简介本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/21044.htm
当前，许多通讯系统中需要高速、高分辨率的模数转换器。相比较其他结构的adc，流水线结构(pipeline)的adc具有速度和功耗优势。每一级量化器和余量增益放大器都需要精密的参考电压。尤其是在多级并带有很大电容负载的高分辨率adc上，增加了参考电压的负载。因此对于高速、高分辨率的流水线adc，精密的参考电压必须要有缓冲器来保证一定的精度和建立时间，对于高速系统，需要参考电压保持精度和速度的情况下对电容进行充放电，这对电路设计工程师来说是一个很大的挑战，这也是很多高速adc一般都采用外部参考电压或参考电流的原因。本文着重于在此工作条件下参考电压和参考电流的设计，同时也贯穿了系统设计的方法。文章从设计目标到芯片测试，描述了整个设计流程。这种设计方法对模拟电路设计自动化也很有借鉴意义，尤其是对模拟电路的拓扑选择和产生。本文所描述的参考系统在实际的adc电路中实现，测试结果显示电源抑制比和温度特性比较好，非常成功的集成在10bit采样率40msps的pipeline
adc中。
本文第二节描述系统的架构，第三节详细介绍系统的电路实现，第四节给出了测试结果，最后总结了本文的论述。
电路架构设计
整个电路系统设计是使pipeline adc产生对工作电源电压、生产工艺和工作温度都不敏感的参考电压和电流。带隙基准源(bandgap)是在cmos工艺中常用的对温度不敏感的结构，系统中还需有电压电流转换电路(v/i
converter)。一般流水线adc需要正负两个参考电平，因此需要电平移位电路(voltage shifter)产生所需的电压。为了保证高速高精度地对电容充放电，参考电压必须采用缓冲器来(reference
buffer)得到必需的精度和建立时间。最后还需要低通滤波器(lpf)来达到系统输出的低噪声。整个系统架构如图1所示。
首先，带隙结构(模块1)产生一个基本的对电源电压、生产工艺和工作温度都不敏感参考电压，后面是一个低通滤波器(模块2)，再通过电压电流转换电路得到参考电流(模块3)，电平移位电路(模块4)用来产生所需要的电压，最后采用两个缓冲器(模块5)作为电压驱动。电压电流转换的最简单办法是采用电阻，但是由于芯片上的集成电阻的工艺偏差可以达到
20%，转而采用外部精密低温漂的电阻。
电路实现
模块1 - 带隙基准源
图2是cmos工艺下带隙参考电压的电路图，主要是利用双极性晶体管基极、发射极的负温度系数和热电压(kt/q)的正温度系数进行工作。
整个电路的工作原理是：由于运算放大器具有很高的直流电压增益，使通过r1、r2的电压相同，通过的电流反比于电阻值的大小，因此e-b结的电压差就是：
vt 是热电压(kt/q， ~26 mv at 300 k)，a1、a2分别是q1、q2发射极的面积。同时，这个电压也是通过r3的电压。
因此，通过r2上的电压是：
由于r1、r2上的电压相同，所以
从上面的推导可以看出，输出电压是由负温度系数的基极集电极电压和正温度系数的热电压决定的。如果选定合适的r2、r3的大小，就可以得到零温漂的电压输出。
高增益的运算放大器
从上面电路可以看出，带隙电路中最关键的是保证r1、r2上的电压相同，这也就要求电路中放大器要有很高的直流增益和较大的输出驱动能力，而对信号带宽并没有较高的要求。图3所示就是放大器的结构图。放大器具有两级结构，第一级保证具有较高的增益，第二极具有较大的驱动能力。
直流增益为：
a0=gm1.rom9.gm10.rout(4)
其中，gm1是输入管m1的跨导，rom9是m9的输出阻抗，rout是输出节点的等效输出阻抗。因此为了得到较高的直流增益，就需要增加四个参数，尤其是增加m11的沟道长度。为了保证放大器的稳定性，在第一级输出上增加一个电容(mc)。这个电容可以采用pmos管，来节省面积和提高电源抑制比。
模块 2 - 低通滤波
为保证有高精度直流电压输出，有必要在输出端加入低通滤波器。由于对带宽没有严格要求，简单的rc滤波器就可以了。同样，为了节省面积，电容可以采用mos管来实现。具体电路如图4。
模块 3 - 电压电流转换器
模块1产生的参考电压通过单位增益的缓冲器和外部精密的电阻就可以产生精密的电流源了。考虑到外部电阻很难估计的寄生电容、电感以及封装的影响，缓冲器应该以跟随器的形式来保证稳定。图5是电压电流转换的拓扑结构。缓冲器可以采用上文中所描述的电路来实现。

用于
Pipeline ADC
的参考电压和参考电流的电路系统
美国模拟器件(上海代表处)
宋浩然
摘要
–
稳定、精密的参考电压和参考电流是
pipeline ADC
电路中必不可少的。尤其是系统
工作在高速转换的情况下，
设计如此的参考系统更成为电子工程师的挑战。
本文通过系统的
设计方法，
详细地介绍了参考电压电流系统的设计流程。
最后，
测试的结果验证了本文描述
的系统的精度以及设计方法的高效性。
关键字：电源
,
模数转换器、参考电压、参考电流、系统设计方法
I.
简介
目前许多通讯系统中需要高速、高分辨率的模数转换器。相比较其他结构的
ADC
，流
水线结构(
pipeline
)的
ADC
具有速度和功耗的优势。在每一级量化器和余量增益放大器都
需要精密的参考电压。尤其是在多级并带有很大电容负载的高分辨率
ADC
上，增加了参考
电压的负载。因此在高速、高分辨率的流水线
ADC
，精密的参考电压必须要有缓冲器来保
证一定的精度和建立时间，
对于高速系统，
需要参考电压保持精度和速度的情况下对电容进行充放电，
这对电路设
计工程师来说是一个很大的挑战。这也是很多高速
ADC
一般都采用外部的参考电压或参考
电流的原因。
因此本文着重于在此工作条件下参考电压和参考电流的设计，
同时也贯穿了系
统设计的方法。
文章从设计目标到芯片测试，
描述了整个设计流程。
这种设计方法对模拟电
路设计自动化也很有借鉴意义，
尤其是对模拟电路的拓扑选择和产生。
本文所描述的参考系
统在实际的
ADC
电路中实现，测试结果显示电源抑制比和温度特性比较好，非常成功的集
成在
10bit
采样率
40MSPS
的
pipeline ADC
中。
本文第二节描述系统的架构，
第三节详细介绍系统的电路实现，
第四节给出了测试结果，
最后总结了本文的工作。

看过如何看懂电路图？看作者如何从单元电路搭建完整电磁炉电路这篇文章的的同学，会发现文中出现了一个新的元器件——交流互感器
求知是学习电子电路必不可少的精神
我们知道，电阻可以用来测量电流，因为电流流过电阻，就会在其两端产生电压
但是电阻不适合测量很大的电流，而这时候就要用到交流互感器了
交流互感器实物
交流互感器实物
交流互感器实物
交流互感器的原理.
交流互感器和变压器一样，利用的是电磁感应原理
交流互感器解析图
如上图所示，交流互感器的主绕组(初级绕组)匝数很少，而副绕组(次级绕组)匝数多
我们知道，变压器初级匝数和次级匝数的比值叫做匝数比，初级电压除以初级匝数等于次级电压除以次级匝数
交流互感器也遵循匝数比，初级电流乘以初级匝数等于次级电流乘以次级匝数
关系图
交流互感器关键参数.
电流比——电流比也称作匝数比，即初级绕组流过的电流和次级绕组的比值。如10A：0.1A表示初级流过10A电流时，次级将产生0.1A电流。
额定容量——我们知道，磁性材料都有一个磁饱和值，在磁饱和后，磁场将不再增大，电磁感应原理将不再适用，交流互感器将失效。
绕组额定电流——初级绕组和次级绕组额定电流规定了其长期工作的电流，这主要由绕组线径决定。
额定电压——额定电压主要取决于初级绕组和次级绕组的隔离间隙。
只能使用在交流电路中——这一点是最重要的，因为交流电路(包括脉动直流)，才能产生持续变化的磁场，才能在次级感应到电流
交流互感器应用电路.
交流互感器基本应用电路
↑从图中可以看到，220VAC变化的电流从初级感应到了次级，在次级产生变化的电流，变化的电流流过电阻，产生了变化的电压
↑图中的交流互感器的电流比为100:1，假定初级流过10A电流，次级将产生10A * 1 / 100 = 0.1A的电流，0.1A的电流流过50R的电阻，将会产生0.1A * 50R = 5V的电压
在T1没变的情况下，我们改变R1的阻值，就会产生不一样的电压
需要对产生的变化电压进行整流
↑变化的电压需要整流滤波后才能被ADC正确测量，图中引入了整流桥D1，滤波电容C1，电容放电电阻R2，二极管有较大的压降，需注意补偿压降
交流互感器就讲到这里啦
考验一下你们，文中说电阻不适合检测大电流，同学们知道为什么吗？
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三极管集电极直流电路就是集电极与直流工作电压端之间的电路，这一直流电路是三极管3个电极直流电路中变化最少的电路。
1.三极管集电极直流电路特点和分析方法
集电极直流电路特点
工作在放大状态下的三极管，无论三极管集电极电路如何变化，三极管的集电极必须与直流工作电压端或地线之间成直流回路，构成集电极的直流通路，三极管的集电极直流电路就是要构成集电极直流电流的回路。
只要是能够构成集电极直流电流回路的元器件都可以是集电极直流电路中的元器件。
三极管集电极与直流电压端之间，或是与地线之间有两种情况。
(1)集电极直接与直流电压端相连(二者之间没有元器件)。
(2)通过一个电阻器或其他元器件相连。
这两种集电极直流电路与该三极管构成何种类型的放大器有关。
电路分析方法
分析这一直流电路时，首先在电路中找到三极管电路符号，然后找到三极管的集电极，从集电极出发向直流电压端或是地线端查找元器件，这些元器件中的电阻器或是电感器、变压器很可能是构成集电极直流电路的元器件，特别是电阻器。
电容器可以不去考虑，因为电容器具有隔直流电流的特性，它不可能构成直流电路。
2.常见集电极直流电路
(1)正电源供电NPN型三极管典型集电极直流电路之一。如图1-112所示，VT1是NPN型三极管，+V是正极性直流工作电压端，电阻R2接在三极管VT1集电极与正极性直流工作电压+V端之间，集电极电阻R2构成三极管VT1集电极电流回路。
图1-112 示意图
集电极电流的回路是：正极性直流工作电压+V端→R2→VT1集电极→VT1发射极→L1→地端。三极管集电极直流电流回路是从电源端经过三极管集电极、发射极到地线，再由电源内电路(电路中未画出)构成的闭合回路。
(2)正电源供电NPN型三极管典型集电极直流电路之二。如图1-113所示，当三极管接成共集电极放大器时，三极管的集电极将直接接在直流工作电压+V端，而没有集电极负载电阻，此时必须在三极管VT1的发射极接上发射极电阻R2。
图1-113 示意图
集电极电流回路是：正极性直流工作电压+V端→VT1集电极→VT1发射极→R2→地端。
(3)负电源供电NPN型三极管典型集电极直流电路之一。如图1-114所示，电路中的VT1是NPN型三极管，-V是负极性直流工作电压端，电阻R4接在三极管VT1集电极与地线之间，这样构成三极管VT1集电极电流回路。
图1-114 示意图
集电极电流回路是：地端→R4→VT1集电极→VT1发射极→R3→负极性直流工作电压−V端。
图1-115 示意图
(4)负电源供电NPN型三极管典型集电极直流电路之二。如图1-115所示，VT1是NPN型三极管，采用负极性直流工作电压-V，R2是VT1发射极电阻。VT1集电极直接接地线，没有集电极负载电阻，三极管VT1构成共集电极放大器。
集电极电流回路是：地端→VT1集电极→VT1发射极→R2→负极性直流工作电压−V端。
(5)正电源供电PNP型三极管集电极直流电路。如图1-116所示，VT1是PNP型三极管，+V是正极性直流工作电压端，电阻R4接在三极管VT1集电极与地线之间，集电极电阻R4构成三极管VT1集电极电流回路。
图1-116 示意图
集电极电流回路是：正极性直流工作电压+V端→R3→VT1发射极→VT1集电极→R4→地端。
(6)负电源供电PNP型三极管集电极直流电路。如图1-117所示，VT1是PNP型三极管，-V是负极性直流工作电压端，电阻R3接在三极管VT1集电极与负极性直流工作电压-V端之间，这样构成三极管VT1集电极电流回路。
图1-117 示意图
集电极电流回路是：地端→R4→VT1发射极→VT1集电极→R3→负极性直流工作电压−V端。
3.变形集电极直流电路
图1-118所示是一种三极管集电极直流电路变形电路。电路中的VT1是NPN型三极管，采用正极性直流电压+V供电，R1是三极管VT1固定式偏置电阻，T1是变压器，它的一次绕组L1接在三极管VT1集电极回路中。
图1-118 一种三极管集电极直流电路变形电路
根据集电极直流电路分析方法可知，VT1集电极与直流工作电压+V端之间有两个元器件，一个是变压器T1的一次绕组L1，另一个是电容器C1，在这一电路中集电极回路中没有电阻。
由于电容器具有隔开直流电的特性，所以电容器C1是不能构成VT1集电极直流电流回路的。根据绕组的特性可知，绕组L1可以让直流电流流过，所以T1的一次绕组L1构成了这一电路中三极管VT1的集电极直流电流回路。