一種紅外焦平面陣列的帶隙基準(zhǔn)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外焦平面陣列探測器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種紅外焦平面陣列的帶隙基準(zhǔn)電路。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]非制冷型紅外陣列探測器因在安全保衛(wèi)、軍事防御以及科學(xué)研究等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。非制冷紅外焦平面陣列探測器利用熱敏材料吸收紅外輻射后引起溫度改變，進(jìn)而影響自身的電阻，通過測量其電阻的變化來探測紅外輻射信號的大小。因其可在常溫下工作，無需制冷設(shè)備，并具有質(zhì)量輕、體積小、壽命長、成本低、功耗小、啟動(dòng)快以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，滿足了民用紅外系統(tǒng)和部分軍事紅外系統(tǒng)對長波紅外探測器的迫切需要，因而使這項(xiàng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。
[0004]讀出電路(ROIC)是非制冷紅外焦平面陣列(IRFPA)的關(guān)鍵部件之一，它的主要功能是對紅外探測器感應(yīng)到的微弱信號進(jìn)行預(yù)處理(如積分、放大、濾波、采樣/保持等)和陣列信號的并/串轉(zhuǎn)換。作為讀出電路的核心模塊之一帶隙基準(zhǔn)源，它的溫度穩(wěn)定度以及抗噪性能影響著整個(gè)讀出電路系統(tǒng)的精度和性能。使用帶隙基準(zhǔn)源，是為了得到與電源無關(guān)的偏置，或者為了得到與溫度無關(guān)的偏置，它的好壞直接影響電路的性能。
[0005]一般的帶隙基準(zhǔn)源，能夠滿足大部分系統(tǒng)對溫度漂移、噪聲和PSRR等性能的要求。但是，隨著集成電路的發(fā)展，要求帶隙基準(zhǔn)源電路具有更低工作電壓、更低功耗、更高精度、更低溫度系數(shù)以及更高的PSRR抑制比。因而存在對高性能低功耗的帶隙基準(zhǔn)源電路的需要。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供一種低功耗的紅外焦平面陣列的帶隙基準(zhǔn)電路，該電路能夠降低整個(gè)芯片的功耗，消除或減小由功耗導(dǎo)致的過熱或芯片損傷等不利影響。
[0008]本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括:
提供了一種紅外焦平面陣列的帶隙基準(zhǔn)電路，包括:運(yùn)算放大器電路10，所述運(yùn)算放大器電路10包括正相輸入端inp、反相輸入端inn和輸出端op_out，并且所述運(yùn)算放大器電路10使所述正相輸入端inp的電壓和所述反相輸入端inn的電壓相等；共漏極放大器電路20，所述共漏極放大器電路20的輸入端連接到所述運(yùn)算放大器電路10的輸出端op_out ;零溫漂電壓產(chǎn)生電路30，所述零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第一連接端連接到所述運(yùn)算放大器電路10的正相輸入端inp，所述零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第二連接端連接到所述運(yùn)算放大器電路10的反相輸入端inn，用于產(chǎn)生正溫系數(shù)電流并利用所述正溫系數(shù)電路產(chǎn)生基準(zhǔn)帶隙零溫漂電壓；其中，共漏極放大器電路20的輸出端連接到所述零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的基準(zhǔn)帶隙零溫漂電壓輸出端0UT，用于為所述運(yùn)算放大器電路10提供從輸出到輸入的反饋環(huán)路，并實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)算放大器電路10的輸出電壓與基準(zhǔn)帶隙電壓的線性跟隨關(guān)系。
[0009]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述共漏極放大器電路20包括第一場效應(yīng)管PMl、第二場效應(yīng)管匪I和第一電阻R1，其中:所述第一場效應(yīng)管PMl的源極連接到電源，第一場效應(yīng)管PMl的柵極連接到控制控制信號輸入端SW，所述第一場效應(yīng)管PMl的漏極連接到所述第二場效應(yīng)管匪I的漏極；所述第二場效應(yīng)管匪I的柵極連接到所述運(yùn)算放大器電路10的輸出端，所述第二場效應(yīng)管匪I的源極連接到所述零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的基準(zhǔn)帶隙零溫漂電壓輸出端OUT并通過所述第一電阻Rl接地。
[0010]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述零溫漂電壓產(chǎn)生電路30包括第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和第六電阻R_trim，其中:所述第一晶體管Ql的發(fā)射極連接到所述第二晶體管Q2的發(fā)射極并通過所述第四電阻R4接地；所述第一晶體管Ql的集電極連接到所述零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第二連接端并連接到所述第二電阻R2的一端，所述第二電阻R2的另一端連接到所述第一晶體管Ql的基極并且連接到所述第六電阻R_trim的一端；所述第二晶體管Q2的基極連接到所述零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第二連接端，所述第二晶體管Q2的集電極連接到所述零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第一連接端并連接到所述第三電阻R3的一端；所述第三電阻R3的另一端連接到所述第六電阻R_trim的所述一端；所述第六電阻R_trim的另一端連接到所述基準(zhǔn)帶隙零溫漂電壓輸出端OUT。
[0011]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述運(yùn)算放大器電路10包括第三場效應(yīng)管PM3、第四場效應(yīng)管PM4、第三晶體管Q3、第四晶體管Q4和第五電阻R5，其中:所述第三晶體管Q3的發(fā)射極接地，所述第三晶體管Q3的基極連接到所述運(yùn)算放大器電路10的同相輸入端inp，所述第三晶體管Q3的集電極連接到所述第三場效應(yīng)管PM3的漏極和柵極；所述第三場效應(yīng)管PM3的柵極連接到所述第四場效應(yīng)管PM4的柵極，所述第三場效應(yīng)管PM3的源極通過所述第五電阻R5連接到系統(tǒng)電源VDD ;所述第四晶體管Q4的發(fā)射極接地，所述第四晶體管Q4的基極連接到所述運(yùn)算放大器電路10的反相輸入端inn，所述第四晶體管Q4的集電極連接到所述運(yùn)算放大器電路10的輸出端op_oUt并且連接到所述第四場效應(yīng)管PM4的漏極；所述第四場效應(yīng)管PM4的源極通過所述第五電阻R5連接到系統(tǒng)電源VDD。
[0012]本發(fā)明的實(shí)施例中，零溫漂電壓產(chǎn)生電路包括兩條產(chǎn)生正溫系數(shù)電流的支路，增大了正溫度系數(shù)電壓，可減小R_trim的阻值，減小芯片面積。而且電路中不存在電流鏡結(jié)構(gòu)，不需要產(chǎn)生PTAT電流，在產(chǎn)生正溫系數(shù)電流的支路上直接將正溫電壓與負(fù)溫電壓疊加，大大減小了電路的消耗，實(shí)現(xiàn)了低功耗。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紅外焦平面陣列的帶隙基準(zhǔn)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)算放大器電路的結(jié)構(gòu)示意圖。。
[0016]
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例的紅外焦平面陣列的帶隙基準(zhǔn)電路的具體結(jié)構(gòu)。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一種紅外焦平面陣列的帶隙基準(zhǔn)電路包括運(yùn)算放大器電路10、共漏極放大器電路20和零溫漂電壓產(chǎn)生電路30。
[0019]運(yùn)算放大器電路10包括正相輸入端inp、反相輸入端inn和輸出端op_oUt，并且該運(yùn)算放大器電路10使正相輸入端inp的電壓和反相輸入端inn的電壓相等。共漏極放大器電路20的輸入端連接到運(yùn)算放大器電路10的輸出端op_oUt。零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第一連接端(圖1中也用inp表示)連接到運(yùn)算放大器電路10的正相輸入端inp，零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第二連接端(圖1中也用inn表示)連接到運(yùn)算放大器電路10的反相輸入端irm，用于產(chǎn)生正溫系數(shù)電流并利用該正溫系數(shù)電路產(chǎn)生基準(zhǔn)帶隙零溫漂電壓。
[0020]共漏極放大器電路20的輸出端連接到零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的基準(zhǔn)帶隙零溫漂電壓輸出端0UT，用于為運(yùn)算放大器電路10提供從輸出到輸入的反饋環(huán)路，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器電路10的輸出電壓與基準(zhǔn)帶隙電壓的線性跟隨關(guān)系。
[0021]如圖1所示，一些實(shí)施例中，共漏極放大器電路20可以包括第一場效應(yīng)管PMl、第二場效應(yīng)管匪I和第一電阻Rl。
[0022]第一場效應(yīng)管PMl的源極連接到電源(圖1的實(shí)施例中，該電源由運(yùn)算放大器電路10提供)。第一場效應(yīng)管PMl的柵極連接到控制控制信號輸入端SW，該控制信號輸入端SW可以輸入數(shù)字控制信號，例如用以控制第一場效應(yīng)管PMl的導(dǎo)通和斷開，此時(shí)第一場效應(yīng)管用作開關(guān)管。例如，正常工作時(shí)，SW可以為低電平，PMl導(dǎo)通。第一場效應(yīng)管PMl的漏極連接到第二場效應(yīng)管匪1的漏極。
[0023]第二場效應(yīng)管匪I的柵極連接到運(yùn)算放大器電路10的輸出端op_oUt。第二場效應(yīng)管匪I的源極連接到零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的基準(zhǔn)帶隙零溫漂電壓輸出端OUT并通過第一電阻Rl接地。
[0024]如圖1所示，一些實(shí)施例中，零溫漂電壓產(chǎn)生電路30可以包括第一晶體管Ql、第二晶體管Q2、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和第六電阻R_trim。
[0025]第一晶體管Ql的發(fā)射極連接到第二晶體管Q2的發(fā)射極并通過第四電阻R4接地，第一晶體管Ql的集電極連接到零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第二連接端inn并連接到第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端連接到第一晶體管Ql的基極并且連接到第六電阻R_trim的一端。
[0026]第二晶體管Q2的基極連接到零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第二連接端inn，第二晶體管Q2的集電極連接到零溫漂電壓產(chǎn)生電路30的第一連接端inp并連接到第三電阻R3的一端，第三電阻R3的另一端連接到第六電阻R_trim的前述的一端(即第二電阻R2也連接于其上的一端)，第六電阻R_trim的另一端連接到基準(zhǔn)帶隙零溫漂電壓輸出端OUT。
[0027]這些實(shí)施例中，Q2例如可以由8個(gè)并列的Ql晶體管單元構(gòu)成。Ql的集電極與運(yùn)算放大器電路10的反相輸入端inn相連，Q2的集電極與運(yùn)算放大器電路10的正相輸入端inp相連。由于運(yùn)算放大器電路10的正相輸入端inp的電壓和反相輸入端inn的電壓相等(例如，近似相等，本文中，當(dāng)提及電壓相等時(shí)，不嚴(yán)格限制電壓必須完全相等，而是兩個(gè)電壓之間的差在一定誤差范圍內(nèi)時(shí)仍然包含在本文中的“相等”的范圍內(nèi))，因此，Ql的集電極與Q2的集電極電位相等。Ql、Q2的發(fā)射極相連并連接到電阻R4，R4的另一端接地。Ql的集電極同時(shí)接電阻R2，電阻R2的另一端接Ql的基極與電阻R_trim，電阻R2兩端的壓降是Ql的基極-發(fā)射極電壓(Vbel)與Q2的基極-發(fā)射極電壓(Vbe2)之差，所以，流過R2的電流為正溫系數(shù)電流。同時(shí)，Q2的集電極接電阻