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Die
Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung einer Strom und/oder Spannungssteuerung
einer elektronischen Schaltung, mit einer Eingangsstufe, die wenigstens
einen Eingang, einen Versorgungsspannungsanschluss, ein Verstärkerelement
und eine Teilschaltung aufweist, bei der das Verstärkerelement
eine Arbeitsstromstrecke und einen Steueranschluss aufweist, bei
der die Teilschaltung eine Vorspannung an den Steueranschluss legt
und bei der der Eingang mit dem Steueranschluss verbunden ist.
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Dabei
beschreibt der Begriff der Vorspannung (Biasspannung) hier eine
aus der Versorgungsspannung abgeleitete Gleichspannung, die zur
Einstellung des Arbeitspunktes in Abwesenheit eines Eingangssignals
erzeugt wird.
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Solche
Ansteuerschaltungen werden zum Beispiel zum Schalten von Stromquellen
eines Lasertreibers eines Schreibkanals oder Lesekanals in DVD-Geräten mit
sogenannten „single
ended"-Ansteuersignalen
verwendet. Beispiele von „single ended"-Signalen sind CMOS-,
TTL- und RS-422-Signale.
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Bei
bekannten Ansteuerschaltungen sind zwischen verschiedenen Exemplaren
von integrierten Ansteuerschaltungen, die aus der gleichen Fertigung
stammen, unerwünschte
Streuungen in den Werten der Ausgangssignale der Ansteuerschaltung aufgetreten.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
einer verbesserten Ansteuerschaltung mit verringerten fertigungsbedingten Streuungen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Ansteuerschaltung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass
die Vorspannung von einer an dem Versorgungsspannungsanschluss anliegenden
Versorgungsspannung und einer Stromverstärkung des Verstärkerelements
unabhängig
ist.
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Durch
diese Merkmale wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst. Die
Erfindung basiert auf den folgenden Erkenntnissen: Bekannte Ansteuerschaltungen
weisen einen als Emitterfolger geschalteten Bipolartransistor als
Verstärkerelement auf,
bei dem die Vorspannung durch eine schaltungsinterne Spannungsquelle
bereitgestellt wird. Die Spannungsquelle ist über einen großen Widerstand mit
der als Steueranschluss dienenden Basis des Bipolartransistors verbunden,
so dass sich die Vorspannung als Produkt aus dem Wert des Vorwiderstands
und dem über
den Vorwiderstand fließenden Basisstrom
des Bipolartransistors ergibt. Die Emitterfolger besitzen eine Stromverstärkung, die
bekanntlich als Verhältnis
des Kollektorstroms zum Basisstrom definiert ist.
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Fertigungsbedingte
Streuungen der Stromverstärkung,
bilden sich in Streuungen der Basisströme und damit in Streuungen
der Vorspannungen ab, was den Arbeitspunkt und damit das Ausgangssignal der
Ansteuerschaltung unerwünscht
beeinflusst. Da der Strom, der über
die Arbeitsstromstrecke des Emitterfolgers fließt, von der Versorgungsspannung abhängig ist,
bilden sich fertigungsbedingte Schwankungen der Versorgungsspannung über den
Kollektorstrom und die Stromverstärkung in dem Basisstrom und
damit ebenfalls in Schwankungen der Vorspannung ab.
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Durch
das erfindungsgemäße Bereitstellen einer
Vorspannung, die sowohl von einer am Versorgungsspannungsanschluss
anliegenden Versorgungsspannung als auch von einer Stromverstärkung des
Verstärkerelements
unabhängig
ist, wird die Ursache der unerwünschten
Schwankungen beseitigt.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Teilschaltung eine
Stromquelle, einen ersten Transistor, einen Stromspiegel, eine erste
Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand, einer Arbeitsstromstrecke
eines als Diode geschalteten zweiten Transistors und einem zweiten
Widerstand, eine zweite Reihenschaltung aus Arbeitsstromstrecken
eines dritten Transistors und eines vierten Transistors sowie einem
dritten Widerstand, der den gleichen Wert besitzt wie der zweite
Widerstand, und einen fünften
Widerstand aufweist, bei der die Stromquelle an den Versorgungspotentialanschluss
angeschlossen ist; die Ausgestaltung sieht ferner vor, dass erste Transistor
einen von der Stromquelle gelieferten Strom in einen Basisstrom
und einen Kollektorstrom teilt, die erste Reihenschaltung zwischen
einem ersten Knoten, der den Kollektorstrom aufnimmt, und dem Bezugspotentialanschluss
liegt, die zweite Reihenschaltung zwischen dem Versorgungspotentialanschluss
und dem Bezugspotentialanschluss liegt, zweiter, dritter und vierter
Transistor gleich sind, eine Basis des dritten Transistors an den
ersten Knoten angeschlossen ist und zusammen mit dem Stromspiegel
das n-fache des Basisstroms von dem ersten Knoten zieht, ein zwischen
dem dritten und dem vierten Transistor liegender zweiter Knoten über einen Vorwiderstand
und einen Eingangssignalwiderstand mit dem Eingang verbunden ist,
ein zwischen Vorwiderstand und Eingangssignalwiderstand liegender dritter
Knoten mit dem Steueranschluss des Verstärkerelements verbunden ist,
eine Arbeitsstromstrecke des Verstärkerelements ein m-faches des
Kollektorstroms des ersten Transistors leitet und ein Wert des Vorwiderstands
das n + 1 fache des m-ten Teils der Summe der Werte des ersten Widerstands
und des zweiten Widerstands beträgt.
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Durch
diese konkreten schaltungstechnischen Maßnahmen wird eine Vorspannung
erzeugt, bei der sowohl die Basisströme der Verstärkerelemente
als auch Einflüsse
der Versorgungsspannung automatisch und vollständig kompensiert werden. Durch
die Kompensation der Basisströme
der Verstärkerelemente
wird gleichzeitig eine Begrenzung der Pegel von Ausgangssignalen
der Eingangsstufe erreicht. Damit können auch unterschiedliche
Eingangssignalpegel verarbeitet werden ohne dass eine schaltungstechnische
Anpassung an individuelle Eingangssignale erfolgen muss.
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Bevorzugt
ist auch, dass die Eingangsstufe wenigstens einen weiteren Eingang
sowie ein weiteres Verstärkerelement
mit einer weiteren Arbeitsstromstrecke und einem weiteren Steueranschluss aufweist
und dass der zwischen dem dritten und dem vierten Transistor liegende
zweite Knoten über
einen weiteren Vorwiderstand und einen weiteren Eingangssignalwiderstand
mit dem Eingang verbunden ist, ein zwischen weiterem Vorwiderstand
und weiterem Eingangssignalwiderstand liegender vierter Knoten mit
dem weiteren Steueranschluss des weiteren Verstärkerelements verbunden ist,
eine Arbeitsstromstrecke des weiteren Verstärkerelements ein m-faches des
Kollektorstroms des ersten Transistors leitet und der weitere Vorwiderstand
das n + 1 – fache des
m-ten Teils der Summe der Werte des ersten Widerstands und des zweiten
Widerstands besitzt.
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Alternativ
zu den eingangs genannten „single
ended"-Ansteuersignalen
werden zum Beispiel zum Schalten von Stromquellen eines Lasertreibers eines
Schreibkanals oder Lesekanals in DVD-Geräten häufig auch differentielle Signale
(LVDS, LVDECL) mit weitem Offsetspannungsbereich verwendet. Dafür sind normalerweise
unterschiedliche Eingangsstufen notwendig. Die genannte Ausgestaltung hat
den besonderen Vorteil, dass sowohl „single ended"-Signale als auch
differentielle Signale ohne Änderungen
der Schaltung verarbeitet werden können, ohne dass bei der Verarbeitung
von „single-ended"-Signalen eine externe Kapazität zur Abblockung
an einen dann freien Eingang angelegt werden muss.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch eine Treiberstufe
aus, die wenigstens ein Ausgangssignal des Verstärkerelements als Treiberstufenseingangssignal erhält und über einen
Eingang eines Differenzverstärkers
verstärkt.
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Der
Differenzverstärker
bewirkt im Fall einer Speisung mit einem „single ended"-Signal eine Umwandlung
des „single
ended"-Signals in
ein differentielles Signal. Einer der beiden Steueranschlüsse des Differenzverstärkers kann
einfach offengelassen werden.
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Ferner
ist bevorzugt, dass die Treiberstufe ein erstes Ausgangssignal von
einem ersten Verstärkerelement
und ein weiteres Ausgangssignal von einem weiteren Verstärkerelement
als Treiberstufeneingangssignale erhält und das erste Ausgangssignal über einen
ersten Eingang eines Differenzverstärkers verstärkt und das weitere Ausgangssignal über einen
weiteren Eingang des Differenzverstärkers verstärkt.
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Durch
diese Ausgestaltung kann der Differenzverstärker zur Verstärkung differentieller
Signale und "single
ended"- Signale
verwendet werden, so dass nicht nur die Eingangsstufe sondern auch
die Treiberstufe ohne Änderungen
der Schaltungstechnik sowohl „single
ended"-Signale als
auch differentielle Signale verarbeiten kann.
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Im
Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Treiberstufe
einen Vierfach-Schalter (Quad-Schalter), der ein differentielles Ausgangssignal
des Differenzverstärkers
für einen ersten
Ausgangszweig der Treiberstufe und/oder für einen weiteren Ausgangszweig
der Treiberstufe bereitstellt.
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Auf
diese Weise kann das differentielle Signal wahlweise in den ersten
Ausgangszweig und/oder den zweiten Ausgangszweig eingespeist werden.
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Bevorzugt
ist auch, dass wenigstens ein Ausgangszweig der Treiberstufe einen
komplementären
Emitterfolger aufweist.
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Komplementäre Emitterfolger
zeichnen sich durch eine große
Ausgangsleistung aus. Für
den Fall, dass die Ansteuerschaltung Stromschalter mit niedrigem
Eingangswiderstand und damit hohem Leistungsbedarf steuert, wie
es zum Beispiel bei hohen Schreibströmen in DVD- Geräten
der Fall sein kann, stellt diese Ausgestaltung hinreichend hohe Treiberströme zum Steuern
der Stromschalter bereit
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Ferner
ist bevorzugt, dass der Treiberstufe wenigstens ein Steuerstrom
zugeführt
wird, der vom Strom und/oder Spannungssignal der elektronischen Schaltung
abhängt,
und dass die Treiberstufe Ausgangssignale der Treiberstufe in Abhängigkeit
von dem Steuerstrom verändert.
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Bei
DVD-Geräten
ist die Kurvenform eines geschalteten Ausgangsstromes wichtig. Insbesondere
die Anstiegs- und Abfallflanken müssen hinreichend steil sein
und der Einschwingvorgang wird durch enge Grenzen beschränkt. Bei
DVD-Geräten üben die Ausgangssignale der Treiberstufe einen
wesentlichen Einfluss auf die Kurvenform aus, wobei der optimale
Wert der Ausgangssignale von der Größe des zu schaltenden Stroms
abhängt.
Durch das Zuführen
des Steuerstroms, der vom Strom und/oder Spannungssignal der elektronischen
Schaltung abhängt
und durch das Verändern
von Ausgangssignalen der Treiberstufe in Abhängigkeit von dem Steuerstrom
kann die geforderte Kurvenform für
einen weiten Bereich von Werten zu schaltender Ströme erzeugt
werden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Treiberstufe
ein erster Steuerstrom und ein zweiter Steuerstrom zugeführt wird,
und dass der erste Steuerstrom über
einen Stromspiegel zu einem den Differenzverstärker versorgenden Strom addiert wird.
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Durch
diese Ausgestaltung werden Ausgangssignale des Differenzverstärkers auf
der Eingangsseite der Treiberstufe verändert.
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Bevorzugt
ist auch, dass der zweite Steuerstrom einen die Emitterfolger versorgenden
Strom steuert.
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Durch
diese Ausgestaltungen werden Ausgangssignale der Treiberstufe auf
der Ausgangsseite der Treiberstufe verändert.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 eine
Gesamtansicht eines Beispiels einer zu steuernden elektronischen
Schaltung zusammen mit einer Ansteuerschaltung, die eine Eingangsstufe
und eine Ausgangsstufe aufweist;
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2 einen
Schaltplan einer Eingangsstufe mit Beispielen von Elementen der
Erfindung;
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3 einen
Schaltplan einer Treiberstufe mit Beispielen von Elementen der Erfindung;
und
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4 Ausgangssignale
der Ansteuerschaltung als Funktion eines Steuerstroms.
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1 zeigt
eine Ansteuerschaltung 10 zusammen mit einer zu steuernden
elektronischen Schaltung 12 und einer Schaltung 14,
die einen Basiswert eines Ausgangsstroms der Schaltung 12 liefert.
Die Schaltung 12 weist einen Ausgang A und einen Ausgang
B auf, wobei die Ausgänge
A, B zum Beispiel Lesekanälen
oder Schreibkanälen
eines DVD-Gerätes
zugeordnet sein können.
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Der
Ausgang A wird aus einem Stromspiegel 16 gespeist, der
einen Steuerzweig 18 und einen Leistungszweig 20 aufweist.
Jeder der Zweige 18, 20 besitzt einen ohmschen
Widerstand 22, 24 und einen Transistor 26, 28,
wobei der Transistor 26 des Steuerzweiges 18 als
Diode geschaltet ist. Der Steuerzweig 18 liegt zusammen
mit einer Arbeitsstromstrecke eines ersten Ausgangstransistors 30 und
eines Steuerstromtransistors 32 in Reihe zwischen einem
Versorgungspotential 34 und einem Bezugspotential 36.
Darüber
hinaus kann ein ohmscher Widerstand 38 in diese Reihenschaltung
integriert sein. Ein zweiter Stromspiegel 40 speist den
Ausgang B und wird von einem zweiten Ausgangstransistor 42 gesteuert.
Der Stromspiegel 40 ist wie der Stromspiegel 16 aufgebaut
und besitzt daher einen Steuerzweig 44 mit einem ohmschen
Widerstand 46 und einer Transistordiode 48 sowie
einen Leistungszweig 50 mit einem ohmschen Widerstand 52 und
einem Transistor 54.
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Ein
dritter Ausgangstransistor 56 liegt parallel zu den Stromspiegeln 16 und 40 zwischen
dem Versorgungspotential 34 und dem Steuerstromtransistor 32.
Die Ansteuerschaltung 10 gibt drei Ansteuersignale Ua,
Ub und Uc aus, wobei Ua den ersten Ausgangstransistor 30 steuert,
Ub den zweiten Ausgangstransistor 42 steuert und Uc den
dritten Ausgangstransistor 56 steuert. Die Ausgangstransistoren 30, 42 und 56 stellen
Beispiele der weiter oben genannten Stromschalter dar. Der Ausgangsstrom am
Ausgang A ist abhängig
von der Differenz der Spannungen Ua und Uc. Analog ist der Ausgangsstrom
am Ausgang B abhängig
von der Differenz der Spannungen Ub und Uc. Basiswerte des Ausgangsstroms
am Ausgang A und des Ausgangsstroms am Ausgang B werden mit Hilfe
des Steuerstromtransistors 32 eingestellt. Dazu wird der
Schaltung 14 über einen
Anschluss 58 ein Steuersignal zugeführt und mit einem Verstärker 57 um
einen Faktor B verstärkt. Bei
dem Steuersignal handelt es sich zum Beispiel um den Spannungsabfall
eines Steuerstrom-Basiswertes Iref über einem Widerstand 59. Über den Steuerstromtransistor 32 fließt dann
ein Strom I1, der um einen Verstärkungsfaktor
B größer ist
als Iref.
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Wie
bereits erwähnt
wurde, ist bei DVD-Geräten
die Kurvenform des geschalteten Ausgangsstromes wichtig. Einen wesentlichen
Einfluss auf die Kurvenform haben die Spannungen Ua, Ub und Uc sowie
die Spannungsdifferenzen Ua – Uc
für den Ausgang
A und Ub – Uc
für den
Ausgang B. Ihr optimaler Wert hängt
von der Größe des Steuerstroms Iref
beziehungsweise von der Größe des Ausgangsstroms
an dem Ausgang A und/oder Ausgang B ab. Die Ansteuerschaltung 10 ist
so ausgelegt, dass sich die Spannungen Ua, Ub und Uc abhängig vom
eingestellten Ausgangsstrom einstellen. Mit Hilfe von Transistoren 60 und 62 werden
zum Steuerstrom-Basiswert Iref proportionale Steuerströme Ich1
und Ich2 generiert und der Ansteuerschaltung 10 zugeführt. Dazu
sind Leitfähigkeitsstrecken
der Transistoren 60 und 62 jeweils mit einem Widerstand 64, 66 zwischen das
Bezugspotential 36 und Eingänge der Ansteuerschaltung 10 geschaltet,
wobei Steueranschlüsse der
Transistoren 60, 62 durch den Verstärker 57 als Funktion
des Steuerstrom-Basiswert Iref gesteuert werden.
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Die
Ansteuerschaltung 10 weist zwei Eingänge 68 und 70 auf, über die
Eingangssignale IN und/oder NIN einer Eingangsstufe 72 der
Ansteuerschaltung 10 zugeführt werden können. Die
Eingangsstufe 72 formt daraus Signale CE und NCE, die einer
Treiberstufe 74 zugeführt
werden. Die Treiberstufe formt aus diesen Signalen CE und NCE sowie den
Steuerströmen
Ich1 und Ich2 die Steuerspannungen Ua, Ub und Uc.
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2 zeigt
einen Schaltplan einer Eingangsstufe 72, die Eingänge 68 und 70,
einen Versorgungsspannungsanschluss 76, ein Verstärkerelement 78 und
eine Teilschaltung 80 aufweist, wobei das Verstärkerelement 78 eine
Arbeitsstromstrecke und einen Steueranschluss 82 aufweist
und wobei die Teilschaltung 80 eine Vorspannung Ubias an
den Steueranschluss 82 legt und wobei ein Eingang 68 mit
dem Steueranschluss über
einen Eingangssignalwiderstand 84 verbunden ist. Die von
der Teilschaltung 80 bereitgestellte Vorspannung ist sowohl von
einer an dem Versorgungsspannungsanschluss 76 anliegenden
Versorgungsspannung als auch von einer Stromverstärkung des
Verstärkerelements 78 unabhängig. Die
Eingangsstufe kann anstelle von zwei Eingängen 68, 70 auch
lediglich einen Eingang 68 aufweisen, um „single
ended"-Signale zu
verarbeiten.
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Die
Teilschaltung 80 weist eine Stromquelle 86 aus
einem Transistor 88 und einem Widerstand 90, einen
ersten Transistor 92, einen Stromspiegel 94, eine
erste Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand 96, einer
Arbeitsstromstrecke eines als Diode geschalteten zweiten Transistors 98 und
einem zweiten Widerstand 100, eine zweite Reihenschaltung
aus Arbeitsstromstrecken eines dritten Transistors 102 und
eines vierten Transistors 104 sowie einem dritten Widerstand 106,
der den gleichen Wert besitzt wie der zweite Widerstand 100,
auf. Die Stromquelle 86 ist an den Versorgungspotentialanschluss 76 angeschlossen.
Der erste Transistor 92 teilt einen von der Stromquelle 86 gelieferten
Strom I0 in einen Basisstrom IB und einen Kollektorstrom I0 – IB. Die
erste Reihenschaltung liegt zwischen einem ersten Knoten 108,
der den Kollektorstrom I0 – IB aufnimmt,
und einem Bezugspotentialanschluss 110.
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Die
zweite Reihenschaltung liegt zwischen dem Versorgungspotentialanschluss 76 und
dem Bezugspotentialanschluss 110. Der zweite Transistor 98 hat
die gleichen Eigenschaften wie der dritte Transistor 102 und
der vierte Transistor 104. Eine Basis 112 des
dritten Transistors 102 ist an den ersten Knoten 108 angeschlossen
ist und zieht, zusammen mit dem Stromspiegel 94, das n-fache
des Basisstroms IB von dem ersten Knoten 108. Ein zwischen
dem dritten Transistor 102 und dem vierten Transistor 104 liegender
zweiter Knoten 114 ist über
einen Vorwiderstand 116 und den Eingangssignalwiderstand 84 mit
dem Eingang 68 verbunden, wobei ein zwischen Vorwiderstand 116 und
Eingangssignalwiderstand 84 liegender dritter Knoten 118 mit
dem Steueranschluss 82 des Verstärkerelements 78 verbunden
ist. Eine Arbeitsstromstrecke des Verstärkerelements 78 leitet ein
m-faches des Kollektorstroms I0 – IB des ersten Transistors 92.
Der Vorwiderstand 116 besitzt das n + 1 fache des m-ten
Teils der Summe der Werte des ersten Widerstands 96 und
des zweiten Widerstands 100. Eine Arbeitsstromstrecke eines
fünften
Transistors 120 liegt zwischen dem dritten Knoten 118 und dem
Bezugspotentialanschluss 110. Ein Steueranschluss 122 des
fünften
Transistors 120 ist mit der Basis 112 des dritten
Transistors 102 verbunden.
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Wie
eingangs erwähnt,
ist die Basis des Verstärkerelements 78 bei
bekannten Ansteuerschaltungen über
einen großen
Widerstand mit einer internen Spannungsquelle verbunden. Eine Änderung
der Stromverstärkung
des Verstärkerelements 78 bewirkt dann über die Änderung
des Basisstroms eine spürbare Änderung
der Vorspannung Ubias am dritten Knoten 118.
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Mit
der vorgeschlagenen Schaltung wird die Vorspannung am dritten Knoten 118 unabhängig von der
Versorgungsspannung am Versorgungsspannungsanschluss 76 und
der Stromverstärkung
des Verstärkerelements 78.
Dies ergibt sich aus den folgenden Zusammenhängen.
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Die
Stromquelle 86 liefert den Strom I0. Der erste Transistor 92 hat
einen entsprechenden Basisstrom IB der mit dem Stromspiegel 94 mit
einer Stromübersetzung
n auf n·IB
erhöht
und am ersten Knoten 108 subtrahiert wird. Der Stromspiegel 94 besteht
zum Beispiel aus Transistoren 126, 128, 130, 132 und
Widerständen 134, 136,
die in der gezeigten Weise miteinander verbunden sind. Für eine Spannung
U1 am ersten Knoten 108 gilt dann: U1
= (I0 – (n
+ 1) IB) R0 + UBE + (I0 – (n
+ 2) IB) R1,wobei R0 der Wert des ersten Widerstands 96,
R1 der Wert des dritten Widerstands 100 und UBE die Basis-Emitter-Spannung
des dritten Transistors 102 ist.
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Da
die Transistoren 98, 102 und 104 nach Voraussetzung
gleich sind, gilt für
die Spannung U2 am zweiten Knoten 114: U2
= U1 – UBE
=
(I0 – (n
+ 1) IB) R0 + (I0 – (n
+ 2) IB) R1
= I0 (R0 + R1) – IB R1 – (n + 1)(R0 + R1) Ib
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Dann
gilt, wenn der erste Transistor 92 die gleichen Eigenschaften
besitzt wie das Verstärkerelement 78,
das in der 2 als einzelner Transistor realisiert
ist, eine Stromquelle 144 den Strom m·I0 liefert und der Eingang 68 offen
ist, für
die Vorspannung Ubias am dritten Knoten 118: Ubias
= U2 + m Rbias IB
= I0 (R0 + R1) – (n + 1) (R0 + R1) IB + m
Rbias IB
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Dabei
ist Rbias der Wert des Vorwiderstands 116 und wird so dimensioniert,
dass
Rbias = ((n + 1)/m)(R0 + R1) ist. Dann ist
Ubias
= I0 (R0 + R1) und damit wie gewünscht
unabhängig
von der Versorgungsspannung und der Stromverstärkung.
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In
einer Ausgestaltung weist die Eingangsstufe 72 einen weiteren
Eingang 70 sowie ein weiteres Verstärkerelement 135 mit
einer weiteren Arbeitsstromstrecke und einem weiteren Steueranschluss 137 auf,
wobei der zwischen dem dritten Transistor 102 und dem vierten
Transistor 104 liegende zweite Knoten 114 über einen
weiteren Vorwiderstand 139 und einen weiteren Eingangssignalwiderstand 141 mit
dem weiteren Eingang 70 verbunden ist. Ein zwischen weiterem
Vorwiderstand 139 und weiterem Eingangssignalwiderstand 141 liegender
vierter Knoten 138 ist mit dem weiteren Steueranschluss 137 des
weiteren Verstärkerelements 135 verbunden. Eine
Arbeitsstromstrecke des weiteren Verstärkerelements 135 leitet
ein m-faches des Kollektorstroms I0 – IB des ersten Transistors 92 und
der weitere Vorwiderstand 139 besitzt das n + 1 fache des
m-ten Teils der Summe der Werte des ersten Widerstands 96 und
des zweiten Widerstands 100. Ein Transistor 143 stellt
für den
zweiten Eingang 70 das Pendant zum fünften Transistor 122 des
ersten Eingangs 68 dar.
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Eine
solche Eingangsstufe 72 ist durch eine eingebaute Vorspannungserzeugung
und Pegelbegrenzung sowohl für
differentielle Eingangssignale wie LVDS, LNPECL in einem weiten
Offsetspannungsbereich (von 0 V bis 2.5 V) wie auch für single ended
Signale wie CMOS, TTL und RS – 422
geeignet. Dabei ist eine externe Kapazität am offenen Eingang zur Abblockung
nicht notwendig. Über
Anschlüsse 140 und 142 werden
die Ausgangssignale CE und/oder NCE an die nachfolgende Treiberstufe 74 übergeben.
Die Anschlüsse 140 und 142 sind über Stromquellen 144 und 146 mit
dem Versorgungspotentialanschluss 76 verbunden. Sie sind
wie die Stromquelle 86 aus je einem Widerstand 148, 150 und
einem Transistor 152, 154 aufgebaut und liefern einen
Strom m·I0.
Die Stromquellen 144 und 146 werden gemeinsam
mit der Stromquelle 86 von einer Steuerstromquelle 151 angesteuert.
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Im
Folgenden wird unter Bezug auf die 3 die Treiberstufe 74 erläutert. Die
Signale CE und/oder NCE werden über
einen Differenzverstärker 158 auf
einen Vierfachschalter 160 geführt, der durch eine Steuerung 162 betätigt wird.
Der Differenzverstärker 158 besteht
aus zwei Transistoren 164, 166, die über weitere
Transistoren 168, 170,..., 178 und Widerstände 180, 182,
..., 186 an ein Versorgungspotential 76 angeschlossen
sind und deren Steueranschlüsse
mit den Anschlüssen 140, 142 der
Eingangsstufe 72 verbunden sind. Das Ausgangssignal CE
und/oder NCE der Eingangsstufe 72 wird damit über den
Differenzverstärker 158 in
ein differentielles Signal umgewandelt. Der anschließende Quad-Schalter oder Vierfachschalter 160 bewirkt
das Umschalten des Eingangssignals auf die Stromschalter der Ausgänge A oder
B aus der 1.
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Der
Vierfachschalter 60 besteht aus einem ersten Paar von Transistoren 188, 190 und
einem zweiten Paar von Transistoren 192, 194.
Die Emitter der Transistoren 188, 190 des ersten
Paars sind miteinander und einem ersten Ausgang 196 des
Differenzverstärkers 158 verbunden.
Analog sind Emitter der Transistoren 192, 194 des
zweiten Paars miteinander und mit einem zweiten Ausgang 198 des
Differenzverstärkers 158 verbunden.
Ein erster Transistor 188 des ersten Paars wird gemeinsam
mit einem zweiten Transistor 194 des zweiten Paars durch
ein Signal ELA der Steuerung 162 gesteuert und ein zweiter
Transistor 190 des ersten Paars wird gemeinsam mit einem
ersten Transistor 192 des zweiten Paars durch ein Signal
ELB der Steuerung 162 gesteuert. Ein Ausgang 200 des
ersten Transistors 188 des ersten Paars ist über einen
Widerstand 202 mit einem Bezugspotential 110 verbunden
und steuert einen ersten komplementären Emitterfolger 204,
der das Ausgangssignal Ua liefert. Ein Ausgang 206 des zweiten
Transistors 190 des ersten Paars von Transistoren ist ebenfalls über einen
Widerstand 208 mit dem Bezugspotential 110 verbunden
und steuert einen zweiten komplementären Emitterfolger 210,
der das Ausgangssignal Ub liefert. Ausgänge der Transistoren 192, 194 des
zweiten Paars von Transistoren sind miteinander und über einen
Widerstand 212 mit dem Bezugspotential 110 verbunden.
Sie steuern einen dritten komplementären Emitterfolger 214,
der das Ausgangssignal Uc liefert. Die komplementären Emitterfolger 204, 210, 214 sind
zum Beispiel in der Lage, relativ große Basisströme der Ausgangstransistoren 30, 42 und 56 aus 1 bei
hohen Schreib-Strömen
eines DVD-Gerätes zu treiben.
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Die
drei komplementären
Emitterfolger 204, 210, 214 sind gleichartig
aus Transistoren 216a, 218a, ..., 226a; 216b, 218b,
..., 226b; 216c, 218c, ..., 226c und
Widerständen 228a, 230a; 228b, 230b; 228c, 230c aufgebaut
und sorgen dafür,
dass die Ausgangssignale Ua, Ua und Uc entweder durch das Versorgungspotential 76 oder
aber durch das Bezugspotential 110 definiert werden.
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Die
Treiberstufe 74 verstärkt
damit wenigstens ein Ausgangssignal CE, NCE des Verstärkerelements 78, 130 aus 2 über einen
Eingang des Differenzverstärkers 158 und
stellt über
den Vierfach-Schalter 160 ein differentielles Ausgangssignal für einen
ersten Ausgangszweig der Treiberstufe 74 und/oder für einen
weiteren Ausgangszweig der Treiberstufe 74 bereit, wobei
ein Ausgangszweig jeweils einen komplementären Emitterfolger 204, 210, 214 aufweist.
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Der
geschaltete Strom an den Ausgängen
A oder B in 1 ist im Rahmen einer konkreten
schaltungstechnischen Ausgestaltung in einem Strombereich von 0
bis ca. 500 mA variierbar und soll für den gesamten Strombereich
kurze Anstiegs- und Abfallzeiten (< 1
nsec) und minimales Überschwingen
(< 5%) zeigen.
Dafür ist
es notwendig, dass die Offsetspannung und die Amplitude der Ansteuersignale Ua,
Ub, Uc für
die Ausgangstransistoren 30, 42 und 56 in 1 variabel
und proportional zum Steuerstrom-Basiswert Iref sind.
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In
der in 3 dargestellten Ausgestaltung werden der Treiberstufe 74 Steuerströme Ich1
und Ich2 zugeführt,
die vom Strom Iref der elektronischen Schaltung 14 aus 1 abhängen. Die
Treiberstufe 74 verändert
ihre Ausgangssignale Ua, Ub, Uc in Abhängigkeit von diesen Steuerströmen Ich1,
Ich2. Dazu wird ein erster Steuerstrom Ich1 über einen Stromspiegel aus
Transistoren 174, 178 an einem Knoten 232 zu
einem den Differenzverstärker 158 versorgenden
konstanten Querstrom Ibg1 einer Konstantstromquelle 234 addiert.
Der Spannungsabfall an den Widerständen 202, 208, 212 und
damit die Spannungsdifferenz (Ua – Uc) oder (Ub – Uc) ist dann
proportional zu Iref und damit auch proportional zum Ausgangsstrom
am Ausgang A und/oder am Ausgang B in 1.
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Ein
zweiter Steuerstrom Ich2 steuert über weitere Stromspiegel aus
Transistoren 236, 238, und einem Widerstand 240 in
einem Steuerzweig sowie einem der Leistungszweige aus Transistor 222a und Widerstand 230a oder
Transistor 222b und Widerstand 230b oder Transistor 222c und
Widerstand 230c einen die Emitterfolger 204, 210, 214 versorgenden Strom,
so dass der Strom Ich2 die Ausgangssignale Ua, Ub, Uc proportional
zu dem Ausgangsstrom an den Ausgängen
A und/oder B erhöht.
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Dazu
wird der Strom Ich2 zu dem Konstantstrom Ibg2 einer Konstantstromquelle 242 addiert. Der
wachsende Spannungsabfall über
den Widerständen 228a, 228b und 228c bewirkt
dann das Ansteigen der Signale Ua, Ub, Uc mit wachsendem Ausgangsstrom
an den Ausgängen
A und/oder B in der 1. Durch die Veränderung
der Steuerspannungen Ua, Ub, Uc und der Differenzen (Ua – Uc, Ub – Uc) an
den Ausgangstransistoren 30, 42 und 56 in der 1 mit
dem Wert des Ausgangsstroms wird erreicht, dass die Kurvenform des
Ausgangsstroms an den Ausgängen
A und/oder B der elektronischen Schaltung 12 aus 1 über den
ganzen Wertebereich des Ausgangsstroms erhalten bleibt.
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Mit
dem Steuerstrom Iref wird gleichzeitig über den Steuerstromtransistor 32 in
der 1 ein Basiswert für den Ausgangsstrom des jeweiligen
Kanals (A und/oder B) eingestellt.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung der Basispotentiale Ua, Ub, Uc als
Funktion des Steuerstroms Iref. Die gestrichelte Linie gibt einen Basiswert
eines niedrigen Pegels V1 der Signale Ua, Ub oder Uc an, der bei
der erläuterten
Schaltung einen Wert
V1 = Ibg2·(Wert des Widerstands 228a, 228b oder 228c)
+ 2 UBE annimmt.
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Analog
gibt die gestrichelte Linie 246 einen Basiswert eines hohen
Pegels V2 der Signale Ua, Ub oder Uc an, der sich durch die vorgestellte
Schaltung als
V2 = Ibg1·(Wert
des Widerstands 202, 208 oder 212)
ergibt.
Die durchgezogenen Linien 248 und 250 geben an,
wie sich V1 und V2 bei der vorgestellten Schaltung als Funktion
des Steuerstrom-Basiwerts Iref verändern. Dabei berechnet sich
d_V1 zu
d_V 1 = Ich2·(Wert
des Widerstands 228a, 228b oder 228c)
und d_V2 zu
d_V2 = Ich1·(Widerstandswert 202, 208, 212)
+ Ich2·(Widerstandswert 228a, 228b, 228c).