DE4444622C1 - Treiberschaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltungsanordnung, ins­ besondere für Zwischenfrequenzsignale in einem Fernsehgerät.

Treiberschaltungen werden verwendet, um Signale verstärkt und möglichst niederohmig zur Einspeisung an nachgeschaltete Funktionseinheiten bereitzustellen. In der TV-Signalverarbei­ tung, insbesondere in Tunern für Fernsehsignale, sind zur An­ steuerung von Oberflächenwellenfiltern, durch die das Signal des eingestellten Senders bei der Zwischenfrequenz ausgefil­ tert wird, Treiberschaltungen notwendig. Oberflächenwellen­ filter weisen bekanntlich eine relativ hohe Dämpfung auf, die üblicherweise bei 15 dB liegen kann. Das dem Oberflächenwel­ lenfilter zugeführte Eingangssignal sollte deshalb mindestens um diesen Wert verstärkt vorliegen. Um eine möglichst hohe Signalleistung übertragen und Mehrfachreflexionen vermeiden zu können, ist es erforderlich, daß der Treiberausgang das Signal niederohmig bereitstellt.

Bei bisherigen Lösungen, z. B. der integrierten Schaltung TUA 2017 der Firma Siemens, wird die Treiberschaltung mit einer Versorgungsspannung von typischerweise 12 v gespeist. Die Niederohmigkeit am Treiberausgang kann dann durch bekann­ te Schaltungsprinzipien mit einem ausgangsseitigem Emitter­ folgertransistor ohne weiteres realisiert werden. Nunmehr besteht jedoch die Anforderung, die Versorgungsspannung zu verringern, beispielsweise auf den 5 V-Standard. Bei derart niedriger Versorgungsspannung ist es nicht mehr ohne weiteres möglich, mehrere zwischen die Versorgungsspannung in Reihe geschaltete Basis-Emitter-Strecken in einer Treiberschaltung bei ausreichender Störsicherheit zu betreiben. Die bisherigen Schaltungskonzepte können deshalb bei verringert er Versor­ gungsspannung nicht mehr angewandt werden.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE-A1-40 38 379 ist eine Verstärkerschaltung beschrieben. Diese enthält einen Diffe­ renzverstärker mit emittergekoppelten Transistoren, deren Kollektoranschlüsse jeweils über ein Gegenkopplungselement mit den Basisanschlüssen verbunden sind. Die Basisanschlüsse der Differenzverstärkertransistoren sind über je eine Kon­ stantstromquelle mit einem Anschluß der Versorgungsspannung verbunden. Die Gegenkopplungselemente enthalten jeweils einen Emitterfolgertransistor mit emitterseitigem Widerstand. Die Ausgangsanschlüsse sind am Verbindungsknoten zwischen Emit­ terfolgertransistor und emitterseitigem Widerstand vorgesehen.

In der deutschen Patentschrift DE-C3-22 15 626 ist eine Dif­ ferenzverstärkerschaltung gezeigt, bei der die Kollektoren der emittergekoppelten Differenzverstärkertransistoren die Stromausgänge der Schaltung sind. Die Basisanschlüsse der Differenzverstärkertransistoren sind über eine Diode mit Bezugspotential verbunden. An den Basisanschlüssen der Diffe­ renzverstärkertransistoren wird neben einem Konstantstrom ein differentielles Stromsignal als Eingangssignal eingekoppelt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Treiberschal­ tung, insbesondere für TV-Zwischenfrequenzsignale anzugeben, die bei geringer Versorgungsspannung eine hohe Verstärkung und niedrige Ausgangsimpedanz aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Treiberschaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben.

Der erfindungsgemäße Treiber weist sogenannte Open-Kollektor- Ausgänge auf. Die Versorgungsspannung kann deshalb bei inte­ grierter Realisierung des Treibers außerhalb der integrierten Schaltung bereitgestellt werden. Die Verstärkung des Treibers wird von dem durch den Differenzverstärker fließenden Strom eingestellt. Die Gegenkopplung sorgt für die gewünschte nie­ derohmige Ausgangsimpedanz. Durch die das Gegenkopplungsele­ ment nach Bezugspotential verbindende gesteuerte Stromquelle können Verstärkung und Ausgangsimpedanz in einem weiten Bereich voneinander unabhängig eingestellt werden. Darüber hinaus wird dadurch der Arbeitspunkt des Differenzverstärkers stabilisiert. Außerdem kann durch die gesteuerten Stromquel­ len der Eingang optimal an das Eingangssignal in bezug auf seine Eingangsimpedanz angepaßt werden. Es ist somit eine niedrige Rauschzahl erreichbar.

In einer ersten Ausführung der Treiberschaltung ist vorgese­ hen, daß die Eingangssignale bereits bandpaßgefiltert vor­ liegen. Dies kann durch einen geeignet abgestimmten frequenz­ selektiven Schwingkreis erreicht werden. Üblicherweise wird ein solcher Schwingkreis außerhalb der die Treiberschaltung enthaltenden integrierten Schaltung mit diskreten Elementen realisiert. Eine zweite Ausführungsform sieht eine vollstän­ dig integrierte Lösung vor, bei der die Treiberschaltung selbst Bandpaßcharakteristik aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungs­ form mit externem eingangsseitigem Schwingkreis,

Fig. 2 eine Treiberschaltung gemäß der zweiten Ausfüh­ rungsform mit Bandpaßcharakteristik und

Fig. 3 die Anwendung einer Treiberschaltung in einer Zwischenfrequenzstufe eines Fernsehsignale verar­ beitenden Geräts.

Die Zwischenfrequenzstufe gemäß Fig. 3 enthält einen Mischer 1, in dem ein über einen HF-Verstärker erhaltenes Hochfre­ quenzsignal RF mit einem Lokaloszillatorsignal LO gemischt wird und an dem ausgangsseitig das Signal des eingestellten Fernsehsenders IF bei der Zwischenfrequenz des Fernsehgeräts vorliegt. Als Mischer 1 kann beispielsweise ein herkömmlicher Gilbert-Multiplizierer verwendet werden. Das Signal bei Zwischenfrequenzlage IF wird einer Treiberschaltung 2 zuge­ führt. Das Signal IF liegt dabei als Gegentaktsignal vor. Durch die Treiberschaltung 2 wird das Signal IF rauscharm verstärkt und niederohmig an ein Oberflächenwellenfilter (OFW) 3 abgegeben. Durch das OFW 3 wird aus dem bei Zwischen­ frequenzlage vorliegenden Frequenzspektrum das Signal des eingestellten Senders ausgefiltert. Hierzu ist ein OFW-Filter wegen der steilen Flanken besonders geeignet. Zur impedanzmä­ ßigen Anpassung des Treiberausgangs des Treibers 2 an den Eingang des OFW-Filters 3 ist eine Induktivität 4 vorgesehen. Da die Ausgänge des Treibers 2 als Open-Kollektor-Ausgänge ausgeführt sind, wird eine Versorgungsspannung VCC den Open- Kollektor-Anschlüssen extern zugeführt. Hierzu ist der An­ schluß für die Versorgungsspannung VCC an den Mittelabgriff einer zwischen die Ausgänge geschalteten Spule angeschlossen. Zur Glättung dient ein Kondensator 5. Ein niederohmiger Wi­ derstand 6 dient zur Entkopplung. Alternativ zur induktiven Kopplung ist auch eine Gleichstromankopplung in Form einer direkten Verbindung der Treiberausgänge an die Eingänge des Oberflächenwellenfilters möglich oder eine kapazitive Ankopp­ lung durch je eine in die Verbindungsleitungen geschaltete Kapazität.

Die erste Ausführungsform der Treiberschaltung 2 gemäß Fig. 1 enthält einen Differenzverstärker mit emittergekoppelten Bipolartransistoren 10, 11. Die gekoppelten Emitter der Bipo­ lartransistoren 10, 11 sind über einen Widerstand 12 an einen Anschluß für Bezugspotential (Masse) geschaltet. Das Zwi­ schenfrequenzeingangssignal IF wird den Basisanschlüssen der Transistoren 10, 11 zugeführt. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 10, 11 dienen als Open-Kollektor-Ausgänge 13, 14 des Treibers 2. Die Kollektoren der Transistoren 10, 11 sind über je einen Rückkopplungswiderstand 15 bzw. 16 auf ihre jeweiligen Basisanschlüsse rückgekoppelt. Eine Stromquelle 17, 18 verbindet den jeweiligen Rückkopplungswiderstand 15 bzw. 16 mit dem Masseanschluß. Die Stromquellen 17, 18 ent­ halten jeweils einen Bipolartransistor 19, 20 mit emitter­ seitigem Widerstand 21 bzw. 22. Die Basisanschlüsse der Stromquellentransistoren 19, 20 sind mit den Basisanschlüssen der Differenzverstärkertransistoren 10 bzw. 11 verbunden sowie an die Eingangssignalanschlüssen gekoppelt. Die Strom­ quellen 17, 18 können deshalb als vom Eingangssignal gesteu­ erte Stromquellen angesehen werden.

Das Eingangssignal IF wird durch einen Parallelschwingkreis 23 gefiltert. Dadurch werden beispielsweise Spiegelfrequenzen und weitere außerhalb des Zwischenfrequenzbereichs liegende Störsignale gedämpft. Darüber hinaus sind Kondensatoren 24, 25 zur Gleichstromentkopplung vorgesehen. Je eine hochohmiger Widerstand 26, 27 sorgt für eine Entkopplung von Eingang und Ausgang des Treibers 2, so daß die an den Anschlüssen 13, 14 angeschlossenen Impedanzen vom Schwingkreis 23 und diesem vorgeschalteten Impedanzen entkoppelt werden.

Durch die in Fig. 1 gezeigte Treiberschaltung wird eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine relativ hohe Verstärkung erreicht, so daß ein an den Anschlüssen 13, 14 angekoppeltes Oberflächenwellenfilters 3 möglichst gut angesteuert werden kann. Die Widerstände 15, 16 sorgen für eine Gegenkopplung des Differenzverstärkers 10, 11, 12. Die Stromquellen 17, 18 dienen zur Einstellung des durch die Rückkopplungswiderstände 15, 16 fließenden Stroms unabhängig von dem durch den Differ­ enzverstärker fließenden Strom. Es kann dadurch erreicht wer­ den, daß Verstärkung und Ausgangsimpedanz im wesentlichen voneinander getrennt einstellbar sind. Darüber hinaus stabi­ lisiert der an den Basisanschlüssen der Stromquellentransis­ toren 19, 20 anliegende Signalpegel den Arbeitspunkt der Transistoren 10 bzw. 11. Eine zur Ansteuerung eines Oberflä­ chenwellenfilters 3 günstige Einstellung der Ströme durch die Stromquellen 17 bzw. 18 und durch den Differenzverstärker­ strompfad 12 liegt dann vor, wenn das Verhältnis der Ströme durch die Stromquellen 17 bzw. 18 zum Strom durch den Differ­ enzverstärkerstrompfad 12 in etwa 1 : 8 beträgt. Die Ausgangs­ impedanz an den Anschlüssen 13, 14 beträgt in einer prakti­ schen Realisierung 80 Ohm. Durch eine abgestimmte Dimensio­ nierung der Rückkopplungswiderstände 15, 16 und der durch die entsprechenden Stromquellen 17 bzw. 18 fließenden Ströme kann der Eingang des Treibers auf die eingangsseitige, das Signal IF zuführende Impedanz gut abgestimmt werden. Wegen dieser eingangsseitigen Anpassung des Treibers wird das Signal-zu- Rausch-Verhältnis relativ günstig. In den Strompfaden zwi­ schen der Versorgungsspannung VCC und dem Masseanschluß liegt jeweils nur eine Basis-Emitter-Strecke vor. Die Versorgungs­ spannung kann deshalb relativ niedrig, etwa bei 5 V liegen.

Der Schwingkreis 23 wird zweckmäßigerweise mit diskreten Ele­ menten realisiert. Wenn die Funktionseinheiten 1, 2 der ZF-Stufe in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt werden, müssen entsprechende Außenanschlüsse am Chip zum Anschluß des Schwingkreises 23 vorgesehen werden. Um eine möglichst hohe Integrationsdichte zu erreichen, wird die Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwendet. Diese Treiberschaltung kann zusammen mit dem Multiplizierer 1 ohne Außenanschlüsse und entspre­ chende Schwingkreisbauelemente in einer einzigen integrierten Schaltung realisiert werden. Gleiche in der Fig. 2 verwen­ dete Bauelemente werden mit gleichen Bezugszeichen bezeich­ net.

Das Zwischenfrequenzsignal IF wird kapazitiv über zwei hoch­ frequenzmäßig wirksame Kapazitäten 40, 41 in die Treiberstufe eingespeist. Darüber hinaus ist ein Kondensator 42 zwischen die Basisanschlüsse der Differenzverstärkertransistoren 10, 11 geschaltet. Parallel zu den Gegenkopplungswiderständen 15, 16 liegt jeweils ein Kondensator 43 bzw. 44.

Die Kondensatoren 40, 41 ergeben zusammen mit der Eingangsim­ pedanz der jeweiligen Anschlüsse einen Hochpaß. Die an den Kondensator 41 angeschlossene Eingangsimpedanz wird im wesen­ tlichen durch die vom Kollektor des Transistors 19 gebildete Impedanz bestimmt. Darüber hinaus sind auch die Eingangsim­ pedanzen der hochohmigen Basisanschlüsse der Transistoren 10, 19 wirksam. Entsprechendes gilt für den Kondensator 40. Das Hochpaßverhalten für den jeweiligen Eingang kann dann durch geeignete Dimensionierung des Gegenkopplungswiderstands 15 bzw. 16 und des durch die Stromquelle 17 bzw. 18 fließenden Stroms eingestellt werden. Da der Flächenverbrauch zur Real­ isierung der Kondensatoren 40, 41 bei integrierter Real­ isierung relativ hoch ist, sollten diese Kapazitätswerte so gering wie möglich gewählt werden unter Berücksichtigung einer akzeptablen Verstärkung und bei einer gewünschten Aus­ gangsimpedanz an den Anschlüssen 13, 14.

Der Kondensator 42 sorgt für ein Tiefpaßverhalten des Trei­ bers. Dies wird dadurch bewirkt, daß mit zunehmender Frequenz des Eingangssignals IF der Kondensator 42 zwischen den Basi­ sanschlüssen der Transistoren 10, 11 als Kurzschluß wirkt. Das Tiefpaßverhalten wird unterstützt durch die Kondensatoren 43, 44, die mit den jeweiligen Gegenkopplungswiderständen 15, 16 entsprechende Tiefpässe bilden. Die Kondensatoren 43, 44 sorgen insbesondere dafür, daß der Durchlaßbereich des Trei­ bers für Frequenzen oberhalb des oberen Grenzwerts des Zwischenfrequenzbandes (38,9 MHz) gedämpft wird. Insgesamt ergibt sich dann für den Treiber gemäß Fig. 2 ein Band­ paßverhalten.

Claims (8)

1. Treiberschaltungsanordnung, insbesondere für Zwischenfre­ quenzsignale in einem Fernsehgerät zur Ansteuerung der Ein­ gänge eines Oberflächenwellenfilters, enthaltend:

• - einen Differenzverstärker, der mindestens zwei Transistoren (10, 11) enthält, die Hauptstrompfade aufweisen, deren er­ ste Anschlüsse miteinander gekoppelt sind, und die je einen Steueranschluß für ein Gegentaktsignal (IF) aufweisen,
• - ein zwischen den zweiten Anschluß und den Steueranschluß jedes Transistors (10, 11) geschaltetes Gegenkopplungsele­ ment (15, 16)
• - jeweils eine die Gegenkopplungselemente (15, 16) mit einem Anschluß für Bezugspotential verbindende Stromquelle (17, 18), dadurch gekennzeichnet, daß
• - die zweiten Anschlüsse der Hauptstrompfade der Transistoren (10, 11) Ausgänge (13, 14) zum Abgriff eines Ausgangssi­ gnals sind,
• - die Gegenkopplungselemente (15, 16) jeweils nur passive Elemente sind und
• - die Stromquellen (17, 18) steuerbare Stromquellen sind mit je einem Steueranschluß, der an den Steueranschluß des mit dem jeweiligen Gegenkopplungselement verbundenen Transi­ stors (10 bzw. 11) angeschlossen ist.

2. Treiberschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kapazitive Kopplung (42) zwischen die Steueranschlüsse der Transistoren (10, 11) geschaltet ist und daß die Gegen­ taktsignale (IF) über eine kapazitive Ankopplung (40, 41) an den Steueranschlüssen der Transistoren (10, 11) eingekoppelt werden.

3. Treiberschaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Gegenkopplungselement (15, 16) ein kapazi­ tives Element (43, 44) geschaltet ist.

4. Treiberschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Steueranschlüsse der Transistoren (10, 11) ein frequenzselektierender Schwingkreis (23) geschaltet ist, über den die Gegentaktsignale (IF) angelegt werden und daß zwischen den Schwingkreisanschlüssen und jedes Steueran­ schlusses ein Entkopplungswiderstand (24, 25) geschaltet ist.

5. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse des Oberflächenwellenfilters (3) induktiv an die Ausgänge (13, 14) angekoppelt sind und daß die treiber­ schaltungsseitige Induktivität einen mittleren Abgriff auf­ weist, an den eine Versorgungsspannung (VCC) anlegbar ist.

6. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (10, 11) bipolare Transistoren sind, deren erster Anschluß des Hauptstrompfads der Emitter, deren zwei­ ter Anschluß des Hauptstrompfads der Kollektor und deren Steueranschluß die Basis ist.

7. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Anschlüsse der Transistoren (10, 11) über einen Widerstand (12) mit dem Anschluß für das Bezugspotential verbunden sind.

8. Treiberschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede steuerbare Stromquelle (17, 18) einen bipolaren Transi­ stor (19, 20) enthält, dessen Emitter über einen Widerstand (21, 22) mit dem Anschluß für Bezugspotential verbunden ist und dessen Basis den Steueranschluß der steuerbaren Strom­ quelle (17, 18) bildet.