Die vorliegende Erfindung betrifft einen Regelverstärker mit einer linearen Verstärkung auf einer Dezibelskala bezüglich einer Regelspannung bzw. Regelspannungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und Anspruch 10.The present invention relates to a variable gain amplifier with a linear gain on a decibel scale with respect to a control voltage according to the preamble of claim 1 and claim 10.
Die Entwicklung von drahtlosen Kommunikationssystemen schreitet nach wie vor rasch voran. Folglich wurden viele Arten von Sendeempfängern mit hoher Bandbreite und hoher Empfindlichkeit vorgeschlagen. Regelverstärker werden häufig verwendet in dieser Art von Sendeempfänger, um den Verarbeitungsbereich des Systems zu verbreitern. Ein Regelverstärker mit einer linearen Verstärkung in der Dezibelskala (dB-Skala) bezüglich der Regelspannung(en) hat den breitesten Verstärkungsbereich.The development of wireless communication systems is still progressing rapidly. Consequently, many types of high bandwidth and high sensitivity transceivers have been proposed. Control amplifiers are commonly used in this type of transceiver to broaden the processing range of the system. A control amplifier with a linear gain in the decibel scale (dB scale) with respect to the control voltage (s) has the widest gain range.
Ein herkömmlicher Regelverstärker ist ein Differenzverstärker. Es kann gezeigt werden, dass der Nenner der Spannungsverstärkung des herkömmlichen Regelverstärkers keine einfache Exponentialfunktion ist. Generell hat er einen konstanten Term ”1” zusätzlich zu einer einfachen Exponentialfunktion exp(Vy/Vt). Folglich hat die Spannungsverstärkung keine einfache Exponentialbeziehung bezüglich der Regelspannung Vy. Außerdem bleibt die Beziehung zwischen der Spannungsverstärkung und der Regelspannung Vy nicht konstant, wenn sich die Temperatur ändert.A conventional variable gain amplifier is a differential amplifier. It can be shown that the denominator of the voltage gain of the conventional variable gain amplifier is not a simple exponential function. In general, it has a constant term "1" in addition to a simple exponential function exp (Vy / Vt). Consequently, the voltage gain does not have a simple exponential relation with respect to the control voltage Vy. In addition, the relationship between the voltage gain and the control voltage Vy does not remain constant as the temperature changes.
US 6 144 233 A offenbart eine Verstärkungssteuerungsschaltung zur Steuerung einer Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung. US 6 144 233 A discloses a gain control circuit for controlling a variable gain amplifier circuit.
DE 10 2004 036 536 A1 offenbart einen linearen Dezibel-Regelverstärker. DE 10 2004 036 536 A1 discloses a linear decibel control amplifier.
US 5 999 053 A offenbart eine Verstärkerstufe und eine Verstärkerregelstufe, bei welcher zur Ansteuerung der Verstärkerstufe ein Eingangsstrom verwendet wird. US Pat. No. 5,999,053 discloses an amplifier stage and an amplifier control stage in which an input current is used to drive the amplifier stage.
TIETZE, ULRICH; SCHENK, CHRISTOPH: Halbleiter-Schaltungstechnik, 6. Auflage, Berlin, Heidelberg, New York, Tokio: Springer, 1983, S. 61–63, 140, 350–352. ISBN 3-540-12488-8 offenbart weiteres Hintergrundwissen zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.TIETZE, ULRICH; SCHENK, CHRISTOPH: Semiconductor Circuit Technology, 6th Edition, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo: Springer, 1983, pp. 61-63, 140, 350-352. ISBN 3-540-12488-8 discloses further background knowledge to the subject of the present invention.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Regelverstärker mit einer linearen Spannungsverstärkung in der Dezibelskala bezüglich der Regelspannung(en) zu schaffen, welcher unabhängig ist von Temperaturänderungen.Against this background, it is an object of the present invention to provide a variable gain amplifier with a linear voltage gain in the decibel scale with respect to the control voltage (s), which is independent of temperature changes.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Regelverstärker und einen Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker gemäß Anspruch 1 bzw. 10. Die Unteransprüche beziehen sich auf entsprechende Weiterentwicklungen und Verbesserungen.This object is achieved by a variable gain amplifier and a proportional-to-Vt voltage amplifier according to claims 1 and 10, respectively. The subclaims relate to corresponding further developments and improvements.
Wie aus der nachfolgenden genauen Beschreibung deutlicher hervorgeht, umfasst der in den Ansprüchen dargelegte Regelverstärker eine Verstärkerstufe und eine Verstärkungsregelstufe zum Liefern einer Spannungsverstärkung mit einer einfachen Exponentialbeziehung zu einer Regelspannung, wobei eine Beeinflussung durch Temperaturänderungen nicht erfolgt.As will become apparent from the detailed description given below, the variable gain amplifier set forth in the claims comprises an amplifier stage and a gain control stage for providing a voltage gain having a simple exponential relation to a control voltage, which is not affected by temperature changes.
Nachfolgend ist die Erfindung weiter beispielhaft dargestellt unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung; es zeigt:The invention will be further exemplified with reference to the accompanying drawings; it shows:
1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Regelverstärkers; 1 a circuit diagram of a conventional variable gain amplifier;
2 einen Graph der Beziehung zwischen der Spannungsverstärkung Av und der Regelspannung Vy von 1; 2 a graph of the relationship between the voltage gain Av and the control voltage Vy of 1 ;
3 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Regelverstärkers; 3 a diagram of a variable gain amplifier according to the invention;
4 und 5 Schaltbilder der Verstärkungsregelstufe von 3; 4 and 5 Schematics of the gain control level of 3 ;
6 einen Graph der Beziehung zwischen der Spannungsverstärkung Av und der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Regelspannung gemäß einer Gleichung 11; und 6 a graph of the relationship between the voltage gain Av and the difference between the first and the second control voltage according to an equation 11; and
7 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärkers. 7 a diagram of a proportional-to-Vt voltage amplifier according to the invention.
Es sei auf 1 verwiesen, welche ein Schaltbild eines herkommlichen Regelverstärkers darstellt. Der in 1 dargestellte Regelverstärker ist ein Differenzverstärker. Die Spannungsverstarkung Av des Regelverstärkers kann bestimmt werden anhand der Halbschaltung des Differenzverstärkers. Wird die Phase außer Acht gelassen, so ist die Spannungsverstärkung Av dieses Regelverstarkers: wobei K im wesentlichen eine Konstante ist. It's up 1 referenced, which represents a circuit diagram of a conventional control amplifier. The in 1 illustrated variable gain amplifier is a differential amplifier. The voltage gain Av of the control amplifier can be determined based on the half-circuit of the differential amplifier. If the phase is disregarded, the voltage gain Av of this rule amplifier is: where K is essentially a constant.
Aus Gleichung 1 ist ersichtlich, dass der Nenner der Spannungsverstärkung Av keine einfache Exponentialfunktion ist, sondern einen konstanten Term ”1” zusätzlich zu der einfachen Exponentialfunktion exp(Vy/Vt) aufweist. Folglich hat die Spannungsverstärkung Av keine einfache Exponentialbeziehung zu der Regelspannung Vy.It can be seen from Equation 1 that the denominator of the voltage gain Av is not a simple exponential function but has a constant term "1" in addition to the simple exponential function exp (Vy / Vt). Consequently, the voltage gain Av has no simple exponential relation to the control voltage Vy.
Es sei auf 2 verwiesen. 2 ist ein Graph der Beziehung zwischen der Spannungsverstärkung Av und der Regelspannung Vy von 1. Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn Vy < Vt, die Spannungsverstärkung Av sich nicht exponentiell bezüglich der Änderung der Regelspannung Vy ändert. Je kleiner die Regelspannung Vy, desto kleiner die Änderung der Spannungsverstärkung Av bezüglich der Änderung der Regelspannung Vy. Der Bereich, in welchem die Spannungsverstarkung Av keine perfekte Exponentialbeziehung zu der Regelspannung Vy aufweist, wird hervorgerufen durch den konstanten Term 1 im Nenner von Gleichung 1.It's up 2 directed. 2 FIG. 14 is a graph of the relationship between the voltage gain Av and the control voltage Vy of FIG 1 , It should be noted that when Vy <Vt, the voltage gain Av does not change exponentially with respect to the change in the control voltage Vy. The smaller the control voltage Vy, the smaller the change of the voltage gain Av with respect to the change of the control voltage Vy. The range in which the voltage gain Av has no perfect exponential relation to the control voltage Vy is given by the constant term 1 in the denominator of Equation 1.
Ferner enthält Gleichung 1 einen Term, welcher als Temperaturspannung Vt bezeichnet wird und eine Variable ist, welche sich in Reaktion auf die Temperaturänderung ändert. Dies führt dazu, dass die Beziehung zwischen der Spannungsverstärkung Av und der Regelspannung Vy bei Temperaturänderungen nicht konstant bleibt.Further, Equation 1 includes a term which is referred to as a temperature voltage Vt and is a variable which changes in response to the temperature change. As a result, the relationship between the voltage gain Av and the control voltage Vy does not remain constant with temperature changes.
Es sei auf 3 verwiesen, welche ein schematisches Diagramm eines Regelverstärkers 300 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Regelverstärker 300 umfasst eine Verstärkerstufe 302 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung Vout gemäß einer Eingangsspannung Vin und einer Verstärkungsregelspannung Vy. Eine Spannungsverstärkung, das heißt, das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung Vout und der Eingangsspannung Vin, wird bestimmt durch die Verstärkungsregelspannung Vy. Eine Verstärkungsregelstufe 304 dient zum Erzeugen der Verstärkungsregelspannung Vy.It's up 3 which is a schematic diagram of a variable gain amplifier 300 according to the embodiment of the present invention. The control amplifier 300 includes an amplifier stage 302 for generating an output voltage Vout in accordance with an input voltage Vin and a gain control voltage Vy. A voltage gain, that is, the ratio between the output voltage Vout and the input voltage Vin, is determined by the gain control voltage Vy. A gain control level 304 serves to generate the gain control voltage Vy.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verstärkerstufe 302 im wesentlichen dieselbe wie der in 1 dargestellte Regelverstärker. Betreffend die Verstärkerstufe 302 sei auf 1 verwiesen sowie auf die obige Beschreibung, welche den in 1 dargestellten Regelverstärker beschreibt. Bezugnehmend auf Gleichung 1 ist zu erkennen, dass der Wert der Spannungsverstärkung der Verstärkerstufe 302 bestimmt wird durch die Verstärkungsregelspannung Vy.In this embodiment, the amplifier stage 302 essentially the same as the one in 1 illustrated control amplifier. Regarding the amplifier stage 302 be on 1 Reference is made to the above description, which the in 1 described control amplifier describes. Referring to Equation 1, it can be seen that the value of the voltage gain of the amplifier stage 302 is determined by the gain control voltage Vy.
Als nächstes sei auf 4 und 5 verwiesen, in welchen Schaltbilder der Verstärkungsregelstufe 304 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. Die Verstärkungsregelstufe 304 dient zum Bestimmen des Werts der Verstärkungsregelspannung Vy, ausgegeben zu der Verstarkerstufe 302, gemäß einer ersten Regelspannung V1 und einer zweiten Regelspannung V2. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Verstärkungsregelstufe 304 einen Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker 400, eine Transkonduktanzeinheit 401, eine erste Stromwandlereinheit 403, eine zweite Stromwandlereinheit 405 (wie in 4 dargestellt) und eine Ausgabeeinheit 407 (wie in 5 dargestellt).Next up 4 and 5 referenced in which diagrams of the gain control stage 304 are shown according to the embodiment of the present invention. The gain control level 304 is for determining the value of the gain control voltage Vy output to the amplifier stage 302 , in accordance with a first control voltage V1 and a second control voltage V2. In this embodiment, the gain control stage includes 304 a proportional to Vt voltage amplifier 400 , a transconductance unit 401 , a first current transformer unit 403 , a second current transformer unit 405 (as in 4 shown) and an output unit 407 (as in 5 shown).
Der Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker 400 dient zum Erzeugen einer dritten Regelspannung V3 und einer vierten Regelspannung V4 gemäß V1 und V2, wobei die Differenz (V4 – V3) proportional ist zu der Temperaturspannung Vt und der Differenz (V2 – V1). Der Betrieb des Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärkers 400 wird später in dieser Beschreibung unten beschrieben.The proportional-to-Vt voltage amplifier 400 is used to generate a third control voltage V3 and a fourth control voltage V4 according to V1 and V2, wherein the difference (V4 - V3) is proportional to the temperature voltage Vt and the difference (V2 - V1). The operation of the proportional-to-Vt-voltage amplifier 400 will be described later in this description below.
Die Transkonduktanzeinheit 401 umfasst einen ersten Transistor 472, gekoppelt mit der dritten Regelspannung V3, einen zweiten Transistor 473, gekoppelt mit der vierten Regelspannung V4, eine erste Bias-Stromquelle Ibias1, gekoppelt mit dem Emitter des ersten Transistors 472 und dem Emitter des zweiten Transistors 473, zum Liefern eines ersten Bias-Stroms Ibias1, eine erste Stromquelle 402, einen ersten Widerstand R1, geschaltet zwischen den Kollektor des ersten Transistors 472 und die erste Stromquelle 402, und einen zweiten Widerstand R2, geschaltet zwischen den Kollektor des zweiten Transistors 473 und die erste Stromquelle 402.The transconductance unit 401 includes a first transistor 472 coupled to the third control voltage V3, a second transistor 473 coupled to the fourth control voltage V4, a first bias current source Ibias1 coupled to the emitter of the first transistor 472 and the emitter of the second transistor 473 for supplying a first bias current Ibias1, a first current source 402 , a first resistance R1, connected between the collector of the first transistor 472 and the first power source 402 , and a second resistor R2 connected between the collector of the second transistor 473 and the first power source 402 ,
Der Wert des ersten Stroms I1, welcher durch den Kollektor des zweiten Transistors 473 fließt, wird bestimmt durch den ersten Bias-Strom Ibias1 und die Differenz zwischen der dritten Regelspannung V3 und der vierten Regelspannung V4. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Beziehung wie folgt: The value of the first current I1 passing through the collector of the second transistor 473 is determined by the first bias current Ibias1 and the difference between the third control voltage V3 and the fourth control voltage V4. In this embodiment, the relationship is as follows:
Da die Transkonduktanzeinheit 401 eine Differenzschaltung ist, wird der Kollektorstrom des ersten Transistors 472 bestimmt durch die dritte Regelspannung V3, die vierte Regelspannung V4 und den ersten Bias-Strom Ibias1. Die Beziehung ist ähnlich zu der in Gleichung 2 dargestellten, lediglich die Positionen der Terme V3 und V4 sind ausgetauscht.Since the transconductance unit 401 is a differential circuit, the collector current of the first transistor 472 determined by the third control voltage V3, the fourth control voltage V4 and the first bias current Ibias1. The relationship is similar to that shown in Equation 2, only the positions of terms V3 and V4 are interchanged.
Die erste Stromwandlereinheit 403 ist gekoppelt mit der Transkonduktanzeinheit 401 durch die zweite Stromquelle 404. Die erste Stromwandlereinheit 403 umfasst einen dritten Transistor 474, dessen Kollektor und Basis zusammengeschaltet sind, einen vierten Transistor 475, eine zweite Bias-Stromquelle Ibias2, gekoppelt mit dem Emitter des dritten Transistors 474 und dem Emitter des vierten Transistors 475, zum Liefern eines zweiten Bias-Stroms Ibias2, eine zweite Stromquelle 404, einen dritten Widerstand R3, geschaltet zwischen den Kollektor des dritten Transistors 474 und die zweite Stromquelle 404, und einen vierten Widerstand R4, geschaltet zwischen den Kollektor des vierten Transistors 475 und die zweite Stromquelle 404. Die zweite Stromquelle 404 und die erste Stromquelle 402 bilden eine Stromspiegelschaltung. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Verhältnis zwischen dem Kollektorstrom I2 des dritten Transistors 474 und dem Kollektorstrom I1 des zweiten Transistors 473 dasselbe wie das Verhältnis zwischen dem ersten Bias-Strom Ibias1 und dem zweiten Bias-Strom Ibias2, wie nachfolgend dargestellt: I2/I1 = Ibias2/Ibias1 (3) The first current transformer unit 403 is coupled to the transconductance unit 401 through the second power source 404 , The first current transformer unit 403 includes a third transistor 474 , whose collector and base are connected together, a fourth transistor 475 , a second bias current source Ibias2 coupled to the emitter of the third transistor 474 and the emitter of the fourth transistor 475 for supplying a second bias current Ibias2, a second current source 404 , a third resistor R3 connected between the collector of the third transistor 474 and the second power source 404 , and a fourth resistor R4 connected between the collector of the fourth transistor 475 and the second power source 404 , The second power source 404 and the first power source 402 form a current mirror circuit. In addition, in this embodiment, the ratio between the collector current I2 of the third transistor 474 and the collector current I1 of the second transistor 473 the same as the ratio between the first bias current Ibias1 and the second bias current Ibias2, as shown below: I2 / I1 = Ibias2 / Ibias1 (3)
Da die erste Stromwandlereinheit 403 ebenfalls eine Differenzschaltung ist, ist gemäß der in Gleichung 3 dargestellten Strombeziehung das Verhältnis zwischen dem Kollektorstrom des vierten Transistors 475 und dem Kollektorstrom I2 des dritten Transistors 474 dasselbe wie das Verhältnis zwischen dem Kollektorstrom des ersten Transistors 472 und dem Kollektorstrom I1 des zweiten Transistors 473. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, wenn der erste Bias-Strom Ibias1 gleich dem zweiten Bias-Strom Ibias2 ist, der Kollektorstrom des ersten Transistors 472 ebenfalls gleich dem Kollektorstrom des vierten Transistors 475, und der Kollektorstrom I1 des zweiten Transistors ist gleich dem Kollektorstrom I2 des dritten Transistors.As the first current transformer unit 403 is also a differential circuit, according to the current relationship shown in Equation 3, the ratio between the collector current of the fourth transistor 475 and the collector current I2 of the third transistor 474 the same as the ratio between the collector current of the first transistor 472 and the collector current I1 of the second transistor 473 , In this embodiment, when the first bias current Ibias1 is equal to the second bias current Ibias2, the collector current of the first transistor 472 also equal to the collector current of the fourth transistor 475 and the collector current I1 of the second transistor is equal to the collector current I2 of the third transistor.
Die zweite Stromwandlereinheit 405 umfasst einen fünften Transistor 476, dessen Basis und Kollektor gekoppelt sind mit der Basis des vierten Transistors 475, einen sechsten Transistor 477, dessen Basis gekoppelt ist mit der Basis und dem Kollektor des dritten Transistors 474, und einen siebten Transistor 478, gekoppelt mit dem Emitter des fünften Transistors 476 und dem Emitter des sechsten Transistors 477, zum Liefern eines dritten Bias-Stroms Ibias3. Infolge der Schleife bzw. des Kreises, gebildet zwischen dem dritten Transistor 474, dem vierten Transistor 475, dem fünften Transistor 476 und dem sechsten Transistor 477, ist das Verhältnis dem Kollektorstrom I3 des sechsten Transistors 476 und dem Kollektorstrom I2 des dritten Transistors 474 dasselbe wie das Verhältnis zwischen dem dritten Ibias2 und dem ersten Bias-Strom Ibias1. Dies ist dargestellt durch die folgende Gleichung: I3/I2 = Ibias3/Ibias2 (4) The second current transformer unit 405 includes a fifth transistor 476 whose base and collector are coupled to the base of the fourth transistor 475 , a sixth transistor 477 whose base is coupled to the base and the collector of the third transistor 474 , and a seventh transistor 478 coupled to the emitter of the fifth transistor 476 and the emitter of the sixth transistor 477 to deliver a third bias current Ibias3. Due to the loop or circle formed between the third transistor 474 , the fourth transistor 475 , the fifth transistor 476 and the sixth transistor 477 , the ratio is the collector current I3 of the sixth transistor 476 and the collector current I2 of the third transistor 474 the same as the ratio between the third Ibias2 and the first bias current Ibias1. This is represented by the following equation: I3 / I2 = Ibias3 / Ibias2 (4)
Die zweite Stromwandlereinheit 405 ist ebenfalls eine Differenzschaltung. Ähnlich der in Gleichung 4 dargestellten Beziehung ist das Verhältnis zwischen dem Kollektorstrom I4 des fünften Transistors 476 und dem Kollektor I3 des sechsten Transistors 477 dasselbe wie das Verhältnis zwischen dem Kollektorstrom des vierten Transistors 475 und dem Kollektorstrom I2 des dritten Transistors 474.The second current transformer unit 405 is also a differential circuit. Similar to the relationship shown in Equation 4 is the ratio between the collector current I4 of the fifth transistor 476 and the collector I3 of the sixth transistor 477 the same as the ratio between the collector current of the fourth transistor 475 and the collector current I2 of the third transistor 474 ,
Daher ist gemäß Gleichungen 2, 3, 4 und der Beziehung zwischen I4 und I3, welche oben beschrieben ist, die in 4 dargestellte Schaltung ein spannungsgesteuerter Stromverstärker. Durch ein Ändern des Werts der Differenzeingangsspannung, das heißt, der Differenz zwischen der dritten Regelspannung V3 und der vierten Regelspannung V4, wird das Verhältnis zwischen den Ausgangsströmen I3 und I4 geregelt. Dieses Verhaltnis ist wie folgt: Therefore, according to Equations 2, 3, 4 and the relationship between I4 and I3 described above, the one in 4 illustrated circuit a voltage controlled current amplifier. By changing the value of the differential input voltage, that is, the difference between the third control voltage V3 and the fourth control voltage V4, the ratio between the output currents I3 and I4 is controlled. This ratio is as follows:
Die Ausgabeeinheit 407, dargestellt in 5, umfasst einen achten Transistor 479, dessen Basis und Kollektor zusammengeschaltet sind, einen neunten Transistor 480 und eine vierte Bias-Stromquelle I4, gekoppelt mit dem Emitter des achten Transistors 479 und dem Emitter des neunten Transistors 480. Es sei darauf hingewiesen, dass der in 4 dargestellte spannungsgesteuerte Stromverstärker gekoppelt ist mit der Ausgabeeinheit 407, dargestellt in 5, durch mindestens eine (nicht dargestellte) Stromspiegelvorrichtung, so dass der durch die vierte Bias-Stromquelle ausgegebene Bias-Strom im wesentlichen derselbe ist wie der Kollektorstrom I4 des fünften Transistors 476, und der Kollektorstrom I3 des sechsten Transistors 477 im wesentlichen derselbe ist wie der Kollektorstrom I3 des achten Transistors 479. Obwohl die Stromspiegel nicht dargestellt sind, kann ein Fachmann auf diesem Gebiet problemlos eine derartige mindestens eine Stromspiegelvorrichtung gestalten. An diesem Punkt ist der Kollektorstrom des achten Transistors 479 gleich dem Kollektorstrom I3 des sechsten Transistors 477, und der Kollektorstrom des neunten Transistors 480 ist gleich der Differenz zwischen dem Kollektorstrom I4 des fünften Transistors 476 und dem Kollektorstrom I3 des sechsten Transistors 477. Die Basis des achten Transistors 479 und die Basis des neunten Transistors 480 dienen zur Kopplung mit der Verstärkerstufe 302 und zum Ausgeben der Verstärkungsregelspannung Vy. Daher ist die Beziehung der Verstärkungsregelspannung Vy, des Kollektorstroms I3 des achten Transistors 479 und des Kollektorstroms (I4 – I3) des neunten Transistors 480 wie folgt: Dementsprechend dient, ungeachtet des Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärkers 400 die Verstärkungsregelstufe 304 zum Bestimmen der Strombeziehung in jeder Stufe der Differenzschaltung gemäß der Differenz zwischen der dritten Regelspannung V3 und der vierten Regelspannung V4 und zum Bestimmen des Werts der Verstärkungsregelspannung Vy gemäß diesen Strombeziehungen. Folglich ist die Beziehung zwischen der Verstärkungsregelspannung Vy, der dritten Regelspannung V3 und der vierten Regelspannung V4 wie folgt: The output unit 407 represented in 5 , includes an eighth transistor 479 whose base and collector are connected together, a ninth transistor 480 and a fourth bias current source I4 coupled to the emitter of the eighth transistor 479 and the emitter of the ninth transistor 480 , It should be noted that the in 4 shown voltage controlled current amplifier is coupled to the output unit 407 represented in 5 by at least one current mirror device (not shown) such that the bias current output by the fourth bias current source is substantially the same as the collector current I4 of the fifth transistor 476 , and the collector current I3 of the sixth transistor 477 essentially the same as the collector current I3 of the eighth transistor 479 , Although the current mirrors are not shown, one of skill in the art can readily design such an at least one current mirror device. At this point, the collector current of the eighth transistor 479 equal to the collector current I3 of the sixth transistor 477 , and the collector current of the ninth transistor 480 is equal to the difference between the collector current I4 of the fifth transistor 476 and the collector current I3 of the sixth transistor 477 , The base of the eighth transistor 479 and the base of the ninth transistor 480 serve for coupling with the amplifier stage 302 and outputting the gain control voltage Vy. Therefore, the relationship of the gain control voltage Vy, the collector current I3 of the eighth transistor 479 and the collector current (I4 - I3) of the ninth transistor 480 as follows: Accordingly, regardless of the proportional-to-Vt voltage amplifier is used 400 the gain control level 304 for determining the current relation in each stage of the differential circuit according to the difference between the third control voltage V3 and the fourth control voltage V4 and for determining the value of the gain control voltage Vy according to these current relationships. Consequently, the relationship between the gain control voltage Vy, the third control voltage V3, and the fourth control voltage V4 is as follows:
Unter Verwendung der Verstärkungsregelspannung Vy, ausgegeben durch die Verstärkungsregelstufe 304, als die Regelspannung Vy der Verstärkerstufe 302, dargestellt in 1, ist die Spannungsverstärkung der Verstärkerstufe 302, das heißt, das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung Vout und der Eingangsspannung Vin, wie folgt: wobei K1 sich auf einen Ausgangswiderstand RL der Verstärkerstufe 302 bezieht und K2 sich auf die Temperaturspannung Vt von Bipolarsperrschicht-Transistoren bezieht, das heißt, K2 ist proportional zu 1/Vt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist K1 eine Konstante, jedoch kann der Wert von K2 beeinflusst werden durch eine Temperaturspannung Vt. Anders ausgedrückt, kann ein beliebiger Faktor, welcher die Temperaturspannung beeinflusst, den Wert von K2 ändern.Using the gain control voltage Vy output by the gain control stage 304 , as the control voltage Vy of the amplifier stage 302 represented in 1 , is the voltage gain of the amplifier stage 302 that is, the ratio between the output voltage Vout and the input voltage Vin, as follows: where K1 is based on an output resistance RL of the amplifier stage 302 and K2 refers to the temperature voltage Vt of bipolar junction transistors, that is, K2 is proportional to 1 / Vt. In this embodiment, K1 is a constant, but the value of K2 can be influenced by a temperature voltage Vt. In other words, any factor that affects the temperature voltage may change the value of K2.
Es sei auf 7 verwiesen, welche ein Ausführungsbeispiel des Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärkers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In 7 hat der Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker 700 ein einziges Eingangsende (V1) und ein einziges Ausgangsende (V3), jedoch ist es auch möglich, zwei Verstärker zu verwenden, wie dargestellt in 7, um einen Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker eines Differenztyps zu bilden.It's up 7 which illustrates an embodiment of the proportional-to-Vt-voltage amplifier according to the embodiment of the present invention. In 7 has the proportional-to-Vt voltage amplifier 700 a single input end (V1) and a single output end (V3), however, it is also possible to use two amplifiers as shown in FIG 7 to form a differential-to-Vt voltage amplifier of differential type.
Der Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker 700 enthält eine Transkonduktanzeinheit 720, einen Stromspiegel 740 und eine Transresistance-Einheit 760, d. h. Transwiderstands-Einheit 760. Die Transkonduktanzeinheit 720 enthält einen Operationsverstärker 721 und einen Widerstand R, um einen fünften Strom I5 gemäß der ersten Regelspannung V1 zu erzeugen, wobei I5 = V1/R ist. Der Stromspiegel 740 dient zum Erzeugen eines sechsten Stroms I6 durch ein Nachbilden des fünften Stroms I5. Die Transresistance-Einheit 760 ist gekoppelt mit dem Stromspiegel 740 und einer Referenzspannung Vref, wobei sie einen zehnten Transistor 761, einen elften Transistor 762 und eine vierte Stromquelle Ibias4 umfasst. Durch den in 7 dargestellten Schaltungsaufbau ist die Beziehung zwischen der dritten Regelspannung V3 und der ersten Regelspannung V1 wie folgt: wobei Gm die Transkonduktanz der Transistoren 761 und 762 ist. Da Gm = Ic/Vt (in diesem Ausführungsbeispiel ist Ic im wesentlichen gleich Ibias4/2), ist V1 – Vref proportional zu der Temperaturspannung Vt. Ein Kombinieren zweier Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker 700, dargestellt in 7, kann einen Differenz-Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker 400, dargestellt in 4, bilden, dessen Beziehung zwischen seinen Eingängen und Ausgängen wie folgt ist: V4 – V3 = K3·Vt·(V1 – V2) (10) The proportional-to-Vt voltage amplifier 700 contains a transconductance unit 720 , a current mirror 740 and a transresistance unit 760 , ie trans-resistance unit 760 , The transconductance unit 720 contains an operational amplifier 721 and a resistor R for generating a fifth current I5 according to the first control voltage V1, where I5 = V1 / R. The current mirror 740 serves to generate a sixth current I6 by replicating the fifth current I5. The transresistance unit 760 is coupled to the current mirror 740 and a reference voltage Vref, being a tenth transistor 761 , an eleventh transistor 762 and a fourth current source Ibias4. By the in 7 1, the relationship between the third control voltage V3 and the first control voltage V1 is as follows: where Gm is the transconductance of the transistors 761 and 762 is. Since Gm = Ic / Vt (in this embodiment, Ic is substantially equal to Ibias4 / 2), V1-Vref is proportional to the temperature voltage Vt. Combining two proportional-to-Vt voltage amplifiers 700 represented in 7 , may be a differential-proportional-to-Vt-voltage amplifier 400 represented in 4 , whose relationship between its inputs and outputs is as follows: V4 - V3 = K3 · Vt · (V1 - V2) (10)
Bei dem in der Verstärkungsregelstufe 304 kombinierten Proportional-zu-Vt-Spannung-Verstärker 400 ist die Spannungsverstärkung Av des Regelverstärkers 300 wie folgt: wobei sowohl K1 als auch K4 Konstanten sind. Das Ergebnis ist, dass die Spannungsverstärkung Av des Regelverstärkers 300 eine einfache Exponentialbeziehung zu der ersten Regelspannung V1 und der zweiten Regelspannung V2 hat und die Spannungsverstärkung Av durch die Temperaturspannung nicht beeinflusst wird.In the in the gain control stage 304 combined proportional-to-Vt voltage amplifier 400 is the voltage gain Av of the control amplifier 300 as follows: where both K1 and K4 are constants. The result is that the voltage gain Av of the variable gain amplifier 300 has a simple exponential relation to the first control voltage V1 and the second control voltage V2 and the voltage gain Av is not affected by the temperature voltage.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben erwähnte Verstärkungsregelstufe 304 lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiel ist, und der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt ist durch die Verstärkungsregelstufe. Eine beliebige Schaltung, welche die Verstärkungsregelspannung Vy erzeugt, die zu ln(Ia/Ib – K3) proportional ist, kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dabei ist K3 eine Konstante, Ia entspricht der ersten Regelspannung V1 und Ib entspricht der zweiten Regelspannung V2.It should be noted that the above-mentioned gain control stage 304 is only one possible embodiment, and the scope of the present invention is not limited by the gain control stage. Any circuit which generates the gain control voltage Vy, which is proportional to ln (Ia / Ib-K3), can be used in the present invention. Here, K3 is a constant, Ia corresponds to the first control voltage V1 and Ib corresponds to the second control voltage V2.
Es sei auf Gleichung 11 verwiesen. Durch die Verstärkungsregelstufe 304, die Beziehung zwischen der Spannungsverstärkung Av der Verstärkerstufe 302 und die Differenz zwischen V1 und V2 ist die Verstärkung eine einfache Exponentialfunktion, wie in 6 dargestellt. Da in Gleichung I1 kein Vt-Term vorhanden ist, wird die Spannungsverstärkung Av nicht beeinflusst durch die Temperaturspannung. Das heißt, der Wert der Spannungsverstärkung Vt ist unabhängig von der Temperaturspannung. Außerdem hat bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel die Verstärkerstufe zwei Eingangsenden zum Empfangen einer Differenzeingangsspannung, aber lediglich ein einziges Ausgangsende, jedoch kann die erfindungsgemäße Verstärkerstufe auch zwei Ausgangsenden zum Erzeugen einer Differenzausgangsspannung aufweisen.Reference is made to equation 11. Through the gain control stage 304 , the relationship between the voltage gain Av of the amplifier stage 302 and the difference between V1 and V2, the gain is a simple exponential function, as in 6 shown. Since there is no Vt term in Equation I1, the voltage gain Av is not affected by the temperature voltage. That is, the value of the voltage gain Vt is independent of the temperature voltage. In addition, in the above-mentioned embodiment, the amplifier stage has two input ends for receiving a differential input voltage but only a single output end, however, the amplifier stage according to the invention may also have two output ends for generating a differential output voltage.
Außerdem muss die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Verstärkerstufe nicht zwingend wie in 1 dargestellt ausgeführt sein. Eine beliebige Schaltung, welche eine Spannungsverstärkung aufweist, bei welcher ein Nenner einen konstanten Term und eine einfache Exponentialfunktion enthält, kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.In addition, the amplifier stage used in the present invention does not necessarily have to be as in 1 be shown represented. Any circuit having a voltage gain in which a denominator contains a constant term and a simple exponential function may be used in the present invention.
