DE19647656C1

DE19647656C1 - Monolithic integratable adjustable impedance

Info

Publication number: DE19647656C1
Application number: DE1996147656
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2016-11-19

Abstract

The impedance involves a first transistor (T1) and a second transistor (T2). The emitters of the transistor are each connected via individual resistors (R1,R2), respectively, to a first terminal (E1) of the adjustable impedance (Z). The base (B) of the first transistor (T1) is connected to the other terminal (E2) of the impedance (Z). The emitter of the first transistor (T1) is connected to a constant current source (I1) which determines the operating point of the first transistor (T1). The collectors of both transistors (T1,T2) are connected to the base of the first transistor (T1). An adjustable voltage source (US) is connected between the bases of both transistors (T1,T2) for adjusting the impedance (Z). A constant current source may be connected to the emitter of the first transistor (T1) via the resistor (R1), leading from the first terminal to the first transistor. The emitter of the second transistor (T2) may be connected to an adjustable current source, which is adjusted together with the voltage source.

Description

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrier bare einstellbare Impedanz gemäß Oberbegriff des An spruchs 1. Diese Impedanz dient zur Realisierung einer elektronisch einstellbaren Impedanz in einem theore tisch beliebig weiten Einstellbereich. Eine solche Im pedanz kann vorteilhaft beispielsweise in Transimpe danzverstärkern mit automatischer Verstärkungsregelung und zur Abstimmung von Filtern oder Oszillatoren einge setzt werden kann.The invention relates to a monolithically integrated Adjustable impedance according to the preamble of the An saying 1. This impedance is used to implement a electronically adjustable impedance in one theory table any setting range. Such an Im pedanz can be advantageous for example in Transimpe danc amplifiers with automatic gain control and to tune filters or oscillators can be set.

In monolithisch integrierten Schaltungen werden zur Realisierung einstellbarer Impedanzen beispielsweise Feldeffekttransistoren eingesetzt, deren Widerstand für kleine Beträge der Drain-Source-Spannung proportional zur angelegten Gate-Source-Spannung ist (Manfred Sei fart: "Analoge Schaltungen", 2. Auflage, Hüthig Verlag, Heidelberg, 1988, S. 31; Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg: "CMOS Analog Circuit Design", Oxford Universi ty Press, New York, 1987, S. 211-218; Paul R. Gray, Robert G. Meyer: "Analysis and Design of Analog Inte grated Circuits", 2. Auflage, John Wiley & Sons, New York, 1984, S. 66-67; Ulrich Tietze, Christoph Schenk: "Halbleiterschaltungstechnik", 5. Auflage, Springer- Verlag, Berlin, 1980, S. 78-81 und 91-92). Diesen be kannten Schaltungen haftet der Nachteil an, daß Feld effekttransistoren nicht in allen Halbleiterschaltungen realisierbar sind.In monolithically integrated circuits Realization of adjustable impedances, for example Field effect transistors used, the resistance for small amounts proportional to the drain-source voltage to the applied gate-source voltage (Manfred Sei fart: "Analog circuits", 2nd edition, Hüthig Verlag, Heidelberg, 1988, p. 31; Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg: "CMOS Analog Circuit Design", Oxford Universi Ty Press, New York, 1987, pp. 211-218; Paul R. Gray, Robert G. Meyer: "Analysis and Design of Analog Inte grated Circuits ", 2nd edition, John Wiley & Sons, New York, 1984, pp. 66-67; Ulrich Tietze, Christoph Schenk: "Semiconductor Circuit Technology", 5th edition, Springer- Verlag, Berlin, 1980, pp. 78-81 and 91-92). This be Known circuits have the disadvantage that field effect transistors not in all semiconductor circuits are realizable.

Eine andere Möglichkeit zur Realisierung einstell barer Impedanzen in monolithisch integrierten Schaltun gen bietet die Ausnutzung des Miller-Effekts, der es erlaubt, Impedanzen durch Verwendung in der Rückkopp lung von einstellbaren Verstärkern in Abhängigkeit von der Verstärkung zu verändern (Manfred Seifart: "Analoge Schaltungen", 2. Auflage, Hüthig Verlag, Heidelberg, 1988, S. 35-36). Bei Ausnutzung des Miller-Effekts kön nen die einstellbaren Impedanzen nicht in beliebigen Anwendungen eingesetzt werden, da sie sich im Rückkopp lungszweig eines Verstärkers befinden.Set another way of realization bar impedances in monolithically integrated circuits gene takes advantage of the Miller effect that it allowed to use impedances in the feedback adjustable amplifiers depending on to change the gain (Manfred Seifart: "Analog Circuits ", 2nd edition, Hüthig Verlag, Heidelberg, 1988, pp. 35-36). When using the Miller effect, the adjustable impedances are not arbitrary Applications are used because they are in feedback branch of an amplifier.

In Bipolarschaltungen kann auch die Steilheit von Bipolartransistoren zur Realisierung einstellbarer Im pedanzen ausgenutzt werden (Christoph Schenk: "Halblei terschaltungstechnik", 5. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, 1980, S. 32-37). Diese Schaltungen haben den Nachteil, daß die Impedanz von dem Kollektorruhestrom abhängt und dadurch nur in engen Grenzen variiert wer den kann. Darüber hinaus sind diese Impedanzen stark temperaturabhängig.In bipolar circuits, the slope of Bipolar transistors for realizing adjustable Im pedances are used (Christoph Schenk: "Halblei terschaltungstechnik ", 5th edition, Springer-Verlag, Berlin, 1980, pp. 32-37). These circuits have that Disadvantage that the impedance of the collector quiescent current depends on and therefore varies only within narrow limits that can. In addition, these impedances are strong temperature dependent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nach teile der bekannten Schaltungen zu vermeiden, also eine Schaltung für eine einstellbare Impedanz anzugeben, die in einem weiten Bereich einstellbar ist, die mit nur einem Transistortyp realisiert werden kann und bei der der Ruhestrom der verwendeten Transistoren unabhängig von der zu realisierenden Impedanz gewählt werden kann.The invention is based, to the task to avoid parts of the known circuits, that is Circuit for an adjustable impedance to specify the is adjustable in a wide range using only a transistor type can be realized and in the the quiescent current of the transistors used is independent can be selected from the impedance to be realized.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.The object underlying the invention will by the specified in the characterizing part of claim 1 Doctrine solved.

Die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 zeichnet sich besonders dadurch aus, daß die Impedanz in einem großen Einstellbereich, der lediglich durch das maximal mögli che Widerstandsverhältnis begrenzt wird, variiert wer den kann. Darüber hinaus ist die Realisierung mit Tran sistoren von einem Typ, z. B. mit npn-Bipolartransisto ren, möglich. Da die Prozesse zur Herstellung von Halb leiterschaltungen für höchste Frequenzen in der Regel nur die Realisierung eines Transistortyps, beispiels weise npn-Transistoren, ermöglichen, ist dieser Punkt von besonderer Bedeutung.The invention according to claim 1 stands out particularly characterized in that the impedance in a large Setting range, which is only possible by the maximum possible che resistance ratio is limited, who varies that can. In addition, the implementation with Tran sistors of one type, e.g. B. with npn bipolar transistor ren, possible. Since the processes for producing half conductor circuits for the highest frequencies as a rule only the realization of a transistor type, for example wise npn transistors, enable this point really important.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert werden.Based on the drawing, the invention is to Ausfü tion examples are explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung, Fig. 1 shows a circuit for explaining the basic principle of the invention,

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung von Fig. 1, Fig. 2 shows a modification of Fig. 1,

Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung von Fig. 1 und Fig. 3 shows a further modification of Fig. 1 and

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung von Fig. 2. FIG. 4 shows a modification of FIG. 2.

Die Grundstruktur der einstellbaren Impedanz ist in Fig. 1 dargestellt. Sie besteht aus den Transistoren T1 und T2, die jeweils in Kollektorschaltung, d. h. als Emitterfol ger, betrieben werden. Beide Transistorstufen sind über je einen Emitterserienwiderstand R1 bzw. R2 miteinander verbun den und bilden einen Anschluß E1 der einstellbaren Impedanz Z. Zwischen die Basisanschlüsse der beiden Transistoren T1 und T2 ist eine einstellbare Spannungsquelle US geschaltet, mit deren Hilfe die Impedanz variiert werden kann. Das Poten tial an den Kollektoren der beiden Transistoren T1 und T2 kann größer oder gleich dem Basispotential B des Transistors T1 gewählt werden. Der zweite Anschluß E2 der Impedanz ist der Basisknoten von T1. Je nach Anwendung können die Kollek toren der beiden Transistoren T1 und T2 entweder mit dem Ba sisknoten B des Transistors T1 (Fig. 1) oder mit einer Be triebsspannungsquelle U0 (Fig. 2) verbunden werden. Bei Ver bindung mit dem Basisknoten des Transistors T1 entspricht eine Änderung des Stromes IE2 in Anschluß E2 der einstell baren Impedanz der Änderung des aus Anschluß E1 der Impedanz fließenden Stromes IE1. Im Falle der Verbindung der beiden Kollektoranschlüsse von T1 und T2 mit einer Betriebs spannungsquelle U0 entspricht die Änderung des Stromes IE2 in Anschluß E2 der einstellbaren Impedanz der durch die Strom verstärkung b der Transistoren dividierten Änderung des aus dem Anschluß E1 der Impedanz fließenden Stromes IE1.The basic structure of the adjustable impedance is shown in FIG. 1. It consists of transistors T1 and T2, which are each operated in a collector circuit, ie as an emitter follower. Both transistor stages are connected to each other via an emitter series resistor R1 and R2, respectively, and form a connection E1 of the adjustable impedance Z. Between the base connections of the two transistors T1 and T2, an adjustable voltage source US is connected, by means of which the impedance can be varied. The potential at the collectors of the two transistors T1 and T2 can be chosen to be greater than or equal to the base potential B of the transistor T1. The second terminal E2 of the impedance is the base node of T1. Depending on the application, the collectors of the two transistors T1 and T2 can either be connected to the base node B of the transistor T1 ( FIG. 1) or to an operating voltage source U0 ( FIG. 2). When connected to the base node of transistor T1, a change in current IE2 in terminal E2 corresponds to the adjustable impedance of the change in current flowing from terminal E1 in impedance IE1. In the case of the connection of the two collector connections of T1 and T2 with an operating voltage source U0, the change in the current IE2 in connection E2 corresponds to the adjustable impedance of the change in current divided by the current gain b of the transistors, the change in current flowing from connection E1 in impedance IE1.

Zur Arbeitspunkteinstellung des Transistors T1 wird die ser an seinem Emitterknoten zusätzlich mit dem konstanten Quellenstrom I1 versorgt. Dieser muß so gewählt sein, daß er mindestens dem maximalen in den Eingang E1 fließendem Strom IE1 entspricht, d. h.:To set the operating point of the transistor T1 at its emitter node with the constant Source current I1 supplied. This must be chosen so that it at least the maximum current flowing into input E1 Corresponds to IE1, i. H.:

Bei Vernachlässigung der Innenwiderstände der beiden Transistoren ergibt sich als Stellbereich für die Impedanz Z:Neglecting the internal resistance of the two Transistors result as a setting range for the impedance Z:

Anstelle der Einspeisung eines Quellenstromes I1 in den Emitter des Transistors T1 kann zur Arbeitspunkteinstellung der Transistoren alternativ oder zusätzlich eine Stromquelle I3 mit dem ersten Anschluß E1 der einstellbaren Impedanz ver bunden werden. Diese Stromquelle kann entweder einen Kon stantstrom liefern oder einen einstellbaren Strom, dessen Einstellung mit der Einstellung der Spannungsquelle US gegen sinnig gekoppelt ist.Instead of feeding a source current I1 into the Emitter of transistor T1 can be used to set the operating point the transistors alternatively or additionally a current source I3 ver with the first connection E1 of the adjustable impedance be bound. This power source can either be a con supply a constant current or an adjustable current whose Setting with the setting of the voltage source US against is sensibly coupled.

In einigen Anwendungsfällen, insbesondere im Falle eines großen Dynamikbereiches des Stromes IE1, kann es erforderlich sein, einen zusätzlichen Strom I2 in den Emitterknoten des Transistors T2 einzuprägen. Der Strom I2 muß zur Impedanzein stellung zusammen mit der Stellspannung US, jedoch gegensin nig zu dieser, variiert werden. Für seinen Maximalwert gilt:In some applications, especially in the case of a large dynamic range of current IE1, it may be required be an additional current I2 in the emitter node of the Impress transistor T2. The current I2 must be at the impedance position together with the control voltage US, however opposite little to this, can be varied. The following applies to its maximum value:

Anstelle der in den Fig. 1 und 2 verwendeten Stell spannungsquelle US kann ein Widerstand RS eingesetzt werden, an dem mittels eines Stellstroms IS der gewünschte Spannungs abfall US = RS IS erzeugt werden kann. Die entsprechende Schaltungsvarianten sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt.Instead of the control voltage source US used in FIGS . 1 and 2, a resistor RS can be used, on which the desired voltage drop US = RS IS can be generated by means of a control current IS. The corresponding circuit variants are shown in FIGS. 3 and 4.

Bei den Transistoren T1 und T2 kann es sich in allen Schaltungen gemäß den Fig. 1 bis 4 sowohl um bipolare als auch um Feldeffekttransistoren handeln, nämlich npn oder pnp bipolare Transistoren oder p-Kanal oder n-Kanal-Feldeffekttransistoren.The transistors T1 and T2 in all circuits according to FIGS. 1 to 4 can be both bipolar and field-effect transistors, namely npn or pnp bipolar transistors or p-channel or n-channel field-effect transistors.

Claims

1. Monolithically integrable, adjustable impedance, characterized by a first transistor (T1) and a second transistor (T2), whose emitters are each connected via a resistor (R1, R2) to a first terminal (E1) of the adjustable impedance (Z) are that the base (B) of the first transistor (T1) is firmly connected to the other terminal (E2) of the impedance, that the emitter of the first transistor (T1) is connected to a constant current source (I1) which is the operating point of the first Transistor (T1) determines that the collectors of both transistors (T1, T2) are connected to the base of the first transistor (T1) and that between the base connections of the two transistors (T1, T2) an adjustable voltage source (US) for setting the Impedance (Z) is switched.

2. Impedance according to claim 1, characterized in that a Constant current source (I3) from that of the first terminal (E1) to the first transistor (T1) leading resistor (R1) is connected to the emitter of the first transistor (T1).

3. Impedance according to claim 1 or 2, characterized in that that the emitter of the second transistor (T2) with a adjustable current source (I2) is connected, its setting with the setting of the voltage source (US) in opposite directions is coupled.

4. Impedance according to claim 2 or 3, characterized in that that the constant current source (I3) for setting the one adjustable impedance in opposite directions with the adjustment of the span voltage source (US) is coupled.

5. Impedance according to one of claims 1 to 4, characterized indicates that the collectors of both transistors (T1, T2) jointly connected to an operating voltage source (U0) are.

6. Impedance according to one of claims 1 to 5, characterized shows that the adjustable voltage source (US) by a resistor (RS) is formed, which is set by a flow of electricity (IS).

7. Impedance according to one of claims 1 to 6, characterized records that the transistors (T1, T2) npn or pnp bipolar transistors or p-channel or n-channel field effect transistors are.