CN1334987A - 电平移动电路 - Google Patents

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Abstract

在此公开一种电平移动电路,具有用于接收输入信号的差动输入,和用于提供从输入信号得来的输出信号的差动输出。该电平移动电路还包括控制电平设置输入和反馈电路,用于将输出信号的共模电平设置为根据控制电平设置输入所设置的电平。这使输出共模能够被准确地,与输入共模无关的设置。

Description

电平移动电路
发明的技术领域
本发明涉及一种电平移动电路，也就是，一种将输入信号的电平移动到所希望的共模信号电平的电路。
发明的背景
电子电路通常需要具有能够改变信号共模电平的电路。纯粹作为一个例子，在当前模式逻辑(CML)电路中，典型情况下电压是从最正的电源电压定位的。然而，连到这样一种数字CML电路的模拟电路可能需要具有它定位到负电源的阈值电压。结果，在数字/模拟接口上，需要一种在两个电压源端之间移动信号电平的电路。
更一般而言，可能需要将信号电平移动到一个任意固定的或可控的电平。
JP-A-6-2690925公开了一种电平移动电路，其中第一和第二输入端组成差动输入，用于接收差动输入电压，并被连到第一和第二NPN晶体管的基极。这些晶体管的集电极端被连接在一起，发射极端被连接到供给差动输出电压的各个输出端。这些晶体管的发射极还通过各个电阻器连接到电流镜象电路中各自的一半。输出信号的共模电平(也就是信号的平均值)由电路中的元件值确定，例如电阻器的电阻值。
本发明的一个目的是提供一种电平移动电路，在最佳实施方案中，它可以提供一个固定的输出共模电平，与电源电压和输入共模电压无关。
发明概述
依据本发明的实施方案，在此提供一种电平移动电路，它具有用于接收输入信号的差动输入，和用于供给从输入信号得来的输出信号的差动输出。该电平移动电路还包括一个控制电平设置输入，和一个用于将输出信号的共模电平设置为根据控制电平设置输入所设置的电平的反馈电路。
附图简述
图1a-1d是依据本发明的电平移动电路的方框简图。
图2是依据本发明的第一实施方案的一种电平移动电路的电路图。
图3是依据本发明的第二实施方案的一种电平移动电路的电路图。
图4是依据本发明的第三实施方案的一种电平移动电路的电路图。
图5是依据本发明的第四实施方案的一种电平移动电路的电路图。
图6是依据本发明的第五实施方案的一种电平移动电路的电路图。
图7是依据本发明的第六实施方案的一种电平移动电路的电路图。
图8是依据本发明的第七实施方案的一种电平移动电路的电路图。
最佳实施方案详述
图1a示出依据本发明的一种电平移动电路的一般形式。第一和第二差动输入信号in+和in-供给差动输入电路2的各个输入。然后这些信号被优先采用可控增益，供给一个差动输出电路4，提供差动输出信号out+和out-。参考信号Ref被供给反馈电路6，检测差动输出信号out+和out-的共模信号电平，并控制信号电平到被输入在反馈电路参考输入上的所希望的值。
图1b是依据图1a的电路的一种形式的方框简图。差动输入信号被供给输入差动增益级2的输入端IN，然后将信号供给具有电路输出端OUT的共发射极差动输出级4。参考电平信号被供给在运算放大器8的一端上的参考输入REF。运算放大器的其他(反馈)输入被从输入级2提供，运算放大器的输出被反馈到输入端2以设置参考电平。
图1c是依据图1a的电路的另一种形式的方框简图。差动输入信号被供给输入差动增益级2的输入端IN，然后将信号供给具有电路输出端OUT的共发射极差动输出级4。参考电平信号被供给在运算放大器8的一端上的参考输入REF。运算放大器的其他(反馈)输入被从输出级4提供，运算放大器的输出被反馈到输入端2以及设置参考电平。
图1d是依据图1a的电路的又一种形式的方框简图。差动输入信号被供给输入差动增益级2的输入端IN，然后将信号供给具有电路输出端OUT的共发射极差动输出级4。参考电平信号被施加到运算放大器8一端上的参考输入REF。运算放大器的其他(反馈)输入被从输出级4供给，运算放大器的输出被反馈到输出级4以设置参考电平。
图2是表示实现本发明的一种实施方案的第一电路的电路图，其一般类型示于图1b中。在图2的电路中，差动电路包括两个匹配的NPN晶体管12，14，输入信号in+，in-被供给这些晶体管的基极端。在标记为A的节点上的晶体管12的集电极端被通过电阻器16连接到正电源轨道，在标记为B的节点上的晶体管14的集电极端被通过电阻器18连接到负电源轨道。晶体管12的发射极端被连接到电阻器20，晶体管14的发射极端被连接到电阻器22。电阻器20，22的其他端被通过提供电流IT的电流源连到地。
通过晶体管12，14吸取的电流和电阻器16，18的电阻值确定在节点A和B上的电压电平。这些电压分别供给在电路的差动输出级中各个NPN晶体管26，28的基极端。晶体管26，28具有连到正电压源的集电极端，和它们的发射极端，通过提供电流I的各个匹配的电流源27，29连接到地。进一步，在晶体管28，26的发射极端上的电压分别被取作差动输出信号out+，out-。
节点A和B被一对具有相等电阻值的电阻器30，32连接。作为结果，在电阻器30，32之间的节点34上的电压是在节点A和B上电压的平均电平。电阻器30，32的电阻值最好应该大大高于电阻器16，18的电阻值。
节点34也被连到另一个NPN晶体管36的基极端，其集电极被连到正电压电源轨道，其发射极，在节点C上，被通过提供电流I的另一个匹配的电流源38连到地。
因而，节点34是在节点A和B上电压的平均值。节点C的电压是低于节点34一个晶体管的基极-发射极电压Vbe。而且，输出电压out+，out-每个分别比在节点B和A上的电压低一个晶体基极-发射极电压Vbe。因此，节点C是处于差动输出信号的共模信号电平。
图1电路的反馈级包括一个运算放大器40，它在反相输入上包括一个参考信号Ref。在节点C上的电压被反馈到运算放大器40的非反相输入，其输出被供给NPN晶体管42的基级端。晶体管42的集电极端被连到正电压电源，发射极端被连到电流镜象电路，它包括一个二极管连接的NPN晶体管44，和又一个NPN晶体管46，48。晶体管44的集电极端被连到晶体管42的发射极端。晶体管44，46，48的发射极端被或者通过所示的电阻器，或者直接地连到地。晶体管46的集电极端被连到节点A，晶体管48的集电极端被连到节点B。晶体管46，48被匹配，并且可以具有与晶体管44相同发射极区域，使得通过镜象的电流精确地等于在晶体管44中的电流，或者可以具有成比例的发射极区域，使得通过的电流从可用的电压空间或电路的所需的功率消耗性质看来更为适合。
在图2电路的使用中，当不存在差动输入信号时，也就是in+＝in-，经过输入晶体管12，14的电流将相等，在节点A和B上的电压(是高于相等的输出电压out+和out-的Vbe)将相等，并且也将等于在节点34上的电压。这个电压是比在节点C上反馈到放大器10的非反相输入的电压高的Vbe。如果反馈电压变得高于输入信号Ref，通过晶体管42，因而通过晶体管46和48吸入的电流将增加。这样就增加通过电阻器16和18吸入的电流，因此降低在节点A和B上的电压，从而使在节点C上的电压朝输入信号Ref返回。相反，如果反馈电压变得低于输入信号Ref，通过晶体管42，因而通过晶体管46和48吸入的电流将下降。这样就减少通过电阻器16和18吸入的电流，因此增加在节点A和B上的电压，从而再次使在节点C上的电压朝输入信号Ref返回。
当差动信号被施加到输入端in+和in-时，通过各个晶体管12，14的电流将不同，因此在节点A和B上的电压将不同。在这些电压之间的差等于输出电压out+和out-之间的差。当被差动输入电压除时，这可被看作电路的增益，并将取决于电路的值。特别是，可以选取电流源24和电阻器20，22的电阻值，以便将增益(或衰减)设置为任何所希望的值。
然而，即使当差动信号被施加时，在节点A上的电压中的增加或减少被在节点B上的电压中相应的减少或增加所平衡。因此，在节点34上的电压，因而在节点C上的电压，从而输出共模电压仍然是恒定的。
图3是示出实现图1c中所示的一般类型的本发明一个实施方案的第二电路的电路图。与图2的电路的相应元件具有相同功能的电路元件用相同的参考数字表示，在此将不作进一步的描述。
在图3的电路中，节点A和B被连接到正电压电源轨道不仅通过各自的电阻器16，18，而且也通过又一个电阻器60。在反馈电路中，通过电阻器的电流，从而在节点A和B上的电压，由与二级管连接的晶体管44构成电流镜象的单个晶体管62控制。
而且在反馈电路中，检测输出共模电压，并不是象图2中那样间接地进行，而是直接在电路输出上进行。因此，一对等值的电阻器64，66被连接在输入和输出端之间。在它们之间的连接节点68上的电压是在任何时间上输出的平均值，也就是输出共模电压，并且被反馈到放大器40的非反相输入。
图4是示出实现在图1c中所示的一般类型的本发明一个实施方案的第三电路的电路图。具有与图2或图3电路中相应的元件相同功能的电路元件将在此不作进一步描述。
在图4的电路中，由晶体管46，48吸入的反馈电流，不仅如图2中那样，通过差动级电阻器16，18，而且也通过在节点A和晶体管26的基级之间连接的第一附加电阻器70，和在节点B和晶体管28的基极之间连接的第二附加电阻器72。这样做的效果是允许晶体管12，14有更多的裕量，没有让它们运行进入饱和状态的风险。因此该电路能够处理较大的差动输入信号和较高的输入共模电压。
图5是示出实现图1c中所示的一般类型的本发明一种实施方案的第四电路的电路图。具有与图4的电路相应的元件相同功能的电路元件用相同的参考数字表示，并将在此不作进一步的描述。
在图5的电路中，不是电流源，而是电阻器80和82被分别连接在输出端，out-和out+与地之间。这使输出共模电压能够较低，并且接近负电源限值。
图6是实现图1d中所示的一般类型的本发明一种实施方案的第五电路的电路图。具有与图5的电路相应的元件相同功能的电路元件用相同的参考数字表示，并将在此不作进一步的描述。
在图6的电路中，反馈电路被移到通过晶体管26和28吸入电流，而不是如图2中那样通过差动级电阻器16，18进行。这样，电阻器90被连接在晶体管26的发射极和输出out-之间，后者也被连到晶体管46的集电极端。进而，电阻器92被连接在晶体管28的发射极和输出out+之间，后者也被连到晶体管48的集电极端。这样做具有进一步增加为差动级晶体管20，22可用的裕量的效果，因为通过差动级电阻器16，18吸入的只有反馈电流是晶体管26，28的基极电流。
图7和8是示出实现图1d中所示的一般类型的本发明实施方案的第六和第七电路的电路图。具有与图6的电路相应元件相同功能的电路元件用相同的参考数字表示，并将在此不作进一步的描述。
在图7的电路中，放大器40的输出被连到电阻器96，它的另一端被连到二极管连接的晶体管44的基极和集电极端。
在图8的电路中，放大器40的输出被直接连到晶体管46，48的基极端。
因此，在本发明所示的实施方案中，输出共模电压是完全与输入共模电压无关的，并且可以由参考输入信号Ref设置为任何所希望的值，该值与电路的裕量要求相容，并且与由输出电压所驱动的电路相适应。
这个电平可以是固定的或者可以改变的。例如，输出共模电压可被设置为具有已知的温度系数。而且，输出共模电压参考可以是AM或FM信号源，或者它自己可被切换，从而提供输入数据可被迭加的多共模电平。
而且，在本发明的不同实施方案中，输出共模电压可以比输入共模电压更正或更负。
绝对电压电平仅受限于所选的单片处理技术可以经受住的电平。因此，本发明既适用于高的也适用于低的电压系统。
在此所示的电路是利用NPN晶体管实现的，它具有的优点是可以使用高速的电平移动速率。然而，将认识到，电路也可利用NMOS晶体管实现。而且，正如众所周知的那样，通过将整个电路的极性反相，本发明可利用PNP或PMOS设备实现。

Claims (8)

1.一种电平移动电路，包括：
一种具有第一和第二输入端的差动输入电路，用于接收第一和第二输入信号，和第一和第二输出端，并对加到第一和第二输入端的信号施加增益；
差动输出电路，包括第一和第二晶体管，第一和第二晶体管具有它们各自的基极端，连接到差动输入电路的第一和第二输出端，和在第一和第二晶体管的发射极上具有各自的第一和第二输出端，使得，在使用中，出现在差动输出电路的第一和第二输出端之间的差动电压信号与出现在差动输入电路的第一和第二输入端之间的电压信号有关；
控制输入，用于接收具有已知值的电平设置输入信号；
包括具有第一和第二输入的运算放大器的反馈电路，其中出现在差动输出电路第一和第二输出端上代表电压信号平均电平的信号被施加到所述的第一输入，电平设置输入信号被施加到所述的第二输入，从运算放大器的输出被施加到差动输入电路，以保持出现在差动输出电路的第一和第二输出端上的电压信号的平均电平在所述的已知值。
2.如权利要求1的电平移动电路，其中差动输入电路包括第一对双极型晶体管，接收在它们各自基极端上的输入信号，它们的发射极端被连接在一起。
3.如权利要求1的电平移动电路，其中电平设置输入信号是一种调制信号。
4.如权利要求1的电平移动电路，包括连接在差动输出电路的输出端之间的分压器，以提供出现在差动输出电路的第一和第二输出端上代表电压信号平均电平的所述的信号。
5.如权利要求1的电平移动电路，包括连接在差动输入电路的输出端之间的分压器，以提供出现在差动输出电路的第一和第二输出端上代表电压信号平均电平的所述的信号。
6.如权利要求1的电平移动电路，其中第一和第二晶体管的基极端被通过各自的电阻器连到差动输入电路的第一和第二输出端。
7.一种电平移动电路，包括：
(a)第一和第二电压电源端；
(b)第一差动电路，具有：
第一晶体管，具有导电通路和控制端，第一晶体管导电通路的第一端被连到第一电压电源端，第一晶体管导电通路的第二端被连到第二电压电源端，第一晶体管的控制端被连接以接收第一输入电压；
第二晶体管，具有导电通路和控制端，第二晶体管导电通路的第一端被连到第一电压电源端，第二晶体管导电通路的第二端被连到第二电压电源端，第二晶体管的控制端被连接以接收第二输入电压；
电流源，连到第一和第二晶体管导电通路的第二端，和连到第二电压电源端；
(c)第一输出端，提供取决于第一晶体管的导电通路中的电流的第一输出信号，第一输出端通过第一电阻元件连到第一和第二电压电源端中至少一个；
(d)第二输出端，提供取决于第二晶体管的导电通路中的电流的第二输出信号，第二输出端被通过第二电阻元件连到第一和第二电压电源端中至少一个；
(e)反馈电路，检测第一和第二输出信号的平均值，并提供反馈信号；
(f)运算放大器，接收在其第一输入上的控制信号和接收在其第二输入上的反馈信号，并提供放大器输出信号；
(g)至少一个电路元件，用于控制通过第一和第二电阻元件的电流，从而控制在第一和第二输出端上的电压，对放大器输出信号作出响应，以便将第一和第二输出信号的平均值处于控制信号的值。
8.如权利要求7的电平移动电路，其中控制信号是一种调制信号。
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