[发明专利]应用于MEMS惯性器件的1/f噪声的带隙电压基准电路

说明书

本发明属于模拟集成电路设计技术领域，公开了一种应用于MEMS惯性器件的1/f噪声的带隙电压基准电路，带隙电压基准电路由电流源模块、温度敏感模块、频率补偿模块、比例电阻模块、斩波放大器模块组成。本发明通过在电流源模块和运算放大器模块处加入斩波开关来对信号进行调制，并在电路中加入频率补偿模块，从而大幅减弱电路中1/f噪声的影响并提高电路的闭环稳定性。通过合理调节比例电阻参数，即可在斩波放大器中输出与温度无关的电压值。解决了MEMS惯性器件中由由低频1/f噪声引起的MEMS惯性器件的零位稳定性差和阈值分辨率低的问题。

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计技术领域，尤其涉及一种应用于MEMS惯性器件的1/f噪声的带隙电压基准电路。

背景技术

目前，由于温度、工艺偏差等非理想因素的影响，实际电源中往往存在着各种噪声。而随着MEMS惯性器件的尺寸在不断缩小，这种噪声的影响也越来越严重。针对温度偏移，一种常见的解决办法是采用带隙电压基准电路(Bandgap Voltage ReferenceCircuit)作为电路中的参考电压电路，因其可以提供与温度无关的稳定参考电压。同时，为了减少工艺偏差带来的运放失调电压和噪声的影响，带隙电压基准电路中往往还要在跨导运算放大器(Operational Tans-conductance Amplifier，OTA)中加入斩波开关()来消除1/f噪声和失调电压的影响。

如图1是一种典型的带斩波放大器的带隙电压基准电路，包括一组由OTA输出端驱动的电流源、一对反馈电阻、一个带有斩波的跨导运算放大器和一个分量模块。电阻R1、R2分别与OTA和电流源形成负反馈和正反馈回路，分量模块中电阻3提供正温度系数的电压，晶体管1和晶体管2提供负温度系数的电压，通过合理调节参数即可在OTA输出端得到与温度无关的稳定电压。

MEMS惯性器件的信号调理电路对参考电压的要求非常高，其低频1/f噪声很大程度上决定了器件的零偏稳定性和分辨率等关键参数。在现有的一些设计中，尽管OTA中的失调电压和1/f噪声得到了抑制，但由电流源的非理想性和电阻对R1、R2的工艺偏差引入的噪声和环路不稳定因素仍不能有效地消除。显然这种结构的电路已不能满足高精度稳定的参考电压设计。

另外，对参考电压的要求是稳定可靠，图1所示的结构中，存在正负反馈两个环路，只有当负反馈系数大于正反馈系数时，模块才是稳定可靠的。并且这种稳定性是随着工作电流、负载电容和环境温度的变化而变化的。提升参考电源模块的可靠性和稳定性是非常有必要的。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术中，MEMS惯性器件中由加工工艺、温度等偏差和1/f噪声引起的误差引起的MEMS惯性器件的零位稳定性差和阈值分辨率低。

(2)现有技术中，大多采用了低1/f噪声的斩波放大器，忽略了电流源地低频噪声。

(3)现有技术中，对基准源的可靠性研究不足。

解决以上问题及缺陷的难度为：

包括：不同的应用场景，以及应用场景下性能提升的有效性措施。

解决以上问题及缺陷的意义为：

本发明设计了一种应用于MEMS惯性器件的低1/f噪声电压基准源电路，能够有效地抑制电路中电流源引入的1/f噪声和运放中的1/f噪声，并且通过频率补偿提高了反馈环路的稳定性，使得MEMS惯性器件在不同的温度和工艺偏差下有更精准的稳定参考电压，提升MEMS惯性器件的零偏稳定性和分辨率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种应用于MEMS惯性器件的1/f噪声的带隙电压基准电路，具体涉及一种应用于MEMS惯性器件的高可靠极低1/f噪声的带隙电压基准电路。

本发明是这样实现的，一种具有低1/f噪声斩波稳定的带隙电压基准电路，包括：