DE19622972A1

DE19622972A1 - Generator für negative Spannungen

Info

Publication number: DE19622972A1
Application number: DE19622972A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Yamamoto; Kosei Maemura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-06-12
Also published as: JPH09163721A; JP3561060B2; US5699018A

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator für negative Spannun gen, um negative Spannungen an solche Einrichtungen zu lie fern, die eine negative Spannung als Gate-Vorspannung benöti gen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen GaAs-FET-Ver stärker handeln.

In den letzten Jahren ist der Markt für mobile Kommunika tionseinrichtungen, die eine analoge Modulationstechnik oder eine digitale Modulationstechnik verwenden, sehr rasch ge wachsen, insbesondere wegen der Bedeutung von besonders kom pakten tragbaren Telefonen. Bei solchen sehr kompakten trag baren Telefonen wird eine Batterie als Stromversorgung ver wendet. Es ist ein sehr wichtiger Aspekt, wie ein tragbares Telefon über einen langen Zeitraum arbeitet, indem es mög lichst wenig Energie verbraucht.

Insbesondere ist es so, daß ein Hochleistungsverstärker, der die Funktion hat, ein Signal auf den Pegel eines Antennenaus gangssignals zu verstärken, einen großen Anteil von etwa 70% bis 80% der gesamten Leistung eines tragbaren Telefons ver braucht. Im allgemeinen ist ein Hochleistungsverstärker mit einem GaAs-FET ausgerüstet, der in wesentlich effizienterer Weise arbeiten kann als Silizium-Transistoren, so daß derar tige GaAs-FET in großem Umfang zum Einsatz gelangen. Ein Verstärker, der GaAs-FETs verwendet, benutzt üblicherweise eine negative Spannung als Gate-Vorspannung. Wenn beispiels weise die Pinch-off-Spannung Vp eines FET den Wert -2 V hat, dann muß eine Gate-Vorspannung Vgs im Bereich von -1,0 V bis -1,5 V angelegt werden, um einen Betrieb in der Klasse AB zu erreichen, der einen sehr effizienten Betrieb ermöglicht. Für einen derartigen GaAs-FET-Verstärker ist eine negative Strom versorgung zusätzlich zu einer positiven Stromversorgung er forderlich.

Bei einem tragbaren Telefon wird ein DC-DC-Wandler (Generator für negative Spannung) vom Ladungspumptyp, der im allgemeinen mit einer Silizium-CMOS integrierten Schaltung gebildet wird, als kompakte negative Stromversorgung mit geringem Gewicht verwendet. Der Grund, warum ein Generator für negative Span nungen vom Ladungspumptyp verwendet wird, ist der, daß der erforderliche Strom für die negative Stromversorgung sehr klein ist und etwa einige hundert Mikroampère bis zu einigen Milliampère (nur für einen Gate-Strom eines GaAs-FET-Verstär kers) beträgt und daß die Ladungspumptechnik es ermöglicht, eine derartige Schaltung sehr einfach und kompakt auszubil den.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel der Verwendung eines GaAs-FET-Ver stärkers und eines Generators für negative Spannungen. In Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen AMP einen GaAs-FET-Ver stärker. Das Bezugszeichen NVG bezeichnet einen Generator für negative Spannungen. Die Bezugszeichen IN und OUT bezeichnen Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Verstärkers AMP. Der Verstärker AMP besteht beispielsweise aus drei Stufen von Verstärkern AMP1 bis AMP3. Der Generator für negative Span nungen NVG liefert Gate-Vorspannungen Vg1 bis Vg3 an die je weiligen Verstärker.

Fig. 12 zeigt eine typische Schaltungsanordnung des Genera tors für negative Spannungen gemäß Fig. 11. In Fig. 12 be zeichnet das Bezugszeichen 1 einen Oszillator oder einen Puf fer für externe Eingangssignale zur Lieferung eines Signals mit niedrigem Pegel, das extern an die nächste Stufe ange legt wird, nachstehend kurz als Oszillatorpuffer bezeichnet. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Treiberschaltung zum Ver stärken der Amplitude eines von dem Oszillatorpuffer 1 emp fangenen Signals auf eine geeignete Ausgangsamplitude. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Ladungspumpschaltung zur Um wandlung einer positiven Spannung in eine negative Spannung Vss. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Pegelsteuerschaltung zur Umwandlung des Pegels der negativen Spannung Vss auf einen Pegel einer geeigneten Gate-Vorspannung Vg, wobei die Relation Vss < Vg < 0 V gilt.

Fig. 13 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Generators für negative Spannungen, der beispielsweise in der Veröffentli chung "Development of a Monolithic Negative Voltage Generat ing IC Usable as a Gain-variable MMIC" in Technical Research Report, Vol. 94, Nr. 429, ED94-135, MW92-122, ICD94-197, ver öffentlicht von dem Institute of Electronic Information Com munications, beschrieben ist. Der Generator für negative Spannungen ist an einen Verstärker mit variabler Verstärkung angeschlossen.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1A eine Hochfrequenz- Oszillatoreinheit, die mit dem Oszillatorpuffer 1 in Fig. 12 vergleichbar ist. Eine Einheit 2B in einer Polaritätsum kehreinheit ist eine Treiberschaltung. Eine Einheit 3C ist eine Ladungspumpschaltung. Die Treiberschaltung und die Ladungspumpschaltung sind vergleichbar mit der Treiberschal tung 2 und der Ladungspumpschaltung 3 in Fig. 12. Das Bezugs zeichen 4D bezeichnet eine Spannungssteuereinheit, die mit der Pegelsteuerschaltung 4 in Fig. 12 vergleichbar ist.

Die Bezugszeichen Q1 und Q2 bezeichnen FETs, die Konstant stromquellen bilden. Das Bezugszeichen Vss bezeichnet eine gespeicherte negative Spannung. Die Bezugszeichen Vg1 und Vg2 bezeichnen Ausgangsspannungen, die als Gate-Vorspannungen der FETs verwendet werden, die einen Verstärker mit variabler Verstärkung bilden. Die Bezugszeichen I1, I2, Iss1 und Iss2 bezeichnen Ströme, die in den dargestellten Zweigschaltungen des Generators fließen. Die Bezugszeichen Ig1 und Ig2 be zeichnen Ausgangsströme. Ein derartiger Generator liefert zwei Ausgangsspannungen Vg1 und Vg2. Um die negativen Span nungen an einen dreistufigen Verstärker mit variabler Ver stärkung anzulegen, wie er beispielsweise in Fig. 11 darge stellt ist, werden die jeweiligen Ausgangsspannungen Vg1 und Vg2 abgezweigt und dann angelegt.

Wenn ein Generator für negative Spannungen, wie zum Beispiel der in Fig. 13, an einen GaAs-FET-Verstärker angeschlossen und in Betrieb genommen wird, treten Schwierigkeiten aus den nachstehend genannten Gründen auf.

Fig. 14 zeigt die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik eines typischen GaAs-FET. Die Abszissenachse gibt die Eingangslei stung Pin an, die linke Ordinatenachse gibt eine Ausgangslei stung Pout an, während die rechte Ordinatenachse einen Gate- Strom Ig angibt. Gemäß Fig. 14 gilt folgendes: Wenn die Ein gangsleistung Pin zunimmt und wenn die charakteristische Kurve der Ausgangsleistung Pout von einem linearen Bereich A in einen Kompressionsbereich B übergeht, der den Zuständen entspricht, in denen der Gatestrom Ig unterdrückt wird, so fließt ein negativer Strom in den FET in Relation zu dem Gate-Widerstand des FET. Mit anderen Worten, es fließt ein Strom in einer Richtung aus dem Gate-Anschluß des FET heraus. Es fließt ein großer Gate-Strom in einem FET mit einem nied rigeren Gate-Widerstand unter den Bedingungen, die dem Kom pressionsbereich entsprechen.

Was beispielsweise die Spannungssteuereinheit 4D (Pegelsteuerschaltung 4) in Fig. 13 anbetrifft, gilt folgen des: Wenn die Spannungssteuereinheit 4D unter Bedingungen verwendet wird, die es nicht ermöglichen, daß die Gate-Ströme Ig1 und Ig2 fließen, haben die Ausgangsspannungen Vg1 und Vg2 einen vorgegebenen Wert. Hinsichtlich dessen, was unter den Bedingungen verwendet wird, die dem Kompressionsbereich der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik entsprechen, beispielsweise ein FET-Verstärker, so fließen die Gate-Ströme Ig1 und Ig2, wobei sie die in Fig. 14 angegebenen Werte haben. Die Aus gangsspannungen Vg1 und Vg2 variieren, verglichen mit denje nigen, die dann vorliegen, wenn die Gate-Ströme Ig1 und Ig2 nicht fließen.

Diese Schwankung tritt in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 13 folgendermaßen auf. Da bei der Anordnung gemäß Fig. 13 die FETs Q1 und Q2 als Konstantstromquellen dienen, gelten die folgenden Relationen:

Iss1 = Ig1 + I1 = konstant
Iss2 = Ig2 + I2 = konstant (1).

Wenn die Gate-Ströme dicht fließen, so haben Ig1 und Ig2 die Werte Null. Die obigen Relationen lassen sich dann folgender maßen schreiben:

Iss1 = I1 und Iss2 = I2 (2).

Die Ausgangsspannungen Vg1 und Vg2, die zu diesem Zeitpunkt geliefert werden, hängen von Spannungsabfällen ab, die von einer Versorgungsspannung VDDN und Strömen I1 und I2 hervor gerufen werden.

Wenn die Gate-Ströme fließen, so können folgende Relationen aus der Relation (1) abgeleitet werden:

I1 < Iss1 und I2 < Iss2 (3).

Das bedeutet, daß die Spannungsabfälle, die von den Strömen I1 und I2 hervorgerufen werden, kleiner werden. Die Ausgangs spannungen Vg1 und Vg2 werden größer als diejenigen, die zur Verfügung stehen, wenn die Gate-Ströme nicht fließen. Fig. 15 zeigt einen Graphen, in dem die obigen Relationen aufgetragen sind.

Wie oben erwähnt, tritt das Problem auf, daß die Ausgangs spannungen Vg1 und Vg2 sehr verschieden sind zwischen den Fällen, wenn Gate-Vorspannungen vorgegeben werden, ohne die Eingabe eines HF-Signals von einem GaAs-FET-Verstärker, und wenn eine Verstärkung mit der Eingabe des HF-Signals durchge führt wird.

Weiterhin werden die Ausgangsspannungen Vg1 und Vg2 abgege ben, indem man den Pegel einer negativen Spannung Vss umwan delt, die von einer Ladungspumpschaltung 3C gespeichert wird. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine Welligkeit, die von der Ladungspumpschaltung 3C hervorgerufen wird, in der negativen Spannung Vss und den Ausgangsspannungen Vg1 und Vg2 auf, wo bei das Prinzip des Auftretens einer Welligkeit nachstehend näher erläutert ist. Wenn die Welligkeit groß ist, dann schwanken die Gate-Spannungen Vg1 und Vg2 eines FET-Verstär kers synchron mit der Frequenz der Welligkeit. Dabei entsteht die Möglichkeit, daß ein Ausgangssignal des FET-Verstärkers eine unerwünschte Modulationskomponente oder einen uner wünschten Impuls enthalten kann. Nimmt man an, daß der FET-Verstärker in einem digitalen Modulationssystem verwendet wird, so besteht die Möglichkeit, daß die verzerrte Kompo nente einer modulierten Welle sich ausbreiten kann.

Die Welligkeit wird offensichtlicher, wenn die Kapazität eines Glättungskondensators in der Ladungspumpschaltung klei ner ist und beispielsweise etwa einige zehn Picofarad be trägt.

Wie oben erwähnt kann man nicht sagen, daß der herkömmliche Generator für negative Spannungen eine Schaltungsanordnung aufweist, die für die Lieferung einer negativen Gate-Vorspan nung an einen GaAs-FET-Verstärker geeignet ist. Es besteht das Problem, daß dann, wenn ein Ausgangsstrom (Gate-Strom) fließt, eine Ausgangsspannung variiert oder daß eine Wellig keit einer Spannung, hervorgerufen durch eine Ladungspump schaltung, eine unerwünschte Komponente hervorrufen kann, die in dem Ausgangssignal des FET-Verstärkers auftritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorste hend geschilderten Probleme zu lösen und einen Generator für negative Spannungen anzugeben, der in der Lage ist, eine stabilere negative Spannung zu liefern.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, der folgendes aufweist: Eine Oszillationssignaleinrichtung, um ein Schwin gungssignal und ihr komplementäres Signal zu liefern; eine Einrichtung zur Erzeugung einer negativen Spannung, um das Schwingungssignal und das komplementäre Schwingungssignal von der Oszillationssignaleinrichtung zu verstärken, die erzeug ten Signale durch Umkehrung der Polaritäten der resultierten Signale zu kombinieren und somit eine negative Spannung zu erzeugen; und eine Pegelsteuereinrichtung zur Umwandlung des Pegels der negativen Spannung in den gewünschten Pegel und zur Lieferung einer resultierenden Spannung als Ausgangsspan nung.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, wobei die Ein richtung zur Erzeugung einer negativen Spannung ein Paar von Treiberschaltungen zur Verstärkung des Schwingungssignals und des komplementären Schwingungssignals sowie ein Paar von La dungspumpschaltungen aufweist, welche die Polaritäten der Ausgangssignale der Treiberschaltungen umkehren und Ausgangs anschlüsse haben, die miteinander verbunden sind.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, der folgender maßen ausgebildet ist. Eine Pegelsteuereinrichtung verwendet einen Transistor, der eine Ausgangsspannung bestimmt, und zwar unter Verwendung des Pegels einer erzeugten negativen Spannung als gemeinsamer Pegel, als Source-Folger, der entwe der eine Ohmsche Last oder eine Konstantstromlast als Last besitzt, um die Schwankung der Ausgangsspannung minimal zu machen, die von einem Ausgangsstrom hervorgerufen wird. Fer ner ist eine Stromspiegelschaltung vorgesehen, um die Gate- Spannung des Transistors zu stabilisieren.

Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, wobei eine Zweigschaltung, in der wegen der Stromspiegelschaltung ein konstanter Strom unabhängig von der negativen Spannung fließt und die an das Gate des Transistors angeschlossen ist, mit einem Anschluß für eine externe Eingangsspannung versehen ist, an welchen eine Spannung extern angelegt wird, um eine Ausgangsspannung einzustellen.

Gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, der folgende Merkmale aufweist. Die Zweigschaltung, durch welche wegen der Stromspiegelschaltung ein konstanter Strom unabhängig von der negativen Spannung fließt, ist mit zwei Stromverteilerschal tungen versehen, die jeweils aus einem Anschluß für eine externe Eingangsspannung und einem Widerstand bestehen, so daß ein Vorspannungsstrom in einem FET-Verstärker eingestellt werden kann, wenn der Generator für negative Spannungen an den FET-Verstärker angeschlossen ist, um eine negative Span nung zu liefern. Auf diese Weise kann die Ausgangsleistung während der Verstärkung reguliert werden.

Gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, der folgendes aufweist: Eine Oszillationssignaleinrichtung zur Lieferung eines Schwingungssignals; eine Einrichtung zur Erzeugung einer negativen Spannung, um das von der Oszillationssignal einrichtung gelieferte Schwingungssignal zu verstärken, die Polarität des Schwingungssignals umzukehren und somit eine negative Spannung zu erzeugen; und eine Pegelsteuereinrich tung zur Umwandlung des Pegels der negativen Spannung auf einen gewünschten Pegel und zur Lieferung einer resultieren den Spannung als Ausgangsspannung. Die Pegelsteuereinrichtung verwendet einen Transistor, der eine Ausgangsspannung be stimmt, welche den Pegel der erzeugten negativen Spannung als gemeinsamen Pegel verwendet, als Source-Folger, der entweder eine Ohmsche Last oder eine Konstantstromlast als Last auf weist, um die Schwankung der Ausgangsspannung minimal zu ma chen, die von einem Ausgangsstrom hervorgerufen wird. Dabei ist eine Stromspiegelschaltung vorgesehen, um die Gate-Span nung des Transistors zu stabilisieren.

Gemäß einer siebenten Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, der in Weiter bildung der sechsten Ausführungsform eine Zweigschaltung auf weist, durch die wegen der Stromspiegelschaltung ein konstan ter Strom unabhängig von der negativen Spannung fließt und die an das Gate des Transistors angeschlossen ist, wobei die Zweigschaltung mit einem Anschluß für eine externe Eingangs spannung versehen ist, an welche eine Spannung von außen an gelegt wird, um eine Ausgangsspannung einzustellen.

Gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung wird ein Ge nerator für negative Spannungen angegeben, der bei einer An ordnung gemäß der sechsten Ausführungsform eine Zweigschal tung aufweist, durch welche wegen der Stromspiegelschaltung ein konstanter Strom unabhängig von der negativen Spannung fließt, wobei die Zweigschaltung mit zwei Stromverteiler schaltungen ausgerüstet ist, die jeweils einen Anschluß für eine externe Eingangsspannung und einen Widerstand besitzen, so daß ein Vorspannungsstrom in einem FET-Verstärker einge stellt werden kann, wenn der Generator für negative Spannun gen mit dem FET-Verstärker verbunden ist, um eine negative Spannung zu liefern. Auf diese Weise kann die Ausgangslei stung während der Verstärkung reguliert werden.

Gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, der gemäß der dritten oder der sechsten Ausführungsform ausgelegt ist, wo bei der Generator für negative Spannungen mit dem FET-Ver stärker integriert ist, an den eine negative Spannung ange legt wird, wobei ein einziger Chip verwendet wird. Dabei ist ein FET, der als Konstantstromquelle in der Stromspiegel schaltung dient, von der gleichen Art wie die FETs, die in dem FET-Verstärker verwendet werden.

Gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung wird ein Generator für negative Spannungen angegeben, der gemäß der vierten oder der siebenten Ausführungsform der Erfindung aus gelegt ist, wobei der Generator für negative Spannungen mit dem FET-Verstärker integriert ist, an den eine negative Span nung angelegt wird, wobei ein einziger Chip Verwendung fin det. Dabei ist eine Konstantspannungs-Versorgungsschaltung, die aus einem Widerstand und einer Konstantstromquelle be steht und die zum Anlegen eines konstanten Stromes ausgelegt ist, an den Anschluß für eine externe Eingangsspannung ange schlossen. Der FET, der als Konstantstromquelle in der Strom spiegelschaltung dient, ist von der gleichen Art wie die FETs, die in dem FET-Verstärker Verwendung finden.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer ersten Aus führungsform des Generators für negative Spannungen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der Schaltungsanordnung einer Pufferschaltung für externe Eingangssignale und einer Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 3A und 3B Schaltungsdiagramme zur Erläuterung von Bei spielen der Schaltungsanordnung eines Oszillators der ersten Ausführungsform;

Fig. 4A bis 4C Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der Wirkungsweise eines Generators für negative Spannun gen;

Fig. 5A und 5B Schaltbilder zur Erläuterung von Beispielen der Schaltungsanordnung einer Ladungspumpschaltung für den Generator für negative Spannungen;

Fig. 6A und 6B schematische Darstellungen zur Erläuterung des Prinzips und der Schaltungsanordnung einer Pegel steuerschaltung, die bei einem Generator für negative Spannungen gemäß einer zweiten Ausführungsform ver wendet wird;

Fig. 7 einen Graphen zur Erläuterung der Ausgangscharakteri stik eines Generators für negative Spannungen als Simulationsergebnis, wobei die komplementäre Schal tungsanordnung der ersten Ausführungsform mit der Pegelsteuerschaltung der zweiten Ausführungsform kom biniert ist;

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips und der Schaltungsanordnung einer Pegel steuerschaltung, die bei dem Generator für negative Spannungen gemäß der zweiten Ausführungsform verwen det wird;

Fig. 9 einen Graphen zur Erläuterung der Ausgangscharakteri stik eines Generators für negative Spannungen gemäß einer fünften Ausführungsform als Simulationsergeb nis;

Fig. 10 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der Schaltungsanordnung einer Konstantspannungs-Versor gungsschaltung, die bei einem Generator für negative Spannungen gemäß der fünften Ausführungsform verwen det wird;

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Konfiguration, die verwendet wird, wenn ein Generator für negative Span nungen und ein FET-Verstärker in Kombination verwen det werden;

Fig. 12 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Konfiguration eines typischen Generators für negative Spannungen;

Fig. 13 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels eines herkömmlichen Generators für negative Spannungen;

Fig. 14 einen Graphen zur Erläuterung eines Beispiels einer Eingangs/Ausgangs-Charakteristik eines FETs, der bei einem typischen FET-Verstärker verwendet wird; und in

Fig. 15 einen Graphen zur Erläuterung eines Beispiels einer Ausgangscharakteristik eines herkömmlichen Generators für negative Spannungen.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Generators für nega tive Spannungen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin dung. Ein derartiger Generator für negative Spannungen macht insbesondere eine Welligkeit, die in einer gespeicherten negativen Spannung oder Ausgangsspannung enthalten ist, mini mal.

Bei einem Generator für negative Spannungen NVG1 gemäß Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Oszillator oder einen Puffer für externe Eingangssignale, nachstehend kurz als Oszillatorpuffer bezeichnet. Die Bezugszeichen 2a und 2b be zeichnen Treiberschaltungen zum Verstärken der Amplituden der Ausgangssignale des Oszillatorpuffers 1 auf eine geeignete Amplitude. Die Bezugszeichen 3a und 3b bezeichnen Ladungs pumpschaltungen. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Pegel steuerschaltung zum Umwandeln des Pegels einer negativen Spannung Vss in eine geeignete Spannung Vg. Die Ausgangs signale Vout1 und Vout2 des Oszillatorpuffers 1 sind komple mentär zueinander. Die Ladungspumpschaltungen 3a und 3b ar beiten komplementär zueinander.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Schaltungsanordnung des Oszil latorpuffers 1 und der Treiberschaltungen 2a und 2b gemäß Fig. 1. Eine Einheit 1A ist ein Puffer für externe Eingangs signale, der bei dem Oszillatorpuffer 1 gemäß Fig. 1 verwen det wird. VIN_EXT bezeichnet ein externes Eingangssignal.

Eine Einheit 2B besteht aus den Treiberschaltungen 2a und 2b gemäß Fig. 1.

In Fig. 2 wird das Eingangssignal VIN_EXT von außen empfan gen. Anstelle der Einheit 1A können Oszillatoren gemäß Fig. 3A und 3B eingebaut sein, um auf diese Weise einen Generator für negative Spannungen mit eingebautem Oszillator zu bilden. Die Fig. 3A zeigt ein Beispiel eines typischen Multivibra tors, während Fig. 3B ein Beispiel eines Quellen-gekoppelten Multivibrators zeigt. Die Ausgangsanschlüsse Vout1 und Vout2 (= ) von jedem dieser Multivibratoren sind an die An schlüsse P1 und P2 in Fig. 2 angeschlossen. In Fig. 2 der Zeichnungen sind die Transistoren Tr1 und Tr2 mit Symbolen dargestellt, die beim Transistor Tr1 einen Verarmungstyp (D-ch FET) und beim Transistor Tr2 einen Anreicherungstyp (E-ch FET) bezeichnen. Das gleiche gilt für die übrigen Figuren der Zeichnungen.

Um die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Generators zu er läutern, wird zunächst auf das Grundprinzip der Wirkungsweise eines Generators für negative Spannungen eingegangen, also einen Spannungswandler für negative Spannungen vom Ladungs pumpen-DC-DC-Typ.

Die Fig. 4A bis 4C zeigen das Prinzip der Wirkungsweise eines derartigen Wandlers für negative Spannungen vom Ladungspum pen-DC-DC-Typ. In den Fig. 4A und 4B bezeichnen die Bezugs zeichen SW1 bis SW4 Schalter. Das Bezugszeichen C1 bezeichnet einen Pumpkondensator. Das Bezugszeichen C2 bezeichnet einen Glättungskondensator. Wenn bei der Konfiguration gemäß Fig. 4A die Schalter SW1 und SW3 eingeschaltet sind und die Schal ter SW2 und SW4 ausgeschaltet sind, wird der Pumpkondensator C1 in der dargestellten Weise geladen. Dies ist die Betriebs art I.

Wenn gemäß der Darstellung in Fig. 4B die Schalter SW1 und SW3 ausgeschaltet sind und die Schalter SW2 und SW4 eingeschaltet sind, wird die im Pumpkondensator C1 gespeicherte Ladung in der dargestellten Weise entladen. Infolgedessen wird der Glättungskondensator C2 geladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Polarität der Ladung, die in dem Glättungskondensator C2 ge speichert wird, entgegengesetzt zu der Ladung, die im Pump kondensator C1 gespeichert wird. Am Ausgangsanschluß V2 wird eine negative Spannung erzeugt. Dies ist die Betriebsart II.

Wenn die Betriebsarten I und II abwechselnd wiederholt wer den, so wird eine negative Spannung in dem Glättungskondensa tor C2 gespeichert. Dieser Ladungspumpbetrieb, der an eine Eimerübertragungskette erinnert, bringt eine Welligkeit bei der Ausgangsspannung V2 mit sich, die in Fig. 4C dargestellt ist. Wenn beispielsweise die Kapazität des Glättungskondensa tors C2 groß genug ist und sein kapazitiver Widerstand ver nachlässigbar ist, ergibt sich eine Welligkeit V2′ gemäß Fig. 4C, die sich aus dem Laden und Entladen ergibt. Nimmt man an, daß der Ausgangsstrom den Wert Io hat und eine Frequenz, die mit einem Schalter gewählt wird, den Wert f hat, so läßt sich der Wert ΔV der Welligkeit folgendermaßen ausdrücken:

ΔV = Io/(f · C1) (4).

Gemäß der Relation (4) ist offensichtlich, daß die Welligkeit minimal gemacht werden kann, wenn man die Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2 ausreichend vergrößert oder indem man die Frequenz f erhöht.

Fig. 5A zeigt ein Beispiel der erwähnten Ladungspumpschal tung für einen Generator für negative Spannungen, die unter Verwendung von GaAs-MESFETs aufgebaut ist. In Fig. 5A be zeichnen die Bezugszeichen EFET1 bis EFET4 Anreicherungs- FETs. Die Bezugszeichen C1 und C2 bezeichnen einen Pumpkon densator bzw. einen Glättungskondensator. Die Bezugszeichen IN1 und IN2 (= ) bezeichnen Eingangssignale. Die Ein gangssignale IN1 und IN2 sind komplementär zueinander. Das Bezugszeichen Vdd bezeichnet eine Stromversorgung. V2 ist eine negative Ausgangsspannung. In der Schaltung gemäß Fig. 5A tritt eine Welligkeit in der Ausgangsspannung auf, wie es im Zusammenhang mit Fig. 4C erläutert ist.

Um die Welligkeit zu vermeiden sind gemäß der Erfindung zwei Ladungspumpschaltungen 3a und 3b vorgesehen, die komplementär zueinander betrieben werden. Fig. 5B zeigt eine derartige Schaltungsanordnung. In Fig. 5B bezeichnen die Bezugszeichen die gleichen Schaltelemente wie in Fig. 5A. Die Anreiche rungs-FETs EFET1 und EFET2 in den jeweiligen Ladungspump schaltungen 3a und 3b in Fig. 5B entsprechen den Untereinhei ten 2Ba und 2Bb in Fig. 2.

Wenn die komplementäre Schaltung gemäß Fig. 5B verwendet wird, so arbeiten die Ladungspumpschaltungen 3a und 3b in der Weise, daß sie die Welligkeiten in den jeweiligen Spannungen ausgleichen, die in Fig. 4C dargestellt sind. Eine derartige Schaltungsanordnung kann somit in wirksamer Weise unter drücken, daß eine Welligkeit in einer Ausgangsspannung V2 auftritt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 bildet der Oszillatorpuffer 1 eine Schwingungssignaleinrichtung. Die Treiberschaltungen 2a und 2b sowie die Ladungspumpschaltungen 3a und 3b bilden eine Generatoreinrichtung für negative Spannungen. Die Pegel steuerschaltung 4 bildet eine Pegelsteuerung. Die Ausgangs signale Vout1 und Vout2 (= ) entsprechen einem Schwin gungssignal und seinem komplementären Signal.

Zweite Ausführungsform

Fig. 6A zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels einer Pegelsteuerschaltung für einen Generator für negative Spannungen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in der Lage ist, eine Schwankung einer Ausgangsspannung minimal zu machen, die dann auftritt, wenn ein Ausgangsstrom fließt, beispielsweise ein Gate-Strom in einem FET-Verstär ker.

Die gesamte Schaltungsanordnung des Generators für negative Spannungen dieser Ausführungsform kann in gleicher Weise aus gelegt sein wie bei der Anordnung in Fig. 1 oder Fig. 12.

In einer Pegelsteuerschaltung 4a in Fig. 6A bezeichnet das Bezugszeichen Vg3 eine Gate-Vorspannung eines FETs, bei spielsweise in der letzten Stufe eines FET-Verstärkers. Das Bezugszeichen Ig3 bezeichnet einen Ausgangsstrom, beispiels weise den Gate-Strom des FETs in der letzten Stufe. Die Be zugszeichen Ib1, Ib2 und Is2 bezeichnen Zweigströme dieser Schaltung. Das Bezugszeichen Vss bezeichnet eine negative Spannung, die einer Spannung V2 in Fig. 5 entspricht und die von einer Ladungspumpschaltung gespeichert wird.

Das Bezugszeichen QD bezeichnet einen Verarmungs-FET, der als Konstantstromquelle dient. Die Bezugszeichen Qref, Qb11, Qb1 und Qb2 bezeichnen Anreicherungs-FETs. Die Bezugszeichen Df, Db11 bis Db13 und Db21 bis Db24 bezeichnen Dioden. Die Be zugszeichen Rs2, Rb1 und Rf bezeichnen Widerstände. Das Be zugszeichen Vdd bezeichnet ein Potential einer Stromversor gung. Das Bezugszeichen VTRIM2 bezeichnet einen Anschluß für eine externe Referenzspannung und wird verwendet, um den Pegel der Gate-Vorspannung Vg3 einzustellen.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 6A bildet die Reihenschaltung, bestehend aus dem Verarmungs-FET QD, dem Widerstand Rf, der Diode Df und dem Anreicherungs-FET Qref sowie dem Anreiche rungs-FET Qb1 eine Stromspiegelschaltung. Infolgedessen er gibt sich unabhängig von der negativen Spannung Vss die fol gende Relation:

Ib1 = α · Iref (5),

wobei α eine Konstante bezeichnet, also einen Wert, der be stimmt ist durch das Verhältnis der Breite des Gates vom An reicherungs-FET Qref zu derjenigen des Anreicherungs-FETs Qb1. Eine Einheit A in Fig. 6A kann mit einer Konstantstrom quelle gebildet werden, die eine andere Schaltungsanordnung besitzt.

Der Anreicherungs-FET Qb2 bildet einen Source-Folger, dessen Last ein Lastwiderstand (Ohmsche Last) Rs2 oder eine Kon stantstromquelle (Konstantstromlast) ist, die aus einem Ver armungs-FET und einem Widerstand besteht, wie es in Fig. 6B dargestellt ist. Die Gate-Spannung Vb2 des FETs Qb2 wird be stimmt durch den Strom Ib1, der durch den Anschluß für die externe Referenzspannung VTRIM2 und den Anreicherungs-FET Qb1 fließt. Hierbei hat der Anreicherungs-FET Qb2 eine ausrei chende Steilheit, so daß eine Gate-Source-Spannung des FETs Qb2 in Abhängigkeit von dem Wert des Stromes Ib2 kaum schwan ken wird.

Der Anschluß für die externe Referenzspannung VTRIM2 bildet einen Anschluß für eine externe Eingangsspannung.

Bei einer derartigen Schaltungsanordnung behält der Strom Ib1 einen konstanten Wert bei. Wenn der Anschluß für die externe Referenzspannung VTRIM2 auf ein bestimmtes Potential festge legt ist, wird die Spannung Vb2 konstant. Eine Spannung, die von der Gate-Source-Spannung des Anreicherungs-FETs Qb2 von der Gate-Spannung Vb2 abgefallen ist, wird stets als Gate- Vorspannung Vg3 abgegeben, die eine Ausgangsspannung des Source-Folgers ist.

Nehmen wir an, daß ein Gate-Strom Ig3 fließt. Wie sich aus Fig. 6A ergibt, so gilt folgende Relation zwischen den Strö men Ig3, Ib2 und Is2:

Is2 = Ib2 + Ig3 (6).

Wenn der Gate-Strom Ig3 fließt, dann ist, weil die Gate-Span nung Vb2 konstant ist, der Strom Is2 im wesentlichen kon stant. Der Strom Ib2 ist der Strom, der um den fließenden Gate-Strom Ig3 vermindert ist.

Da jedoch die Ausgangsspannung Vg3 ein Ausgangssignal des Source-Folgers ist, der aus dem Anreicherungs-FET Qb2 und dem Lastwiderstand Rs2 oder einer Konstantstromquelle besteht, wird die Ausgangsspannung Vg3 im wesentlichen auf einem kon stanten Wert gehalten, und zwar wegen der Spannung Vb2, bis der Strom Ig3 größer wird als der Strom Is2, der voreinge stellt ist und in den Lastwiderstand Rs2 oder die Konstant stromquelle fließt. Wenn der Strom Ig3 im wesentlichen gleich dem oder größer als der Strom Is2 wird, so geht der Strom Is2 auf einen Wert, der gleich dem oder größer als ein voreinge stellter Wert ist. Infolgedessen tritt ein großer Spannungs abfall an dem Lastwiderstand Rs2 auf. Dies bewirkt, daß das Potential am Anschluß Vg3 ansteigt. Mit anderen Worten, die Ausgangsspannung Vg3 schwankt.

Wenn der Ausgangsstrom Ig3 in einer Richtung fließt, die ent gegengesetzt ist zu der Richtung in Fig. 6A (oder wenn der Gate-Strom den Zustand überschritten hat, der im Bereich B in Fig. 14 dargestellt ist, und in eine positive Richtung fließt), so arbeitet der Anreicherungs-FET Qb2 des Source- Folgers normalerweise so, daß er der Last einen Strom zu führt. Die Ausgangsspannung Vg3 schwankt daher in ihrem Pegel nicht sehr stark.

Wie oben erwähnt, wenn die Pegelsteuerschaltung 4a gemäß die ser Ausführungsform verwendet wird, kann die Schwankung der Ausgangsspannung Vg3 minimal gemacht werden, bis der Aus gangsstrom Ig3 den voreingestellten Wert des Stromes Is2 überschreitet.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel von Simulationsergebnissen, die er halten werden, wenn man die Schaltungsanordnung der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit der Pegelsteuerschaltung ge mäß der zweiten Ausführungsform in Fig. 6A kombiniert. In Fig. 7 gibt die Abszissenachse den Ausgangsstrom Ig3 an, wäh rend die linke Ordinatenachse die Ausgangsspannung Vg3 und die gespeicherte negative Spannung Vss angibt; die rechte Ordinatenachse gibt die Welligkeit Vg3p-p in der Ausgangs spannung Vg3 an.

Wie sich aus Fig. 7 entnehmen läßt, wird die Schwankung der Ausgangsspannung Vg3, die durch den Ausgangsstrom Ig3 hervor gerufen wird, unter den Bedingungen unterdrückt, die einem Bereich A entsprechen. Wenn der Ausgangsstrom Ig3 den vorge gebenen Wert von 230 µA des Stromes Is2 überschreitet, so be ginnt die Ausgangsspannung Vg3 anzusteigen, wie es in einem Bereich B aufgetragen ist. Die Ausgangscharakteristik ist drastisch verbessert im Vergleich mit derjenigen eines her kömmlichen Generators, wie es in Fig. 15 dargestellt ist.

Aufgrund der komplementären Schaltungsanordnung hat die Wel ligkeit Vg3p-p in der Ausgangsspannung Vg3 einen sehr niedri gen Wert von 0,01 V oder weniger.

Die Fig. 6A zeigt eine Schaltungsanordnung bezüglich der Gate-Vorspannung Vg3 eines FET in der letzten Stufe eines FET-Verstärkers. Wenn ein FET-Verstärker drei Verstärker stufen aufweist, dann sind eine oder zwei Schaltungen, die jeweils aus den Anreicherungs-FETs Qb11, Qb1 und Qb2, Dioden Db11 bis Db13 und Db21 bis Db24, Widerstände Rs2 und Rb1 so wie einem Anschluß für eine externe Referenzspannung VTRIM2 bestehen, in den ersten und zweiten Stufen parallelgeschal tet. Die Gate-Anschlüsse der Anreicherungs-FETs Qb1 in den Schaltungen sind dann gemeinsam an den Gate-Anschluß des An reicherungs-FETs Qref angeschlossen, so daß auf diese Weise entsprechende Stromspiegelschaltungen gebildet werden.

Dritte Ausführungsform

Fig. 8 zeigt eine Pegelsteuerschaltung 4b für einen Generator für negative Spannungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Eine Zweigschaltung, durch welche ein konstan ter Strom unabhängig von der negativen Spannung Vss wegen des Stromspiegels in der Pegelsteuerschaltung 4a in Fig. 6 fließt (eine Zweigschaltung, durch welche der Strom Ib1 gemäß Fig. 6A fließt) ist mit einem Steuerspannungsanschluß VPOCONT2 versehen, der parallel zu dem Anschluß für die externe Refe renzspannung VTRIM2 geschaltet ist. Dies macht es möglich, einen Vorspannungsstrom (Leerlaufstrom) in einem GaAs-FET- Verstärker einzustellen. Außerdem kann während der Verstär kung die Ausgangsleistung mit einer Steuerspannung reguliert werden.

In Fig. 8 wird angenommen, daß der GaAs-FET-Verstärker ein dreistufiger Verstärker ist, wobei ein Anschluß Vg1-2 für eine FET-Gate-Vorspannung gemeinsam für die ersten und zwei ten Stufen vorgesehen ist und wobei ein Anschluß Vg3 für eine FET-Gate-Vorspannung für die dritte (letzte) Stufe vorgesehen ist. In Fig. 8 bezeichnen die Bezugszeichen Qa11, Qa12, Qb11, Qb12, Qref, Qa1, Qb1, Qa2 und Qb2 Anreicherungs-FETs. Das Be zugszeichen QD bezeichnet einen Verarmungs-FET. Die Bezugs zeichen Rs1, Rs2, Ra1, Rb1, Ra2, Rb2 und Rf bezeichnen Wider stände. Die Bezugszeichen Df, D1 bis D3, Da11 bis Da13, Da21 bis Da24, Db11 bis Db13 und Db21 bis Db24 bezeichnen Dioden. Das Bezugszeichen Vdd bezeichnet das Potential einer Strom versorgung. Die Bezugszeichen VTRIM1 und VTRIM2 bezeichnen Anschlüsse für externe Referenzspannungen zur Verwendung bei der Feineinstellung der Pegel der Ausgangsspannungen Vg1-2 und Vg3.

Die Bezugszeichen VPOCONT1 und VPOCONT2 bezeichnen Steuer spannungsanschlüsse für die Absenkung der Betriebsvorspannun gen für die Ausgangsspannungen Vg1-2 und Vg3 (Verschiebung der Spannungen in eine negative Richtung) und somit zur Un terdrückung eines Ausgangssignals des FET-Verstärkers. Dieser Betrieb wird nachstehend als ATT-Betrieb bezeichnet. Das Be zugszeichen Vss bezeichnet eine gespeicherte negative Span nung. Die Bezugszeichen Ia1, Ia2, Is1, Ib1, Ib2, Ira1, Ira2, Irb1 und Irb2 bezeichnen Zweigströme. Die Bezugszeichen Ig1-2 und Ig3 bezeichnen Ausgangsströme.

Die Lastwiderstände Rs1 und Rs2 können jeweils beispielsweise durch eine Konstantstromquelle ersetzt werden, die aus einem Verarmungs-FET und einem Widerstand besteht, wie es in Fig. 6B dargestellt ist. Die Anschlüsse für externe Referenz spannungen VTRIM1 und VTRIM2 sowie die Steuerspannungsan schlüsse VPOCONT1 und VPOCONT2 bilden Anschlüsse für externe Eingangsspannungen.

Eine Reihenschaltung, bestehend aus dem Verarmungs-FET QD, dem Widerstand Rf, der Diode Df, dem Anreicherungs-FET Qref und den jeweiligen Anreicherungs-FETs Qa1 und Qb1, bildet eine Stromspiegelschaltung. Infolgedessen gilt unabhängig von der negativen Spannung Vss die folgende Relation:

Ia1 = Ib1 = α · Iref (7),

wobei α eine Konstante bezeichnet, die einen Wert hat, der bestimmt ist durch das Verhältnis der Breite des Gates des Anreicherungs-FET Qref zu der Breite der Gates der Anreiche rungs-FETs Qa1 und Qb1. Was die Schwankungen der Ausgangs spannungen anbetrifft, die durch die Ausgangsströme in dieser Schaltung hervorgerufen werden, so werden, wie im Zusammen hang mit der zweiten Ausführungsform beschrieben, die Aus gangsspannungen Vg1-2 und Vg3 im wesentlichen auf einem kon stanten Wert gehalten, und zwar wegen eines Rückkopplungs effektes, solange die Ströme Ig1-2 und Ig3 nicht so groß wer den, daß sie den voreingestellten Wert der Ströme Is1 und Is2 überschreiten.

Es werden zwei Arten von Spannungsanschlüssen verwendet, näm lich die Anschlüsse für externe Referenzspannungen VTRIM1 und VTRIM2 für die Feineinstellung der Pegel der Ausgangsspannun gen Vg1-2 und Vg3 sowie die Steuerspannungsanschlüsse VPOCONT1 und VPOCONT2 zu Durchführung des Dämpfungsbetriebes oder ATT-Betriebes. Dieser ATT-Betrieb wird durchgeführt, um eine Vorspannung in einem FET-Verstärker zu verringern, so daß ein Auftreten der Verschlechterung der Effizienz verhin dert werden kann, wenn der Eingangspegel des FET-Verstärkers um 10 bis 20 dB verringert wird, um den Ausgangspegel des FET-Verstärkers um 10 bis 20 dB zu verringern. Die vorstehend genannten Anschlüsse sind in der Pegelsteuerschaltung 4b vor gesehen. Wenn die Pegelsteuerschaltung 4b als Stromvertei lungsschaltung konfiguriert ist, kann eine Feineinstellung der Ausgangsspannungen und eine Durchführung des ATT-Betrie bes (Schalten der Betriebsarten) realisiert werden. Die Wir kungsweise der Pegelsteuerschaltung 4b wird nachstehend näher erläutert.

Der Strom Ia1, der in den Anreicherungs-FET Qa1 fließt, wird verzweigt zu einer Reihenschaltung, bestehend aus dem Anrei cherungs-FET Qa11 und dem Widerstand Ra1, und einer Reihen schaltung, bestehend aus dem Anreicherungs-FET Qa12 und dem Widerstand Ra2. Der Strom Ib1, der in den Anreicherungs-FET Qb1 fließt, wird verzweigt in eine Reihenschaltung, bestehend aus dem Anreicherungs-FET Qb11 und dem Widerstand Rb1, und eine Reihenschaltung, bestehend aus dem Anreicherungs-FET Qb12 und dem Widerstand Rb2. Dabei gelten die folgenden Rela tionen:

Ira1 + Ira2 = Ia1 = konstant
Irb1 + Irb2 = Ib1 = konstant (8).

Nimmt man an, daß die jeweiligen Paare von Anreicherungs-FETs Qa11 und Qa12, Widerständen Ra1 und Ra2, Anreicherungs-FETs Qb11 und Qb12, und Widerständen Rb1 und Rb2 elektrisch iden tisch zueinander sind, dann gelten die folgenden Relationen, wenn die externen Referenzspannungen VTRIM1 und VTRIM2 sowie die Steuerspannungen VPOCONT1 und VPOCONT2 den gleichen Wert haben:

Ira1 = Ira2 = (Ia1)/2
Irb1 = Irb2 = (Ib1)/2 (9).

Wenn die Steuerspannungen VPOCONT1 und VPOCONT2 von einem Standardwert, beispielsweise 1/2 der Versorgungsspannung Vdd auf 0 V abgesenkt werden, so nehmen die Ströme Ira2 und Irb2 den Wert Null an. Gemäß der Relation (8) gilt dann Ira1 = Ia1 und Irb1 = Ib1. Infolgedessen sind die Spannungsabfälle, die an den Widerständen Ra1 und Ra2 sowie den Widerständen Rb1 und Rb2 auftreten, doppelt so groß. Infolgedessen werden die Gate-Spannungen der Anreicherungs-FETs Qa2 und Qb2 durch die Spannungsabfälle verringert. Dies führt zu niedrigeren Aus gangsspannungen. Somit kann der ATT-Betrieb realisiert wer den.

Wenn die Steuerspannungen VPOCONT1 und VPOCONT2 auf einen Standardwert festgelegt sind, gilt folgendes: Wenn die exter nen Referenzspannungen VTRIM1 und VTRIM2 von einem Standard wert aus erhöht oder abgesenkt werden (beispielsweise dem gleichen wie für die Steuerspannungen VPOCONT1 und VPOCONT2, von beispielsweise 1/2 der Versorgungsspannung Vdd), so kön nen die Ausgangsspannungen Vg1-2 und Vg3 fein eingestellt werden, und zwar gemäß dem Prinzip eines Spannungsabfalls, der aus der Stromverteilung resultiert, was auch den ATT-Betrieb ermöglicht.

Das Prinzip der Wirkungsweise der Pegelsteuerschaltung 4b zur Realisierung der Feineinstellung einer Gate-Vorspannung in einem FET-Verstärker und der ATT-Betrieb des FET-Verstärkers sind vorstehend erläutert.

Fig. 9 zeigt die Schwankung (A) der Ausgangsspannung Vg1-2 (Vg3), die auftritt, wenn die externe Referenzspannung VTRIM1 (VTRIM2) für die Feineinstellung der Vorspannung geändert wird, sowie die Schwankung (B) der Ausgangsspannung Vg1-2 (Vg3), die dann auftritt, wenn die Steuerspannung VPOCONT1 (VPOCONT2) von einem Standardwert relativ zum jeweiligen Wert der externen Referenzspannung VTRIM1 (VTRIM2) auf 0 V geän dert wird. Die Abszissenachse bezeichnet die externe Refe renzspannung VTRIM1 oder VTRIM2, die linke Ordinatenachse be zeichnet die Ausgangsspannung Vg1-2 oder Vg3, während die rechte Ordinatenachse den Versorgungsstrom Idd angibt.

Wie sich aus der Zeichnung entnehmen läßt, ändert sich die Ausgangsspannung Vg1-2 oder Vg3, wenn die externe Referenz spannung VTRIM1 (= VTRIM2) für die Feineinstellung der Vor spannung geändert wird. Wenn die Steuerspannung VPOCONT1 (= VPOCONT2) geändert wird, so wird die Ausgangsspannung Vg1-2 oder Vg3 stark verringert.

Diese Funktion ist sehr hilfreich, um eine Vorspannung in einem FET-Verstärker zu steuern, der bei einem Generator für negative Spannungen in der Praxis Verwendung findet.

Vierte Ausführungsform

Wenn ein FET-Verstärker mit einem Generator für negative Spannungen integriert ist, so ist eine gewünschte Gate-Vor spannung häufig stark verschieden von der eines anderen FET-Verstärkers, und zwar wegen der Differenz von Schwellwert spannungen Vth von FETs, die bei einem FET-Verstärker verwen det werden, gegenüber der Schwellwertspannung von FETs, die bei einem anderen FET-Verstärker Verwendung finden. Die Aus beute bei der Massenproduktion von FET-Verstärkern hängt sehr stark davon ab, ob diese Differenz minimal gemacht werden kann oder nicht.

Die vorstehend beschriebene dritte Ausführungsform schlägt eine Schaltungsanordnung vor, die eine Einstellung dieser Differenz möglich macht.

Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung erläutert, die dazu dient, den Wert der Einstellung minimal zu machen oder das Erfordernis der Einstellung sogar zu ver meiden. Der Verarmungs-FET QD, der als Konstantstromquelle für die Pegelsteuerschaltung gemäß Fig. 6 oder Fig. 8 dient, ist mit der gleichen Art von FETs aufgebaut, wie die bei einem FET-Verstärker verwendeten FETs.

Eine Stromspiegelschaltung arbeitet in Abhängigkeit von der Differenz der Schwellwertspannung Vth von Verstärkungs-FETs in einem FET-Verstärker gegenüber denjenigen in einem anderen FET-Verstärker. Die Ausgangsspannungen Vg1-2 und Vg3 ändern sich daher proportional zu der Differenz der Schwellwert spannungen Vth. Wenn infolgedessen ein Generator für negative Spannungen mit einem FET-Verstärker integriert und auf einem Chip montiert ist und wenn ein Verarmungs-FET QD, der als Konstantstromquelle für eine Pegelsteuerschaltung in dem Ge nerator für negative Spannungen dient, von der gleichen Art von FET ist wie die Verstärkungs-FETs, die in einem FET-Ver stärker verwendet werden, ist es möglich, den Wert der Ein stellung einer Gate-Vorspannung minimal zu machen oder das Erfordernis der Einstellung sogar zu beseitigen.

Fünfte Ausführungsform

Um das gleiche Ziel wie bei der vierten Ausführungsform zu erreichen, ist bei dieser fünften Ausführungsform eine Kon stantspannungs-Versorgungsschaltung gemäß Fig. 10 an den jeweiligen Anschluß für externe Referenzspannungen VTRIM1 und VTRIM2 der Pegelsteuerschaltung gemäß Fig. 6 oder Fig. 8 angeschlossen.

In Fig. 10 bezeichnen die Bezugszeichen Rp1, Rp2 und Rp3 Widerstände. Das Bezugszeichen Qp bezeichnet einen FET von der gleichen Art wie die FETs in einem FET-Verstärker. Da der FET Qp unter Verwendung der gleichen Art von FET wie die FETs in einem FET-Verstärker hergestellt ist, ändert sich ein Strom Ip in Abhängigkeit von der Schwellwertspannung Vth des FETs. Schließlich ändert sich der entsprechende Span nungsabfall Rp1 · Ip.

Somit ist ein FET-Verstärker mit einem Generator für negative Spannungen integriert und auf einem Chip montiert, wobei die Konstantspannungs-Versorgungsschaltung 10 zur Lieferung einer konstanten Spannung an die Anschlüsse für externe Referenz spannungen VTRIM1 und VTRIM2 zur Spannungseinstellung in der Pegelsteuerschaltung des Generators für negative Spannungen angeschlossen ist. Der Verarmungs-FET, der als Konstantstrom quelle der Konstantspannungs-Versorgungsschaltung 10 verwen det wird, ist von der gleichen Art von FET wie die Verstär kungs-FETs in dem FET-Verstärker. Dies macht es möglich, den Wert der Einstellung einer Gate-Vorspannung minimal zu machen oder das Erfordernis der Einstellung sogar zu beseitigen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die ersten und zweiten Ausführungsformen der Erfindung einen Generator für negative Spannungen schaffen, der folgende Vorteile auf weist: Da die Schaltungen zur Erzeugung einer negativen Span nung komplementär zueinander sind, arbeiten zwei Ladungspump schaltungen in der Weise, daß Welligkeiten ausgelöscht wer den; das Auftreten einer Welligkeit in einer Ausgangsspannung kann daher unterdrückt werden, so daß eine negative Spannung schließlich in stabilerer Weise geliefert werden kann. Wenn der Generator für negative Spannungen beispielsweise an einen FET-Verstärker angeschlossen ist, um eine Gate-Vorspannung für den jeweiligen Verstärkungs-FET zu liefern, kann eine un erwünschte Komponente entfernt werden, die sonst in einem Ausgangssignal des FET-Verstärkers enthalten sein kann.

Die dritte und die sechste Ausführungsform der Erfindung bie ten einen Generator für negative Spannungen, der folgende Vorteile aufweist: Eine Pegelsteuereinrichtung verwendet einen Transistor, der eine Ausgangsspannung bestimmt, und zwar unter Verwendung des Pegels einer erzeugten negativen Spannung als gemeinsamen Pegel, als Source-Folger, der entwe der eine Ohmsche Last oder eine Konstantstromlast als Last hat, und weist eine Stromspiegelschaltung zur Stabilisierung der Gate-Spannung des Transistors auf. Eine Änderung der Aus gangsspannung, die von einem Ausgangsstrom hervorgerufen wird, kann somit minimal gemacht werden, und eine negative Spannung kann schließlich in stabilerer Weise geliefert wer den.

Die vierte und die siebente Ausführungsform der Erfindung schaffen einen Generator für negative Ausgangsspannungen, der gemäß den dritten und sechsten Ausführungsformen folgende Vorteile bietet: Eine Zweigschaltung, durch welche wegen einer Stromspiegelschaltung ein konstanter Strom unabhängig von einer negativen Spannung fließt und der an das Gate eines Transistors angeschlossen ist, ist mit einem Anschluß für eine externe Eingangsspannung versehen, an welche eine Span nung extern angelegt wird, um eine Ausgangsspannung einzu stellen, so daß eine abgegebene negative Spannung fein einge stellt werden kann.

Die fünfte und achte Ausführungsform gemäß der Erfindung schaffen einen Generator für negative Spannungen gemäß der dritten und sechsten Ausführungsform, der folgende Vorteile aufweist: Eine Zweigschaltung, durch die wegen einer Strom spiegelschaltung ein konstanter Strom unabhängig von einer negativen Spannung fließt, ist mit zwei Stromverteilungs schaltungen versehen, die jeweils aus einem Anschluß für eine externe Eingangsspannung und einem Widerstand besteht, so daß ein Vorspannungsstrom in einem FET-Verstärker eingestellt werden kann, wenn der Generator für negative Spannungen an den FET-Verstärker angeschlossen ist, um eine negative Span nung zu liefern; auf diese Weise kann die Ausgangsleistung während der Verstärkung reguliert werden.

Die neunte Ausführungsform gemäß der Erfindung bietet einen Generator für negative Spannungen gemäß der dritten und sech sten Ausführungsform, der folgende Vorteile bietet: Der Gene rator für negative Spannungen ist mit dem FET-Verstärker in tegriert, dem eine negative Spannung zuzuführen ist, wobei ein einziger Chip verwendet wird. Ein FET, der als Konstant stromquelle einer Stromspiegelschaltung dient, ist von der gleichen Art von FET wie die FETs, die in dem FET-Verstärker verwendet werden, so daß der Wert der Einstellung einer Gate- Vorspannung, die wegen der Differenz von Schwellwertspannun gen von FETs in einem FET-Verstärker gegenüber denjenigen in einem anderen FET-Verstärker benötigt werden, minimal gemacht oder das Erfordernis der Einstellung sogar beseitigt werden kann.

Die zehnte Ausführungsform gemäß der Erfindung schafft einen Generator für negative Spannungen gemäß der vierten und siebenten Ausführungsform der Erfindung, wobei folgende Vor teile erzielt werden: Der Generator für negative Spannungen ist mit dem FET-Verstärker, dem die negative Spannung zuzu führen ist, unter Verwendung eines einzigen Chips integriert. Eine Konstantspannungs-Versorgungsschaltung, die aus einem Widerstand und einer Konstantspannungseinheit besteht und zum Anlegen einer konstanten Spannung ausgelegt ist, ist an einen Anschluß für eine externe Eingangsspannung angeschlossen. Ein FET, der als Konstantstromquelle der Konstantspannungs-Ver sorgungsschaltung dient, ist aus der gleichen Art von FET her gestellt wie die FETs, die in dem FET-Verstärker verwendet werden, so daß der Wert der Einstellung einer Gate-Vorspan nung, die benötigt wird wegen der Differenz zwischen Schwell wertspannungen von FETs in einem FET-Verstärker und denjeni gen in einem anderen FET-Verstärker, minimal gemacht werden kann. Gegebenenfalls kann das Erfordernis der Einstellung sogar ausgeräumt werden.

Claims

1. Generator für negative Spannungen, der folgendes auf weist:

- eine Oszillationssignaleinrichtung (1) zur Lieferung eines Schwingungssignals und seines komplementären Schwingungssignals;
- eine Einrichtung (2a, 2b, 3a, 3b) zur Erzeugung einer negativen Spannung, welche das Schwingungssignal und das komplementäre Schwingungssignal von der Oszilla tionssignaleinrichtung (1) verstärkt, die erzeugten Signale kombiniert durch Umkehrung der Polaritäten die ser Signale und somit eine negative Spannung Vss er zeugt; und
- eine Pegelsteuereinrichtung (4) zur Umwandlung des Pe gels der negativen Spannung (Vss) auf einen gewünschten Pegel und zur Lieferung der resultierenden Spannung als Ausgangsspannung (Vg).

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2a, 2b, 3a, 3b) zur Lieferung von negativen Spannungen ein Paar von Treiberschaltungen (2a, 2b) zur Verstärkung des Schwingungssignals bzw. des komplementären Schwingungssignals sowie ein Paar von La dungspumpschaltungen (3a, 3b) aufweist, welche die Pola ritäten der Ausgangssignale der Treiberschaltungen (2a, 2b) umkehren und deren Ausgangsanschlüsse miteinander verbunden sind.

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelsteuereinrichtung (4a) einen Transistor (Qa2, Qb2) verwendet, der eine Ausgangsspannung (Vg1, Vg2, Vg3) bestimmt, und zwar unter Verwendung des Pegels der erzeugten negativen Spannung (Vss) als gemeinsamer Pegel, als Source-Folger, der entweder eine Ohmsche Last (Rs1, Rs2) oder eine Konstantstromquelle als Last auf weist, um die Schwankung der Ausgangsspannung (Vg1, Vg2, Vg3) minimal zu machen, die von einem Ausgangsstrom (Ig1, Ig2, Ig3) hervorgerufen wird, und eine Stromspiegelschal tung (QD, Rf, Df, Qref, Qa1, Qb1) aufweist, um die Gate- Spannung (Vg1, Vg2, Vg3) des Transistors (Qa2, Qb2) zu stabilisieren.

4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (NGV1) für negative Spannungen mit einem FET-Verstärker integriert ist, an den eine negative Spannung angelegt wird, und zwar unter Verwendung eines einzigen Chips, und wobei der FET, der als Konstantstrom quelle der Stromspiegelschaltung dient, von der gleichen Art von FET ist wie die FETs, die in dem FET-Verstärker verwendet werden.

5. Generator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zweigschaltung, durch welche wegen der Strom spiegelschaltung ein konstanter Strom unabhängig von der negativen Spannung (Vss) fließt und die an das Gate des Transistors (Qa2, Qb2) angeschlossen ist, mit einem An schluß (VTRIM1, VTRIM2, VPOCONT1, VPOCONT2) versehen ist, an den eine Spannung von außen angelegt wird, um die Aus gangsspannung (Vg1, Vg2, Vg3) einzustellen.

6. Generator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zweigschaltung, durch die wegen der Stromspie gelschaltung ein konstanter Strom unabhängig von der negativen Spannung (Vss) fließt, mit zwei Stromverteiler schaltungen versehen ist, die jeweils aus einem Anschluß für eine externe Eingangsspannung (VTRIM1, VTRIM2, VPOCONT1, VPOCONT2) unter einem Widerstand (Ra1, Ra2, Rb1, Rb2) bestehen, so daß ein Vorspannungsstrom in einem FET-Verstärker eingestellt werden kann, wenn der Genera tor für negative Spannungen an den FET-Verstärker ange schlossen ist, um eine negative Spannung zu liefern, so daß die Ausgangsleistung während der Verstärkung einge stellt werden kann.

7. Generator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (NVG1) mit einem FET-Verstärker inte griert ist, an den eine negative Spannung (Vg1, Vg2, Vg3) anzulegen ist, wobei ein einziger Chip verwendet ist, daß eine Konstantspannungs-Versorgungsschaltung (10), die aus einem Widerstand (Rp1, Rp2, Rp3) und einer Konstant stromquelle (Qp) besteht und zum Anlegen einer konstanten Spannung ausgelegt ist, mit dem Anschluß (VTRIM1, VTRIM2) für externe Eingangsspannungen verbunden ist, und daß der FET, der als Konstantstromquelle (Qp) dient, aus der gleichen Art von FET gebildet ist wie die FETs, die in dem FET-Verstärker verwendet werden.

8. Generator für negative Spannungen, der folgendes auf weist:

- eine Oszillationssignaleinrichtung (1) zur Lieferung eines Schwingungssignals;
- eine Einrichtung (2a, 2b, 3a, 3b) zur Lieferung einer negativen Spannung, die das Schwingungssignal von der Oszillationssignaleinrichtung (1) verstärkt, die Pola rität des resultierenden Signals umkehrt und somit eine negative Spannung (Vss) erzeugt; und
- eine Pegelsteuereinrichtung (4), die den Pegel der negativen Spannung (Vss) auf einen gewünschten Pegel umwandelt und eine resultierende Spannung als Ausgangs spannung (Vg) liefert, wobei die Pegelsteuereinrichtung (4) einen Transistor (Qa2, Qb2) verwendet, der eine Ausgangsspannung (Vg1, Vg2, Vg3) bestimmt, wobei der Pegel der erzeugten negati ven Spannung (Vss) als gemeinsamer Pegel verwendet wird, als Source-Folger der entweder eine Ohmsche Last (Rs1, Rs2) oder eine Konstantstromquelle als Last besitzt, um die Schwankung der Ausgangsspannung (Vg1, Vg2, Vg3) mini mal zu machen, die von einem Ausgangsstrom (Ig1, Ig2, Ig3) hervorgerufen wird, und eine Stromspiegelschaltung (QD, Rf, Df, Qref, Qa1, Qb1) aufweist, um die Gate- Spannung des Transistors (Qa2, Qb2) zu stabilisieren.

9. Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zweigschaltung vorgesehen ist, durch welche we gen der Stromspiegelschaltung ein konstanter Strom unab hängig von der negativen Spannung (Vss) fließt und die an das Gate des Transistors (Qa2, Qb2) angeschlossen ist, wobei die Zweigschaltung mit einem Anschluß (VTRIM1, VTRIM2, VPOCONT1, VPOCONT2) für eine externe Eingangs spannung versehen ist, an die eine Spannung von außen an gelegt wird, um eine Ausgangsspannung einzustellen.

10. Generator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigschaltung, durch welche wegen der Stromspie gelschaltung ein konstanter Strom unabhängig von der ne gativen Spannung (Vss) fließt, mit zwei Stromverteiler schaltungen versehen ist, die jeweils aus einem Anschluß (VTRIM1, VTRIM2, VPOCONT1, VPOCONT2) und einem Widerstand (Ra1, Ra2, Rb1, Rb2) bestehen, so daß ein Vorspannungs strom in einem FET-Verstärker eingestellt werden kann, wenn der Generator (NVG1) für negative Spannungen an den FET-Verstärker angeschlossen ist, um eine negative Span nung zu liefern, so daß die Ausgangsleistung während der Verstärkung reguliert werden kann.

11. Generator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Generator (NVG1) für negative Spannungen mit einem FET-Verstärker integriert ist, an den eine negative Spannung (Vg1, Vg2, Vg3) angelegt wird, wobei ein einzi ger Chip verwendet wird,
und daß ein FET, der als Konstantstromquelle der Strom spiegelschaltung dient, von der gleichen Art von FET ge bildet ist wie die FETs, die in dem FET-Verstärker ver wendet werden.

12. Generator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Generator (NVG1) für negative Spannungen mit einem FET-Verstärker integriert ist, an den eine negative Spannung (Vg1, Vg2, Vg3) angelegt wird, wobei ein einzi ger Chip verwendet wird,
daß eine Konstantspannungs-Versorgungsschaltung (10), die aus einem Widerstand (Rp1, Rp2, Rp3) und einer Konstant stromquelle (Qp) besteht und zum Anlegen einer konstanten Spannung ausgelegt ist, an den Anschluß (VTRIM1, VTRIM2) für externe Eingangsspannungen angeschlossen ist,
und daß ein FET, der als Konstantstromquelle (Qp) dient, von der gleichen Art von FET gebildet ist wie die FETs, die in dem FET-Verstärker verwendet werden.