DE69216283T2

DE69216283T2 - Schaltung für adaptive Stromerzeugung

Info

Publication number: DE69216283T2
Application number: DE69216283T
Authority: DE
Inventors: Chikashi Nakagawara
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2012-04-25
Also published as: EP0511007A1; DE69216283D1; JPH04326408A; KR960015674B1; KR920020820A; JP3058935B2; US5223743A; EP0511007B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine adaptive Stromerzeugungsschaltung. Sie betrifft insbesondere eine adaptive Stromerzeugungsschaltung, die sich zum Stabilisieren der Steilheit eines Steilheitsverstärkers eignet.
Es ist bekannt, daß biquadratische Filterschaltungen und Gyratorfilterschaltungen als Filterschaltungen geeignet sind, die sich in IC-Einrichtungen herstellen lassen. Die Zeitkonstanten dieser Filterschaltungen sind durch C/gm bestimmt, wobei C die Kapazität eines Kondensators ist und gm die Steilheit einer Steilheitsschaltung; beide bilden gemeinsam die Filterschaltung. Die Filtereigenschaft der Filterschaltung wird ausgehend von der Zeitkonstante wahlweise durch eine Rückkopplungstechnik bestimmt. Um stabile Filtereigenschaften zu erhalten, ist es daher erforderlich, die Zeitkonstante C/gm auf einem konstanten Wert zu halten.
Allgemein streut die Kapazität C von Kondensatoren, die in IC-Einrichtungen hergestellt werden, im Bereich von einigen Prozent bezüglich der relativen Werte und um mehrere zehn Prozent im absoluten Wert. Um die Zeitkonstante C/gm konstant zu halten, ist es erforderlich, die Steilheit gm der Steilheitsschaltung proportional zum Wert der Kapazität C einzustellen. Um eine derartige Steilheitsschaltung aufzubauen, die sich für integrierte Filter eignet, verwendet man üblicherweise eine sogenannte Verstärkerzellen-Schaltung, deren Steilheit gm sich proportional zu einem in sie eingespeisten Biasstrom ändert, oder eine emittergekoppelte Differenzschaltung.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Verstärkerzellen-Schaltung. Die Verstärkerzellen-Schaltung umfaßt drei Transistorpaare, nämlich ein erstes Paar Q1 und Q2, ein zweites Paar Q3 und Q4 und ein drittes Paar Q5 und Q6. Die Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 liegen an der Versorgungsspannung Vcc. An den Basen dieser beiden Transistoren liegt das Eingangssignal. Die Emitter von Q1 und Q2 liegen über die Widerstände R1 und R2 an den Kollektoren der Transistoren Q3 und Q4. Die Basen der Transistoren Q3 und Q4 sind mit ihren eigenen Kollektoren verbunden, so daß die Transistoren diodenartig wirken . Die Emitter dieser Transistoren sind üblicherweise an eine erste Stromquelle mit dem Strom I1 angeschlossen. Die erste Stromquelle ist hier ebenfalls mit I1 bezeichnet. Die Kollektoren der Transistoren Q3 und Q4 sind zudem mit den Basen der Transistoren Q5 und Q6 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q5 und Q6 sind normalerweise an eine zweite Stromquelle mit dem Strom I2 angeschlossen. Die zweite Stromquelle ist hier ebenfalls mit I2 bezeichnet.
Es sei nun vorausgesetzt, daß der Basisstrom-Verstärkungsfaktor ß eines jeden Transistors ausreichend groß ist, und daß die Widerstände R1 und R2 den gleichen Widerstandswert R haben. Die Steilheit gm der Verstärkerzellen-Schaltung nach Fig. 1 ergibt sich dann wie folgt aus Gleichung (1):
gm = I2/[I1 (R + 2 Re)] , ..... (1)
wobei der Term Re einen differentiellen Emitterwiderstand bezeichnet.
Ist die thermische Spannung eines jeden Transistors mit VT bezeichnet, so ergibt sich der differentielle Emitterwiderstand Re des Transistors wie folgt:
Re = 2 VT/I1 .
Gilt » Re, so kann die Gleichung 1 wie folgt angenähert werden:
gm = I2/I1 R . ..... (2)
Die Steilheit gm ist demgemäß dadurch einstellbar, daß man das Verhältnis zwischen den Stromquellen I1 und I2 ändert. Normalerweise setzt man den Strom I1 der ersten Stromquelle auf einen festen Wert. Dagegen wird der Strom I2 der zweiten Stromquelle variabel gehalten, um die erforderlichen Biasbedingungen abhangig von der Stromeinstellung leicht einstellen zu können.
Fig. 2 zeigt eine übliche Version der zweiten Stromquelle I2 zum Einspeisen eines adaptiven Stroms. Die zweite Stromquelle I2, siehe Fig. 2, umfaßt vier Transistoren Q10 bis Q13, einen veränderbaren Widerstand VR, vier Widerstände R10 bis R13 und eine Versorgungsspannungsquelle Vcc. Die Versorgungsquelle ist hier ebenfalls mit dem Term Vcc bezeichnet. Der Emitter des Transistors Q10 ist an die Basis des Transistors Q11 angeschlossen. Die Basis des Transistors Q10 ist nicht nur mit dem Kollektor des Transistors Q11 verbunden, sondern liegt auch über den Widerstand R10 an der Bezugsspannung GND. Der Emitter des Transistors Q11 liegt über den Widerstand R11 an der Versorgungsspannung Vcc.
Der veränderbare Widerstand VR liegt parallel zur Reihenschaltung des Widerstands R11 und der Emitter-Basis- Strecke des Transistors Q11. Zudem ist der Kollektor des Transistors Q10 mit einer Stromspiegelschaltung CM verbunden, die die Transistoren Q12 und Q13 und die Widerstände R12 und R13 enthält. Damit erhält man den Strom I2 am Kollektor des Transistors Q13.
Nimmt man in der Schaltung nach Fig. 2 an, daß der Widerstandswert der Widerstände R10 und R11 gleich ist (R10 = R11), so sind die Basis-Emitter-Spannungen Vbe aller Transistoren Q10 bis Q14 untereinander gleich, und ihre Basisströme Ib sind vernachlässigbar gering, so daß man den Kollektorstrom Ic10 des Transistors Q10 wie folgt erhält:
Ic10 = Vcc/2 VR . ..... (3)
Nimmt man wie oben an, daß der Ausgangsstrom der Stromspiegeischaltung CM als Strom I2 für das zweite Transistorpaar Q3 und Q4 dient, so erhält man die folgende Gleichung aus den obigen Gleichungen 2 und 3:
gm = Vcc/2 I1 R VR . ..... (4)
Sind der Strom I1 und der Widerstand R konstant, so ändert sich die Steilheit gm lediglich in Abhängigkeit vom folgenden Quotienten:
gm ≈ (Vcc/VR) . ..... (5)
Ist die Versorgungsspannung Vcc stabil, so besteht der Vorteil, daß die Steilheit gm über den veränderbaren Widerstand VR stabil auf einen gewünschten Wert regelbar ist.
In einem praktischen Aufbau integrierter Filter sind die entsprechenden Terme in Gleichung 4, d. h. der Strom I1, der ersten Stromquelle, der Widerstand R der Widerstände R1 und R2 und die Versorgungsspannung Vcc jedoch nicht konstant. Die Gleichung 5 ist daher kaum zu verwirklichen, da die Steilheit gm neben dem veränderbaren Widerstand VR noch von vielen anderen sich ändernden Faktoren abhängt.
Ferner wird der differentielle Emitterwiderstand Re aus der Gleichung 2 weggelassen; in der praktischen Anordnung beeinflußt er die Steilheit gm jedoch stark. Diese Faktoren schwanken grundsätzlich unabhängig von den anderen Faktoren.
In der praktischen Anordnung ist daher die Steilheit gm lediglich durch die Stromquelle nach Fig. 2 nicht ausreichend regelbar. Demnach waren in der praktischen Anordnung derartiger Verstärkerzellen-Schaltungen oder Stromeinstellschaltungen noch viele andere Schaltungen erforderlich.
In der obigen Beschreibung wurde eine derartige Verstärkerzellen-Schaltung als Beispiel für Steilheitsschaltungen vorgestellt. Würde eine emittergekoppelte Differenzschaltung verwendet, so würde die weitere Schwierigkeit auftreten, daß ein Biasstrom zum Betätigen der Schaltung zu verändern ist, um die Steilheit gm beizubehalten, so daß die Stromquelle nach Fig. 2 eine tatsächliche Stabilisierung der Steilheit nicht erreichen kann.
Die herkömmlichen adaptiven Stromerzeugungsschaltungen können daher die Steilheit der Steilheitsschaltung nicht ausreichend stabilisieren, so daß viele komplizierte Stabilisierschaltungen erforderlich sind, die jedoch den Schaltungsumfang vergrößern. Verwendet man dagegen die emittergekoppelte Differenzschaltung als Steilheitsschaltung, so tritt die Schwierigkeit auf, daß eine wirkliche Stabilisierung der Steilheit nicht zu erreichen ist.
US-A-4,388,539 offenbart eine adaptive Stromerzeugungsschaltung, umfassend eine Vorrichtung zum Einspeisen einer Bezugsspannung abhängig Von Änderungen in einer Versorgungsspannung, eine Vorrichtung zum Einspeisen eines Bezugsstroms abhängig von der Bezugsspannung, eine Vorrichtung zum Einspeisen eines Steuerstroms abhängig von Änderungen in der Versorgungsspannung, und eine Vorrichtung zum Einspeisen eines Biasstroms in die Bezugsstrom-Einspeisevorrichtung gemäß einer Differenz zwischen dem Bezugsstrom und dem Steuerstrom.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine adaptive Stromerzeugungsschaltung bereitzustellen, die fähig ist, die Steilheit verschiedener Steilheitsschaltungen mit einem relativ einfachen Schaltungsaufbau stabil zu regeln.
Die Erfindung zielt auch darauf ab, eine adaptive Stromerzeugungsschaltung bereitzustellen, die für Bezugsstromquellen in integrierten Filtern geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird eine adaptive Stromerzeugungsschaltung bereitgestellt, umfassend:
eine Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung, um aus einer Versorgungsspannung eine Bezugsspannung einzuspeisen, die von Schwankungen der Versorgungsspannung abhängt;
eine Bezugsstrom-Einspeisevorrichtung, umfassend eine Steilheitsschaltung, die einen Wert der Steilheit aufweist, um einen Bezugsstrom abhängig von der Bezugsspannung einzuspeisen, die die Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung abgibt;
eine Steuerstrom-Einspeisevorrichtung, umfassend einen veränderbaren Widerstand, der einen Widerstandswert hat, um aus der Versorgungsspannung einen Steuerstrom einzuspeisen, der von den Schwankungen der Versorgungsspannung abhängt; und
eine Bias-Einspeisevorrichtung, um der Bezugsstrom-Einspeisevorrichtung einen Biasstrom zuzuführen, der der Differenz zwischen dem Bezugsstrom und dem Steuerstrom entspricht, um damit den Wert des Bezugsstroms und damit den Steilheitswert der Steilheitsschaltung zu regeln, und zwar abhängig von Änderungen im Widerstandswert des veränderbaren Widerstands.
Man versteht die Erfindung und viele damit verbundene Vorzüge besser, wenn man beispielhaft Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen nimmt.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Schaltplan einer herkömmlichen adaptiven Stromerzeugungsschaltung;
Fig. 2 einen Schaltplan einer Version der adaptiven Stromquelle nach Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockdiagramm mit der prinzipiellen Anordnung der erfindungsgemäßen adaptiven Stromerzeugungsschaltung;
Fig. 4 einen Schaltplan einer beispielhaften Ausführungsform der adaptiven Stromerzeugungsschaltung nach Fig. 3;
Fig. 5 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform der adaptiven Stromerzeugungsschaltung nach Fig. 3;
Fig. 6 einen Schaltplan, der andere Versionen einer erfindungsgemäßen Steilheitsschaltung und Stromspiegelschaltung darstellt;
Fig. 7 einen Schaltplan einer weiteren Version einer erfindungsgemäßen Steuerstrom-Einspeisevorrichtung;
Fig. 8 einen Schaltplan einer weiteren Version einer erfindungsgemäßen Steuerstrom-Einspeisevorrichtung; und
Fig. 9 einen Schaltplan einer weiteren Version einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung.
Die Erfindung wird nun ausführlich mit Bezug auf Fig. 3 bis 9 beschrieben. In den Zeichnungen werden in den Fig. 1 und 2 benutzte Bezugszahlen oder Buchstaben zur Vereinfachung der Erklärung dazu verwendet, gleiche oder ähnliche Bauteile zu bezeichnen.
Es wird nun Bezug auf Fig. 3 genommen. Sie zeigt eine prinzipielle Anordnung der erfindungsgemäßen adaptiven Stromerzeugungsschaltung, die nun ausführlich beschrieben wird.
Die adaptive Stromerzeugungsschaltung nach Fig. 3 umfaßt eine Bezugsspannungs-Einspeiseschaltung 20, eine Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21, eine Steuerstrom-Einspeiseschaltung 22 und eine Biasstrom-Einspeiseschaltung 23. Die Bezugsspannungs-Einspeiseschaltung 20 versorgt die Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 mit einer Bezugsspannung Vref, die von Schwankungen der Versorgungsspannung abhängt. Die Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 versorgt die Biasstrom- Einspeiseschaltung 23 mit einem Bezugsstrom Iref, der von der Bezugsspannung Vref aus der Bezugsspannungs-Einspeiseschaltung 20 abhängt. Die Steuerstrom-Einspeiseschaltung 22 versorgt die Biasstrom-Einspeiseschaltung 23 mit einem Steuerstrom Iadj, der von Schwankungen der Versorgungsspannung abhängt.
Die Biasstrom-Einspeiseschaltung 23 versorgt die Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 mit einem Biasstrom Ibias, der sich abhängig von der Differenz zwischen dem Bezugsstrom Iref und dem Steuerstrom Iadj ändert, die von der Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 und der Steuerstrom-Einspeiseschaltung 22 zugeführt werden. Der Biasstrom Ibias kann dazu dienen, die Schwankungen der Versorgungsspannung auszugleichen, so daß der Bezugsstrom Iref trotz der Schwankungen der Versorgungsspannung adaptiv eingestellt wird. Dies wird unten ausführlicher beschrieben.
Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der adaptiven Stromerzeugungsschaltung nach Fig. 3. In Fig. 4 ist die Bezugsspannungs-Einspeiseschaltung 20 aus zwei Widerständen R35 und R36 aufgebaut, die zueinander in Reihe geschaltet parallel zu einer Versorgungsquelle liegen, die eine Versorgungsspannung Vcc einspeist. Die Versorgungsquelle ist im weiteren ebenfalls mit dem Term Vcc bezeichnet. Die Verbindung der Widerstände R35 und R36 erzeugt also die Bezugsspannung Vref, die von der Schwankung der Versorgungsspannung Vcc abhängt.
Die Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 weist eine Steilheitsschaltung 21a auf und eine Stromspiegelschaltung 21b. Die Steilheitsschaltung 21a enthält sechs Transistoren Q1 bis Q6 und zwei Widerstände R1 und R2. Die Stromspiegelschaltung 21b, die als unsymmetrische Gegentaktschaltung arbeitet, enthält zwei Transistoren Q30 und Q31, zwei Widerstände R30 und R31 und einen Kondensator C30. Das Transistorpaar Q3 und Q4 dient dazu, einen Konstantstrom I1 (nicht dargestellt) aufzunehmen. Das Transistorpaar Q5 und Q6 dient dazu, den Biasstrom Ibias aus der Biasstrom-Einspeiseschaltung 23 aufzunehmen. Dies wird unten ausführlich beschrieben.
In der Steilheitsschaltung 21a sind die sechs Transistoren Q1 bis Q6 und die zwei Widerstände R1 und R2 so verbunden, wie es bei der herkömmlichen Verstärkerzellen-Schaltung beschrieben wurde (siehe Fig. 1). Um die Erklärung zu vereinfachen, wird die Schaltungsanordnung der Steilheitsschaltung 21a hier nicht beschrieben.
In der Stromspiegelschaltung 21b sind die Kollektoren der PNP-Transistoren Q30 und Q31 mit den Kollektoren der Transistoren Q5 bzw. Q6 der Steilheitsschaltung 21a verbunden. Dagegen sind die Emitter der Transistoren Q30 und Q31 normalerweise über die Widerstände R30 bzw. R31 mit der Versorgungsquelle Vcc verbunden. Die Basen der Transistoren Q30 und Q31 sind miteinander verbunden. Die gemeinsame Basisverbindung ist direkt an den Kollektor des Transistors Q5 der Steilheitsschaltung 21a angeschlossen, und über den Kondensator C30 ebenso an den Kollektor des Transistors Q6 der Steilheitsschaltung 21a. Damit erhält man den Bezugsstrom Iref, der von der Bezugsspannung Vref abhängt, am Kollektor des Transistors Q31.
Die Steuerstrom-Einspeiseschaltung 22 enthält zwei Transistoren Q10 und Q11, einen veränderbaren Widerstand VR und zwei Widerstände R10 und R11. Der Emitter des Transistors Q10 und die Basis des Transistors Q11 sind zusammengeschaltet; sie sind über den veränderbaren Widerstand VR an den einen Anschluß der Versorgungsquelle Vcc gelegt. Die Basis des Transistors Q10 und der Kollektor des Transistors Q11 sind zusammengeschaltet; sie sind über den Widerstand R10 mit dem anderen Anschluß der Versorgungsquelle Vcc verbunden. Der Emitter des Transistors Q11 ist ebenfalls über den Widerstand R11 mit dem einen Anschluß der Versorgungsquelle Vcc verbunden. Damit erhält man den Steuerstrom Iadj, der von der Schwankung der Versorgungsspannung Vcc abhängt, am Kollektor des Transistors Q10.
Die Biasstrom-Einspeiseschaltung 23 weist eine Stromverstärkungsschaltung 23a auf und eine Stromspiegelschaltung 23b. Die Stromverstärkungsschaltung 23a enthält einen PNP- Transistor Q32 und einen Widerstand R32. Der Emitter des Transistors Q32 ist über den Widerstand R32 mit dem anderen Anschluß der Versorgungsquelle Vcc verbunden. Der Kollektor des Transistors Q32 ist über die Stromspiegelschaltung 23b mit dem einen Anschluß der Versorgungsquelle Vcc verbunden.
Die Stromspiegelschaltung 23b enthält zwei Transistoren Q12 und Q13 und zwei Widerstände R12 und R13. Der Kollektor des Transistors Q12, der selbst diodenartig geschaltet. ist, ist an den Kollektor des Transistors Q32 der Stromverstärkungsschaltung 23a angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q12 ist über den Widerstand R12 mit dem einen Anschluß der Versorgungsquelle Vcc verbunden. Dagegen ist die Basis des Transistors Q13 mit der Basis des Transistors Q12 zusammengeschaltet. Der Emitter des Transistors Q13 ist über den Widerstand R13 mit dem einen Anschluß der Versorgungsquelle Vcc verbunden. Der Kollektor des Transistors Q13 ist an den gemeinsamen Verbindungsknoten der Emitter der Transistoren Q5 und Q6 angeschlossen.
In der Biasstrom-Einspeiseschaltung 23 ist die Basis des Stromverstärkungstransistors Q32 mit dem Kollektor des Transistors Q31 der Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 verbunden und mit dem Kollektor des Transistors Q10 der Steuerstrom-Einspeiseschaltung 22, um den Bezugsstrom Iref und den Steuerstrom Iadj aufzunehmen. Damit erhält man am Kollektor des Transistors Q13 den Biasstrom Ibias, der sowohl vom Bezugsstrom Iref als auch vom Steuerstrom Iadj abhängt.
Der Transistor Q31 ist ein PNP-Transistor, und der Transistor Q10 ist ein NPN-Transistor. Somit wirken der Bezugsstrom Iref und der Steuerstrom Iadj im Gegentakt auf die Biasstrom-Einspeiseschaltung 23 ein. Dementsprechend erfaßt die Stromverstärkungsschaltung 23a die Differenz zwischen dem Bezugsstrom Iref und dem Steuerstrom Iadj. Der Biasstrom Ibias wird daher durch die Differenz dargestellt.
Fig. 4 enthält zudem eine zusätzliche Stromquellenschaltung, um eine äußere Anwendungsschaltung mit einem Strom zu versorgen, der zur erfindungsgemäßen adaptiven Stromerzeugungsschaltung gehört. Die zusätzliche Stromquellenschaltung enthält einen Transistor Q33, einen Widerstand R33 und auch einen Transistor Q34 und einen Widerstand R34, die zum einen Anschluß der Versorgungsquelle Vcc bzw. zu ihrem anderen Anschluß in Reihe geschaltet sind. Diese Bauteile sind ähnlich angeordnet wie die Transistoren Q32 und Q12 und die Widerstände R32 und R12 der Biasstrom-Einspeise schaltung 23; es ist jedoch die äußere Anwendungsschaltung zwischen die Transistoren Q33 und Q34 geschaltet. Weiterhin sind die Basen der Transistoren Q33 und Q34 mit den Basen der Transistoren Q32 bzw. Q12 verbunden.
Setzt man nun voraus, daß die Widerstände R35 und R36 der Bezugsspannungs-Einspeiseschaltung 20 die gleiche Art von Widerstand haben, so erhält man die Bezugsspannung Vref, die die Bezugsspannungs-Einspeiseschaltung 20 erzeugt, wie folgt:
Vref = [R36/(R35 + R36)] Vcc = α Vcc , ..... (6)
(dabei gilt: α = R36/(R35 + R36)).
Gleichung 6 zeigt, daß die Bezugsspannung Vref nur von der Versorgungsspannung Vcc abhängt.
Haben die Widerstände R1 und R2 der Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 zudem den gleichen Widerstandswert R und den gleichen Wert wie der differentielle Emitterwiderstand Re, so ergibt sich der Bezugsstrom Iref, den man aus der Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 erhält, wie folgt:
Iref = {Vref Ibias/(R + 2 Re) I1} = {α Vcc Ibias/(R + 2 Re) I1} = α Vcc gm . ..... (7)
Falls gilt, daß die Basis-Emitter-Spannungen Vbe der Transistoren Q10 und Q11 gleich und ihre Basisströme vernachlässigbar klein sind, und falls ferner die Widerstandswerte der Widerstände R10 und R11 gleich sind, so ergibt sich der Steuerstrom Iadj, den man aus der Steuerstrom-Einspeiseschaltung 22 erhält, wie folgt:
Iadj = Vcc/2 VR . ..... (8)
Damit hängt die Bezugsspannung Vref von der Versorgungsspannung Vcc und dem Widerstandswert des veränderbaren Widerstands VR ab.
Da die Biasstrom-Einspeiseschaltung 23 den Bezugsstrom Iref negativ zurückkoppelt, und zwar gesteuert vom Biasstrom Ibias, der vom Bezugsstrom Iref und vom Steuerstrom Iadj abhängt, wird der Bezugsstrom Iref gleich dem Steuerstrom Iadj (Iref = Iadj). Damit ergibt sich die folgende Gleichung:
Ibias = {(R + 2 Re) I1/2 α VR} . ..... (9)
Die Steilheit gm der Steilheitsschaltung 21a läßt sich damit wie folgt darstellen:
gm = (1/2 α VR) . ..... (10)
Da der Term α (= R36/(R35 + R36)) das Spannungsteilungsverhältnis darstellt, hängt die Steilheit gm nur vom veränderbaren Widerstand VR ab. Speist man einen Strom, der entsprechend dem Biasstrom Ibias erzeugt wird, in die gleiche Art von Steilheitsschaltungen ein, so sind damit alle Steilheiten dieser Schaltungen über den veränderlichen Widerstand VR steuerbar. Anders ausgedrückt kann die Zeitkonstante C/gm von Filterschaltungen konstant gehalten werden, indem am eine derartige äußere Anwendungsschaltung direkt oder indirekt mit dem Strom aus der zusätzlichen Stromquellenschaltung versorgt. Der Strom kann beispielsweise zusätzlich zu Filterschaltungen in Steilheitsschaltungen eingespeist werden.
Wurden solche Steilheits- und/oder Filterschaltungen auf IC-Chips hergestellt, so kann die Abweichung dieser Steilheiten und/oder Zeitkonstanten bezüglich ihrer Ausgangssignale kleinstmöglich gehalten werden, da sie sehr gute Paarungseigenschaften aufweisen. Da zudem die Steilheit gm durch das Einstellen des veränderbaren Widerstands VR auf wählbare Eigenschaften oder durch das Ersetzen des veränderbaren Widerstands VR durch andere Impedanzvorrichtungen auf gewünschte Merkmale hin steuerbar ist, und zwar auch dann, wenn die Kapazitäten der in den Filterschaltungen verwende ten Kondensatoren schwanken, ist es möglich, die Schwankungen zu beseitigen.
Fig. 5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der adaptiven Stromerzeugungsschaltung nach Fig. 3. Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von der früheren Ausführungsform nach Fig. 4 dadurch, daß die Steilheitsschaltung 21a nach Fig. 5 durch eine emittergekoppelte Differenzschaltung verwirklicht ist, die die Transistoren Q30 und Q31 enthält. Zusätzlich ist die Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung 20 nach Fig. 5 durch die drei Widerstände R35 bis R37 verwirklicht. Um die Erklärung zu vereinfachen, unterbleibt an dieser Stelle eine ausführliche Beschreibung des Schaltungsaufbaus der Ausführungsform nach Fig. 5.
Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 gilt für die Be zugsspannung Vref, die man aus der Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung 20 erhält:
Vref = [R36/(R35 + R36 + R37)] Vcc = α Vcc , ..... (11)
(wobei gilt: α = R36/(R35 + R36 + R37)) .
Der Bezugsstrom Iref, den man aus der Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 erhält, sieht wie folgt aus:
Iref = α Vcc gm , ..... (12)
wobei der Term gm die Steilheit der Steilheitsschaltung 21a darstellt.
Da der Steuerstrom Iadj, den man aus der Steuerstrom- Einspeiseschaltung 22 erhält, durch die Gleichung 8 dargestellt wirdd und die Beziehung (Iref ≈ Iadj) gilt, ist die Steilheit gm wie folgt darstellbar:
gm = 1/2 α VR . ..... (13)
Die Gleichung 13 ist der oben angegebenen Gleichung 10 äquivalent. Dadurch ist leicht einzusehen, daß die Steilheiten gm der beiden Ausführungsformen nach Fig. 4 und Fig. 5 frei steuerbar sind, und zwar unabhängig von der Art der Steilheitsschaltung.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern es sind verschiedene Anwendungen möglich. Beispielsweise kann der Leitungstyp der Transistoren, die in der adaptiven Stromerzeugungsschaltung verwendet werden, zwischen NPN und PNP wechseln.
Die Steilheitsschaltung 21a der Bezugsstrom-Einspeiseschaltung 21 und die Stromspiegelschaltung 23b der Biasstrom-Einspeiseschaltung 23 sind auch durch andere Versionen ersetzbar, die gemeinsam in Fig. 6 dargestellt sind. In einer solchen Version der Steilheitsschaltung 21a, siehe Fig. 6, werden zwei Paare von Transistoren mit unterschiedlichen Emitterflächen kombiniert.
Weiterhin kann die Steuerstrom-Einspeiseschaltung 22 auch durch eine Version nach Fig. 7 ersetzt werden. Fig. 7 zeigt, daß eine derartige Version der Steuerstrom-Einspeiseschaltung 22 drei Transistoren Q10, Q41 und Q42 enthält sowie zwei Widerstände R40 und R41. Der Widerstand R41, der Transistor Q41, der Transistor Q42 und der Widerstand R40 sind in Reihe geschaltet und liegen parallel zur Versorgungsquelle Vcc. Die Transistoren Q41 und Q42 selbst sind diodenartig angeordnet. Der Transistor Q10 ist an den Transistor Q41 angeschlossen, so daß sie gemeinsam eine Steuerstrom-Einspeiseschaltung bilden. Der Emitter des Transistors Q10 ist an den veränderbaren Widerstand angeschlossen (siehe Fig. 4 oder 5), so daß man am Kollektor des Transistors Q10 den Steuerstrom Iadj erhält.
Fig. 8 zeigt noch eine weitere Version der Steuerstrom- Einspeiseschaltung 22. Die Version nach Fig. 8 wird durch eine Spannungsfolgerschaltung gebildet, die zwei Widerstände R42 und R43 zum Teilen der Versorgungsspannung Vcc, einen Operationsverstärker OP1 und einen Transistor Q10 aufweist. Die Widerstände R42 und R43 sind in Reihe geschaltet und liegen parallel zur Versorgungsquelle Vcc. Der Spannungsteilungsknoten der Reihenwiderstände R42 und R43 liegt über den Operationsverstärker OP1 an der Basis des Transistors Q10.
Fig. 9 zeigt noch eine weitere Version der Bezugsspannungs-Einspeiseschaltung 20. Diese Version der Bezugsspannungs-Einspeiseschaltung 20 enthält, siehe Fig. 9, drei Widerstände R35 bis R37 und zwei Spannungsfolger, die von den Operationsverstärkern OP2 bzw. OP3 gebildet werden. Im Fall von Steilheitsschaltungen, die als doppelsymmetrische Schaltungen ausgeführt sind, deren Steilheiten durch eine Spannung steuerbar sind, ist es ratsam, eine Biasspannung zu erzeugen, die von der Differenz zwischen dem Bezugsstrom Iref und dem Steuerstrom Iadj abhängt, und dadurch ihre Steilheit mit der Biasspannung zu steuern.
Die adaptive Stromerzeugungsschaltung gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt, wie oben erwähnt, eine Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung zum Anlegen einer Bezugsspannung, die Schwankungen der Versorgungsspannung unterworfen ist, eine Bezugsstrom-Einspeisevorrichtung zum Einspeisen eines Bezugsstroms abhängig von der Bezugsspannung, die die Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung anlegt, eine Steuerstrom-Einspeisevorrichtung zum Einspeisen eines Steuerstroms, der den Schwankungen der Versorgungsspannung unterliegt, und eine Biasstrom-Einspeisevorrichtung zum Einspeisen eines Biasstroms in die Stromeinspeisevorrichtung, der der Differenz entspricht, die zwischen dem Bezugsstrom besteht, den die Bezugsstrom-Einspeisevorrichtung einspeist, und dem Steuerstrom, den die Steuerstrom-Einspeisevorrichtung einspeist, wodurch die Schwankung der Versorgungsspannung ausgeglichen wird.
In der adaptiven Stromerzeugungsschaltung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, steuert ein Steuerstrom die Steilheit der Schaltung. Daher ist die Steilheit stabil steuerbar. Verschiedene Steilheitsschaltungen mit unter schiedlichen Eigenschaften können auch in gleicher Weise geregelt werden.
Wie oben beschrieben ist es mit der erfindungsgemäßen adaptiven Stromerzeugungsschaltung möglich, durch Erzeugen und Einspeisen des adaptiven Steuerstroms eine Steilheit stabil auf einen konstanten Wert oder einen gewählten Wert zu regeln. Stabilisierte Filtereigenschaften erhält man insbesondere dann, wenn die Schaltung zusammen mit einem Filter in einem gemeinsamen IC integriert wird.
Die Erfindung kann, wie oben beschrieben, eine ganz besonders bevorzugte adaptive Stromerzeugungsschaltung bereitstellen.
Es wurden die Ausführungsformen beschrieben und erläutert, die zur Zeit als die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung betrachtet werden. Fachleuten ist jedoch klar, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, und daß Bauteile durch gleichartige Teile ersetzbar sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können an den Lehren der Erfindung viele Veränderungen vorgenommen werden, um sich an eine besondere Situation oder ein besonderes Material anzupassen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, daß die Erfindung nicht auf die besondere offenbarte Ausführungsform eingeschränkt ist, die als beste Weise betrachtet wird, die Erfindung auszuführen, sondern daß die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Adaptive Stromerzeugungsschaltung, umfassend:

eine Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung (20), um aus einer Versorgungsspannung eine Bezugsspannung einzuspeisen, die von Schwankungen der Versorgungsspannung abhängt;

eine Bezugsstrom-Einspeisevorrichtung (21), umfassend eine Steilheitsschaltung, die einen Wert der Steilheit aufweist, um einen Bezugsstrom abhängig von der Bezugsspannung einzuspeisen, die die Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung (20) abgibt;

eine Steuerstrom-Einspeisevorrichtung (22), umfassend einen veränderbaren Widerstand, der einen Widerstandswert hat, um aus der Versorgungsspannung einen Steuerstrom einzuspeisen, der von den Schwankungen der Versorgungsspannung abhängt; und

eine Bias-Einspeisevorrichtung (23), um der Bezugsstrom-Einspeisevorrichtung (21) einen Biasstrom zuzuführen, der der Differenz zwischen dem Bezugsstrom und dem Steuerstrom entspricht, um damit den Wert des Bezugsstroms und damit den Steilheitswert der Steilheitsschaltung zu regeln, und zwar abhängig von Änderungen im Widerstandswert des veränderbaren Widerstands.

2. Adaptive Stromerzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Bezugsspannungs-Einspeisevorrichtung eine Spannungsteilervorrichtung enthält, die zumindest einen Widerstand umfaßt.

Adaptive Stromerzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Bezugsstrom-Einspeisevorrichtung eine Differenzschaltungsvorrichtung enthält und eine unsymmetrische Gegentaktvorrichtung.

4. Adaptive Stromerzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuerstrom-Einspeisevorrichtung (22) zudem umfaßt:

einen ersten Widerstand (R10), der mit einem ersten Anschluß der Versorgungsspannung verbunden ist;

einen zweiten Widerstand (R11), der mit einem zweiten Anschluß der Versorgungsspannung verbunden ist;

einen ersten Transistor (Q10); und

einen zweiten Transistor (Q11),

wobei die Basis des ersten Transistors und der Kollektor des zweiten Transistors miteinander verbunden sind und über den ersten Widerstand am ersten Anschluß der Versorgungsspannung liegen,

die Basis des zweiten Transistors und der Emitter des ersten Transistors miteinander verbunden sind und über den veränderbaren Widerstand am zweiten Anschluß der versorgungsspannung liegen,

der Emitter des zweiten Transistors über den zweiten Widerstand mit dem zweiten Anschluß der Versorgungsspannung verbunden ist, und

der Steuerstrom durch den ersten Transistor und den veränderbaren Widerstand fließt.

5. Adaptive Stromerzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Bias-Einspeisevorrichtung eine Stromverstärkungsvorrichtung enthält, um eine Differenz zwischen dem Bezugsstrom und dem Steuerstrom zu verstärken.