电子电路的电流和/或电压控制的控制电路 |
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申请号 | CN200580035663.6 | 申请日 | 2005-10-13 | 公开(公告)号 | CN101044675A | 公开(公告)日 | 2007-09-26 |
申请人 | ATMEL德国有限公司; | 发明人 | 弗伦茨·贝克; | ||||
摘要 | 提出了一种 电子 电路 (12)的 电流 和/或 电压 控制的控制电路(10),具有输入级(72),该输入级具有至少一个输入端(68),一个供电电压 端子 (76),一个 放大器 元件(78)和一个部分电路(80),其中放大器元件(78)具有工作电流区段和控制端子(82),其中所述部分电路(80)将 偏压 施加到控制端子(82)上,并且其中所述输入端(68)与所述控制端子(82)相连接。控制电路的特征在于,部分电路(80)提供偏压,该偏压与施加于供电电压端子(76)上的供电电压以及放大器元件(78)的电流增益无关。 | ||||||
权利要求 | 1.一种电子电路(12)的电流和/或电压控制的控制电路(10), 该控制电路具有一个输入级(72),该输入级具有至少一个输入端 (68)、一个供电电压端子(76)、一个放大器元件(78)和一个部分 电路(80),其中该放大器元件(78)具有一个工作电流区段和一个 控制端子(82),其中所述部分电路(80)将一个偏压施加到该控制 端子(82)上,并且其中所述输入端(68)与所述控制端子(82)相 连接,其特征在于,该部分电路(80)提供一个偏压,该偏压与施加 于供电电压端子(76)上的供电电压以及该放大器元件(78)的电流 增益不相关。 |
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说明书全文 | 本发明涉及一种电子电路的电流和/或电压控制的控制电路,具有 输入级,该输入级具有至少一个输入端、一个供电电压端子,一个放大 器元件和一个部分电路,其中放大器元件具有工作电流区段 (Arbeitsstromstrecke)和控制端子,其中所述部分电路将一个偏压施加 到该控制端子上,并且其中所述输入端与所述控制端子相连接。在此,偏压(偏置电压)的概念在这里描述了由供电电压导出的直 流电压,该直流电压被产生用于设定在没有输入信号时的工作点。 这种控制电路例如被用于在DVD设备中借助所谓的“单端(Single ended)”控制信号来接通写通道或读通道的激光驱动器的电流源。“单 端”信号的例子是CMOS信号、TTL信号和RS-422信号。 在已知的控制电路中,在源自相同的制造的集成控制电路的不同的 样本之间,在控制电路的输出信号的值中出现不希望的偏差。 在该背景下,本发明的任务在于,提供一种具有降低的由制造而引 起的偏差的改善的控制电路。 该任务在开始提及类型的控制电路中通过这种方式解决,即偏压与 位于供电电压端子上的供电电压以及放大器元件的电流增益无关。 通过这些特征,完全解决了本发明的任务。本发明基于以下的认识: 已知的控制电路具有被连接为射极跟随器的双极型晶体管作为放大器 元件,其中偏压通过电路内部的电压源提供。该电压源通过大的电阻与 双极型晶体管的用作控制端子的基极连接,使得偏压作为偏置电阻的值 和流过偏置电阻的双极型晶体管基极电流的乘积而得到。射极跟随器具 有电流增益,该电流增益已知地被定义为集电极电流与基极电流的比 例。 电流增益的由于制造而引起的偏差反映到基极电流的偏差中并且 由此反映到偏压的偏差中,这不期望地影响了工作点并且由此影响了控 制电路的输出信号。因为流过射极跟随器的工作电流区段的电流与供电 电压相关,所以由于制造引起的供电电压的波动通过集电极电流和电流 增益反映在基极电流中并且由此同样反映在偏压的波动中。 通过根据本发明的偏压的提供,排除了不希望的波动的原因,其中 该偏压不但与位于供电电压端子上的供电电压无关,而且也与放大器元 件的电流增益无关。 一种优选的构型考虑了,该部分电路具有:电流源,第一晶体管, 电流镜,由第一电阻、作为二极管被连接的第二晶体管的工作电流区段 和第二电阻构成的第一串联电路,由第三晶体管和第四晶体管的工作电 流区段和具有与第二电阻相同的值的第三电阻构成的第二串联电路,以 及第五电阻,其中电流源被连接到供电电位端子上;该构型还考虑了, 第一晶体管将由电流源提供的电流划分为基极电流和集电极电流,第一 串联电路位于接收集电极电流的第一节点和参考电位端子之间,第二串 联电路位于供电电位端子和参考电位端子之间,第二、第三和第四晶体 管是相同的,第三晶体管的基极被连接到第一节点上并且与电流镜一同 从第一节点拉出基极电流的n倍,位于第三和第四晶体管之间的第二节 点通过偏置电阻和输入信号电阻与输入端相连接,位于偏置电阻和输入 信号电阻之间的第三节点与放大器元件的控制端子相连接,放大器元件 的工作电流区段传导第一晶体管的集电极电流的m倍,并且偏置电阻的 值是第一电阻和第二电阻的值之和的m等分的n+1倍。 通过这些具体的电路技术的措施,产生了偏压,其中不但放大器元 件的基极电流而且供电电压的影响都被自动地并且完全地补偿。通过放 大器元件的基极电流的补偿,同时实现了输入级的输出信号的电平的限 制。由此,也可以处理不同的输入信号电平,而不必进行电路技术上的 与单个的输入信号的匹配。 还优选的是,输入级具有至少一个另外的输入端以及一个另外的具 有另外的工作电流区段和另外的控制端子的放大器元件,并且位于第三 和第四晶体管之间的第二节点通过另外的偏置电阻和另外的输入信号 电阻与输入端相连接,一个位于另外的偏置电阻和另外的输入信号电阻 之间的第四节点与该另外的放大器元件的该另外的控制端子相连接,该 另外的放大器元件的一个工作电流区段传导第一晶体管的集电极电流 的m倍,并且该另外的偏置电阻具有第一电阻和第二电阻的值之和的m 等分的n+1倍。 替代开始提及的“单端”控制信号,例如为了接通在DVD设备中 的写通道或者读通道的激光驱动器的电流源,通常也使用具有宽的偏移 电压范围的差分(differentielle)信号(LVDS,LVDECL)。为此,通常 不同的输入级是必须的。所提及的构型具有特别的优点,即不但“单端” 信号而且差分信号都可以不改变电路地被处理,而不必在处理“单端” 信号时将外部的电容设置到此后自由的输入端上用于阻隔 (Abblockung)。 一种另外的优选的构型的特点在于驱动级,其得到放大器元件的至 少一个输出信号作为驱动级输入信号并且通过差分放大器的输入端将 其放大。 差分放大器在以“单端”信号馈送的情况下引起该“单端”信号至 差分信号的转换。差分放大器的两个控制端子之一可以被简单地开路。 此外优选的是,驱动级从第一放大器元件得到第一输出信号并且从 另外的放大器元件得到另外的输出信号作为驱动级输入信号,并且将第 一输出信号通过差分放大器的第一输入端放大并且将另外的输出信号 通过差分放大器的另外的输入端放大。 通过该构型,差分放大器可以用于放大差分信号和“单端”信号, 使得不仅输入级而且驱动级都可以没有电路技术的改变地处理不仅“单 端”信号而且差分信号。 在一种另外的优选的构型的范围中,驱动级具有四路开关 (Quad-Schalter),它为驱动级的第一输出支路和/或为驱动级的另外的 输出支路提供了差分放大器的差分输出信号。 通过这种方式,差分信号可以任选地被馈送到第一输出支路和/或 第二输出支路中。 还优选的是,驱动级的至少一个输出支路具有互补的射极跟随器。 互补的射极跟随器的特点在于大的输出功率。对于这样的情况,即 控制电路控制具有低的输入电阻和由此具有高的功率要求的电流开关, 如例如在DVD设备中在高的写电流时的情况那样,该构型提供了足够 高的驱动电流用于控制电流开关。 此外优选的是,驱动级被输送至少一个控制电流,该控制电流与电 子电路的电流和/或电压信号相关,并且驱动级根据控制电流改变驱动级 的输出信号。 在DVD设备中,被接通的输出电流的曲线形状是重要的。特别是 上升沿和下降沿必须足够陡峭,并且起振过程通过窄的边界被限制。在 DVD设备中,驱动级的输出信号对于曲线形状具有重要的影响,其中 输出信号的最佳值与待接通的电流的大小相关。通过输送与电子电路的 电流和/或电压信号相关的控制电流,以及通过驱动级的输出信号的与控 制电流相关的改变,可以对于待接通的电流值的宽的范围产生所要求的 曲线形状。 一种另外的优选的构型考虑了,驱动级被输送第一控制电流和第二 控制电流,并且第一控制电流通过电流镜被加到为差分放大器供电的电 流上。 通过该构型,改变了在驱动级的输入侧上的差分放大器的输出信 号。 还优选的是,第二控制电流控制为射极跟随器供电的电流。 通过这些构型,改变了在驱动级的输出侧上的驱动级的输出信号。 另外的优点从说明书和附图中得到。自然,前面提及的和后面还要 阐述的特征并不仅仅可以以各被说明的组合被应用,而且也可以以另外 的组合被使用或者单独使用,而不离开本发明的范围。 附图说明本发明的实施例在附图中被示出并且在随后的描述中被进一步阐 述。其中分别以示意性的形式: 图1示出了待控制的电路连同控制电路的例子的总体视图,该控 制电路具有输入级和输出级; 图2示出了具有本发明的元件的例子的输入级的电路图; 图3示出了具有本发明的元件的例子的驱动级的电路图;及 图4示出了作为控制电流的函数的控制电路输出信号。 图1示出了连同待控制的电子电路12和电路14的控制电路10, 该电路14提供电路12的输出电流的一个基本值(Basiswert)。电路12 具有输出端A和输出端B,其中输出端A、B例如可以被分配给DVD 设备的读通道或者写通道。 输出端A由电流镜16馈电,该电流镜具有一个控制支路18和一 个功率支路20。支路18、20的每一个都具有一个欧姆电阻22、24以及 一个晶体管26、28,其中控制支路18的晶体管26被连接为二极管。控 制支路18与一个第一输出晶体管30的和一个控制电流晶体管32的工 作电流区段一同串联地位于供电电位34和参考电位36之间。此外,一 个欧姆电阻38还可以被组合到该串联电路中。一个第二电流镜40为输 出端B馈电并且被一个第二输出晶体管42控制。电流镜40如电流镜 16那样被构造,并且由此具有带一个欧姆电阻46和一个晶体管二极管 48的控制支路44以及带一个欧姆电阻52和一个晶体管54的功率支路 50。 一个第三输出晶体管56与电流镜16和40并联地位于供电电位34 和控制电流晶体管32之间。控制电路10输出三个控制信号Ua、Ub和 Uc,其中Ua控制第一输出晶体管30,Ub控制第二输出晶体管42,并 且Uc控制第三输出晶体管56。输出晶体管30、42和56例如为另外的 上面提及的电流开关。在输出端A上的输出电流与电压Ua和Uc的差 相关。类似地,在输出端B上的输出电流与电压Ub和Uc的差相关。 在输出端A上的输出电流和在输出端B上的输出电流的基本值借助控 制电流晶体管32来调节。为此,电路14通过端子58而被输入一个控 制信号,并且借助放大器57被放大因数B。该控制信号例如是一个控 制电流-基本值Iref在电阻59上的电压降。随后,电流I1流过控制电流 晶体管32,该电流比Iref大一个放大因数B。 如已经提及的那样,在DVD设备中,被接通的输出电流的曲线形 状是重要的。电压Ua、Ub和Uc以及电压差Ua-Uc对于输出端A 具有对曲线形状的重要影响,并且Ub-Uc对于输出端B具有对曲线 形状的重要影响。其优化的值与控制电流Iref的大小或者与在输出端A 和/或输出端B上的输出电流的大小相关。控制电路10被这样设计,使 得电压Ua、Ub和Uc与被设定的输出电流相关地被调节。借助晶体管 60和62产生与控制电流-基本值Iref成比例的控制电流Ich1和Ich2, 并且输送给控制电路10。为此,晶体管60和62的传导段分别连同一个 电阻64、66连接在参考电位36和控制电路10的输入端之间,其中这 些晶体管60、62的控制端子通过放大器57作为控制电流-基本值Iref 的函数被控制。 控制电路10具有两个输入端68和70,通过这些输入端,输入信 号IN和/或NIN可以被输送给控制电路10的输入级72。输入级72由 此形成信号CE和NCE,这些信号被输送给驱动级74。驱动级由这些信 号CE和NCE以及控制电流Ich1和Ich2形成控制电压Ua、Ub和Uc。 图2示出了输入级72的电路图,其具有输入端68和70、供电电 压端子76、放大器元件78以及部分电路80,其中放大器元件78具有 工作电流区段和控制端子82,并且其中部分电路80将偏压Ubias施加 到控制端子82上,并且其中输入端68通过输入信号电阻84与控制端 子相连接。由部分电路80提供的偏压不但与位于供电电压端子76上的 供电电压不相关,而且也与放大器元件78的电流增益不相关。替代两 个输入端68、70,输入级也可以具有仅仅一个输入级68,以便处理“单 端”信号。 部分电路80具有由晶体管88和电阻90构成的电流源86、第一晶 体管92、电流镜94、由第一电阻96、被连接为二极管的第二晶体管98 的工作电流区段以及第二电阻100构成的第一串联电路、由第三晶体管 102和第四晶体管104的工作电流区段以及第三电阻106构成的第二串 联电路,该第三电阻106具有与第二电阻100相同的值。电流源86被 连接到供电电位端子76上。第一晶体管92将由电流源86提供的电流 I0分为基极电流IB和集电极电流I0-IB。第一串联电路位于接收集电 极电流I0-IB的第一节点和一个参考电位端子110之间。 第二串联电路位于供电电位端子76和参考电位端子110之间。第 二晶体管98具有与第三晶体管102和第四晶体管104相同的特性。第 三晶体管102的基极112被连接到第一节点108上并且与电流镜94一 同从第一节点108拉出基极电流IB的n倍。在第三晶体管102和第四 晶体管104之间的第二节点114通过偏置电阻116和输入信号电阻84 与输入端84相连接,其中位于偏置电阻116和输入信号电阻84之间的 第三节点与放大器元件78的控制端子82相连接。放大器元件78的工 作电流区段传导第一晶体管92的集电极电流I0-IB的m倍。偏置电阻 116具有第一电阻96和第二电阻100的值的和的m等分的n+1倍。第 五晶体管120的工作电流区段位于第三节点118和参考电位端子110之 间。第五晶体管120的控制端子122与第三晶体管102的基极112相连 接。 如开始所提及的那样,放大器元件78的基极在已知的控制电路中 通过一个大电阻与一个内部的电压源相连接。放大器元件78的电流增 益的改变于是通过基极电流的改变引起在第三节点118上的偏压Ubias 的明显的改变。 借助所建议的电路,在第三节点118上的偏压与在供电电压端子 76上的供电电压以及放大器元件78的电流增益不相关。这由以下的关 系得到。 电流源86提供电流I0。第一晶体管92具有相应的基极电流IB, 该电流借助具有电流变换比n的电流镜94被提高到n*IB,并且在第一 节点108上被减去。电流镜94例如由晶体管126、128、130、132和电 阻134、136构成,它们以所示的方式彼此相连接。对于在第一节点108 上的电压U1,有: U1=(I0-(n+1)IB)R0+UBE+(I0-(n+2)IB)R1, 其中R0是第一电阻96的值,R1是第三电阻100的值并且UBE是第三 晶体管102的基极-发射极电压。 因为根据前提晶体管98、102和104是相同的,所以对于在第二节 点114上的电压U2有: U2=U1-UBE =(I0-(n+1)IB)R0+(I0-(n+2)IB)R1 =I0(R0+R1)-IBR1-(n+1)(R0+R1)Ib 于是有,当第一晶体管92具有与在图2中被实现为单个晶体管的放大 器元件78相同的特性时,一个电流源144提供电流m*I0并且输入端 68开路(offen),对于在第三节点118上的偏压Ubias有: Ubias=U2+m Rbias IB =I0(R0+R1)-(n+1)(R0+R1)IB+m Rbias IB 在此,Rbias是所述偏置电阻116的值,并且它被这样设计,使得 Rbias=((n+1)/m)(R0+R1)。于是有Ubias=I0(R0+R1)并且由此如 所希望的那样与供电电压和电流增益不相关。 在一种构型中,输入级72具有一个带有一个另外的工作电流区段 和一个另外的控制端子137的另外的放大器元件135以及一个另外的输 入端70,其中位于第三晶体管102和第四晶体管104之间的第二节点 114通过一个另外的偏置电阻139和一个另外的输入信号电阻141与该 另外的输入端70相连接。在另外的偏置电阻139和另外的输入信号电 阻141之间的第四节点138与该另外的放大器元件135的另外的控制端 子137相连接。该另外的放大器元件135的工作电流区段传导第一晶体 管92的集电极电流I0-IB的m倍,并且该另外的偏置电阻139具有第 一电阻96和第二电阻100的值之和的m等分的n+1倍。晶体管143对 于第二输入端70是与第一输入端68的第五晶体管122对称的对称物。 这种输入级72由于内建的偏压生成和电平限制不但适合于差分输 入信号如在宽的偏移电压区域(从0V至2.5V)中的LVDS、LNPECL 而且也适合于单端信号如CMOS、TTL和RS-422。在此,在开路的输 入端无需外部的电容用于阻隔。通过端子140和142,输出信号CE和/ 或NCE被传送给随后的驱动级74。端子140和142通过电流源144和 146与供电电位端子76相连接。它们如电流源86那样各由一个电阻148、 150和一个晶体管152、154构建,并且提供电流m*I0。电流源144和 146与电流源86一同被控制电流源151控制。 以下将参照附图3阐述驱动级74。信号CE和/或NCE通过差分放 大器158被向四路开关160输送,该四路开关通过控制装置162来操纵。 差分放大器158由两个晶体管164、166组成,它们通过一些另外的晶 体管168、170、…、178和电阻180、182、…、186被连接到供电电位 76上,并且它们的控制端子与输入级72的端子140、142相连接。输入 级72的输出信号CE和/或NCE由此通过差分放大器158被转变为差分 信号。所连接的四路开关(Quad-开关)160引起输入信号至图1中的输 出端A或B的电流开关的切换。 四路开关60由第一对晶体管188、190和第二对晶体管192、194 构成。第一对的晶体管188、190的发射极彼此相连接并且与差分放大 器158的第一输出端196相连接。类似地,第二对的晶体管192、194 的发射极彼此相连接并且与差分放大器158的第二输出端198相连接。 第一对的第一晶体管连同第二对的第二晶体管194通过控制装置162的 信号ELA控制,并且第一对的第二晶体管190连同第二对的第一晶体 管192通过控制装置162的信号ELB控制。第一对的第一晶体管188 的输出端200通过一个电阻202与参考电位110相连接并且控制一个第 一互补射极跟随器204,该射极跟随器提供输出信号Ua。第一对的第二 晶体管190的输出端206也通过一个电阻208与参考电位110相连接并 且控制一个第二互补射极跟随器210,该射极跟随器提供输出信号Ub。 第二对晶体管的晶体管192、194的输出端彼此相连接并且通过一个电 阻212与参考电位110相连接。它们控制一个第三互补射极跟随器214, 该射极跟随器提供输出信号Uc。互补射极跟随器204、210、214例如 能够在DVD设备的高的写电流情况下驱动图1中的输出晶体管30、42 和56的相对大的基极电流。 三个互补的射极跟随器204、210、214同样地由晶体管216a、 218a、…、226a;216b、218b、…、226b;216c、218c、…、226c以及 电阻228a、230a;228b、230b;228c、230c构造,并且用于或者通过供 电电位76或者通过参考电位110确定输出信号Ua、Ub和Uc。 驱动级74由此经过差分放大器158的输入端将图2中的放大器元 件78、130的至少一个输出信号CE、NCE放大,并且经过四路开关160 为驱动级74的一个第一输出支路和/或为驱动级74的一个另外的输出支 路提供差分输出信号,其中一个输出支路各具有一个互补的射极跟随器 204、210、214。 在图1中的输出端A或B上的所接通的电流在具体的电路技术构 型的框架内可以在0至大约500mA的电流范围内变化,并且应该对于 整个电流区域都显示出短的上升和下降时间(<1nsec)和最小化的过振 荡(<5%)。为此必须的是,控制信号Ua、Ub、Uc的幅度和偏移电压 对于图1中的输出晶体管30、42和56是可变化的并且与控制电流-基 本值Iref成比例。 在图3中示出的构型中,驱动级74被输送控制电流Ich1和Ich2, 它们与图1中的电子电路14的电流Iref相关。驱动级74根据这些控制 电流Ich1、Ich2改变其输出信号Ua、Ub、Uc。为此,第一控制电流Ich1 通过由晶体管174、178构成的电流镜在节点232上被加到一个恒流源 234的为差分放大器158供电的恒定的横向电流(Querstrom)Ibg1上。 在电阻202、208、212上的压降以及由此电压差(Ua-Uc)或者(Ub -Uc)于是与Iref成比例并且由此也与在图1中的输出端A和/或输出 端B上的输出电流成比例。 第二控制电流Ich2通过由在一个控制支路中的晶体管236、238和 电阻240以及由晶体管222a和电阻230a或者晶体管222b和电阻230b 或者晶体管222c和电阻230c构成的一些功率支路中的一个构成的另外 的电流镜,控制为射极跟随器204、210、214供电的电流,使得电流Ich2 与在输出端A和/或B上的输出电流成比例地提高输出信号Ua、Ub、 Uc。 为此,电流Ich2被加到恒流源242的恒定电流Ibg2上。随着在图 1中的输出端A和/或B上的输出电流的增大,在电阻228a、228b和228c 上的增大的电压降于是引起了信号Ua、Ub、Uc的上升。通过借助输出 电流的值改变在图1中的输出晶体管30、42和56上的控制电压Ua、 Ub、Uc和差(Ua-Uc,Ub-Uc),实现了在图1中的电子电路12的 输出端A和/或B上的输出电流的曲线形状保持在输出电流的整个值区 域上。 借助控制电流Iref,同时通过在图1中的控制电流晶体管32调节对 于相应的通道(A和/或B)的输出电流的基本值。 图4示出了这些基极电位Ua、Ub、Uc作为控制电流Iref的函数的 示意性视图。虚线说明了信号Ua、Ub和Uc的低电平V1的一个基本值, 该基本值在所说明的电路中取 V1=Ibg2*(电阻228a、228b或者228c的值)+2UBE. 类似地,虚线246说明了信号Ua、Ub或Uc的高电平V2的一个 基本值,该基本值通过所介绍的电路得到为 V2=Ibg1*(电阻202、208或者212的值)。 实线248和250说明了,V1和V2如何在所介绍的电路中作为控制电流 -基本值Iref的函数而变化。在此,d_V1计算为 d_V1=Ich2*(电阻228a、228b或者228c的值), 并且d_V2计算为 d_V2=Ich1*(电阻值202、208、212)+Ich2*(电阻值228a、228b、228c)。 |