DE102008006077B4 - Amplifier arrangement and method - Google Patents
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Abstract
Verstärkeranordnung aufweisend – einen Eingang (1) zum Zuführen eines zu verstärkenden Signals (Si), – einen Ausgang (2) zum Ableiten eines verstärkten Signals (So), – einen ersten Verstärker (100) mit einem ersten Eingang (11), der mit dem Eingang (1) der Verstärkeranordnung gekoppelt ist, einem Signalausgang (12), der an den Ausgang (2) der Verstärkeranordnung gekoppelt ist und einem Steuerausgang (13), und – einen zweiten Verstärker (200) mit einem ersten Steuereingang (21), der mit dem Steuerausgang (13) des ersten Verstärkers (100) gekoppelt ist und einem Stromausgang (22), der mit dem Signalausgang (12) des ersten Verstärkers (100) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der eine Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfassende zweite Verstärker (200) eine Komparatoreinrichtung (210) mit einem Eingang (211) und einem Ausgang (212), zur Steuerung des Schaltens der Hilfsstromquelle des zweiten Verstärkers (200), umfasst, – dass der die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfassende zweite Verstärker (200) eine...Amplifier arrangement comprising - an input (1) for supplying a signal to be amplified (Si), - an output (2) for deriving an amplified signal (So), - a first amplifier (100) having a first input (11), with the input (1) of the amplifier arrangement is coupled, a signal output (12) which is coupled to the output (2) of the amplifier arrangement and a control output (13), and - a second amplifier (200) having a first control input (21), which is coupled to the control output (13) of the first amplifier (100) and a current output (22) which is coupled to the signal output (12) of the first amplifier (100), characterized in that - comprising the one stage with switchable auxiliary power source second amplifier (200) comprises a comparator means (210) having an input (211) and an output (212) for controlling the switching of the auxiliary power source of the second amplifier (200), - that the stage with scarf second auxiliary amplifier (200) comprising a ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung und ein Verfahren zum Verstärken eines Eingangsignals.The present invention relates to an amplifier arrangement and a method for amplifying an input signal.
Verstärker in verschiedenen Ausführungsformen sind als solche verbreitet. Verstärker verwendet man zum Beispiel als Audioverstärker und allgemein beim Verstärken von verschiedenen Signalen. Beispielsweise Klasse-AB Verstärkeranordnungen sind strukturell mit ihren Vor- und Nachteilen bekannt. Klasse-AB Verstärkeranordnungen sind klassische Anordnungen für die Verstärkung von Audiosignalen. Diese Klasse von Verstärkern zeichnet sich durch sehr gute Signalqualität aus, hat aber den Nachteil, dass sie große Verlustleistung an den Ausgangstransistoren aufweist.Amplifiers in various embodiments are common as such. Amplifiers are used, for example, as audio amplifiers, and generally in amplifying various signals. For example class AB amplifier arrangements are structurally known with their advantages and disadvantages. Class AB amplifier arrangements are classical arrangements for the amplification of audio signals. This class of amplifiers is characterized by very good signal quality, but has the disadvantage that it has high power dissipation at the output transistors.
Anderseits sind Klasse-D Verstärker üblich, die nicht so große Verlustleistungen, aber im Vergleich zu den Klasse AB-Verstärkern schlechtere Signalqualität haben. Außerdem haben die Klasse D-Verstärker einen relativ großen Stromverbrauch im unausgesteuerten Zustand.On the other hand, Class D amplifiers are common, which do not have as much power dissipation, but in comparison to the class AB amplifiers have poorer signal quality. In addition, the Class D amplifiers have relatively large power consumption in the uncontrolled state.
In dem Dokument
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstärkeranordnung anzugeben, welche gute Signalqualität mit geringer Verlustleistung kombiniert. Dabei sollen die Verstärkercharakteristiken verbessert werden. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verstärken eines Eingangssignals zu bieten.The object of the invention is to provide an amplifier arrangement which combines good signal quality with low power loss. The amplifier characteristics are to be improved. It is also an object of the invention to provide a method for amplifying an input signal.
Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the subjects of the independent claims. Embodiments and developments of the invention are the subject of the dependent claims.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Verstärkeranordnung einen Eingang zum Zuführen eines zu verstärkenden Signals, einen Ausgang zum Ableiten eines verstärkten Signals und einen ersten Verstärker. Der erste Verstärker hat einen ersten Eingang, der mit dem Eingang der Verstärkeranordnung gekoppelt ist, einen Steuerausgang und einen Signalausgang, der bevorzugt als Spannungsausgang ausgebildet sein kann und mit dem Ausgang der Verstärkeranordnung gekoppelt ist. Der Steuerausgang ist bevorzugt als Stromausgang ausgebildet. Die Verstärkeranordnung umfasst weiter einen zweiten Verstärker, der bevorzugt eine Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfasst. Die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfasst einen verlustleistungsfreien Stromausgang, der mittels des Steuerausgangs des ersten Verstärkers geschaltet wird. Der Stromausgang der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle ist mit dem Signalausgang des ersten Verstärkers gekoppelt.In an embodiment of the invention, an amplifier arrangement comprises an input for supplying a signal to be amplified, an output for deriving an amplified signal and a first amplifier. The first amplifier has a first input which is coupled to the input of the amplifier arrangement, a control output and a signal output, which may be preferably designed as a voltage output and is coupled to the output of the amplifier arrangement. The control output is preferably designed as a current output. The amplifier arrangement further comprises a second amplifier, which preferably comprises a stage with a switchable auxiliary power source. The switchable auxiliary power stage includes a lossless current output which is switched by the control output of the first amplifier. The current output of the stage with switchable auxiliary power source is coupled to the signal output of the first amplifier.
Durch das Koppeln des zweiten Verstärkers mit dem Steuerausgang des ersten Verstärkers wird die Steuerung des zweiten Verstärkers durchgeführt.By coupling the second amplifier to the control output of the first amplifier, the control of the second amplifier is performed.
Diese Kombination von zwei Verstärkern erlaubt das Verstärken des zu verstärkenden Signals in Abhängigkeit eines Schwellwerts durchzuführen. Ein Ausgangsstrom am Steuerausgang des ersten Verstärkers wird bevorzugt mit einem Schwellenwert verglichen und steuert so einen verlustleistungsfreien Hilfsstrom aus der schaltbaren Hilfsstromquelle des zweiten Verstärkers.This combination of two amplifiers allows amplifying the signal to be amplified in response to a threshold. An output current at the control output of the first amplifier is preferably compared with a threshold value and thus controls a loss-free auxiliary current from the switchable auxiliary current source of the second amplifier.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verstärkeranordnung zum Betrieb in zwei Betriebsarten eingerichtet. Die Betriebsarten umfassen eine erste Betriebsart, in der der erste Verstärker das zu verstärkende Signal verstärkt und eine zweite Betriebsart, in der der erste Verstärker mit Hilfe des zweiten Verstärkers, der eine Stufe mit Hilfsstromquellenfunktion umfasst, das zu verstärkende Signal verstärkt. Der erste Verstärker steuert das Einschalten des verlustfreien Stromausgangs der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle des zweiten Verstärkers über den Steuerausgang. Das verstärkte Signal am Ausgang umfasst eine Kombination des Signals am Signalausgang des ersten Verstärkers und des Hilfsstroms des Stromausgangs der Hilfsstromquelle.In a further embodiment of the invention, the amplifier arrangement is set up to operate in two modes. The modes include a first mode in which the first amplifier amplifies the signal to be amplified and a second mode in which the first amplifier amplifies the signal to be amplified by means of the second amplifier, which includes an auxiliary power source stage. The first amplifier controls the switching on of the lossless current output of the stage with switchable auxiliary power source of the second amplifier via the control output. The amplified signal at the output comprises a combination of the signal at the signal output of the first amplifier and the auxiliary current of the current output of the auxiliary power source.
Durch diese Kombination kann das Ausgangssignal zwei verschiedene Anteile haben, nämlich das Signal, das von dem ersten Verstärker kommt und das Signal, das von der Hilfsstromquelle kommt. Es ist aber auch möglich, dass das Ausgangssignal nur den Anteil des ersten Verstärkers aufweist. So ist der erste Verstärker der Masterverstärker und der zweite Verstärker mit Hilfsstromquelle, die durch den ersten Verstärker gesteuert wird, arbeitet als Slave. Die zwei Betriebsarten erlauben eine effizientere Generierung der Ausgangsleistung.By this combination, the output signal can have two different parts, namely the signal coming from the first amplifier and the signal coming from the auxiliary power source. But it is also possible that the output signal has only the proportion of the first amplifier. Thus, the first amplifier is the master amplifier and the second amplifier with the auxiliary power source controlled by the first amplifier operates as a slave. The two modes allow more efficient generation of output power.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle eine Komparatoreinrichtung. Die Komparatoreinrichtung hat einen Eingang und einen Ausgang zur Steuerung des Stromausgangs der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle.In a further embodiment, the stage with switchable auxiliary power source comprises a comparator device. The comparator device has an input and an output for controlling the current output of the stage with switchable auxiliary power source.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Komparatoreinrichtung eine Hysteresefunktion.In another embodiment, the comparator means comprises a hysteresis function.
Die Komparatoreinrichtung dient zur Steuerung der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle und die Hysteresefunktion bezeichnet die Betriebsart der Komparatoreinrichtung.The comparator device is used to control the stage with switchable auxiliary power source and the hysteresis function designates the operating mode of the comparator device.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erste Verstärker einen ersten Operationsverstärker mit einem negativen Eingang, einem positiven Eingang und einem Ausgang. Der Ausgang ist mit dem negativen Eingang über einen Widerstand gekoppelt und der positive Eingang ist mit einem Referenzpotentialanschluss gekoppelt. Der erste Verstärker umfasst weiter eine Ausgangseinrichtung mit einem Eingang und einem ersten und einem zweiten Ausgang. Der erste Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt und der erste Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit dem Signalausgang des ersten Verstärkers gekoppelt sowie mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers über einen zweiten Widerstand. Der zweite Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit dem Eingang der Komparatoreinrichtung gekoppelt. Die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfasst eine Steuerungseinrichtung mit einem Eingang und mit einem ersten und mit einem zweiten Ausgang. Der erste Eingang der Steuerungseinrichtung ist mit dem Ausgang der Komparatoreinrichtung gekoppelt. Die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfasst weiter eine Ausgangsstufe mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Signalausgang. Der erste und der zweite Eingang der Ausgangsstufe sind entsprechend mit dem ersten und mit dem zweiten Ausgang der Steuerungseinrichtung gekoppelt. Der Signalausgang ist über ein verlustfreies Filter mit dem Stromausgang der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle gekoppelt.In a further embodiment, the first amplifier comprises a first operational amplifier having a negative input, a positive input and an output. The output is coupled to the negative input via a resistor and the positive input is coupled to a reference potential terminal. The first amplifier further comprises an output device having an input and a first and a second output. The first output of the output device is coupled to the output of the operational amplifier and the first output of the output device is coupled to the signal output of the first amplifier and to the positive input of the operational amplifier via a second resistor. The second output of the output device is coupled to the input of the comparator device. The switchable auxiliary power source stage includes a controller having an input and having a first and a second output. The first input of the control device is coupled to the output of the comparator device. The switchable auxiliary power stage further includes an output stage having first and second inputs and a signal output. The first and second inputs of the output stage are respectively coupled to the first and second outputs of the controller. The signal output is coupled via a lossless filter to the current output of the stage with switchable auxiliary power source.
Das zu verstärkende Signal wird über den Operationsverstärker zu der Ausgangsstufe geführt. Die Ausgangsstufe des ersten Verstärkers dient auch zur Steuerung des zweiten Verstärkers über den zweiten Ausgang.The signal to be amplified is fed via the operational amplifier to the output stage. The output stage of the first amplifier also serves to control the second amplifier via the second output.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ausgangsstufe des zweiten Verstärkers einen ersten P-Kanal Transistor, der als Schalter arbeitet, mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss. Der erste Anschluss ist mit einem ersten Versorgungspotentialanschluss gekoppelt und der Steueranschluss ist mit dem ersten Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt. Die Ausgangsstufe des zweiten Verstärkers umfasst weiter einen ersten N-Kanal Transistor, der als Schalter arbeitet, mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss. Der erste Anschluss des N-Kanal Transistors ist mit dem zweiten Anschluss des ersten P-Kanal Transistors gekoppelt und der Steueranschluss ist mit dem zweiten Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt. Der zweite Anschluss des ersten N-Kanal Transistors ist mit dem zweiten Versorgungspotentialanschluss gekoppelt.In a further embodiment, the output stage of the second amplifier comprises a first P-channel transistor, which operates as a switch, with a first terminal, a second terminal and a control terminal. The first terminal is coupled to a first supply potential terminal and the control terminal is coupled to the first input of the output stage. The output stage of the second amplifier further comprises a first N-channel transistor operating as a switch, having a first terminal, a second terminal and a control terminal. The first terminal of the N-channel transistor is coupled to the second terminal of the first P-channel transistor and the control terminal is coupled to the second input of the output stage. The second terminal of the first N-channel transistor is coupled to the second supply potential terminal.
Der erste P-Kanal Transistor und der erste N-Kanal-Transistor dienen zum Zuschalten des Hilfsstromes der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle zu deren Stromausgang. Die Schaltzustände werden vom Steuersignal am Steuerausgang des ersten Verstärkers über die Komparatoreinrichtung gesteuert. Das verlustfreie Filter umfasst eine Spule, die zur Speicherung von Energie verwendet wird.The first P-channel transistor and the first N-channel transistor are used to connect the auxiliary current of the stage with a switchable auxiliary power source to the current output. The switching states are controlled by the control signal at the control output of the first amplifier via the comparator device. The lossless filter includes a coil that is used to store energy.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung eine Überstromschutzeinrichtung und eine Diodenfunktionseinrichtung.In a further embodiment, the control device comprises an overcurrent protection device and a diode function device.
Die Überstromschutzeinrichtung hat die Aufgabe, die Ausgangsstufe der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle vor zu großem Strom zu schützen. Die Diodenfunktion dient zur Zuführung von in der Spule gespeicherter Energie an den Stromausgang.The purpose of the overcurrent protection device is to protect the output stage of the stage with a switchable auxiliary power source from excessive current. The diode function is used to supply energy stored in the coil to the current output.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein erstes kapazitives Element mit dem Ausgang zur Gleichspannungsentkopplung gekoppelt. Ein zweites kapazitives Element, das wie die Spule von dem verlustfreien Filter umfasst ist, ist zwischen den Stromausgang der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle und den zweiten Versorgungspotentialanschluss gekoppelt.In a further embodiment, a first capacitive element is coupled to the output for DC decoupling. A second capacitive element, like the coil of the lossless filter, is coupled between the current output of the switchable auxiliary power source stage and the second supply potential terminal.
Beide kapazitive Elemente sind optional. Die Verwendung von beiden kapazitiven Elementen kann von der Versorgungsart abhängig sein.Both capacitive elements are optional. The use of both capacitive elements may depend on the type of supply.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Ausgang mit dem zweiten Versorgungspotentialanschluss oder mit dem Referenzpotentialanschluss über das erste kapazitive Element und einen Lastwiderstand gekoppelt. Der Lastwiderstand kann eine Lastimpedanz umfassen und beispielsweise als Lautsprecher realisiert werden.In a further embodiment, the output is coupled to the second supply potential terminal or to the reference potential terminal via the first capacitive element and a load resistor. The load resistor may comprise a load impedance and be realized for example as a loudspeaker.
In einer anderen Ausführungsform ist der erste Verstärker ein Klasse-AB Verstärker und die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfasst eine Klasse-D Ausgangsstufe. Der erste Verstärker umfasst eine AB-Steueranlage mit einem Eingang sowie einem ersten und einem zweiten Ausgang, wobei der Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt ist. Die Ausgangseinrichtung des ersten Verstärkers umfasst einen zweiten P-Kanal Transistor mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss. Der erste Anschluss des zweiten P-Kanal Transistors ist mit dem ersten Versorgungspotential gekoppelt und der Steueranschluss des zweiten P-Kanal Transistors ist mit dem ersten Ausgang der AB-Steueranlage gekoppelt. Die Ausgangseinrichtung des ersten Verstärkers umfasst weiter einen zweiten N-Kanal Transistor mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss. Der Steueranschluss des zweiten N-Kanal Transistors ist mit dem zweiten Ausgang der AB-Steueranlage gekoppelt und der zweite Anschluss ist mit dem zweiten Versorgungspotentialanschluss gekoppelt. Der erste Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten P-Kanal Transistors und mit dem ersten Anschluss des zweiten N-Kanal Transistors gekoppelt.In another embodiment, the first amplifier is a class AB amplifier and the switchable auxiliary power stage includes a class-D output stage. The first amplifier comprises an AB control system having an input and a first and a second output, wherein the input is coupled to the output of the operational amplifier. The output device of the first amplifier comprises a second P-channel transistor having a first terminal, a second terminal and a control terminal. The first terminal of the second P-channel transistor is coupled to the first supply potential and the control terminal of the second P-channel transistor is connected to the coupled to the first output of the AB control system. The output device of the first amplifier further comprises a second N-channel transistor having a first terminal, a second terminal and a control terminal. The control terminal of the second N-channel transistor is coupled to the second output of the AB control system and the second terminal is coupled to the second supply potential terminal. The first output of the output device is coupled to the second terminal of the second P-channel transistor and to the first terminal of the second N-channel transistor.
Die beschriebene Ausführungsform kann zur Verstärkung von Audiosignalen verwendet werden. Diese Kombination von Klasse-AB Verstärker und Klasse-D Ausgangsstufe zeichnet sich dadurch aus, dass sie gute Signalqualität besitzt und nur geringe Verlustleistung aufweist. Die Klasse-D Ausgangsstufe arbeitet nur, wenn der Ausgangsstrom von dem ersten Verstärker über einen Schwellenwert geht. Die Klasse-D Ausgangsstufe ist von dem Klasse-AB Verstärker gesteuert und durch die Komparatoreinrichtung geschaltet. Die Verstärkeranordnung funktioniert in zwei Betriebsarten. In der ersten Betriebsart ist nur der Klasse-AB Verstärker eingeschaltet und in der zweiten Betriebsart arbeiten Klasse-D Ausgangsstufe und Klasse-AB Verstärker gleichzeitig.The described embodiment can be used to amplify audio signals. This combination of class AB amplifier and class D output stage is characterized by good signal quality and low power dissipation. The class D output stage operates only when the output current from the first amplifier goes above a threshold. The class D output stage is controlled by the class AB amplifier and switched by the comparator means. The amplifier arrangement works in two modes. In the first mode, only the class AB amplifier is on, and in the second mode, class D output stages and class AB amplifiers operate simultaneously.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Komparatoreinrichtung einen Stromkomparator mit einem Eingang und einem Ausgang. Der Ausgang des Stromkomparators ist mit dem Eingang der Steuerungseinrichtung gekoppelt. Der zweite Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit einem Stromfühler und mit dem Eingang des Stromkomparators gekoppelt, wobei der Stromfühler mit dem ersten Ausgang der Ausgangseinrichtung gekoppelt ist.In a further embodiment, the comparator device comprises a current comparator having an input and an output. The output of the current comparator is coupled to the input of the controller. The second output of the output device is coupled to a current sensor and to the input of the current comparator, wherein the current sensor is coupled to the first output of the output device.
Mit dem Stromkomparator wird die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle anhand des von dem ersten Verstärker am Steuerausgang ausgehenden Signals gesteuert.The current comparator controls the switchable auxiliary current source stage based on the signal from the first amplifier at the control output.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Komparatoreinrichtung einen ersten Stromkomparator mit einem Eingang und einem Ausgang. Der Ausgang ist mit dem Eingang der Steuereinrichtung gekoppelt. Die Komparatoreinrichtung umfasst einen zweiten Stromkomparator mit einem Eingang und einem Ausgang. Der Ausgang ist mit einem weiteren Eingang der Steuerungseinrichtung gekoppelt. Der zweite Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit dem Stromfühler und mit dem Eingang des ersten Komparators gekoppelt, wobei der Stromfühler mit dem zweiten Anschluss des zweiten P-Kanal Transistors gekoppelt ist. Ein weiterer zweiter Anschluss ist mit dem Eingang des zweiten Stromkomparators und mit einem weiteren Stromfühler gekoppelt, wobei der weitere Stromfühler mit dem ersten Anschluss des zweiten N-Kanal Transistors gekoppelt ist.In another embodiment, the comparator means comprises a first current comparator having an input and an output. The output is coupled to the input of the controller. The comparator device comprises a second current comparator having an input and an output. The output is coupled to another input of the controller. The second output of the output device is coupled to the current sensor and to the input of the first comparator, wherein the current sensor is coupled to the second terminal of the second P-channel transistor. A further second connection is coupled to the input of the second current comparator and to a further current sensor, wherein the further current sensor is coupled to the first connection of the second n-channel transistor.
In dieser Ausführungsform wird die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle durch zwei separate Stromkomparatoren gesteuert. Die Steuerung erfolgt in Abhängigkeit von den Lastströmen, die durch den zweiten P-Kanal Transistor und den zweiten N-Kanal Transistor fließen. Diese Lastströme sind gemeinsam oder getrennt in den Strompfaden zu dem ersten beziehungsweise dem zweiten Versorgungspotentialanschluss mit Stromfühlern abzugreifen, die beispielsweise als Widerstand realisiert sein können.In this embodiment, the switchable auxiliary power source stage is controlled by two separate current comparators. The control is in response to the load currents flowing through the second P-channel transistor and the second N-channel transistor. These load currents can be tapped together or separately in the current paths to the first and the second supply potential connection with current sensors, which can be realized, for example, as a resistor.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Komparatoreinrichtung einen ersten Stromkomparator mit einem Eingang und einem Ausgang. Der Ausgang ist mit dem Eingang der Steuerungseinrichtung gekoppelt. Die Komparatoreinrichtung umfasst weiter einen zweiten Stromkomparator mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Ausgang mit einem weiteren Eingang der Steuerungseinrichtung gekoppelt ist. Der zweite Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit dem Eingang des ersten Stromkomparators und mit dem Stromfühler gekoppelt, wobei der Stromfühler mit dem ersten Anschluss des zweiten P-Kanal Transistors gekoppelt ist. Ein weiterer zweiter Ausgang ist mit dem Eingang des zweiten Stromkomparators und mit dem weiteren Stromfühler gekoppelt, wobei der weitere Stromfühler mit dem zweiten Anschluss des zweiten N-Kanal Transistors gekoppelt ist.In a further embodiment, the comparator device comprises a first current comparator having an input and an output. The output is coupled to the input of the controller. The comparator device further comprises a second current comparator having an input and an output, wherein the output is coupled to a further input of the control device. The second output of the output device is coupled to the input of the first current comparator and to the current sensor, wherein the current sensor is coupled to the first terminal of the second P-channel transistor. Another second output is coupled to the input of the second current comparator and to the further current sensor, wherein the further current sensor is coupled to the second terminal of the second N-channel transistor.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Komparatoreinrichtung einen ersten Stromkomparator mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Ausgang mit dem Eingang der Steuerungseinrichtung gekoppelt ist. Die Komparatoreinrichtung weist auch einen zweiten Stromkomparator mit einem Eingang und einem Ausgang auf, wobei der Ausgang mit einem zweiten Eingang der Steuerungseinrichtung gekoppelt ist. Die Ausgangseinrichtung des ersten Verstärkers umfasst einen dritten P-Kanal Transistor mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss. Der erste Anschluss des dritten P-Kanal Transistors ist mit dem ersten Versorgungspotentialanschluss gekoppelt und der Steuerungsanschluss des dritten P-Kanal Transistors ist mit dem ersten Ausgang der AB-Steuerungsanlage gekoppelt. Die Ausgangseinrichtung des ersten Verstärkers umfasst auch einen dritten N-Kanal Transistor mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss. Der erste Anschluss des dritten N-Kanal Transistors ist mit dem zweiten Anschluss des dritten P-Kanal Transistors gekoppelt und der Steueranschluss ist mit dem zweiten Ausgang der AB-Steuerungsanlage gekoppelt. Der zweite Anschluss des dritten N-Kanal Transistors ist mit dem zweiten Versorgungspotentialanschluss gekoppelt. Der zweite Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit dem ersten Anschluss des dritten P-Kanal Transistors und mit dem Eingang des ersten Stromkomparators gekoppelt. Ein weiterer zweiter Ausgang ist mit dem zweiten Anschluss des dritten N-Kanal Transistors und mit dem Eingang des zweiten Stromkomparators gekoppelt.In another embodiment, the comparator means comprises a first current comparator having an input and an output, the output being coupled to the input of the controller. The comparator device also has a second current comparator having an input and an output, wherein the output is coupled to a second input of the controller. The output device of the first amplifier comprises a third P-channel transistor having a first terminal, a second terminal and a control terminal. The first terminal of the third P-channel transistor is coupled to the first supply potential terminal and the control terminal of the third P-channel transistor is coupled to the first output of the AB control system. The output device of the first amplifier also comprises a third N-channel transistor having a first terminal, a second terminal and a control terminal. The first terminal of the third N-channel transistor is coupled to the second terminal of the third P-channel transistor and the control terminal is coupled to the second output of the AB control system. The second terminal of the third N-channel transistor is coupled to the second supply potential terminal. The second output of the output device is coupled to the first terminal of the third P-channel transistor and to the input of the first current comparator. Another second output is connected to the second terminal of the third N-channel transistor and coupled to the input of the second current comparator.
Die Steuerung der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle erfolgt durch Steuerströme, die durch die gesteuerten Strecken des dritten N-Kanal Transistors und des dritten P-Kanal Transistors fließen. Der dritte N-Kanal Transistor und der dritte P-Kanal Transistor können auch als Ausgangsspiegel des ersten Verstärkers bezeichnet werden.The control of the stage with switchable auxiliary power source is effected by control currents flowing through the controlled paths of the third N-channel transistor and the third P-channel transistor. The third N-channel transistor and the third P-channel transistor may also be referred to as the output mirror of the first amplifier.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Ausgangseinrichtung des ersten Verstärkers einen ersten Transistor mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss. Der erste Anschluss ist mit dem ersten Versorgungspotentialanschluss gekoppelt und der Steueranschluss ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt. Die Ausgangseinrichtung umfasst einen zweiten Transistor mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss. Der Steueranschluss ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt und der erste Anschluss ist mit dem ersten Versorgungspotentialanschluss gekoppelt. Der zweite Anschluss ist mit dem Ausgang der Ausgangsstufe gekoppelt.In another embodiment, the output device of the first amplifier comprises a first transistor having a first terminal, a second terminal and a control terminal. The first terminal is coupled to the first supply potential terminal and the control terminal is coupled to the output of the operational amplifier. The output device comprises a second transistor having a first terminal, a second terminal and a control terminal. The control terminal is coupled to the output of the operational amplifier and the first terminal is coupled to the first supply potential terminal. The second port is coupled to the output of the output stage.
Die Komparatoreinrichtung umfasst einen Stromkomparator mit einem Eingang und einem Ausgang. Der Ausgang des Stromkomparators ist mit dem Eingang der Steuereinrichtung gekoppelt. Der zweite Ausgang der Ausgangseinrichtung ist mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und mit dem Eingang des Stromkomparators gekoppelt.The comparator device comprises a current comparator having an input and an output. The output of the current comparator is coupled to the input of the controller. The second output of the output device is coupled to the second terminal of the first transistor and to the input of the current comparator.
Die gesteuerten Strecken des ersten Transistors und des zweiten Transistors sind durch das Signal am Operationsverstärkerausgang gesteuert. Der zweite Transistor kann als Ausgangsspiegel bezeichnet werden. In dieser Ausführungsform kann die Verstärkeranordnung als DC/DC-Abwärtswandler funktionieren.The controlled paths of the first transistor and the second transistor are controlled by the signal at the operational amplifier output. The second transistor may be referred to as the output mirror. In this embodiment, the amplifier arrangement may function as a DC / DC buck converter.
In einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Eingangssignal verstärkt. In einem ersten Betriebsmodus wird das Eingangssignal mittels eines ersten Verstärkers zu einem Ausgangssignal verstärkt. In einem zweiten Betriebsmodus wird das Eingangssignal mittels des ersten Verstärkers in Verbindung mit einem zweiten Verstärker, der eine Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfasst, verstärkt. Die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle wird von dem ersten Verstärker gesteuert.In one embodiment of a method according to the invention, an input signal is amplified. In a first operating mode, the input signal is amplified by means of a first amplifier to an output signal. In a second mode of operation, the input signal is amplified by means of the first amplifier in conjunction with a second amplifier comprising a stage with switchable auxiliary power source. The switchable auxiliary power stage is controlled by the first amplifier.
Die zwei Betriebsmodi minimieren die Verlustleistung, wobei das Ausgangsignal ausgezeichnete Qualität besitzt.The two modes of operation minimize power loss, with the output signal having excellent quality.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt im ersten Verstärker die Signalverstärkung nach Klasse-AB Verstärkungsprinzip und im zweiten Verstärker erfolgt die Signalverstärkung nach einem Klasse-D Verstärkungsprinzip.In one embodiment of the method, the signal amplification takes place in the first amplifier according to class AB amplification principle and in the second amplifier the signal amplification takes place according to a class D amplification principle.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Steuerung der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle durch den ersten Verstärker mittels einer Komparatoreinrichtung.In a further embodiment of the method, the control of the stage with switchable auxiliary current source is carried out by the first amplifier by means of a comparator device.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Komparatoreinrichtung eine Hysteresefunktion.In another embodiment of the method, the comparator device comprises a hysteresis function.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens gibt der erste Verstärker zur Steuerung der Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle ein Steuersignal ab. Die Komparatoreinrichtung vergleicht das Steuersignal mit einem Schwellenwert. Ein Umschalten erfolgt zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus vergleichsabhängig.In another embodiment of the method, the first amplifier for controlling the stage with switchable auxiliary power source outputs a control signal. The comparator device compares the control signal with a threshold value. Switching occurs between the first and the second operating mode depending on the comparison.
Im Folgenden wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Elemente tragen dabei gleiche Bezugszeichen.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Functionally or functionally identical elements bear the same reference numerals.
Es zeigen:Show it:
Im Betrieb der Verstärkeranordnung wird ein Eingangssignal Si dem ersten Eingang
Ein Eingangssignal Si wird dem Eingang
Die Komparatoreinrichtung
Das verstärkte Signal So am Ausgang
Zusätzlich zu den in
Die AB-Steueranlage
Im Betrieb bekommt der erste Stromkomparator
Der dritte P-Kanal Transistor T5 und der dritte N-Kanal Transistor T6 können als Ausgangsstromspiegel bezeichnet werden. Ein erster Steuerstrom, der zu dem ersten Stromkomparator
Die Funktionalität der Restelemente bleibt wie schon in
Die Stufe mit schaltbarer Hilfsstromquelle umfasst eine Komparatoreinrichtung
Der erste Transistor T7 kann als Stromspiegelausgang des zweiten Transistors T8 bezeichnet werden. Im Betrieb wird eine Referenzspannung VREF dem Anschluss
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 11, 122, 123, 2111, 11, 122, 123, 211
- Eingangentrance
- 2, 12, 22, 121, 1122, 12, 22, 121, 112
- Ausgangoutput
- 1313
- Steuerausgangcontrol output
- 2121
- Steuereingangcontrol input
- 100, 200100, 200
- Verstärkeramplifier
- 110, 110a, 110b110, 110a, 110b
- Ausgangseinrichtungoutput means
- 110c, 110d, 110e110c, 110d, 110e
- Ausgangseinrichtungoutput means
- 113, 113a, 113b113, 113a, 113b
- Ausgangoutput
- 120120
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- 130130
- AB-SteueranlageAB-control system
- 131, 214a, 214b, 224131, 214a, 214b, 224
- Eingangentrance
- 210, 210a, 210b210, 210a, 210b
- Komparatoreinrichtungcomparator
- 211a, 221, 231, 232, 214211a, 221, 231, 232, 214
- Eingangentrance
- 212, 222, 223, 233212, 222, 223, 233
- Ausgangoutput
- 215, 215a, 215b215, 215a, 215b
- Ausgangoutput
- 220220
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 230230
- Ausgangsstufeoutput stage
- C1,C1,
- C2 kapazitives ElementC2 capacitive element
- IS1, IS2IS1, IS2
- Stromfühlercurrent sensor
- L1L1
- SpuleKitchen sink
- R1, R2R1, R2
- Widerstandresistance
- R3R3
- Lastwiderstandload resistance
- T1, T2, T3, T4T1, T2, T3, T4
- Transistortransistor
- T5, T6, T7, T8T5, T6, T7, T8
- Transistortransistor
- T11, T12, T1c, T21T11, T12, T1c, T21
- Anschlussconnection
- T22, T2c, T31, T32T22, T2c, T31, T32
- Anschlussconnection
- T3c, T41, T42, T4cT3c, T41, T42, T4c
- Anschlussconnection
- T51, T52, T5c, T61,T51, T52, T5c, T61,
- Anschlussconnection
- T62, T71, T72, T7c,T62, T71, T72, T7c,
- Anschlussconnection
- T81, T82, T8cT81, T82, T8c
- Anschlussconnection
- Vss, Vdd, GndVss, Vdd, Gnd
- Potentialanschlusspotential terminal
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R020 | Patent grant now final |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |