具有发射极电阻补偿的对数电流电压转换器的制作方法

本发明的实施例涉及电子系统，并且更具体地涉及用于对数转换或检测的电子电路。

背景技术：

1、对数转换器或检测器提供相对于所施加的输入信号的对数而变化的输出信号。

2、一种类型的对数检测器是反线性对数检测器，其使用双极晶体管的反线性特性来提供对数转换。在一个示例中，npn双极晶体管的集电极和基极分别直接连接到n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管的栅极和源极。此外，输入电流被施加到npn双极晶体管的集电极，并且npn双极型晶体管的基极产生对数电压。尽管这样的电路可以提供对数检测，但是npn双极晶体管的集电极到基极的电压不是非常接近于零，导致不期望的性能特性，例如对于小的输入电流来说较差的对数线性动态范围。

3、在反线性对数检测器的另一示例中，npn双极晶体管的集电极和发射极分别直接连接到运算放大器(op-amp)的反相输入和输出。此外，npn双极晶体管的基极和运算放大器的非反相输入接地，同时将输入电流施加到npn双极型晶体管的集电极，使得npn双极性晶体管的发射极产生对数电压。通过使用运算放大器，可以将npn双极晶体管的集电极-基极电压控制为接近零。

4、在某些应用中，对数检测器的第二副本被包括在内并由参考电流驱动，对数检测器对之间的差被用来抵消npn双极晶体管的饱和电流。

技术实现思路

1、本文公开了具有发射极电阻补偿的对数电流-电压转换器。在某些实施例中，对数电流-电压转换器包括将输入电流转换为对数电压的对数双极晶体管，以及包括对数双极晶体管的复制品的发射极电阻补偿电路。发射极电阻补偿电路处理输入电流的副本以产生发射极电阻校正信号，该信号调整对数电压以校正由对数双极晶体管的发射极电阻引入的误差。通过在这方面提供发射极电阻补偿，实现了具有高精度和低对数误差的对数电流到电压转换。

2、在一个方面，对数电流-电压转换器包括被配置为接收输入电流的输入端子、具有连接到输入端子的集电极和被配置为生成对数输出电压的发射极的对数双极晶体管、以及包括对数双极晶体管的复制品的发射极电阻补偿电路。发射极电阻补偿电路被配置为接收输入电流的副本并生成补偿信号，该补偿信号可操作以调整对数电压以校正由对数双极晶体管的发射极电阻引起的误差。

3、在另一方面，一种光电流检测系统包括被配置为产生输入电流的光检测器和包括对数转换器的半导体管芯。对数转换器包括被配置为接收输入电流的输入端子、具有连接到输入端子的集电极和被配置为生成对数输出电压的发射极的对数双极晶体管、以及包括对数双极晶体管的缩放复制品的发射极电阻补偿电路。发射极电阻补偿电路被配置为接收输入电流的缩放副本并生成补偿信号，该补偿信号可操作以调整对数电压以校正由对数双极晶体管的发射极电阻引起的误差。

4、在另一个方面，提供了一种对数电流到电压转换的方法。该方法包括从输入端子向双极晶体管的集电极提供输入电流，从对数双极晶体管的发射极提供对数输出电压，以及使用发射极电阻补偿电路生成补偿信号，该发射极电阻补偿电路包括对数双极晶体管经缩放的复制品。生成补偿电路包括接收输入电流的缩放副本作为发射极电阻补偿电路的输入，并使用补偿信号调整对数电压以校正由对数双极晶体管的发射极电阻引起的误差。

技术特征：

1.一种对数电流-电压转换器，包括：

2.根据权利要求1所述的对数电流-电压转换器，其中所述补偿信号与所述发射极电阻成比例。

3.根据权利要求1所述的对数电流-电压转换器，其中所述发射极电阻补偿电路包括一对双极晶体管，所述双极晶体管被配置为感测基于所述对数双极晶体管的发射极电阻乘以所述输入电流的缩放复制品而变化的差电压。

4.根据权利要求3所述的对数电流-电压转换器，其中所述差电压是在具有至少四比一的电流密度比的一对缩放复制品晶体管之间感测的。

5.根据权利要求4所述的对数电流-电压转换器，其中通过与所述电流密度比的自然对数乘以热电压成比例的电压来校正所述差电压。

6.根据权利要求3所述的对数电流-电压转换器，其中所述一对双极晶体管被与绝对温度(ptat)成比例的电流偏置。

7.根据权利要求1所述的对数电流-电压转换器，其中所述输入电流的复制品在大小上相对于所述输入电流按比例缩小。

8.根据权利要求1所述的对数电流-电压转换器，其中所述对数双极晶体管的复制品在尺寸上相对于所述对数双极晶体管按比例缩小。

9.根据权利要求1所述的对数电流-电压转换器，还包括对数双极晶体管，所述对数双极晶体管具有被配置为接收参考电流的集电极，其中所述对数输出电压在接收所述输入电流的对数双极晶体管的发射极与接收所述参考电流的对数双极晶体管的发射极之间差分地取用。

10.根据权利要求9所述的对数电流-电压转换器，还包括输出放大器，所述输出放大器被配置为接收第一输入和第二输入之间的对数输出电压。

11.根据权利要求9所述的对数电流-电压转换器，其中所述补偿信号是提供给所述输出放大器的所述第一输入的补偿电流。

12.根据权利要求1所述的对数电流-电压转换器，还包括双极晶体管，所述双极晶体管具有连接到所述对数双极晶体管的发射极的集电极。

13.根据权利要求12所述的对数电流-电压转换器，还包括连接在所述双极晶体管的发射极和地电压之间的电阻器。

14.根据权利要求12所述的对数电流-电压转换器，还包括场效应晶体管，所述场效应晶体管具有连接到所述对数双极晶体管的集电极的栅极和连接到所述双极晶体管的基极的源极。

15.根据权利要求1所述的对数电流-电压转换器，还包括产生所述输入电流的输入电流源。

16.一种光电流检测系统，包括：

17.根据权利要求16所述的光电流检测系统，其中所述补偿信号与所述发射极电阻成比例。

18.根据权利要求16所述的光电流检测系统，其中所述发射极电阻补偿电路包括一对双极晶体管，所述双极晶体管被配置为感测基于所述对数双极晶体管的发射极电阻乘以所述输入电流的缩放复制品而变化的差电压。

19.一种对数电流到电压转换的方法，该方法包括：

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述补偿信号与所述发射极电阻成比例。

技术总结本文公开了具有发射极电阻补偿的对数电流‑电压转换器。在某些实施例中，对数电流‑电压转换器包括将输入电流转换为对数电压的对数双极晶体管，以及包括对数双极晶体管的复制品的发射极电阻补偿电路。发射极电阻补偿电路处理输入电流的复制品以产生发射极电阻校正信号，该信号调整对数电压以校正由对数双极晶体管的发射极电阻引入的误差。通过在这方面提供发射极电阻补偿，实现了具有高精度和低对数误差的对数电流到电压转换。技术研发人员：P·M·斯特罗特受保护的技术使用者：美国亚德诺半导体公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29