CN104865999A - 驱动电路和用于驱动外部负载的方法 - Google Patents

Abstract

驱动电路包括信号源、电压产生电路和电压-电流转换电路，所述信号源输出AC信号，所述电压产生电路包括根据AC信号产生具有恒定振幅的第一AC电压的差分放大器并将第一AC电压输出至外部负载的一端，所述电压-电流转换电路连接所述外部负载的另一端并根据AC信号向所述外部负载提供与第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流。

Description

驱动电路和用于驱动外部负载的方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2014年2月21日提交的日本专利申请第2014-031371号的优先权，该日本专利申请的全部公布内容在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及驱动电路，例如，涉及驱动与其连接的负载的驱动电路。

背景技术

用于驱动相连接的外部负载的驱动电路安装于各种电子设备、半导体装置等。

例如，提出了用于生物电阻抗测量的驱动电路(日本未经审查的专利申请公布第2013-12868号)。生命体被作为负载与该驱动电路电连接。在该结构中，驱动电路使具有恒定振幅的交流电通过生命体并由此可测量生命体的阻抗。在该例子中，驱动电路中的差分放大器的输出端连接至生命体的一端，生命体的另一端连接至差分放大器的反相输入端，由此形成反馈电路。

此外，提出了使恒定电流通过负载(线圈)的驱动电路(日本未经审查的专利申请公布第2003-204231号)。该驱动电路通过相对于固定电压变化输出电压来使电流通过负载。

发明内容

然而，本发明的发明人发现上述驱动电路具有如下问题。日本未经审查的专利申请公布第2013-12868号中公开的驱动电路具有使用差分放大器的负反馈电路。因此，根据与差分放大器连接的负载的阻抗，差分放大器的运行变得不稳定。因此难以应对具有各种阻抗水平的负载。

根据本说明书的描述和附图，其它问题和本发明的新的特征将会变得清楚。

根据一种实施方式，驱动电路包括信号源、电压产生电路和电压-电流转换电路，所述信号源输出AC信号，所述电压产生电路包括根据AC信号产生具有恒定振幅的第一AC电压的差分放大器并将该第一AC电压输出至外部负载的一端，所述电压-电流转换电路与外部负载的另一端连接，将向所述外部负载提供与第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流。

根据一种实施方式，驱动电路包括信号源、电压产生电路和电压-电流转换电路，所述信号源输出AC信号，所述电压产生电路向外部负载的一端输出具有恒定振幅的第一AC电压，所述电压-电流转换电路与外部负载的另一端连接，并将与第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流提供至所述外部负载。

根据一种实施方式，驱动外部负载的方法包括：从信号源输出AC信号；包括差分放大器的电压产生电路根据AC信号产生具有恒定振幅的第一AC电压，并将所述第一AC电压输出至外部负载的一端；以及电压-电流转换电路根据AC信号向所述外部负载的另一端提供与所述第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流。

根据一种实施方式，驱动外部负载的方法包括：从信号源输出AC信号；电压产生电路根据AC信号向外部负载的一端输出具有恒定振幅的第一AC电压；以及电压-电流转换电路根据AC信号向所述外部负载的另一端提供与所述第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流。

根据上述实施方式，能够使具有恒定振幅的电流通过负载，而不依赖于负载的阻抗。

附图说明

根据下面的结合附图的实施方式的描述，上述和其他方面、优点和特征将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据第一实施方式的驱动电路的结构的电路框图。

图2是示出根据第一实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图3是示出根据第一实施方式的驱动电路100的参考电压和输出电压之间的关系的图。

图4是示出根据第一实施方式的驱动电路的输出电压和参考电压之间的差分电压的图。

图5是示出通过根据第一实施方式的驱动电路而流过负载的电流的图。

图6是示出当参考电压恒定时电压-电流转换电路的输出电压的例子的图。

图7是示出恒定参考电压和电压-电流转换电路的输出电压之间的差分电压的图。

图8是示出当参考电压恒定时流过负载的电流的图。

图9是示出根据第二实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图10是示出根据第三实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图11是示出根据第三实施方式的驱动电路的参考电压和输出电压之间的关系的图。

图12是示出根据第四实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图13是示出根据第五实施方式的电压-电流转换电路的结构的电路图。

图14是示出根据第六实施方式的电压-电流转换电路的结构的电路图。

图15是示出根据第七实施方式的电压-电流转换电路的结构的电路图。

图16是示出根据第八实施方式的电压-电流转换电路的结构的电路图。

图17是示出根据第九实施方式的电压-电流转换电路的结构的电路图。

图18是示出根据第十实施方式的电压-电流转换电路的结构的电路图。

图19是示出根据第十一实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图20是示出根据第十一实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图21是示出根据第十一实施方式的相位调节器的结构的电路图。

图22是示出根据第十一实施方式的相位调节器的结构的电路图。

图23是示出根据第十一实施方式的相位调节器的结构的电路图。

图24是示出根据第十一实施方式的相位调节器的结构的电路图。

图25是示出根据第十一实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图26是示出根据第十一实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图27是示出根据第十一实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图28是示出根据第十一实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图29是示出根据第十二实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图30是示出根据第十三实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图31是示出根据第十四实施方式的驱动电路的结构的电路图。

图32是示出根据第十五实施方式的驱动电路的结构的电路图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。需要指出的是，在对附图的描述中，相同的元件采用相同的标记符号标识并省略其重复的描述。

第一实施方式

以下描述根据第一实施方式的驱动电路100。图1是示出根据第一实施方式的驱动电路100的结构的电路框图。驱动电路100包括AC电压信号源1、电压-电流转换电路2以及参考电压产生电路3。需说明的是，AC电压信号源1也可简称为信号源。参考电压产生电路也被称为电压产生电路。

AC电压信号源1输出AC电压。AC电压信号源1的一个端子T2连接电压-电流转换电路2的正相输入端，另一端子T1连接至电压-电流转换电路2的负相输入端。此外，输出VDD/2电平的DC电压V1(也被称为指定电压)的电源5插在AC电压信号源1的端子T1和地线之间。DC电源5的高压端连接AC电压信号源1的端子T1，并且低压端接地。在本实施例中，端子T1的输出电压为DC电压V1，端子T2的输出电压为AC信号V2。

电压-电流转换电路2为将与输入AC信号V2成比例(即，与输入AC信号V2同相)的电流信号输出至负载4的电路。电压-电流转换电路2的正相输入端连接AC电压信号源1的端子T2。电压-电流转换电路2的负相输入端连接AC电压信号源1的端子T1和DC电源5的高压端。电压-电流转换电路2的输出端连接负载4的一端。因为电压-电流转换电路2输出与AC信号V2同相的电流信号，电压-电流转换电路2的输出电压V22(也被称为第二AC电压)与AC电压V2同相。需要说明的是，电压-电流转换电路2插在电源电压VDD和地电位之间，从而获得电源。

参考电压产生电路3产生参考电压V21(也被称为第一AC电压)以向负载4供给电流。本实施例中，参考电压产生电路3配置为反相放大器。AC信号V2被输入到参考电压产生电路3的输入端。参考电压产生电路3的输出端连接负载4的另一端。参考电压产生电路3插在电源电压VDD和地电位之间，从而获得电源。

在本实施例中，AC信号V2被输入至电压-电流转换电路2的正相输入端，并且DC电压V1被输入至电压-电流转换电路2的负相输入端。AC信号V2被输入至参考电压产生电路3的输入端。因此，参考电压产生电路3输出的参考电压V21为与电压-电流转换电路2的输出电压V22反相的AC电压。

需要指出的是，参考电压产生电路可配置作为非反相放大器，并且与AC信号V2反相的AC信号可被输入至参考电压产生电路的输入端。进一步地，参考电压产生电路可具有其他结构，只要其可输出与电压-电流转换电路的输出电压反相的参考电压。

在具有上述结构的驱动电路100中，当AC电压信号源1输出的AC信号V2的振幅为正时，参考电压V21的振幅为负，并且输出电压V22的振幅为正。在这种情况下，从电压-电流转换电路2经过负载4流向参考电压产生电路3的电流通过负载4。进一步地，在电压-电流转换电路2中，当AC电压信号源1输出的AC信号V2的振幅为负时，参考电压V21的振幅为正，并且输出电压V22的振幅为负。在这种情况下，从参考电压产生电路3经过负载4流向电压-电流转换电路2的电流通过负载4。因此，与AC信号V2成比例的电流流过负载4。

接下来，在下文中描述参考电压产生电路3的结构。图2是示出根据第一实施方式的驱动电路100的结构的电路图。在本实施例中，参考电压产生电路3由电阻器R1(也被称为第一电阻器)、电阻器R2(也被称为第二电阻器)和差分放大器AMP组成。在本实施例中，相位调节器6插在参考电压产生电路3和AC电压信号源1之间。需要指出的是，相位调节器6不是必要的元件。

差分放大器AMP的同相输入端通过相位调节器6连接AC电压信号源1的端子T2和电压-电流转换电路2的正相输入端。差分放大器AMP的反相输入端通过电阻器R1连接AC电压信号源1的端子T1和DC电源5的高压端。进一步地，差分放大器AMP的反相输入端通过电阻器R2连接该差分放大器AMP的输出端。

在下文中描述驱动电路100的运行的具体实施例。AC电压信号源1接收VDD/2的电力供应并且输出频率f＝50kHz的、振幅A＝1V的AC正弦信号。如果VDD＝2.4V，AC信号V2为在1.2V±1.0V的范围中变化的AC正弦信号。

在下文中，电阻器R1和电阻器R2的电阻分别表示为R1和R2。如果R1＝10kΩ并且R2＝9kΩ，参考电压V21由下面的等式(1)表示。在随后的等式中，t表示时间。

[等式1]

$\begin{array}{c}V21=-\frac{R2}{R1}\·A\·\sin \left(2\mathrm{\πft}\right)+1.2\\ =-0.9\sin \left({10}^5\mathrm{\πt}\right)+1.2\end{array}...\left(1\right)$

如果负载4的电阻为RT＝2.5kΩ并且电压-电流转换电路2的输出电流I的振幅为800mA，电压-电流转换电路2的输出电压V22通过下面的等式(2)表示。

[等式2]

$\begin{array}{c}V22=\mathrm{RT}\·I\·\sin \left(2\mathrm{\πft}\right)+V21\\ =2\sin \left({10}^5\mathrm{\πt}\right)-0.9\sin \left({10}^5\mathrm{\πt}\right)+1.2\\ =1.1\sin \left({10}^5\mathrm{\πt}\right)+1.2\end{array}...\left(2\right)$

图3是示出根据第一实施方式的驱动电路100的参考电压V21和输出电压V22之间的关系的图。如图3所示，参考电压V21在+0.3V至+2.1V的范围中变化并且输出电压V22在+0.1V至+2.3V的范围中变化。

图4是示出根据第一实施方式的驱动电路100的输出电压V22和参考电压V21之间的差分电压的图。因为输出电压V22和参考电压V21彼此反相，输出电压V22和参考电压V21之间的差分电压ΔV(作为使电流通过负载4的驱动电压)可在-2.0V至+2.0V的范围中变化。因此，在驱动电路100中，施加于负载的电压的两个振幅电平(本实施例中为4.0Vp-p)可增加至高于电源电压VDD(+2.4V)。

图5是示出通过根据第一实施方式的驱动电路100而流过负载的电流的图。因为驱动电路100可增加施加于负载的电压的振幅，即使在低电源电压下也可使大电流(800μA的振幅)流过负载。

作为比较例，描述参考电压恒定的情况(例如，日本未经审查专利申请公布第2003-204231号)。例如，假设参考电压为+1.2V，为电源电压(+2.4V)的1/2。图6是示出当参考电压恒定时电压-电流转换电路的输出电压的例子的图。在这种情况下，如果施加于负载的电压的振幅为2.0V，与驱动电路100中的相同，电压-电流转换电路的输出电压Vout相对于参考电压Vref在-0.8V至+3.2V的范围中变化(如图6中的虚线所示)。然而，电压-电流转换电路的输出电压Vout不能高于电源电压(+2.4V)并且不能低于地电位(0V)。因此，输出电压Vout为如图6中实线所示的正弦波的顶部被切掉的波形。

图7是示出恒定参考电压和电压-电流转换电路的输出电压之间的差分电压Vd的图。图8是示出当参考电压恒定时流过负载的电流的图。如上所述，因为输出电压Vout为正弦波的顶部被切掉的波形，差分电压Vd也为正弦波的顶部被切掉的波形。因此，流过负载(2.5kΩ)的电流也为正弦波的顶部被切掉的波形，并且电流振幅被限制在480μA。

因此，根据本发明的结构，由于参考电压与电压-电流转换电路的输出电压反相，与参考电压恒定的情况相比，可以流过更大的电流。

需要指出的是，作为使用两个并联的放大器的技术，通常已知的有BTL(Bridged Transless，桥式推挽电路)连接。然而，虽然BTL连接为仅增加输出的结构，但是本发明结构与参考电压恒定的情况相比增加向负载输出的电流并进一步减小电压-电流转换电路的输出电压的振幅。因此，可以理解，本发明的结构在运行上与BTL连接不同。

第二实施方式

在下文中描述根据第二实施方式的驱动电路200。图9是示出根据第二实施方式的驱动电路200的结构的电路图。驱动电路200具有如下结构：在该结构中，驱动电路100中的参考电压产生电路3替换成参考电压产生电路31。驱动电路200的其他结构与驱动电路100相同，因此不再赘述。

参考电压产生电路31由电阻器R1(也被称为第一电阻器)、电阻器R2(也被称为第二电阻器)和差分放大器AMP组成。

差分放大器AMP的同相输入端与AC电压信号源1的端子T1和DC电源5的高压端连接。差分放大器AMP的反相输入端通过电阻器R1与AC电压信号源1的端子T2和电压-电流转换电路2的正相输入端连接。进一步地，差分放大器AMP的反相输入端通过电阻器R2与差分放大器AMP的输出端连接。

在下文中描述驱动电路200的运行的具体实施例。如第一实施方式中的那样，参考电压V21由等式(1)表示并且输出电压V22由等式(2)表示。在驱动电路200中，正如驱动电路100(图3)中那样，参考电压V21和输出电压V22反相并且以同样的方式变化。

因此可以理解，尽管参考电压产生电路的结构不同，但是驱动电路200可像驱动电路100那样使电流通过负载。

第三实施方式

在下文中描述根据第三实施方式的驱动电路300。图10是示出根据第三实施方式的驱动电路300的结构的电路图。驱动电路300具有如下结构：在该结构中，驱动电路100中的参考电压产生电路3替换成参考电压产生电路32。驱动电路300的其他结构与驱动电路100相同，因此不再赘述。

参考电压产生电路32由差分放大器AMP组成。

差分放大器AMP的同相输入端与AC电压信号源1的端子T1和DC电源5的高压端连接。差分放大器AMP的反相输入端与AC电压信号源1的端子T2和电压-电流转换电路2的正相输入端连接。

在下文中描述驱动电路300的运行的具体实施例。图11是示出根据第三实施方式的驱动电路300的参考电压V21和输出电压V22之间的关系的图。如图11所示，参考电压产生电路32输出的参考电压V21为根据AC信号V2和DC电压V1之间的电平关系的变化而电压在0V或+2.4V变化的矩形波。

另一方面，输出电压V22为正弦波。当参考电压V21为0V时，输出电压V22为相对于参考电压V21(0V)以2.0V的振幅向上凸的波形。另一方面，当参考电压V21为+2.4V时，输出电压V22为相对于参考电压V21(+2.4V)以2.0V的振幅向下凸的波形。因此，参考电压V21和输出电压V22之间的差分电压ΔV以与驱动电路100(图4)中相同的方式变化。

如上所述，根据该结构，尽管参考电压V21和输出电压V22的波形不同，但是施加于负载4的电压与驱动电路100的相同。因此，驱动电路300可像驱动电路100那样向负载4提供电流。进一步地，在驱动电路300中，与驱动电路100相比，可简化参考电压产生电路的结构。

第四实施方式

在下文中描述根据第四实施方式的驱动电路400。图12是示出根据第四实施方式的驱动电路400的结构的电路图。驱动电路400具有如下结构：在该结构中，驱动电路100中的参考电压产生电路3替换成参考电压产生电路33。驱动电路400的其他结构与驱动电路100相同，因此不再赘述。

参考电压产生电路33由反相器INV组成。反相器INV的输入端连接电压信号源1的端子T2。反相器INV的输出端连接至负载4。

在下文中描述驱动电路400的运行的具体实施例。当AC信号V2为正时反相器INV输出的参考电压V21为0V，并且当AC信号V2为负时参考电压V21为+2.4V。因此，驱动电路400中的参考电压V21的波形与驱动电路300(图11)中的波形相同。结果，驱动电路400中的输出电压V22的波形也与驱动电路300(图11)中的波形相同。

如上所述，根据该结构，尽管参考电压产生电路3的结构不同，但是施加于负载4的电压与驱动电路300相同。因此，驱动电路400可像驱动电路100那样向负载4提供电流。

第五实施方式

在下文中描述根据第五实施方式的电压-电流转换电路。在本实施方式中描述的电压-电流转换电路21是上述电压-电流转换电路2的具体实施例。图13是示出根据第五实施方式的电压-电流转换电路21的结构的电路图。

电压-电流转换电路21包括Pch晶体管MP1至MP7、Nch晶体管MN1至MN4、电阻器R11和电流源IREF。

电源电压VDD被提供给Pch晶体管MP1至MP5的源极。电流源IREF插在Pch晶体管MP1的漏极和地线之间。Pch晶体管MP2的漏极连接Pch晶体管MP6的源极。Pch晶体管MP3的漏极连接Pch晶体管MP7的源极。Pch晶体管MP1至MP3的栅极和Pch晶体管MP1的漏极分别彼此连接。

Pch晶体管MP6的漏极连接Nch晶体管MN1的漏极。Pch晶体管MP7的漏极连接Nch晶体管MN2的漏极。电阻器R11连接在Pch晶体管MP6的漏极和Pch晶体管MP7的漏极之间。DC电压V1施加于Pch晶体管MP6的栅极。AC信号V2施加于Pch晶体管MP7的栅极。Nch晶体管MN1的源极接地。Nch晶体管MN2的源极接地。

Pch晶体管MP4的漏极连接Nch晶体管MN3的漏极。Nch晶体管MN3的源极接地。Pch晶体管MP5的漏极连接Nch晶体管MN4的漏极。Nch晶体管MN4的漏极接地。Pch晶体管MP4的漏极和Pch晶体管MP4、MP5的栅极彼此连接。

Nch晶体管MN1的栅极、Nch晶体管MN1的漏极和Nch晶体管MN4的栅极彼此连接。Nch晶体管MN2的栅极、Nch晶体管MN2的漏极和Nch晶体管MN3的栅极彼此连接。

Pch晶体管MP5的漏极和Nch晶体管MN4的漏极之间的节点连接输出端子TOUT。输出电压V22从输出端子TOUT输出。

Nch晶体管MN1和Nch晶体管MN2为相同尺寸的晶体管。Nch晶体管MN3和Nch晶体管MN4为相同尺寸的晶体管。进一步地，Nch晶体管MN1和MN2的尺寸S1与Nch晶体管MN3和MN4的尺寸S2之间的尺寸比(S2/S1)表示为M(M为正实数)。

通过下列等式(3)表示电压-电流转换电路21的输出电流I。

[等式3]

$I=M\frac{V2-V1}{R11}...\left(3\right)$

如上所述，可具体设置根据电阻器R11的电阻、DC电压V1、AC信号V2和晶体管尺寸比输出电流的电压-电流转换电路。

第六实施方式

在下文中描述根据第六实施方式的电压-电流转换电路。在本实施方式中描述的电压-电流转换电路22是上述电压-电流转换电路2的具体实施例。图14是示出根据第六实施方式的电压-电流转换电路22的结构的电路图。

电压-电流转换电路22包括电阻器221至225和差分放大器226。AC信号V2施加于电阻器221的一端，电阻器221的另一端连接差分放大器226的反相输入端。电阻器222连接在差分放大器226的反相输入端和差分放大器226的输出端之间。电阻器223连接在差分放大器226的输出端和电压-电流转换电路22的输出端子TOUT之间。DC电压V1施加于电阻器224的一端，电阻器224的另一端连接差分放大器226的同相输入端和电阻器225的一端。电阻器225的另一端连接电压-电流转换电路22的输出端子TOUT。输出电压V22从输出端子TOUT输出。

电阻器221和电阻器224的电阻表示为Rs。电阻器222和电阻器225的电阻表示为Rf。电阻器223的电阻表示为R0。于是，通过下列等式(4)表示电压-电流转换电路22的输出电流I。

[等式4]

$I=-\frac{\mathrm{Rf}}{\mathrm{Rs}}\·\frac{V2-V1}{R0}...\left(4\right)$

如上所述，可具体设置根据电阻器221至225的电阻、DC电压V1和AC信号V2输出电流的电压-电流转换电路。

第七实施方式

在下文中描述根据第七实施方式的电压-电流转换电路。在本实施方式中描述的电压-电流转换电路23是上述电压-电流转换电路2的具体实施例。图15是示出根据第七实施方式的电压-电流转换电路23的结构的电路图。

电压-电流转换电路23为电压-电流转换电路22的变形例。在电压-电流转换电路22中，AC信号V2施加于电阻器221，而在电压-电流转换电路23中，DC电压V1施加于电阻器221。在电压-电流转换电路22中，DC电压V1施加于的电阻器224，而电压-电流转换电路23中，AC信号V2施加于电阻器224。电压-电流转换电路23的其他结构与电压-电流转换电路22的相同，因此不再赘述。

通过下列等式(5)表示电压-电流转换电路23的输出电流I。

[等式5]

$I=\frac{\mathrm{Rf}}{\mathrm{Rs}}\·\frac{V2-V1}{R0}...\left(5\right)$

如上所述，可具体设置根据电阻器221至225的电阻、DC电压V1和AC信号V2输出电流的电压-电流转换电路。

第八实施方式

在下文中描述根据第八实施方式的电压-电流转换电路。在本实施方式中描述的电压-电流转换电路24是上述电压-电流转换电路2的具体实施例。图16是示出根据第八实施方式的电压-电流转换电路24的结构的电路图。

电压-电流转换电路24具有如下结构：在该结构中，差分放大器241添加到电压-电流转换电路22中。DC电压V1施加于电阻器224的一端，电阻器224的另一端连接差分放大器226的同相输入端和电阻器225的一端。电阻器225的另一端连接差分放大器241的输出端和反相输入端。差分放大器241的同相输入端连接电压-电流转换电路22的输出端子TOUT。输出电压V22从输出端子TOUT输出。电压-电流转换电路24的其他结构与电压-电流转换电路22的相同，因此不再赘述。

电压-电流转换电路24的输出电流I表示为上述的等式(4)。如上所述，可具体设置根据电阻器221至225的电阻、DC电压V1和AC信号V2输出电流的电压-电流转换电路。

第九实施方式

在下文中描述根据第九实施方式的电压-电流转换电路。在本实施方式中描述的电压-电流转换电路25是上述电压-电流转换电路2的具体实施例。图17是示出根据第九实施方式的电压-电流转换电路25的结构的电路图。

电压-电流转换电路25为电压-电流转换电路24的变形例。在电压-电流转换电路24中，AC信号V2施加于电阻器221，而在电压-电流转换电路25中，DC电压V1施加于电阻器221。在电压-电流转换电路24中，DC电压V1施加于电阻器224，而在电压-电流转换电路25中，AC信号V2施加于电阻器224。电压-电流转换电路25的其他结构与电压-电流转换电路24的相同，因此不再赘述。

电压-电流转换电路25的输出电流I表示为上述等式(5)。如上所述，可具体设置根据电阻器221至225的电阻、DC电压V1和AC信号V2输出电流的电压-电流转换电路。

第十实施方式

在下文中描述根据第十实施方式的电压-电流转换电路。在本实施方式中描述的电压-电流转换电路26是上述电压-电流转换电路2的具体实施例。图18是示出根据第十实施方式的电压-电流转换电路26的结构的电路图。

电压-电流转换电路26包括Pch晶体管MP10、Nch晶体管MN10、电阻器R21和R22、以及差分放大器261和262。

电源电压VDD施加于电阻器R21的一端，并且电阻器R21的另一端连接Pch晶体管MP10的源极。Pch晶体管MP10的漏极连接Nch晶体管MN10的漏极。电阻器R22的一端接地，并且另一端连接Nch晶体管MN10的源极。Pch晶体管MP10的漏极和Nch晶体管MN10的漏极之间的节点连接输出端子TOUT。输出电压V22从输出端子TOUT输出。

AC信号V2施加于差分放大器261的同相输入端。差分放大器261的反相输入端连接Pch晶体管MP10的源极。差分放大器261的输出端连接Pch晶体管MP10的栅极。差分放大器261的同相输入端对应于电压-电流转换电路26的正相输入端。

DC电压V1施加于差分放大器262的同相输入端。差分放大器262的反相输入端连接Nch晶体管MN10的源极。差分放大器262的输出端连接Nch晶体管MN10的栅极。差分放大器262的同相输入端对应于电压-电流转换电路26的负相输入端。

第十一实施方式

在下文中描述根据第十一实施方式的相位调节器。本实施方式中描述的相位调节器为上述相位调节器6的变形例。

在下文中描述作为相位调节器的第一变形例的相位调节器61。图19是示出根据第十一实施方式的驱动电路501的结构的电路图。驱动电路501具有如下结构：在该结构中，相位调节器61添加至图9所示的驱动电路200。

相位调节器61包括电阻器R61和电容器C1，并被配置为无源低通滤波器。电阻器R61插在AC电压信号源1的端子T2和电压-电流转换电路2的正相输入端与参考电压产生电路31中的电阻器R1之间。电容器C1的一端连接位于电阻器R61与参考电压产生电路31中的电阻器R1之间的节点。电容器C1的另一端连接参考电压产生电路31中的差分放大器AMP的同相输入端。

因为相位调节器61为低通滤波器，在该结构中能够进行调整以延迟参考电压V21的相位。

在下文中描述作为相位调节器的第二变形例的相位调节器62。图20是示出根据第十一实施方式的驱动电路502的结构的电路图。相位调节器62包括电阻器R62和电容器C2，并被配置为无源高通滤波器。电容器C2插在AC电压信号源1的端子T2和电压-电流转换电路2的正相输入端与参考电压产生电路31中的电阻器R1之间。电阻器R62的一端连接位于电容器C2和参考电压产生电路31中的电阻器R1之间的节点。电阻器R62的另一端连接参考电压产生电路31中的差分放大器AMP的同相输入端。

因为相位调节器62为高通滤波器，在该结构中能够进行调整以将参考电压V21的相位提前。

在下文中描述作为相位调节器的第三变形例的相位调节器63。图21是示出作为根据第十一实施方式的相位调节器的一个例子的相位调节器63的结构的电路图。相位调节器63包括差分放大器630、电阻器631和632、以及电容器633和634，并被配置为有源低通滤波器。

AC信号V2施加于电阻器631的一端。电阻器631的另一端连接电阻器632的一端和电容器633的一端。电阻器632的另一端连接差分放大器630的同相输入端和电容器634的一端。电容器633的另一端连接差分放大器630的输出端。DC电压V1施加于电容器634的另一端。差分放大器630的反相输入端连接该差分放大器630的输出端。进一步地，差分放大器630的输出端连接端子T3。端子T3连接所述参考电压产生电路。

因为相位调节器63为低通滤波器，在该结构中能够进行调整以延迟参考电压V21的相位。

在下文中描述作为相位调节器的第四变形例的相位调节器64。图22是示出作为根据第十一实施方式的相位调节器的一个例子的相位调节器64的结构的电路图。相位调节器64具有如下结构：在该结构中，电阻器641和642添加至相位调节器63。电阻器641的一端连接差分放大器630的反相输入端，并且DC电压V1施加于电阻器641的另一端。电阻器642插在差分放大器630的反相输入端和该差分放大器630的输出端之间。相位调节器64的其他结构与相位调节器63的相同，因此不再赘述。

因为相位调节器64为低通滤波器，在该结构中能够进行调整以延迟参考电压V21的相位。

在下文中描述作为相位调节器的第五变形例的相位调节器65。图23是示出作为根据第十一实施方式的相位调节器的一个例子的相位调节器65的结构的电路图。相位调节器65配置为有源高通滤波器。相位调节器65具有如下结构：在该结构中，将上述相位调节器63中的电阻器631和电容器633彼此替换并进一步将电阻器632和电容器634彼此替换。

因为相位调节器65为高通滤波器，在该结构中能够进行调整以将参考电压V21的相位提前。

在下文中描述作为相位调节器的第六变形例的相位调节器66。图24是显示作为根据第十一实施方式的相位调节器的一个实施例的相位调节器66的结构的电路图。相位调节器66具有如下结构：在该结构中，电阻器641和642添加至相位调节器65。电阻器641和642与相位调节器64中的那些相同，因此不再赘述。

因为相位调节器66为高通滤波器，在该结构中能够进行调整以将参考电压V21的相位提前。

在下文中描述作为相位调节器的第七变形例的相位调节器67。图25是示出根据第十一实施方式的驱动电路507的结构的电路图。驱动电路507具有如下结构：在该结构中，驱动电路100中的相位调节器6替换成相位调节器67。相位调节器67包括差分放大器670、电阻器671至673和电容器674，并且配置为全通滤波器。

AC信号V2施加于电阻器671的一端，并且电阻器671的另一端连接差分放大器670的反相输入端。AC信号V2施加于电阻器672的一端，并且电阻器672的另一端连接差分放大器670的同相输入端。电阻器673插在差分放大器670的反相输入端和该差分放大器670的输出端之间。进一步地，差分放大器670的输出端连接参考电压产生电路3中的差分放大器AMP的同相输入端。DC电压V1施加于电容器674的一端，并且电容器674的另一端连接差分放大器670的反同相输入端。需要指出的是，差分放大器670插在电源电压VDD和地电位之间，从而获得电源。

如上所述，在该结构中，能够进行调整以延迟参考电压V21的相位。此外，因为上述相位调节器61至66为RC滤波器，所以参考电压V21的相位的调整会引起电压振幅的变化。另一方面，因为相位调节器67为全通滤波器，能够对参考电压V21的相位进行调整且电压振幅无变化。

在下文中描述作为相位调节器的第八变形例的相位调节器68。图26是示出根据第十一实施方式的驱动电路508的结构的电路图。驱动电路508具有如下结构：在该结构中，驱动电路100中的相位调节器6替换成相位调节器68。相位调节器68具有如下结构：在该结构中，相位调节器67中的电阻器672和电容器674彼此替换。相位调节器68的其他结构与相位调节器67的相同，因此不再赘述。

如上所述，在该结构中，能够进行调整以将参考电压V21的相位提前。此外，因为上述相位调节器61至66为RC滤波器，所以参考电压V21的相位的调整会引起电压振幅的变化。另一方面，因为相位调节器68为全通滤波器，所以能够对参考电压V21的相位进行调节且电压振幅无变化。

在下文中描述作为相位调节器的第九变形例的相位调节器69。图27是示出根据第十一实施方式的驱动电路509的结构的电路图。驱动电路509具有如下结构：在该结构中，相位调节器69添加至驱动电路200。相位调节器69包括n(n为1或1以上的整数)个串联的缓冲器B_1至B_n。

缓冲器B_1至B_n中的每一个由差分放大器691组成。差分放大器691的反相输入端连接该差分放大器691的输出端。

AC信号V2施加于构成第一级缓冲器B_1的差分放大器691的同相输入端。同样地，构成第k(k为2≤k≤n-1的整数)个缓冲器B_k的差分放大器691的同相输入端连接构成第(k-1)个缓冲器B_k-1的差分放大器691的输出端。构成第n个缓冲器B_n的差分放大器691的输出端连接参考电压产生电路31的反相输入端。需要指出的是，构成各个缓冲器B_1至B_n的差分放大器691插在电源电压VDD和地电位之间，从而获得电源。

具有多级缓冲器的相位调节器69可延迟经过该相位调节器69的AC信号。如上所述，在该结构中，能够进行调整以延迟参考电压V21的相位。

在下文中描述作为相位调节器的第十变形例的相位调节器70。图28是示出根据第十一实施方式的驱动电路510的结构的电路图。驱动电路510具有如下结构：在该结构中，相位调节器70添加至驱动电路200。相位调节器70具有如下结构：在该结构中，改变了相位调节器69的连接位置。

构成为第n个缓冲器B_n的差分放大器691的输出端连接至电压-电流转换电路2正相输入端。相位调节器70的其他结构与相位调节器69的相同，因此不再赘述。

具有多级缓冲器的相位调节器70可延迟经过相位调节器70的AC信号。如上所述，在该结构中，能够进行调整以将参考电压V21的相位提前。

第十二实施方式

在下文中描述根据第十二实施方式的驱动电路600。图29是示出根据第十二实施方式的驱动电路600的结构的电路图。驱动电路600具有如下结构：在该结构中，代替相位调节器，AC电压信号源设有相位调节功能。具体而言，驱动电路600具有如下结构：在该结构中，从驱动电路100去除相位调节器6并且AC电压信号源1替换成AC电压信号源10。

AC电压信号源10向电压-电流转换电路2输出AC信号V12(也被称为第一AC信号)，并向参考电压产生电路3输出AC信号V11(也被称为第二AC信号)。AC电压信号源10包括控制电路11、数模转换器(DAC)12和13以及低通滤波器(LPF)14和15。

控制电路11向DAC12和13输出数字信号用于控制它们的运行。DAC12和13将输入的数字信号转换为模拟信号并由此输出AC电压。从DAC12输出的AC电压进入LPF14，其中AC电压的高频分量被消除并之后作为AC信号V12输出。从DAC13输出的AC电压进入LPF15，其中AC电压的高频分量被消除并之后作为AC信号V11输出。

例如，如果控制电路11向DAC13提供数字信号比向DAC12提供的数字信号晚，就能够相比于AC信号V12延迟AC信号V11的相位。进一步地，如果控制电路11向DAC13提供数字信号比向DAC12提供的数字信号早，就能够相比于AC信号V12将AC信号V11的相位提前。

需要指出的是，AC电压信号源10可适用于根据驱动电路100之外的实施方式的驱动电路。

第十三实施方式

在下文中描述根据第十三实施方式的驱动电路700。图30是示出根据第十三实施方式的驱动电路700的结构的电路图。驱动电路700具有下述结构：在该结构中，驱动电路100的参考电压产生电路3中的电阻器R1和R2替换成可变电阻器VR1和VR2并进一步添加控制电路7。控制电路7由数字电路组成，例如，可以控制可变电阻器VR1和VR2的电阻。驱动电路700的其他结构与驱动电路100相同，因此不再赘述。

在下文中，可变电阻器VR1和VR2的电阻分别表示为R3和R4。在这种情况下，通过下列等式(6)(等式(1)的修改)表示参考电压V21。

[等式6]

$V21=-\frac{R4}{R3}\·A\·\sin \left(2\mathrm{\πft}\right)+1.2...\left(6\right)$

在驱动电路700中，如等式(6)所示，能够通过控制可变电阻器VR1和VR2的电阻来控制参考电压V21的振幅。通过控制参考电压V21的振幅，可以相同的方式控制输出电压V22的振幅。

如上所述，根据该结构，作为连接负载4后的初始设置，通过适当地控制参考电压V21和输出电压V22的振幅，能够向负载4提供具有所需振幅的电流。

第十四实施方式

在下文中描述根据第十四实施方式的驱动电路800。图31是示出根据第十四实施方式的驱动电路800的结构的电路图。驱动电路800具有如下结构：在该结构中，控制电路8添加至驱动电路100。控制电路8对与参考电压产生电路3连接的相位调节器6的相位调整量进行控制。例如，控制电路8监控输出电压V22，并且根据监控结果输出表示相位调节器6的相位调整量的控制信号。

如上所述，根据该结构，作为连接负载4后的初始设置，通过适当地控制相位调节器6的相位量，能够控制参考电压V21与输出电压V22反相。

第十五实施方式

在下文中描述根据第十五实施方式的驱动电路900。图32是示出根据第十五实施方式的驱动电路900的结构的电路图。驱动电路900为驱动电路700的变形例，并具有如下结构：在该结构中，将控制电路7替换为控制电路9。控制电路9不仅对可变电阻器VR1和VR2的电阻进行控制，还像控制电路8那样对相位调节器6的相位调量进行控制。

如上所述，根据该结构，作为连接负载4后的初始设置，通过适当地控制参考电压V21和输出电压V22的振幅，能够向负载4提供具有所需振幅的电流。此外，作为连接负载4后的初始设置，通过适当地控制相位调节器6的相位调整量，能够控制参考电压V21与输出电压V22反相。

本发明并不限于上文提及的实施方式，并且在不脱离本发明的范围内能进行各种各样的改变和变形。例如，上述相位调节器61、62、69和70可应用于根据上述除驱动电路200之外的实施方式的驱动电路。上述相位调节器67和68可应用于根据上述除驱动电路100之外的实施方式的驱动电路。

尽管根据上述第十二和第十四实施方式的驱动电路被描述为驱动电路100的变形例，它们也可配置为根据上述除驱动电路100之外的实施方式的驱动电路的变形例。尽管根据上述第十三和第十五实施方式的驱动电路被描述为驱动电路100的变形例，它们也可配置为根据实施方式的驱动电路200的变形例。

关于负载4，可使用需要AC电流的各种类型的负载，例如用于生物电阻抗测量的生命体或显示板。

尽管上文中对由本发明的实施方式进行了具体描述，但本发明不限于上文提及的实施方式，在不脱离本发明的范围内能进行进行各种各样的改变和修改。

上文提及的实施方式可由本领域常规技术人员根据需要进行组合。

虽然已基于数个实施方式对本发明进行了描述，然而本领域技术人员会认识到本发明可以以随附的权利要求书的精神和范围内的各种各样的变形例来实施，并且本发明不限于上文提及的实施例。

进一步地，权利要求书的范围不限于上文提及的实施方式。

此外，需要指出的是，申请人意在包括全部权利要求要素的等同方式，即使是申请过程中的后期修改。

Claims (15)

1.一种驱动电路，包括：

信号源，所述信号源输出AC信号；

电压产生电路，所述电压产生电路包括根据所述AC信号产生具有恒定振幅的第一AC电压的差分放大器并将该第一AC电压输出至外部负载的一端；以及

电压-电流转换电路，所述电压-电流转换电路根据所述AC信号向所述外部负载的另一端提供与所述第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中

所述AC信号为相对于指定电压以恒定振幅变化的正电压。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其中

所述电压产生电路包括：

第一电阻器，所述指定电压施加于所述第一电阻器的一端，所述第一电阻器的另一端连接所述差分放大器的反相输入端，以及

第二电阻器，所述第二电阻器的一端连接所述差分放大器的反相输入端，所述第二电阻器的另一端连接所述差分放大器的输出端，

其中所述AC信号输入至所述差分放大器的同相输入端，并且

其中所述第一AC电压从所述差分放大器的输出端输出。

4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中

所述第一电阻器和第二电阻器中的一者或两者为可变电阻器，并且

所述驱动电路还包括控制所述第一电阻器和第二电阻器中的一者或两者的电阻的控制电路。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，还包括：

相位调节器，所述相位调节器位于所述信号源和所述电压-电流转换电路之间或者位于所述信号源和所述电压产生电路之间，并且调节所述AC信号的相位，

其中，所述控制电路控制所述相位调节器中所述AC信号的相位调整量。

6.根据权利要求2所述的驱动电路，其中

所述电压产生电路包括：

第一电阻器，所述AC信号施加于所述第一电阻器的一端，所述第一电阻器的另一端连接所述差分放大器的反相输入端，以及

第二电阻器，所述第二电阻器的一端连接所述差分放大器的反相输入端，所述第二电阻器的另一端连接所述差分放大器的输出端，

其中所述指定电压输入至所述差分放大器的同相输入端，并且

其中所述第一AC电压从所述差分放大器的输出端输出。

7.根据权利要求6所述的驱动电路，其中

所述第一电阻器和第二电阻器中的一者或两者为可变电阻器，并且

所述驱动电路还包括控制所述第一电阻器和第二电阻器中的一者或两者的电阻的控制电路。

8.根据权利要求7所述的驱动电路，还包括：

相位调节器，所述相位调节器位于所述信号源和所述电压-电流转换电路之间或者位于所述信号源和所述电压产生电路之间，并且调节AC信号的相位，

其中，所述控制电路控制所述相位调节器中所述AC信号的相位调整量。

9.根据权利要求2所述的驱动电路，其中

所述指定电压输入至所述差分放大器的同相输入端，

所述AC信号输入至所述差分放大器的反相输入端，并且

所述第一AC电压从所述差分放大器的输出端输出。

10.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括：

位于所述信号源和所述电压-电流转换电路之间或位于所述信号源和所述电压产生电路之间的相位调节器，并且调节所述AC信号的相位。

11.根据权利要求10所述的驱动电路，进一步包括：

控制所述相位调节器中所述AC信号的相位调整量的控制电路。

12.根据权利要求1所述的驱动电路，其中

所述信号源向所述电压-电流转换电路输出第一AC信号作为AC信号，向所述电压产生电路输出第二AC信号作为AC信号，并且配置为能够调节所述第一AC信号和第二AC信号的相位。

13.一种驱动电路，包括：

信号源，所述信号源输出AC信号；

电压产生电路，所述电压产生电路根据所述AC信号向外部负载的一端输出具有恒定振幅的第一AC电压；以及

电压-电流转换电路，所述电压-电流转换电路根据所述AC信号向所述外部负载的另一端提供与所述第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流。

14.一种驱动外部负载的方法，包括：

从信号源输出AC信号；

由包括差分放大器的电压产生电路根据所述AC信号产生具有恒定振幅的第一AC电压，并将所述第一AC电压输出至外部负载的一端；以及

由电压-电流转换电路根据所述AC信号向所述外部负载的另一端提供与所述第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流。

15.一种驱动外部负载的方法，包括：

从信号源输出AC信号；

由电压产生电路根据AC信号向外部负载的一端输出具有恒定振幅的第一AC电压；以及

由电压-电流转换电路根据AC信号向所述外部负载的另一端提供与所述第一AC电压反相的具有恒定振幅的AC电流。