CN1216879A - 将对称信号转换为非对称信号的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转换设备CONV,该转换设备具有一对称输入电压Vin和一非对称输出电压Vout,该设备包括用来产生其数值与该输入电压Vin相关联的电流的互电导模块TCM,和用来将电流转换为以预定电位为基准的电压Vout的电阻模块RM。依照本发明,互电导模块TCM包括接收输入电压Vin的差动对(Q1,Q2),和用来接收来自差动对(Q1,Q2)的集电极电流,并发送表示该电流间差别的电流的减法器装置SUB。本发明可应用于无线电话内,集成电路和印刷电路间的接口。

Description

将对称信号转换为非对称信号的设备

本发明涉及一种转换设备，该转换设备具有对称输入口来接收输入电压，非对称输出口来发送输出电压，该转换设备包括：

互电导模块，该模块具有一对称输入口来组成设备的输入口，一个输出口来发送其数值与该输入电压相关联的电流，

电阻模块，用来将互电导模块的输出电流转换为参照于预定电位的电压。

该转换设备现应用于这样的装置，该装置包括一组集成电路，该电路由公共参照地的电源电压供电，并且由印制电路来内部连接，举例来说，比如无线电话。事实上，在这些集成电路中最好使用对称电压信号，这主要是由于减少噪声的原因，这种可行性归功于信号的对称性造成的结构的对称。这些对称信号最好参照于电源电压，该电压通常由电池产生，因此会发生变化。在两个集成电路间通过印制电路传输的信号是非对称型的，并且参照于所有电路共有的参照地。

已知的转换设备大多是基于运算放大器的电路来组成的。这样，传统的转换设备用运算放大器构成差动放大器，该放大器产生表示对称输入电压的非对称型的电压，其后，一个运算放大器负责通过与电路的接地端相连的电阻来传导电流，该电流与该差动放大器的输出电压成正比。在Messrs.Paul Horowitsh和Winfield Hill所写的，书名为“电子技术”的书中，描述了这种结构。上面所述的转换设备具有以下的缺点：每个运算放大器本身就是包括多达几打晶体管的复杂电路。使用该设备将有必要使用价格昂贵的大的硅平面。另外，当运算放大器取决于其电源电压的变化时，很可能会在输出电压中引入寄生直流分量，这些直流分量将对该装置的正常操作带来损害。

本发明的目的就是通过设计一种转换设备，来极大地改善这些缺点，该设备具有更简单的结构，使用较少数量的器件，同时减小对于电源电压变化的灵敏度。

实际上，在本文中所定义的转换设备，依照本发明，其特征在于，该互电导模块包括：

第一和第二晶体管组成差动对，每个晶体管分别具有参照端(reference terminal)，偏置端和转移端(transfer terminal)，偏置端组成设备的对称输入口，

减法器装置具有两个输入口和一个输出口，该输入口用来接收由第一和第二晶体管的转移端发出的，被称为转移电流的电流，该输出口与互电导模块的输出口相连，用来发送代表转移电流间的差别的电流。

在这个转换设备中，差动对立刻将输入电压转换为差动电流，电源电压的可能变化对该差动电流的影响很小。另外，依照本发明的互电导模块只包括一个单独的差动对，来替代前面所述的两个运算放大器，和减法器装置。

本发明的实施例以权利要求2中所要求的为转换设备的特征。该减法器装置的实施例是有利的，因为它的简单性使其转换设备的实施例的成本最小。依照权利要求3，也可以以非常简单的形式实现电阻模块。

在本发明的优选实施例中，将输入电阻的第一端连接到预定电位的装置依照权利要求4。

第一和第二晶体管组成差动对，当输入电压的幅度足够高，以至于使该晶体管饱和时，该差动对将输入电压转换为差动电流的线性关系可能改变。本发明按照权利要求5中所要求的变动可以修正这种情况。

如前面所述，依照本发明的转换设备特别适合应用于无线电话。因此本发明也涉及了如权利要求6中所要求的无线电话。

参照下面将要描述的实施例，本发明的这些和其它特性将被阐述得明了、清晰。

在下列图中：

-图1是描述包括依照本发明的转换设备的无线电话的功能示意图；

-图2是描述依照本发明的转换设备的功能示意图；

-图3是描述依照本发明的优选实施例的转换设备的电路示意图；

图1图解性地表示了无线电话，它包括：

●天线和滤波器系统AF，用来保证对无线信号的接收和在输出口发送代表该信号的非对称电压信号，

●平衡变换器BALUN，它具有一输入口与天线和滤波器系统AF的输出口相连，并且有一对称输出口，

●放大器LNA具有一对称输出口和一个与平衡变换器BALUN的输出口相连的对称输入口，

●混频器MX，它具有一个对称输出口，与放大器LNA的输出口相连的第一对称输入口，用来接收来自本机振荡器OSC的电压信号的第二对称输入口，

●解调器DEM，它具有一对称输出口，和与混频器MX的输出口相连的对称输入口。

平衡变换器BALUN的功能是将由天线和滤波器系统AF发出的信号转换为对称信号。它还保证使阻抗匹配于放大器LNA。平衡变换器BALUN，放大器LNA，混频器MX和解调器DEM，最好集中放置在被称为接收电路的同一集成电路REC中。由于前面所述器件所产生的信号的对称性，由这些器件所组成的电路具有对称性结构，这就能够通过补偿消除了在处理信号中所固有的大量的噪声器件的影响。另外，接收器电路由参照于无线电话的所有器件的公共地的电源电压供电，上述器件由印制电路进行内部连接，这些信号以电源电压为基准。在印制电路中传输的信号是非对称信号，并且以电路的公共地为基准。这样，该装置包括转换设备CONV,CONV的对称输入口与解调器DEM的输出口相连，CONV的输出口用来发送解调的非对称的以地为基准的输出电压Vout。

图2图解性地表示了这样一个转换设备CONV。这个转换设备CONV具有一用来接收输入电压Vin的对称输入口，和一用来发送输出电压Vout的非对称输出口。它包括：

●互电导模块TCM，该模块具有一对称输入口来组成设备的输入口，和一个输出口来发送其数值与该输入电压Vin相关联的电流itcm，

●电阻模块RM，用来将互电导模块TCM的输出电流itcm转换为以地为基准的电压Vout。

该转换设备CONV，其特征在于其互电导模块TCM包括：

●第一和第二双极型晶体管Q1和Q2组成差动对，每个晶体管具有一发射极组成参照端，基极组成偏置端，集电极组成转移端，由基极组成设备的对称输入口；

●减法器装置SUB具有两个输入口和一个输出口，该输入口用来接收由第一和第二晶体管Q1和Q2的集电极发送的，被称为转移电流i1和i2的接收电流，该输出口与互电导模块TCM的输出口相连，用来发送代表转移电流i1和i2间的差别的电流itcm。该电流itcm，可以等于i1-i2，与输入电压Vin成正比。这种电压到电流的转换很大程度上独立于电源电压的变化。

当第一和第二晶体管Q1和Q2运行于饱和状态之外时，简并电阻(degeneracy resistor)R1和R2使得电压到电流的转换线性化。

图3表示了本发明的优选实施例。尽可能地保留了上面已经描述过的有关元件的参考标记，以便于对说明的理解。在该实施例中，减法器装置包括：

●第一和第二电流镜，(M1,M2)和(M3,M4)，每个电流镜分别具有一个输入支路，一个输出支路和与第一电源端VCC相连的参照端，第一和第二电流镜的输入支路与第一和第二晶体管Q1和Q2的转移端相连；

●第三电流镜(M5,M6)，其参照端与构成电路的接地端的第二电源端VSS相连，第三电流镜的输入支路与第二电流镜的输出支路相连，第一和第三电流镜(M1,M2)和(M5,M6)的输出支路与互电导模块的输出口连接在一起。

电阻模块包括：

●被称为输出电阻的电阻Rs，该电阻Rs的第一端与互电导模块的输出口相连，也就是说，与第一和第三电流镜(M1,M2)和(M5,M6)的输出支路相连，其第二端构成转换设备CONV的输出口；

●为输出电阻Rs的第一端设置预定电位的装置。

依照本发明的实施例，流经第一晶体管Q1的集电极的转移电流i1，在第一电流镜(M1,M2)的输出支路再生，而流经第二晶体管Q2的集电极的转移电流i2，在第二电流镜(M3,M4)的输出端再生，在这之后，在第三电流镜(M5,M6)的输出端再生。这样，电阻模块的输出电阻Rs上流过其值为i1-i2的电流，如果忽略输入级(Rin1,Rin2,I1,I2,Q5,Q6,R3,R4)，该输入级的作用将在下面描述，该电流的值就与输入电压Vin成正比。这样，输出电阻Rs的第一端的电位就固定了，该电阻Rs产生与电压Vin的交流分量成正比的电压降。这样，由此产生的输出电压Vout是以预定电位为基准的非对称型电压。

为输出电阻的第一端设置预定电压的装置包括：

●位于第一电源端VCC和设备输出口之间的电流源IO；

●第三晶体管Q3，其基极和集电极分别与输出电阻Rs的第一端和第一电源端VCC相连；

●第四晶体管Q4，其基极与第三晶体管的发射极相连，其发射极与第二电源端VSS相连，其集电极与转换设备CONV的输出口相连。

依照本实施例，如果用Vbe表示第三和第四晶体管Q3和Q4相同的基极-发射极间电压，输出电阻Rs的第一端的电位等于2.Vbe+VSS。由提供固定电流值的电流源设备IO对Q3和Q4进行偏置，Q3和Q4的基极-发射极电压也被固定，这使得输出电阻Rs的第一端的电位固定。这样，输出电压Vout是非对称型电压，其交流分量与输入电压Vin的变化成正比，其直流分量恒定为2.Vbe+VSS。输出电压Vout以地为基准。

当没有输入级(Rin1,Rin2,I1,I2,Q5,Q6,R3,R4)时，通过选择简并电阻R1,R2的标称值在几十千欧的量级，可以获得电压到电流的转换的合适的线性关系，但这些电阻会产生相当大的电压降。

输入电压Vin太大的幅度变化会给互电导模块执行的从电压到电流的转换带来不希望的影响，输入级(Rin1,Rin2,I1,I2,Q5,Q6,R3,R4)能够减少该影响。实际上，如果差动对(Q1,Q2)直接接收输入电压Vin，该输入电压Vin具有足够大的幅度以至于使第一或第二晶体管Q1或Q2饱和，则转移电流i1和i2的差值将不再与输入电压Vin成正比。因此，在本优选实施例中，转换设备CONV包括，在第一和第二晶体管Q1和Q2组成的差动对和设备的对称输入口之间，插入由第五和第六晶体管Q5和Q6组成的第二差动对，Q5和Q6的基极分别与第一和第二晶体管Q1和Q2的基极相连，Q5和Q6的集电极与第一电源端VCC通过负载相连，每个第五和第六晶体管Q5和Q6的基极不仅与其集电极相连，而且与输入电阻Rin1或Rin2的第一端相连，该输入电阻Rin1和Rin2的第二端构成转换设备CONV的对称输入口。

元件队列(Rin1,Q5,Q3)和(Rin2,Q6,R4)构成差动分压器桥。这样，流过第一和第二晶体管Q1和Q2的基极的电压只是输入电压Vin的一部分，这就抑制了该晶体管饱和的危险性。通过将输入电阻Rin1和Rin2的标称电阻值固定在几十千欧，将简并电阻R1,R2,R3和R4的标称电阻值固定在一千欧的数量级，可以在不造成禁止的电压降的情况下，获得最优化的线性关系。

第五和第六晶体管Q5和Q6的负载为电流源I1和I2。这能够保证该晶体管的偏置，使其不依靠输入电压Vin而依靠该电压的变化，这与当负载为电阻时的情况不同。

最后，如果晶体管Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,M5和M6在本例中被表示为双极晶体管的类型，那么，对于那些在本领域的技术人员来说，显而易见，用MOS型的晶体管可以替代它们，其漏极组成转移端，其源极组成参照端，其栅极组成偏置端。反过来，对于晶体管M1,M2,M3和M4也是一样。

Claims (6)

1．具有用来接收输入电压的对称输入口，和用来发送输出电压的非对称输入口的转换设备，它包括：

互电导模块，该模块具有一组成设备的输入口的对称输入口，一个用来发送其数值与该输入电压相关联的电流的输出口，

电阻模块用来将互电导模块的输出电流转换为以预定电位为基准的电压，该转换设备，其特征在于该互电导模块包括：

●第一和第二晶体管组成差动对，每个晶体管分别具有参照端，偏置端和转移端，偏置端组成设备的对称输入口，

●减法器装置具有两个输入口和一个输出口，该输入口用来接收由第一和第二晶体管的转移端发出的，被称为转移电流的电流，该输出口与互电导模块的输出口相连，用来发送代表转移电流间的差别的电流。

2．权利要求1所要求的转换设备，其特征在于该减法器装置包括：

第一和第二电流镜，每个电流镜分别具有一个输入支路，一个输出支路和与第一电源端相连的参照端，第一和第二电流镜的输入支路与第一和第二晶体管的转移端相连；

第三电流镜，其参照端与第二电源端相连，其输入支路与第二电流镜的输出支路相连，第一和第三电流镜的输出支路与互电导模块的输出口连接在一起。

3．权利要求2所要求的转换设备，其特征在于该电阻模块包括：

被称为输出电阻的电阻，其第一端与互电导模块的输出口相连，其第二端构成转换设备的输出口；

为输出电阻Rs的第一端设置预定电位的装置。

4．权利要求3所要求的转换设备，其特征在于，该为输出电阻的第一端设置预定电位的装置包括：

位于第一电源端VCC和设备输出口之间的电流源；

第三晶体管，其偏置端和转移端分别与输出电阻的第一端和第一电源端相连；

第四晶体管，其偏置端与第三晶体管的参照端相连，其参照端与第二电源端相连，其转移端与转换设备的输出口相连。

5．权利要求2到4中任一条所要求的转换设备，其特征在于它包括，在第一和第二晶体管组成的差动对和设备的对称输入口之间，插入由第五和第六晶体管组成的第二差动对，它们的偏置端分别与第一和第二晶体管的偏置端相连，它们的转移端与第一电源端通过负载相连，每个第五和第六晶体管的偏置端不仅与其转移端相连，而且与输入电阻的第一端相连，该输入电阻的第二端构成转换设备的对称输入口。

6．一种无线电话，包括：

天线和滤波器系统，用来保证对无线信号的接收和在输出口发送代表该信号的非对称电压信号，

具有一与天线和滤波器系统的输出口相连的输入口，和一对称输出口的平衡变换器，

具有一对称输出口和一个与平衡变换器的输出口相连的对称输入口的放大器，

具有一个对称输出口，与放大器的输出口相连的第一对称输入口和用来接收来自本机振荡器的电压信号的第二对称输入口的混频器，

具有一对称输出口，和与混频器的输出口相连的对称输入口的解调器，该无线电话，其特征在于它进一步包括权利要求1到5中任一权利要求所要求的转换设备，其对称输入口与解调器的输出口相连，其输出口用来发送非对称型的输出信号。

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