DE10046640C1

DE10046640C1 - Ruhestrom-Kompensationsschaltung

Info

Publication number: DE10046640C1
Application number: DE2000146640
Authority: DE
Inventors: Thomas Ferianz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2020-09-21

Abstract

Ruhestrom-Kompensationsschaltung zur Kompensation von dynamischen Ruhestromschwankungen in einer Treiberausgangsstufe (T) mit einem Ladekondensator (8), der an einem Signalausgang (A) der Treiberausgangsstufe (T) angeschlossen ist, einer Ladestromspiegelschaltung (9) zur Stromspiegelung eines durch den Ladekondensator (8) fließenden Ladestroms (I¶Lade¶) und mit einer Arbeitspunkteinstellschaltung (38) zum Einstellen des Arbeitspunktes der Ladestromspiegelschaltung (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ruhestrom-Kompensationsschaltung zur Kompensation dynamischer Ruhestromschwankungen in einer Treiberausgangsstufe.

Die US 5,963,093 A beschreibt eine Ausgangsstufe eines Verstärkerschaltkreises. Ein Ausgangsknoten ist dabei über einen Kondensator mit einer Stromspiegelschaltung verbunden, die aus zwei Transistoren besteht. Die Ausgangsstufe weist eine Stromquelle zur Arbeitspunkteinstellung der Stromspiegelschaltung auf.

Treiberausgangsstufen sind Verstärkungsstufen, deren Transistoren derart bemessen sind, dass sie zum Umladen relativ großer Leitungskapazitäten bzw. Lastkapazitäten in einer kurzen Zeit in der Lage sind. Treiberstufen werden in verschiedenen integrierten Schaltkreisen, wie beispielsweise als Bustreiber, am Ausgang von Funktionseinheiten oder als Ausgangstreiber am Ausgang des gesamten integrierten Schaltkreises eingesetzt. Typische Treiberstufen sind Totem- Pol-Endstufen, die Bipolartransistoren enthalten, Gegentakttreiber und BICMOS-Treiber für NMOS- bzw. CMOS- Schaltkreise. Bei BICMOS handelt es sich um eine Basistechnologie, bei der sowohl MOS-Feldeffekttransistoren als auch Bipolartransistoren kombiniert werden.

Fig. 1 zeigt eine Treiberausgangsstufe T nach dem Stand der Technik. Die in Fig. 1 dargestellte Treiberstufe ist als Komplementärendstufe aufgebaut, d. h. sie weist zueinander komplementäre Bipolartransistoren auf. Die in Fig. 1 dargestellte komplementäre Endstufe ist eine Standardausgangsstufe für Breitbandsignaltreiber.

Die Treiberausgangsstufe T besitzt einen Signaleingang E zum Anlegen eines durch die Treiberausgangsstufe T zu verstärkenden Eingangssignals. Das Eingangssignal wird an die Basisanschlüsse zweier komplementärer Transistoren T1, T1 angelegt, die eine erste Emitterfolgestufe bilden. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren T1, T1 liegen an der Versorgungsspannung V_DD, V_SS an. Die Emitteranschlüsse der Transistoren T1, T2, sind jeweils mit Stromquellen I₁, I1 zur Einstellung des Ruhestroms der Eingangsemitterfolger verbunden. Die Emitteranschlüsse der Transistoren T1, T1 der ersten Emitterfolgerstufe liegen an Basisanschlüssen weiterer Bipolartransistoren T2, T2 an, die eine weitere Emitterfolgerstufe bilden. Die Emitteranschlüsse der Bipolartransistoren T2, T2 sind miteinander über eine Leitung verbunden und liegen an einem Ausgang A der Treiberstufe T an. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren T2, T2 der zweiten Emitterfolgerstufe sind mit den Basisanschlüssen von Treiberstromspiegeltransistoren T3, T4 bzw. T3, T4 verbunden. Die Stromspiegeltransistoren T3, T4 und die dazu komplementären Stromspiegeltransistoren T3, T4 bilden jeweils Treiberstromspiegelschaltungen TS, TS der Treiberausgangsstufe T, wobei das Stromspiegelverhältnis bzw. das Übersetzungsverhältnis festlegbar ist. Die Emitteranschlüsse der PNP-Transistoren T3, T4 liegen an einer positiven Versorgungsspannung V_DD an. Die Emitteranschlüsse der NPN-Transistor T3, T4 liegen an einer negativen Versorgungsspannung V_SS an. Der Kollektoranschluss des PNP- Transistors T3 ist mit dem Kollektoranschluss des NPN- Transistors T2 der zweiten Emitterfolgerstufe verbunden. Der Kollektoranschluss des Stromspiegeltransistors T3 ist mit dem Kollektor des PNP-Transistor T2 der zweiten Emitterfolgerstufe verbunden. Der Kollektoranschluss des zweiten Stromspiegeltransistors T4 der ersten Treiberstromspiegelschaltung TS und der Kollektoranschluss des zweiten Stromspiegeltransistors T4 der zweiten Treiberstromspiegelschaltung TS liegen beide an dem Signalausgang A der Treiberstufe T an. Die Treiberstufe T gibt ein Ausgangssignal an einen Lastwiderstand Z_L ab. Zwischen den Basisanschlüssen der Stromspiegeltransistoren T3, T4 bzw. T3, T4 und den Kollektoranschlüssen der Stromspiegeltransistoren T4 T4 ist jeweils ein nicht erwünschte parasitäre Kapazität Cp vorhanden. Diese parasitäre Kapazität Cp bewirkt, dass in der zweiten Hälfte derjenigen Signalhalbwelle eines periodischen Eingangssignals mit der Taktperiode TT, in der die jeweilige Treiberstromspiegelschaltung TS, bzw. TS keinen Laststrom treibt, der durch die Treiberstromspiegelschaltung TS, TS fließende Ruhestrom stark vermindert wird. Diese Verminderung des durch die Treiberstromspiegelschaltung TS bzw. TS fließenden Ruhestroms führt beim darauffolgenden Nulldurchgang des anliegenden Eingangssignals zu starken Signalverzerrungen, da die Treiberstromspiegelschaltung nunmehr schlagartig Strom übernehmen muss.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ruhestromkompensationsschaltung zur Kompensation von dynamischen Ruhestromschwankungen zu schaffen, die dynamische Ruhestromschwankungen und somit Signalverzerrungen aufgrund vorhandener parasitärer Kapazitäten in der Treiberausgangsstufe ausgleicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ruhestrom- Kompensationsschaltung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ruhestrom-Kompensationsschaltung ist die Kapazität des Ladekondensators einstellbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ruhestrom-Kompensationsschaltung ist das Stromverstärkungsverhältnis der Ladestromspiegelschaltung einstellbar.

Die Arbeitspunkteinstellschaltung weist vorzugsweise einen Einstelltransistor auf, dessen Steueranschluss mit einer einstellbaren Stromquelle verbunden ist.

Der Steueranschluss des Einstelltransistors ist dabei vorzugsweise über zwei geschaltete Dioden an einer Versorgungsspannung angeschlossen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ruhestrom-Kompensationsschaltung weist die Treiberausgangsstufe zwei zueinander komplementär aufgebaute Treiberstromspiegelschaltungen auf, die an dem Signalausgang der Treiberausgangsstufe miteinander verbunden sind und jeweils eine parasitäre Kapazität besitzen,
wobei der Ladekondensator der erfindungsgemäßen Ruhestrom- Kompensationsschaltung an den Signalausgang der Treiberausgangsstufe angeschlossen ist und die mit dem Ladekondensator verbundene Ladestromspiegelschaltung den durch den Ladekondensator fließenden Ladestrom mit einer einstellbaren Stromspiegelübersetzung verstärkt als gespiegelten Ladestrom an die zweite zu der ersten Treiberstromspiegelschaltung komplementär aufgebaute zweite Treiberstromspiegelschaltung der Treiberausgangsstufe abgibt.

Die Stromspiegelübersetzung der Ladestromspiegelschaltung ist vorzugsweise derart eingeteilt, dass sie dem Verhältnis zwischen der parasitären Kapazität und der Kapazität des Ladekondensators entspricht.

Die Spiegeltransistoren der Ladestromspiegelschaltung sind vorzugsweise entweder Bipolartransistoren oder MOSFET- Transistoren.

Die erfindungsgemäß Ruhestrom-Kompensationsschaltung ist vorzugsweise in der Treiberausgangsstufe integriert.

Bei der Treiberausgangsstufe handelt es sich vorzugsweise um eine xDSL-Treiberausgangsstufe zum Treiben von xDSL-Signalen.

Im weiteren wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ruhestrom-Kompensationsschaltung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine komplementär aufgebaute Treiberausgangsstufe nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine komplementär aufgebaute herkömmliche Treiberstufe T, bei der dynamische Ruhestromschwankungen durch zwei zueinander komplementär aufgebaute Ruhestromkompensationsschaltungen gemäss der Erfindung ausgeglichen werden.

Wie man in Fig. 2 erkennen kann weist die Treiberstrufe T neben dem Signalausgang A zur Abgabe des verstärkten Ausgangssignals zwei Anschlüsse 1, 2 auf, die an den beiden Anschlüssen der parasitären Kapazität Cp anliegen. Der Anschluss 1 liegt über eine Leitung 3 an einem ersten Eingang 4 der erfindungsgemäßen Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 an. Der an der parasitären Kapazität Cp der komplementären Treiberstromspiegelschaltung TS angeschlossene zweite Signalausgang 2 der Ausgangsstufe T liegt über eine Leitung 6 an einem Signalausgang 7 der Ruhestrom- Kompensationsschaltung 5 an. An dem ersten Signaleingang 4 der Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 ist ein Ladekondensator 8 angeschlossen, der über die Leitung 3 einen Ladestrom von der Treiberausgangsstufe T erhält.

Die Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 enthält ferner eine Ladestromspiegelschaltung 9, die aus zwei Bipolartransistoren 10, 11 besteht, deren Basisanschlüsse 12, 13 über eine Leitung 14 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsleitung 14 ist über eine Leitung 15 mit dem Kollektoranschluss 16 des zweiten Bipolartransistors 11 verbunden. Der Kollektoranschluss 17 des ersten Stromspiegeltransistors 10 der Ladestromspiegelschaltung 9 liegt an dem Signalausgang 7 der erfindungsgemäßen Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 an. Die Emitteranschlüsse 18, 19 der Stromspiegeltransistoren 10, 11 werden über eine Spannungsversorgungsleitung 20 und über einen Versorgungsspannungsanschluss 21 der Ruhestrom- Kompensationsschaltung 5 mit einer positiven Versorgungsspannung V_DD mit Spannung versorgt. Der Kollektoranschluss 16 des zweiten Stromspiegeltransistors 11 ist über eine Leitung 22 mit einem Emitteranschluss 23 eines Einstelltransistors 24 verbunden. Die Verbindungsleitung 22 zwischen dem Kollektoranschluss 16 des Stromspiegeltransistors 11 und dem Emitteranschluss 23 des Einstelltransistors 24 liegt über eine Leitung 25 an dem Ladekondensator 8 an. Der Einstelltransistor 24 ist ebenfalls ein Bipolartransistor, der die gleiche Polarität wie die Stromspiegeltransistoren 10, 11 der Ladestromspiegelschaltung 9 aufweist. Der Basisanschluss 25 des Einstelltransistors 24 liegt über eine Leitung 26 an einem Verzweigungsknoten 27 einer Leitung 28 an, die die in Reihe geschalteten Dioden 29, 30 mit einer Stromquelle 31 verbindet. Die Dioden 29, 30 sind vorzugsweise ebenfalls durch Transistoren realisiert. Die in Reihe geschalteten Dioden 29, 30 liegen an der Versorgungsspannung über eine Leitung 32 an. Die Stromquelle 31 ist über eine Leitung 33 mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 34 der Ruhestrom- Kompensationsschaltung 5 verbunden, an der eine negative Versorgungsspannung V_SS angelegt wird. Der Kollektoranschluss 35 des Einstelltransistors 24 ist über eine Leitung 36 an dem Verzweigungsknoten 37 ebenfalls an den zweiten Versorgungsspannungsanschluss 34 der Ruhestrom- Kompensationsschaltung 5 angeschlossen.

Der Einstelltransistor 24, die Stromquelle 31 sowie die beiden in Reihe geschalteten Dioden 29, 30 bilden eine Arbeitspunkteinstellschaltung 38, zum Einstellen des Arbeitspunktes der Ladestromspiegelschaltung 9.

Die Kapazität C₈ des Ladekondensators 8 sowie das Stromverstärkungsverhältnis V der durch die beiden Stromspiegeltransistoren 10, 11 gebildeten Ladestromspiegelschaltung 9 sind vorzugsweise einstellbar. Die Höhe des durch die Stromquelle 31 abgegebenen Stromes ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 einstellbar. Der Ladekondensator 8 der Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 ist mit der parasitären Kapazität Cp über die Leitung 3 und den Signaleingang 4 der Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 verbunden. Der Ladekondensator 8 erhält über die Leitung 3 einen Ladestrom I_Lade vom Ausgang A der dem Ladestrom - proportional der parasitären Kapazität Cp ist. Der Ladestrom I_Lade wird an die Basisanschlüsse 12, 13 der Ladestromspiegelschaltung 9 angelegt. Die Stromspiegelschaltung 9 spiegelt den erhaltenen Ladestrom I_Lade entsprechend einem einstellbaren Stromspiegelübersetzungsverhältnis V an den Signalausgang 7 der Stromspiegelkompensationsschaltung 5. Von dem Signalausgang 7 der Stromspiegelschaltung 5 wird ein gespiegelter Ladestrom I_Lade' über die Leitung 6 an die komplementär aufgebaute Treiberstromspiegelschaltung TS der Treiberausgangsstufe T abgegeben.

Der gespiegelte Ladestrom I_Lade' hängt von dem Ladestrom I_Lade und dem Stromspiegelübersetzungsverhältnis V ab:

I_Lade' = I_Lade.V (1)

Dabei wird die Stromspiegelverstärkung V der Ladestromspiegelschaltung 9 vorzugsweise derart eingestellt, dass sie im wesentlichen dem Verhältnis zwischen der Kapazität des parasitären Kondensators Cp und der Kapazität des Ladekondensators 8 entspricht:

V = Cp/C₈ (2)

wobei C₈ die Kapazität des Ladekondensators 8 darstellt.

Der durch die Treiberstromspiegelschaltung TS, TS fließende Ruhestrom wird durch die erfindungsgemäße Ruhestrom- Kompensationsschaltung 5 bzw. 5 genau zu dem Zeitpunkt dynamisch erhöht, wenn der Ruhestrom aufgrund der parasitären Kapazität Cp, Cp vermindert wird. Die erfindungsgemäße Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 gleicht also die dynamische Absenkung des durch die Treiberstromspiegelschaltungen TS, TS fließenden Ruhestromes aufgrund der vorhandenen parasitären Kapazität Cp dynamisch aus.

Durch die dynamische Einspeisung des Ruhestroms durch die erfindungsgemäße Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 in die komplementäre zweite Treiberstromspiegelschaltung TS und durch die dynamische Einspeisung des Ruhestroms durch die komplementäre Ruhestromkompensationsschaltung 5 in die erste Treiberstromspiegelschaltung TS werden die störenden Einflüsse der parasitären Kapazitäten Cp, Cp beseitigt.

Die Arbeitspunkteinstellschaltung 38 dient der Arbeitspunkteinstellung für die Ladestromspiegelschaltung 9 und ermöglicht einen niederohmigen Stromabfluss eines Entladestroms von dem Ladekondensator 8. Durch Variation der Kapazität (8) des Ladekondensators 8 und des Stromspiegelübersetzungsverhältnisses V der Ladestromspiegelschaltung 9 kann der von der Ruhestrom- Kompensationsschaltung (5) abgegebene dynamische Ausgleichsstrom I'_Lade zum Ausgleich von Ruhestromschwankungen an die Größe der parasitären Kapazität Cp angepasst werden. Durch die dynamische Einspeisung des Ausgleichsstroms I'_Lade können Signalverzerrungen am Signalausgang A der Treiberstufe T aufgrund der parasitären Kapazitäten Cp; Cp verhindert werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die Transistoren der Ladestromspiegelschaltung 9 sowie der Einstelltransistor 24 Bipolartransistoren.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Ladestromspiegelschaltungen 10, 11 sowie der Einstelltransistor 24 Feldeffekttransistoren.

Die erfindungsgemäße Ruhestrom-Kompensationsschaltung 5 eignet sich für Treiberausgangsstufen T bei denen die Ausgangstransistoren in Emitterschaltung betrieben werden, insbesondere für xDSL-Treiberstufen zum Treiben von xDSL- Signalen.

Bezugszeichenliste

1

Anschluss

2

Anschluss

3

Leitung

4

Signaleingang der Ruhestrom-Kompensationsschaltung

5

Ruhestrom-Kompensationsschaltung

6

Leitung

7

Signalausgang der Ruhestrom-Kompensationsschaltung

8

Ladekondensator

9

Ladestromspiegelschaltung

10

Spiegeltransistor

11

Spiegeltransistor

12

Steueranschluss

13

Steueranschluss

14

Verbindungsleitung

15

Leitung

16

Verzweigungsknoten

17

Leitung

18

Emitteranschluss

19

Emitteranschluss

20

Spannungsversorgungsleitung

21

Spannungsversorgungsanschluss

22

Leitung

23

Emitteranschluss

24

Einstelltransistor

25

Steueranschluss

26

Leitung

27

Verzweigungsknoten

28

Leitung

29

Diode

30

Diode

31

Stromquelle

32

Leitung

33

Leitung

34

Stromspannungsanschluss

35

Kollektoranschluss

36

Leitung

37

Verzweigungsknoten

38

Arbeitspunkteinstellschaltung

Claims

1. Ruhestrom-Kompensationsschaltung zur Kompensation von dynamischen Ruhestromschwankungen in einer Treiberausgangsstufe (T) mit:
einem Ladekondensator (8), der an einem Signalausgang (A) der Treiberausgangsstufe (T) angeschlossen ist;
einer Ladestromspiegelschaltung (9) zur Stromspiegelung eines durch den Ladekondensator (8) fließenden Ladestroms (I_Lade),
wobei die Ladestromspiegelschaltung (9) aus zwei Spiegeltransistoren (10, 11) besteht, deren Steueranschlüsse (12, 13) an den Ladekondensator (8) angeschlossen sind, und mit
einer Arbeitspunkteinstellschaltung (38) zum Einstellen des Arbeitspunktes der Ladestromspiegelschaltung (9).

2. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Ladekondensators (8) einstellbar ist.

3. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromverstärkungsverhältnis (V) der Ladestromspiegelschaltung (9) einstellbar ist.

4. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitspunkteinstellschaltung (5) einen Einstelltransistor (24) aufweist, dessen Steueranschluss (25) mit einer einstellbaren Stromquelle (31) verbunden ist.

5. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss (25) des Einstelltransistors (24) über in Reihe geschaltete Dioden (29, 30) an einer Versorgungsspannung anliegt.

6. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Treiberausgangsstufe (T) zwei zueinander komplementär aufgebaute Treiberstromspiegelschaltungen (TS, TS) aufweist, die an dem Signalausgang (A) der Treiberausgangsstufe T miteinander verbunden sind und jeweils eine parasitäre Kapazität (Cp; Cp) aufweisen,
wobei der Ladekondensator (8) der Ruhestrom- Kompensationsschaltung (5) an den Signalausgang (A) der Treiberausgangsstufe (T) angeschlossen ist und die mit dem Ladekondensator (8) verbundene Ladestromspiegelschaltung (9) den durch den Ladekondensator (8) fließenden Ladestrom (I_Lade) mit einer einstellbaren Stromspiegelübersetzung (V) verstärkt und als gespiegelten Ladestrom (I_Lade') an die zweite zu der ersten Treiberstromspiegelschaltung (TS) komplementär aufgebaute zweite Treiberstromspiegelschaltung (TS) der Treiberausgangsstufe (T) abgibt.

7. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromspiegelübersetzung (V) der Ladestromspiegelschaltung (9) derart eingestellt ist, dass sie dem Verhältnis zwischen der parasitären Kapazität (Cp) und der Kapazität (C₈) des Ladekondensators (8) entspricht.

8. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegeltransistoren (10, 11) der Ladestromspiegelschaltung (9) Bipolartransistoren oder MOSFET-Transistoren sind.

9. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruhestrom-Kompensationsschaltung (5) in der Treiberausgangsstufe (T) integriert ist.

10. Ruhestrom-Kompensationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberausgangsstufe (T) eine xDSL- Treiberausgangsstufe zum Treiben eines xDSL-Signales ist.