DE3742075A1 - Device for compensating for switching delays - Google Patents

Device for compensating for switching delays

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Abstract

The present invention describes a switching delay compensation circuit for components which exhibit unequal turn-on and turn-off delays. A switching delay of the component is eliminated by introducing a fixed delay at the reference edge of a driver signal. Two out-of-phase signals are applied to transistors of the opposite type of conduction, which have an RC time constant. The output signals of the transistors of the opposite type of conduction are supplied to the driver transistors of the component. The time constants are selected in such a manner that each respective pulse edge of the out-of-phase input signal is delayed by the fall times and rise times of the component. An unbalanced embodiment is also described. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft hochohmige Treiberschaltkreise und insbesondere Schaltverzögerungskompensationsschaltung für einen hochohmigen Treiber für Bauteile mit ungleichen An- und Abschaltverzögerungen.The present invention relates to high impedance driver circuits and in particular switching delay compensation circuit for one high impedance driver for components with unequal on and off Switch-off delays.

Es ist wünschenswert bestimmte elektronische Bauteile, wie Leuchtdioden (LED), mit einer kontrollierten Stromquelle zu versorgen, weil der erzeugte Stromfluß annähernd proportional zum Signalstrom ist, der durch das Bauteil in einem vorgegebenen Temperaturbereich fließt. Dem steht entgegen, daß die Vorwärtsspannung von Dioden eine starke Temperaturabhängigkeit bei konstantem Strom- oder Signalfluß über dem gleichen Temperaturbereich zeigt. Charakteristisch für Halbleiterdioden, einschließlich LEDs, ist eine durch die gespeicherte Ladung verursachte Abschaltverzögerung bei Wegnahme des Treiberstroms. Das Phänomen der gespeicherten Ladung verstärkt sich, wenn ein hochohmiger Treiber, im allgemeinen ein Konstantstromtreiber verwendet wird, der keinen niederohmigen Pfad hat, über den die gespeicherte Ladung schnell abfließen könnte. Die Abschaltverzögerung tritt besonders deutlich zu Tage, wenn das Bauteil im Digitalbetrieb oder mit Puls-Frequenz- Modulation betrieben wird.It is desirable to have certain electronic components, such as light emitting diodes (LED) to be supplied with a controlled power source because of the current flow generated is approximately proportional to the signal current through the component flows in a specified temperature range. That stands contrary to that the forward voltage of diodes is a strong one Temperature dependence with constant current or signal flow above the shows the same temperature range. Characteristic of semiconductor diodes, including LEDs, is one caused by the stored charge Switch-off delay when the driver current is removed. The phenomenon of stored charge increases when a high-impedance driver, in generally a constant current driver is used that does not has a low-impedance path through which the stored charge quickly could drain off. The switch-off delay occurs particularly clearly Days when the component is in digital mode or with pulse frequency Modulation is operated.

Beispielsweise sei angenommen, daß das Bauteil mit einer schaltenden Konstantstromquelle im Tastverhältnis 1 : 1 betrieben wird. Die Fourieranalyse des Treiberstroms zeigt ein Frequenzspektrum mit einer Hauptkomponente bei der Grundfrequenz, dem Kehrwert der Impulsperiode, und mit abnehmenden Komponenten bei den ungeradzahligen Harmonischen der Grundschwingung. Es tritt kaum ein Gleichstromanteil auf, d.h. die zweite Harmonische oder andere geradzahlige Harmonische sind vernachlässigbar. Ist das Signal wechselstromgekoppelt, dann ist sein Mittelwert null, das heißt, es ist kein Gleichstromanteil vorhanden und die Mittelpunkte der steigenden und fallenden Impulsflanken liegen bei den Nulldurchgängen der Treiberfrequenz. Wenn jedoch der geschaltete Konstantstromtreiber benutzt wird, um ein Bauteil zu erregen, dessen Abschaltverzögerung ein signifikanten Anteil der Puls- oder Trägerfrequenzperiode ausmacht, dann weist der gleichgerichtete Strom einen Gleichanteil auf, der in der ursprünglichen Signalform nicht enthalten war. Eine Fourieranalyse des gleichgerichteten Stroms würde ein Spektrum zeigen, das eine Gleichkomponente, d.h. mehrere geradzahlige harmonische Terme aufweist. Wenn das Treibersignal frequenzmoduliert ist, würde der gleichgerichtete Strom einen zeitvariablen Gleichanteil aufweisen. Dieser zeitvariable Gleichanteil würde die Zeitpunkte der Nulldurchgänge verschieben und damit die Information ändern, die in ihnen liegt. Deshalb ist es wichtig, bei allen Winkelmodulationen auf die Trägersymmetrie zu achten. Andere Gründe für die Aufrechterhaltung einer Trägersymmetrie in FM oder PM Systemen außergewöhnlicher Bandbreite, wo die Modulationsbandbreite einen signifikanten Teil der Trägerfrequenz ausmacht, bestehen darin, daß die unteren Seitenbandkomponenten der zweiten Harmonischen, im Zusammenwirken mit Nichtlinearitäten des Systems, sich mit benötigten oberen Seitenbändern der Grundschwingung mischen und damit niederfrequente Intermodulationen erzeugen. Diese niederfrequenten Intermodulationen, oft "Moire" genannt, können das demodulierte Basisbandsignal stören.For example, assume that the component is operated with a switching constant current source in a 1: 1 duty cycle. The Fourier analysis of the driver current shows a frequency spectrum with a main component at the fundamental frequency, the reciprocal of the pulse period, and with decreasing components at the odd harmonics of the fundamental. There is hardly a DC component, ie the second harmonic or other even harmonics are negligible. If the signal is AC-coupled, then its mean value is zero, which means that there is no DC component and the midpoints of the rising and falling pulse edges are at the zero crossings of the driver frequency. However, if the switched constant current driver is used to excite a device whose turn-off delay is a significant portion of the pulse or carrier frequency period, then the rectified current will have a DC portion that was not included in the original waveform. A Fourier analysis of the rectified current would show a spectrum that has a direct component, ie several even harmonic terms. If the driver signal is frequency modulated, the rectified current would have a time-variable DC component. This time-variable constant component would shift the times of the zero crossings and thus change the information that is in them. It is therefore important to pay attention to the carrier symmetry in all angle modulations. Other reasons for maintaining carrier symmetry in FM or PM systems of exceptional bandwidth, where the modulation bandwidth is a significant part of the carrier frequency, are that the lower sideband components of the second harmonic, in conjunction with nonlinearities of the system, deal with required upper sidebands of the fundamental mix and thus generate low-frequency intermodulations. These low-frequency intermodulations, often called "moirs", can interfere with the demodulated baseband signal.

Wenn das Treibersignal eine feste Frequenz mit einem konstanten Tastverhältnis hat und wenn Vorrichtungen vorhanden sind, das Tastverhältnis des Treibersignals einzustellen, können diese Gleichanteile eliminiert werden, indem man das Tastverhältnis des Treibersignals mit einem Offset versieht, um die Asymmetrie des Bauteils zu kompensieren. Diese Methode der Eliminierung des Gleichanteils funktioniert nicht, wenn das Treibersignal eine variable Frequenz hat oder frequenzmoduliert ist mit einer signifikanten Abweichung von der unmodulierten Restfrequenz, weil die Höhe der erforderlichen Korrektur, gemessen in Coulomb, konstant ist, während die Korrekturgröße die von einer variablen Frequenzquelle geliefert wird, sich umgekehrt proportional zur Frequenz ändert. If the driver signal is a fixed frequency with a constant Has duty cycle and if devices are present that Setting the pulse duty factor of the driver signal can do this DC components can be eliminated by changing the duty cycle of the Driver signal with an offset to the asymmetry of the component to compensate. This method of eliminating the DC component does not work if the driver signal has a variable frequency or is frequency modulated with a significant deviation from the unmodulated residual frequency because the amount of correction required, measured in Coulomb, is constant, while the correction quantity is that of a variable frequency source is supplied, vice versa changes in proportion to the frequency.  

Ein typischer Treiberschaltkreis obengenannter Art für einen LED ist in Fig. 1 dargestellt und eingebaut in das WAVELINK Model 3290/91 Glasfaserübertragungssystem, hergestellt von der Grass Valley Gruppe aus Grass Valley, Kalifornien. Ein FM Modulator erzeugt symmetrische Impulse von entgegengesetzter Polarität, die von geeigneten Verstärkern gepuffert werden. Diese Impulse werden an die Basis der entsprechenden Transistoren Q 1 und Q 2 gegeben, deren gemeinsamer Emitter mit einer Konstantstromquelle verbunden ist. Das LED Bauteil befindet sich im Kollektorkreis einer der Transistoren, während der Kollektor des anderen Transistors mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Das jeweilige Basiseingangssignal ist in Fig. 2 dargestellt, zusammen mit der optischen Signalform des LED. Wie man sieht ist eine erhebliche Abweichung vorhanden.A typical driver circuit of the above type for an LED is shown in Fig. 1 and incorporated into the WAVELINK Model 3290/91 fiber optic transmission system manufactured by the Grass Valley Group of Grass Valley, California. An FM modulator generates symmetrical pulses of opposite polarity, which are buffered by suitable amplifiers. These pulses are given to the base of the corresponding transistors Q 1 and Q 2 , the common emitter of which is connected to a constant current source. The LED component is located in the collector circuit of one of the transistors, while the collector of the other transistor is connected to a voltage source. The respective basic input signal is shown in Fig. 2, together with the optical signal shape of the LED. As you can see there is a significant difference.

Es besteht deshalb die Aufgabe Schaltverzögerungen dieser Bauteile zu kompensieren, um den Gleichanteil und die geradzahligen harmonischen Komponenten, die die Störungen im Ausgangssignal des Gerätes verursachen, zu eliminieren. Die Lösung dieser Aufgabe ist dem vorangestellten Hauptanspruch zu entnehmen. Die Unteransprüche beinhalten Ausgestaltungen.There is therefore the task of switching delays for these components compensate for the DC component and the even harmonic Components that cause interference in the output signal of the device to eliminate. The solution to this problem is the preceding one Main claim. The subclaims include Configurations.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsformen.Further details, advantages and features of the invention emerge from the preferred embodiments shown in the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltschema eines LED- Treiberschalterkreises der obengenannten Art, Fig. 1 is a simplified circuit diagram of a LED driver switching circuit of the above type,

Fig. 2 ein Signalformdiagramm des in Fig. 1 dargestellten Schaltkreises, FIG. 2 is a waveform diagram of the circuit shown in FIG. 1;

Fig. 3 ein Schaltschema eines Treiberschaltkreises, der eine Abschaltverzögerungskompensationsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet, Fig. 3 is a circuit diagram of a driver circuit that includes a Abschaltverzögerungskompensationsschaltung according to the present invention,

Fig. 4 ein Signaldiagramm des in Fig. 3 dargestellten Schaltkreises, Fig. 4 is a signal diagram of the circuit shown in Fig. 3,

Fig. 5 ein alternatives Schaltschema eines unkompensierten Treiberkreises mit einer Abschaltverzögerungskompensationsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 shows an alternative circuit diagram of a driver circuit with a uncompensated Abschaltverzögerungskompensationsschaltung according to the present invention.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, liefert ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) 10 zwei gegenphasige Signale mit nahezu gleichen Anstiegs- und Abfallzeiten, die klein gegenüber der Periodendauer des Signals sind. Die gegenphasigen Signale werden über Koppelkondensatoren C 1, C 2 und Basisvorwiderstände R 1, R 2 an die Basis von zwei Transistoren Q 3 und Q 4 mit entgegengesetzten Leitungstyp gelegt. Die Kollektoren von Q 3 und Q 4 sind an entsprechende Spannungsquellen gelegt. Die Emitter der Transistoren entgegengesetzten Leitungstyps sind über Basiswiderstände R 7, R 8 mit den symmetrischen Treibertransistoren Q 1 und Q 2 verbunden. Die Emitter von Q 1 und Q 2 sind miteinander verbunden und werden von einer Konstantstromquelle Ic gespeist. Der Kollektor einer der Treibertransistoren ist auf die Bezugspannung gelegt und der Kollektor des anderen Treibertransistor ist über ein elektronisches Bauelement wie z.B. eine LED mit derselben Spannung verbunden.As shown in Figs. 3 and 4, a voltage controlled oscillator (VCO) 10 provides two antiphase signals with nearly equal rise and fall times, which are small compared to the period of the signal. The antiphase signals are applied via coupling capacitors C 1 , C 2 and base series resistors R 1 , R 2 to the base of two transistors Q 3 and Q 4 with opposite conductivity types. The Q 3 and Q 4 collectors are connected to corresponding voltage sources. The emitters of the transistors of opposite conductivity types are connected to the symmetrical driver transistors Q 1 and Q 2 via base resistors R 7 , R 8 . The emitters of Q 1 and Q 2 are connected to one another and are fed by a constant current source Ic . The collector of one of the driver transistors is connected to the reference voltage and the collector of the other driver transistor is connected to the same voltage via an electronic component such as an LED.

Die Emitter der Transistoren Q 3 und Q 4 entgegengesetzten Leitungstyps sind auch mit entsprechenden RC-Kreisen, R 3/ R 5/ C 3 und R 4/ R 6/ C 4, verbunden, um eine Verzögerungskompensation vorzusehen. Wenn zum Beispiel, wie in der Schaltung gezeigt, Q 3 ein PNP Transistor ist, kann er die Basisspannung von Q1 sehr schnell herunterziehen, während die Geschwindigkeit des Hochziehens der Basisspannung durch (R 3+R 5)*C 3 begrenzt ist. Ähnlich kann Q 3, sofern es ein NPN Transistor ist, die Basisspannung von Q 2 sehr schnell hinaufziehen, während das Herabziehen der Basisspannung begrenzt ist durch (R 4+R 6)*C 4. Die zwei RC- Zeitkonstanten werden so gewählt, daß jede Flanke gemäß tf-tr verzögert wird, wobei tf und tr die Abfall- und Anstiegzeiten des LED sind. Zur Anpassung an verschiedene LED′s ist einer der Kondensatoren wie C 3 verstellbar, um eine Verzögerungskorrektur bei Bauelementsunterschieden vorzunehmen. Das an der Bezugsflanke des Steuersignals angebrachte Korrekturmaß für das Eliminieren der Schaltverzögerung des Bauteils bleibt konstant, unabhängig davon ob die Frequenzquellen nun konstant oder variabel sind. Obwohl ein symmetrischer VCO dargestellt ist, kann auch ein Modulator obengenannter Art mit gegenphasigen Ausgängen benutzt werden. Der Modulator kann dann benutzt werden, um Kommunikationssignale ohne Störung des Geräteausgangs zu übertragen. Obwohl die bevorzugte Ausführung eine symmetrische Konfiguration gemäß Fig. 3 ist, kann auch eine unsymmetrische Version, wie in Fig. 5 dargestellt, verwendet werden. Wie leicht ersichtlich besteht diese Version aus einer Hälfte des Schaltkreises der Fig. 3, wobei die Arbeitsweise sich von oben beschriebener nicht unterscheidet. Somit liefert die vorliegende Erfindung eine Schaltverzögerungskompensationsschaltung, die zur Kompensation von Schaltverzögerungen eines elektronischen Bauteils dient, das ungleiche An- und Abschaltzeiten aufweist, durch die Einführung einer festen Verzögerung bei der Bezugsflanke des Steuersignals, um die Schaltverzögerung des Bauteils zu eliminieren. The emitters of transistors Q 3 and Q 4 of opposite conduction type are also connected to corresponding RC circuits, R 3 / R 5 / C 3 and R 4 / R 6 / C 4 , to provide delay compensation. For example, as shown in the circuit, if Q 3 is a PNP transistor, it can pull down the base voltage of Q1 very quickly, while the rate of pulling up the base voltage is limited by (R 3 + R 5 ) * C 3 . Similarly, Q 3 , if it is an NPN transistor, can pull up the base voltage of Q 2 very quickly, while pulling down the base voltage is limited by (R 4 + R 6 ) * C 4 . The two RC time constants are chosen so that each edge is delayed according to tf-tr , where tf and tr are the fall and rise times of the LED. To adapt to different LEDs, one of the capacitors such as C 3 is adjustable in order to make a delay correction in the case of component differences . The correction measure applied to the reference edge of the control signal for eliminating the switching delay of the component remains constant, regardless of whether the frequency sources are now constant or variable. Although a symmetrical VCO is shown, a modulator of the type mentioned above can be used with outputs in phase opposition. The modulator can then be used to transmit communication signals without disturbing the device output. Although the preferred embodiment is a symmetrical configuration according to FIG. 3, an asymmetrical version as shown in FIG. 5 can also be used. As can easily be seen, this version consists of one half of the circuit of FIG. 3, the mode of operation being no different from that described above. Thus, the present invention provides a switching delay compensation circuit that is used to compensate for switching delays of an electronic component that has unequal on and off times by introducing a fixed delay on the reference edge of the control signal to eliminate the switching delay of the component.

Claims (13)

1. Schaltverzögerungskompensationsschaltung, gekennzeichnet durch,
  • - eine Eingangssignalquelle, die ein Eingangssignal mit symmetrischen Impulsflanken liefert,
  • - eine Vorrichtung, um eine der Impulsflanken des Eingangssignals um einen Betrag zu verzögern, der den Ungleichheiten der An- und Abschaltzeiten eines zu betreibenden elektronischen Bauteils entspricht; und
  • - eine Treiberschaltung, zum Treiben des elektronischen Bauteils, deren Eingangssignal aus dem Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung besteht.
1. switching delay compensation circuit, characterized by
  • an input signal source which supplies an input signal with symmetrical pulse edges,
  • a device for delaying one of the pulse edges of the input signal by an amount which corresponds to the inequalities in the switch-on and switch-off times of an electronic component to be operated; and
  • - A driver circuit for driving the electronic component, the input signal of which consists of the output signal of the delay device.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiberschaltkreis ein symmetrischer Kreis mit einer Konstantstromquelle und zwei Eingängen ist.2. Circuit according to claim 1, characterized, that the driver circuit is a symmetrical circle with a Constant current source and two inputs. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignalquelle einen spannungsgesteuerten Oszillator für symmetrische Signalformen aufweist, der gegenphasige Signale erzeugt, die als Eingangssignal für eine Verzögerungseinrichtung dienen.3. Circuit according to claim 2, characterized, that the input signal source is a voltage controlled oscillator for has symmetrical waveforms that generate antiphase signals, which serve as an input signal for a delay device. 4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignalquelle einen Modulator aufweist, der gegenphasige Signale erzeugt, die als Eingangssignale für die Verzögerungseinrichtung dienen.4. Circuit according to claim 2, characterized, that the input signal source has a modulator that generates opposite phase signals that are used as input signals for the  Serve delay device. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung aus einem Paar elektronischer Bauteile entgegengesetzten Leitungstyps besteht, an welche die gegenphasigen Eingangssignale angelegt sind und Einrichtungen, um die Verzögerungsszeit einer der Impulsflanken des gegenphasigen Signals, das am Ausgang der elektronischen Bauteile unterschiedlichen Leitungstyps entsteht, zu verändern, wobei die Verzögerungszeit der Abschaltverzögerung des elektronischen Bauteils entspricht und das gegenphasige Ausgangssignal als Eingangssignal des jeweiligen Treiberschaltkreises dient.5. Circuit according to claim 4, characterized, that the delay device consists of a pair of electronic There are components of the opposite line type to which the opposite phase input signals are applied and facilities to the Delay time of one of the pulse edges of the antiphase signal, the different at the output of the electronic components Line type arises, changing, the delay time of Switch-off delay of the electronic component corresponds to that antiphase output signal as the input signal of the respective Driver circuit is used. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingkreise (RC-Kreise) vorhanden sind, die mit den Ausgängen der elektronischen Bauelemente von entgegengesetzten Leitungstyp verbunden sind, wobei die Zeitkonstanten der RC-Kreise die Verzögerungszeit einer der Impulsflanken des gegenphasigen Ausgangssignals der elektronischen Bauelemente entgegengesetzten Leitungstyps bestimmen.6. Circuit according to claim 5, characterized, that resonant circuits (RC circuits) are present that are connected to the outputs of electronic components of opposite conduction type are connected, the time constants of the RC circuits being the Delay time of one of the pulse edges of the opposite phase Output signal of the electronic components opposite Determine line type. 7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der RC-Kreise mit einer Einstellvorrichtung versehen ist, um die Verzögerung den elektronischen Bauteilen anzupassen.7. Circuit according to claim 6, characterized, that one of the RC circuits is provided with an adjusting device in order to adapt the delay to the electronic components. 8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiberschaltkreis nur einen Treiber mit einer Konstantstromquelle aufweist, um das elektronische Bauelement zu treiben.8. Circuit according to claim 1, characterized, that the driver circuit has only one driver with one Has constant current source to the electronic component float. 9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignalquelle nur einen spannungsgesteuerten Oszillator aufweist, der das Eingangssignal erzeugt.9. Circuit according to claim 8, characterized, that the input signal source is only a voltage controlled oscillator  which generates the input signal. 10. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignalquelle nur einen Modulator aufweist, der das Eingangssignal erzeugt.10. Circuit according to claim 8, characterized, that the input signal source has only one modulator that Input signal generated. 11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsvorrichtung ein Verzögerungsbauelement aufweist, dem das Eingangssignal zugeführt wird und Vorrichtungen für den Wechsel der Verzögerungszeit, die eine Funktion der unterschiedlichen An- und Abschaltverzögerungen der elektronischen Bauelemente ist, für die Ausgabe eines Verzögerungseingangssignals, das dem Eingang des Treiberkreises zugeführt wird.11. Circuit according to claim 10, characterized, that the delay device has a delay component, which the input signal is supplied and devices for the Change the delay time which is a function of different Switch-on and switch-off delays of the electronic components is for the output of a delay input signal which corresponds to the input of the Driver circuit is supplied. 12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingvorrichtung (RC-Kreis) am Ausgang der Verzögerungsvorrichtung vorhanden ist.12. Circuit according to claim 11, characterized, that a vibrating device (RC circuit) at the exit of the Delay device is present. 13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der RC-Kreis eine Einstellvorrichtung aufweist, um die Verzögerungszeit dem elektronischen Bauelement anzupassen.13. Circuit according to claim 12, characterized, that the RC circuit has an adjusting device to the Adapt the delay time to the electronic component.
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