CN1394385A - 电压电平转换电路 - Google Patents

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Abstract

给出了特别用于操作运算放大器集成电路与带中心抽头地的夹层电源一起工作的电压电平转换器，其中集成电路本来设计为与单端电源一起工作。运算放大器集成电路的第一极电源端子耦合到夹层电源的第一极，而运算放大器集成电路的第二极电源端子耦合到夹层电源的第二极，运算放大器的一个正信号输入端子耦合到夹层电源的中心抽头地。给出第二电压电平转换器以操作带最大额定电压的集成电路与有比该额定电压高的电源电压的电源一起工作，其中第一稳压二极管在电源第一极和集成电路第一极端子之间串联耦合，而第二稳压二极管在电源第二极和集成电路第二极端子之间串联耦合。

Description

电压电平转换电路
发明领域
本发明涉及集成电路工作领域；更具体而言，涉及集成电路对与带不兼容配置和/或电压电平的电源一起工作的适应。在两种情况下，不兼容性都是通过使用电压电平转换来克服的。
发明背景
在低成本是重要工程参数的消费电子产品中，在某种意义上说利用低成本零件来设计是不稀奇的，其中所述零件不是为该用途设计的。例如，设备的电源本来是为其它用途设计的，而现在必须使用这个似乎不兼容的电源以提供辅助的特征。又比如DVD播放器，其中电源是对称的夹层电源(balanced split level power supply)，即带中心抽头接地的±5.0伏，由于成本的原因期望使用设计为带输入和输出耦合电容的单端电源的集成电路，其中耦合电容期望能够消除。这种输入和输出电容代表额外的零件成本，而且还会占用有时非常有限的印刷电路板空间。此外，如果该输入和输出电容是电解质的，则它们比其它电容都格外得大，而且代表一个额外的可靠性问题，该可靠性问题期望能够消除。
另外，电源和集成电路配置的不兼容可能发生在，例如，数字电路系统中，其中不同的子系统工作在不同的功率和电压要求下。一些集成电路协议和系统要求带3.3伏Vcc(正干线电压)和地电位Vss(低干线电压)的电源电压，而其它的可能要求5.0伏或2.9伏的Vcc-Vss电压。
更进一步考虑从电源得到的不兼容电压，许多集成电路对过电压或过电流都非常敏感，因为这种超额不仅会提供错误的结果(尤其如果该电路是数字式的)，而且会引起集成电路的物理损坏。大多数处理器都具有额定电压和电流，为了不引起集成电路的严重损坏，该额定电压和电流超过一点都不行。例如，对设计在3.3伏电源电压下工作的微处理器来说，当从RAM中读取数据时，被超过3.45伏峰-峰信号的应用破坏是不稀奇的，其中高/低电压差是5.0伏。因而，精密地限制电源电压电平以满足技术要求对于集成电路的运行是必需的。
发明概述
给出用于操作运算放大器集成电路与带中心抽头接地的夹层电源一起工作的电压电平转换器的第一实施例，该集成电路本来设计为与单端电源一起工作。运算放大器集成电路的第一极电源端子连到夹层电源的第一极，运算放大器集成电路的第二极电源端子连到夹层电源的第二极，其中运算放大器的信号输入端子连到中心抽头地。
给出电压电平转换器的第二实施例，以允许带预定义最大额定电压的集成电路与带比该额定电压大的电源电压的夹层电源一起工作，其中第一个电压转换稳压二极管在电源第一极和集成电路适当的第一极端子之间串联耦合，而第二个电压转换稳压二极管在电源第二极和集成电路适当的第二极端子之间串联耦合。
附图简述
图1是一种现有技术电路的局部示意图，-局部方框图。
图2是图1放大器的示意图，其中加入了两个根据本发明的转换电路。
优选实施例详述
图1是用于如由集成电路制造商，@1997 USA国家半导体公司推荐的LM4881集成电路的一种应用电路的现有技术局部示意图，-局部方框图，而且适当地进行修改以遵循专利申请的要求。
参考图1，一个总体上用10表示的放大器系统包括集成电路芯片12，在所述具有代表性的实施例中，该芯片为各自的L和R立体声放大和声音复制提供了一对运算放大器14R、14L。信号R和L通过各自的耦合电容18R、18L和隔离电阻20R、20L耦合到各自放大器14R、14L的反向输入端17R、17L。放大器14R、14L在端子15R、15L的输出信号通过耦合电容22R、22L驱动各自的扬声器16R、16L。扬声器16R、16L在本例中是耳机扬声器。
由一单端电源(未示出)为这个装置供电，其一侧在节点24接地，而且正向电压VDD在节点26提供。电阻28R、28L构成一分压器，用来在它们的连接点通过耦合电容32为非反向端子30R、30L提供虚拟的AC参考信号地。电源去耦电容38R、38L防止经过该电源的高频共模反馈。与各自的高频跌落电容38R、38L并联的电阻36R、36L提供从各自的输出端子15R、15L到反向端子17R、17L和隔离电阻20R、20L的负信号反馈并防止带高频跌落的振荡。电阻40R、40L为漏电流提供DC回路，从而提高DC稳定性。停机电路41对集成电路12来说是内部零件。
应该特别注意DC阻塞、耦合电容18R、18L、22R、22L，及AC接地耦合电容32。联系图2，经过图1电路所公开的电压转换，因此电路由带中心抽头地的夹层电压电源供电，如下面将要讨论的，这五个耦合电容被除去了。
用于图1的单端电源(未示出)和用于图2的带中心抽头地的夹层电压电源(未示出)都是众所周知的电源配置，这尤其可以分别在MotorolaTM硅整流器手册，@1966的第4-10页和第6-4页找到。单端电源可以是带单个对地DC极的全波或全波桥式电源。“夹层电压电源”通常是指全波桥式倍压器，产生与充当地的AC输入负载相反的DC极。在串联电源电容的连接点，大地充当中心抽头AC地回路，也为正负DC电源电压充当DC地。
将安装所述耳机放大器的设备是DVD播改器。其中一个“不兼容”问题是DVD电源的配置是“夹层电压电源”，这与如图1所讨论的设计为单端电源的集成电路不兼容。第二个“不兼容”问题是一旦该配置不兼容的问题被克服，第二电源的电源电压将超过所选集成电路的最大电压要求。这两个“不兼容”问题都可以由图2所示并在下面进行讨论和权利申请的电压转换电路来克服，其中与图1元件相同的元件给出相同的数字标识。
现在参考图2，图1的电路进行了电压转换，与带从中心抽头地得到正负电压的夹层电压电源一起使用，其中节点26连到正电压电源，节点24连到负电压电源，而且地节点40连到中心抽头地。用这种方式，集成电路的电压转换到图1单端电源总电压的负的一半。
由于接地端子现在是夹层电源真正的地电压，而不是如由分压器电阻28R、28L和电容32所提供的用于单端电源的虚拟地，因为AC地达到DC地的电源电压，所以DC阻塞电容18R、18L、22R和22L不再需要。由于AC和DC地现在都在同一个DC电压，电容32也变得不再必要。
在通过电压转换解决了配置的“不兼容”问题并节省了五个耦合电容之后，留下了电压电平的“不兼容”问题。本发明还公开了一种包括电平转换器电路的系统，该电路有在齐纳区域导通的稳压二极管提供的电平转换器，其中每个稳压二极管降低应用于集成电路12的夹层电源一侧的电源电压。从第一电压电平到第二电压电平的电压转换通过产生齐纳电压并将该齐纳电压用作电源端子和运算放大器节点24、26之间的压降来提供。
在本实例中，夹层电源电压是±5.0伏，而特定的集成电路规定为5.5伏最大值。由于有可能在集成电路邻近的部件之间有10伏的差值，例如，如果集成电路芯片衬底在内部与一个电压电源相连而不接地，这个10伏电源就超过了集成电路最大的额定电压。
这种可能的过电压状态通过增加两个2.4伏的以其齐纳极连接的稳压二极管50、52来解决，各自与夹层电压电源的一侧串联添加。从而这两个稳压二极管提供2×2.4＝4.8伏的压降，使通过集成电路12的最大电源电压达到5.2伏。这样，±5.0伏的夹层电压电源的每一侧都被转换降至±2.6伏。稳压二极管50、52被选为在其达到从放大器14R、14L获得的DC电流的特征曲线的齐纳区域。在可选方案中，以正向导通方向连接的非齐纳硅二极管也可以使用(未示出)，例如，四个每个带0.6伏压降的二极管，将代替一个稳压二极管提供2.4伏的压降。齐纳电压的值或正向偏置硅二极管的个数可以根据期望的压降电平来选择。但是，使用稳压二极管能提供更好的电源调节。
本实施例示出了以反向放大器配置的运算放大器14R、14L，其中增益Av＝Rf/Rj，Rf是负反馈电阻，Rj是端子17R、17L的输入阻抗。本实施例还可以与以非反向放大器配置连接(未示出)的运算放大器14R、14L一起应用，即，反馈电阻返回到带增益Av＝1+(Rf/Rj)的非反向端子30R、30L，而且反向端子17R、17L耦合到地。
本实施例示出了过电压电源的电压转换，其中电源是夹层电源。使用单端过电压电源在本发明的考虑之内，在这种情况下只需要使用单个稳压二极管。

Claims (8)

1、一种用于操作带最大额定电压的集成电路的电压电平转换器，其中集成电路的电源有比该额定电压大的电源电压，该转换器包括
在电源第一极和集成电路第一极端子之间串联耦合的第一电压装置，
在电源第二极和集成电路第二极端子之间串联耦合的第二电压装置，
该第一和第二电压装置在集成电路电源静止的电流负载情况下一般有平缓的电压-电流曲线。
2、权利要求1中的电压电平转换器，其中第一和第二电压装置都以相对于电源相同的方向连接。
3、权利要求1中的电压电平转换器，其中第一和第二电压装置都是在其电压-电流特征曲线的齐纳部分工作的稳压二极管。
4、权利要求1中的电压电平转换器，其中第一和第二电压装置中的每一个都至少是一个正向导通连接的二极管。
5、权利要求1中的电压电平转换器，其中第一和第二电压装置中的每一个都至少是一个半导体，第一和第二电压装置的电压转换是相同的，而且电源是带作为参考电压的中心抽头电压的夹层电源。
6、权利要求1中的电压电平转换器，其中第一和第二电压装置是不相同的。
7、权利要求1中的电压电平转换器，其中电源是单端电源，而且第一和第二电压装置只使用了一个。
8、一种用于操作带最大额定电压的集成电路的电压电平转换器，其中的单端电源有比该额定电压大的电源电压，该转换器包括
在电源第一极和集成电路第一极端子之间串联耦合的电压装置，及
连接到集成电路第二极端子的电源第二极，
电压装置在集成电路电源静止的电流负载情况下一般有平缓的电压-电流曲线。
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