CN1049065A - 电路 - Google Patents

Abstract

一种具有若干个电流—电压变换器的电路集成 电路中的电流—电压变换器的传递阻抗，特别广泛地 取决于温度，为了抑制几个电流—电压变换器(Wr、 W₁…、Wn)的传递阻抗的漂移，其中一个变换器被 指定为标准变换器(Wr)，它的传递阻抗与一个标准 阻抗(R)相比较。由这个结果得出调节所有变换器 的传递阻抗的判别标准。本发明可用于具有若干个 电流—电查变换器的集成电路。

Description

本发明涉及具有若干个电流-电压变换器的电路，该变换器的一些参数大约都同样地取决于外部的因素。

一个电流-电压变换器，以下简称IU变换器的传递阻抗取决于温度和其它一些外部因素。一方面由于扩散的或注入的电阻大范围地变化而使集成电路对温度的依赖关系特别地显著。另一方面，需要经常保证IU变换器方面传递阻抗的高稳定性。例如，车辆上装的CD唱机中的集成电路就是这样，必须在-20℃至+70℃的温度范围内才能工作而且很稳定。

因此，本发明的目的就是要抑制带有若干个IU变换器的电路的传递阻抗的漂移。

根据本发明，上述目的是这样达到的：这些IU变换器中的一个被指定为标准变换器;把该变换器的传递阻抗与一个标准阻抗进行比较;从结果中得出校准所有的IU变换器的传递阻抗的判别标准。

现将本发明的实施例参考附图加以说明，其中

图1绘出本发明的实施例，

图2示出一个产生标准电压的一个简单方法，

图3示出从同步电源产生一个标准电压，

图4示出如何使标准电压对称，

图5a示出如何为了使电压对称而产生电流，

图5b示出为了对称，如何产生反方向电流，

图6示出IU变换器如何分成输入级、控制级和输出级，和

图7示出具有独立控制的传递阻抗的IU变换器。

在图1中所绘的集成电路包括至少两个IU变换器Wr、W₁…、Wn。每个变换器都有一个电流-敏感的或最好是低电阻的输入端、一个载有电压的输出端和一个控制输入端。标准电源I_ref是标准电流源Iq产生的，该标准电流源具有一个标准电压源U_ref和一个标准阻抗R_ref。这个标准电流被导入标准变换器Wr的输入端。比较器V₁的第一输入端被连接到标准变换器Wr的输出端，V₁的第2输入端被连接到标准电压源U_ref上。IU变换器Wr、W₁…Wn的控制输入端被连接到比较器V₁的输出端。

标准电流I_ref＝K1 U_ref/R_ref是由标准电流源Iq产生的，式中K1为常系数。标准变换器Wr由输入的标准电流I_ref构成一个输出电压Ur＝I_refRr，式中Rr是标准变换器Wr的传递阻抗。比较器V₁构成至少大约一个输出信号Sa＝V（Ur-K2·U_ref），式中K2是一个常系数，V是放大率。在一个是够放大的稳定系统中，Ur-K2·U_ref＝0。因而，从上列各式可得出Rr＝R_ref·K2/K1。因为控制信号Sa造成标准变换器Wr假设一个传递阻抗Rr＝R_ref·K2/K1，则所有其余的变换器W₁到Wn，如果都有和标准变换器Wr相同的特性，将都调到相同的传递阻抗R₁＝R₂＝…Rn＝Rr。为使所有的IU变换器的独特的参数随外部因素等同变化，可以用相同的设计、密切的近似和低的温度梯度在一个单个集成电路内部较好地得到满足。标准电压U_ref的稳定性不包括在内，因为它不是调节的部分。

图2绘出产生标准电流I_ref的一个简单的方法。标准阻抗R_ref是处于标准电压源U_ref和标准变换器Wr的输入端之间的。IU变换器输入端的电位因而也就必须等于接地端的电位。如果标准阻抗R_ref是外部连接的，则集成电路需要两个接点。

图3所绘的系统是更有利的。这里的差分放大器Vd控制着两个电流源Iq₁和Iq₂，它们是由两个晶体管T₁和T₂组成的，T₁和T₂具有发射极电阻R₁和R₂、差分放大器Vd的输出端连接到晶体管T₁和T₂的基极上。发射极电阻R₁和R₂接到公共电源Ub₁上。第一晶体管T₁的集电极，也就是相等于第一电流源Iq₁的输出端，被连接到标准阻抗R_ref和差分放大器Vd的第一输入端。第二晶体管的集电极，也就是相等于第二电流源Iq₂的输出端，被连接到标准变换器Wr的输入端。

为了使差分放大器Vd的放大量足够大，标准阻抗R_ref上的电压降必须等于标准电压U_ref。所需的电流由第一电流源Iq₁供给。标准变换器Wr的输入端的电流由第二电流源Iq₂供给。电流源Iq₁和Iq₂的大小可以这样定：即它们的电流相等，或者，要对于灵敏的IU变换器有利，电流I_ref将是通过标准阻抗R_ref的电流的一个分数K₁。

一个外部标准阻抗比起一个集成片内部阻抗来说其主要优点是可以得到较好的稳定性。此外，还可以借助调节标准阻抗来补偿来自供给IU变换器的信号源的考贝特定泄漏（copy-specific  leakage）。

在一个双极集成电路中最好是对称信号。标准IU变换器Wr送出输出信号Ur到极性相反的两端，因此两端的同步电压都能取决于温度或其它外部因素。因此，需要用不对称的标准电压U_ref去比较来自标准IU变换器Wr的对称输出信号Ur。这可由图4所示的T₃、T₄两个晶体管所组成的差分级来完成。晶体管T₃和T₄是由电流源IV供电的，而IV是由标准电压U_ref所确定的。一个晶体管的上面是一个发射极电阻R₃。晶体管T₃和T₄的基极连接到标准变换器Wr的输出端，晶体管T₃和T₄的集电极连接到一个电流镜（current mirror）S_sp。从电流镜S_sp输出端A得出一个信号UV，这个信号由一个输出放大器变成一个，例如，控制信号Sr，比较器V₁的这部分功能是这样得出来的：如果镜面（mirror）的反向系数为1，并且控制环被补偿过因此电压Ur必然等于电阻R₃上的电压降Ur₃，则流过晶体管T₁和T₂的两个分支电流将相等，均为IV/2。

图5中的电流IV是从标准电压U_ref构成的。图5a中的差分放大器V₂有一个输入端连接到标准电压源U_ref的一个极上，另一个输入端连接到一个标准电阻R_ref2的接点上，并且一个输出端连接到电流源晶体管T₅的基极上。电流源晶体管T₅的发射极连接到差分放大器V₂的第二输入端。标准电压源U_ref的第二个极和标准电阻R_ref2的另一个接点都接到地或接到参考点上。

当差分放大器V₂的放大率足够大时，在标准电阻R_ref2上的电压降将等于标准电压U_ref。从电流源晶体管T₅的集电极上能够得到的电流，甚至在低到基极电流时，将相当于流过标准电阻R_ref2的电流。在高要求时，电流源晶体管T₅可由具有两个晶体管的复合电路（达灵顿电路）来替代。例如，当R₃＝2R_ref2时，在R₃上的电压降，由于电流IV减少一半，将等于标准电压U_ref。取决于阻抗间的比值，辅助电压Ur3＝Ur可以是任何的期望值。同方向改变电阻R_ref2和R₃将保持电压Ur不变，因为主要的是电阻R₃/R_ref2的比值。结果是降低集成电路对温度的依赖性。

图5b中的电路不同于图5a的地方是电流源晶体管T₅的位置。T₅的集电极连接到差分放大器V₂的第二输入端，因而，它的发射极组成电流源输出端Ai;而在图5a中的差分放大器V₂的第二输入端是反相型的，而在图5b中所绘的必须是非反相的。图5b还表示出如何可以在反方向建立电流源。一个电阻R₅插入Ai的输出端和电源Ub₂之间，另一个晶体管T₆的基极连接到差分放大器V₂的输出端。在电源Ub₂和晶体管T₆的发射极之间有一个电阻R₆。在晶体管T₆的集电极上得出反向的输出电流IV，该集电极被指定为输出端Ai。

按照本发明，在保持各个传递阻抗的同时也可达到稳定几个IU变换器的目的，如图6所示，在IU变换器中有一个作为控制机构的具有双极型晶体管T₇和T₈的差分级。第i个IU变换器包括一个输入级Wai、一个差分级Wbi和一个输出级Wci。输入级Wai把输入电流Ii变为电压Uai。在输入级Wai和输出级Wci之间的差分级Wbi包括双极型晶体管T₇和T₈。它们的基级连接到输入级Wai的输出端;它们的发射级连接到电流源Ibi;并且它们的集电极连接到输出级Wci的输入端。输出级Wci由差分级Wbi的集电极电流构成一个输出电压Ui。

工作取决于差分级的斜率，因此，它的放大率与电流源Ibi的电流成正比。为了保证第i个变换器Wi的传递阻抗比标准变换器Wr的传递阻抗大K倍，电流Ibi必须比标准变换器Wr的电流Ibr也大K倍。必需的电路是大家熟知的，因此这里没必要作特殊的规定。同时它也包括使系数K可变和可控的可能性。

图7示出使变换器阻抗单独可调，从而是可编程序的一个方法。包括双极型晶体管T₇₁和T₈₁、T₇₂和T₈₂、T₇₃和T₈₃等的若干个差分级的输入端被连接到输入级Wai，输出端连接到输出级Wci。它们是由电流源Ib1、Ib2、Ib3等供电，这些电流源可由开关S₁、S₂、S₃等来控制开或关。如果差分级中的晶体管T₇₁和T₈₁、T₇₂和T₈₂T₇₃和T₈₃等具有发射极电阻R₇₁和R₈₁、R₇₂和R₈₂以及R₇₃和R₈₃等，线性和其它一些特性将会更好些。

差分级Wbi的斜率是从它包括的各差分级的斜率的总和中得出来的。各级的斜率因而可以由控制开关K₁、K₂、K₃等进行改变。按着2n系列来选电流Ib₁、Ib₂、Ib₃等是有特殊好处的。如果有发射极电阻，就必须相反的选配。另外还建议，层叠晶体管T₇₁和T₈₁、T₇₂和T₈₂等的表面，也要按电流的关系，以求得最大的精度和稳定度。

Claims (17)

1、具有若干个电流-电压变换器(Wr、W₁、…Wn)的电路，它们的参数大约都同样地取决于外部因素，其特征是：一个变换器被指定为标准变换器(Wr)，它的传递阻抗与一个标准阻抗(R_ref)相比较，并由此结果得出建立所有的电流-电压变换器的传递阻抗的判别标准。

2、如权利要求1中的电路，其特征是：第一标准电流源（Iq）的第一输入端通过标准阻抗（R_ref）接地;标准电压（U_ref）是在第一标准电流源的第二输入端，和在比较器（V₁）的第一输入端;第一电流源的输出端连接到标准变换器（Wr）的输入端;标准变换器的输出端连接到比较器的第二输入端;比较器的输出端连接到所有的电流-电压变换器（Wr、W₁、…Wn）的控制输入端。

3、如权利要求1中的电路，其特征是：标准电压源（U_ref）的一个级连接到比较器V₁〔SiC…半导体〕的第一输入端并通过标准阻抗（R_ref）连接到标准变换器（Wr）的输入端;标准变换器的输出端连接到比较器的第二输入端;和，比较器的输出端连接到所有的电流-电压变换器（Wr、W₁…Wn）的控制输入端。

4、如权利要求2中的电路，其特征是：第一差分放大器（Vd）的第一输入端通过标准阻抗（R_ref）接地;标准电压（U_ref）是在第一差分放大器（Vd）第二输入端;第一差分放大器的输出端控制着第二和第三电流源（Iq₁和Iq₂）;和，两个电流源中的一个给标准变换器（Wr）供给电流。

5、如权利要求4中的电路，其特征是：第一差分放大器（Vd）的第一个输入端通过标准阻抗（R_ref）接地;标准电压（U_ref）是在第一差分放大器（Vd）的第二输入端;第一差分放大器（Vd）的输出端连接到两个晶体管（T₁和T₂）的基极上;每个晶体管的发射极通过电阻（R₁和R₂）连接到第一电源Ub₁;第一晶体管（T₁）的集电极连接到第1差分放大器（Vd）的第一输入端;和，第二晶体管（T₂）的集电极连接到标准变换器（Wr）的输入端。

6、如权利要求4或5中的电路，其特征是：从第一和第二电流源（Iq₁和Iq₂）来的或来自第一和第二晶体管（T₁和T₂）的电流相等。

7、如权利要求4或5的电路，其特征是：在标准变换器（Wr）的输入端的电流（I_ref）比流过标准阻抗（R_ref）的电流小。

8、如权利要求1、2、3、4、5、6或7中的电路其特征是：比较器（V₁）包括一个由标准电压（U_ref）控制的第三电流源（IV）。

9、如权利要求8中的电路，其特征是：比较器（V₁）包括一个不对称的差分级，该差分级由第三和第四晶体管（T₃和T₄）组成;第三、第四晶体管的基级组成比较器（V₁）的第二输入端;第三、第四晶体管的发射极通过第三或第四晶体管上游的电阻（R₃）连接到第三电流源（IV）;和，第三、第四晶体管（T₃和T₄）的集电极连接到电流镜（S_sp）的输入端（E）和输出端（A）。

10、如权利要求8中的电路，其特征是：第三电流源是这样设计的，即，使标准电压源（U_ref）的一个极被连接到第二差分放大器的非反转的输入端;第二差分放大器的反转输入端连接到第五晶体管（T₅）的发射极和通过第四电阻（R_ref2）接到标准电压源另一个接地的极;第五晶体管的基极连接到第二差分放大器的输出端;和，第五晶体管的集电极构成第三电流源的输出端。

11、如权利要求8的电路，其特征是：第三电流源（IV）是这样组成的，即，使标准电压源（U_ref）连接到第二差分放大器（V₂）的反转输入端;第二差分放大器的非反转输入端连接到第五晶体管（T₅）的集电极并且通过第4电阻（R_ref2）连接到标准电压源的另一极;第五晶体管（T₅）的基极连接到第二差分放大器（V₂）的输出端;和，第五晶体管（T₅）的发射极构成第三电流源的输出端（Ai）。

12、如权利要求8的电路，其特征是：组成第三电流源（IV）来保证标准电压源（U_ref）连接到第二差分放入器（V₂）反转输入端，第二差分放大器的非反转输入端连接到第五晶体管（T₅）的集电极，并且通过第四电阻（R_ref2）连接到标准电压源的另一极;第二差分放大器的输出端连接到第五晶体管和第六晶体管（T₆）的基极上;第五晶体管的发射极通过第五电阻（R₅）和第六晶体管的发射极通过第六电阻（R₆）连接到第二电源（Ub₂）;和，第六晶体管的集电极构成第三电流源的输出端（Aj）。

13、如以上的一个或多个权利要求中的电路，其特征是：每个电流-电压变换器（Wr、W₁，…，Wn）包括由控制级（Wbi）分开的一个输入级（Wai）和输出级（Wci）。

14、如权利要求13中的电路，其特征是：输入级（Wai）的第一输出端接到第七晶体管（T₇）的基极，它的集电极接到输出级（Wci）的第一输入端;输入级的第二输出端接到第八晶体管（T₈）的基极，它的集电极接到输出级的第二输入端;第七和第八晶体管的发射极相互连接在一起并接到可变电流源（Ibi）的一个极;和，第七、第八晶体管与可变电流源一起组成控制级（Wbi）。

15、如权利要求14中的电路，其特征是：几个控制级（Wbi）并联;每个晶体管（T₇₁和T₇₂、…、T₈₁和T₈₂、…）都有一个发射级电阻（R₇₁和R₇₂、…、R₈₁和R₈₂、…）;每个可变电流源（Ib₁、Ib₂、…）可以用可变开关（S₁、S₂…）接到晶体管的发射极。

16、如权利要求15中的电路，其特征是：来自电流源（Ib₁、Ib₂、…）的电流，按照2ⁿ系列来选择。

17、如权利要求15或16中电路，其特征是：晶体管（T₇₁和T₇₂、…、T₈₁和T₈₂、…）表面层叠关系到从电流源（Ib₁、Ib₂、…）来的电流。

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