电阻的影响，实验证明效果很好，可以使PN结的温度系数在数十度温度范围内电压温度系数低于3ppm。</p>
<div class='shownolgin' data-isdigest='no'> 本帖最后由 czyh 于 2024-8-11 22:12 编辑
<p>中国及多国专利信息查询网站上显示专利申请已经进入到等待发授权办理登记通知书的状态了</p>
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</div><script>showreplylogin();</script><script type="text/javascript">(function(d,c){var a=d.createElement("script"),m=d.getElementsByTagName("script"),eewurl="//counter.eeworld.com.cn/pv/count/";a.src=eewurl+c;m.parentNode.insertBefore(a,m)})(document,523)</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='no'><p>专利业务办理系统收到授权通知书了</p>
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