DE69718433T2

DE69718433T2 - Elektronische schaltung mit komplementären transkonduktanzen für filter mit oszillatoren

Info

Publication number: DE69718433T2
Application number: DE69718433T
Authority: DE
Inventors: Hugo Veenstra; Otto Voorman
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: MY132523A; WO1998004037A3; JPH11513228A; EP0853839B1; EP0853839A2; KR100458143B1; JP3875726B2; WO1998004037A2; DE69718433D1; US5859566A; ATE231305T1; KR20000064269A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung mit einer Vielzahl von zumindest einem ersten Transkonduktor und einem zweiten Transkonduktor, wobei jeder erste und zweite Eingangsklemmen aufweist zum Empfangen einer Differenzspannung und erste und zweite Ausgangsklemmen zum Liefern eines Differenzstroms in Reaktion auf die Differenzspannung.
Eine derartige elektronische Schaltung ist aus "A Micro-power CMOS Continuous-Time Low-Pass filter", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. 24, Nr. 3, Juni 1989, S. 736-743, bekannt. Transkonduktoren sind spannungsgesteuerte Stromquellen, die in sogenannten Transkonduktor-C-Filtern; auch als summetrische Integratorfilter bezeichnet, verwendet werden, weil die elektronischen Schaltungen allgemein als symmetrische Anordnungen ausgeführt sind. Die zugrunde liegende Technik für Filter dieser Art wird in dem Buch "Integrated Continuous-Time Filters", von Y. P: Tsividis und J. O. Voorman herausgegeben, IEEE Press, New York, umfassend beschrieben, wobei in dem Buch der genannte IEEE-Artikel als Paper 3-B.4 aufgenommen ist. Der einfachste Transkonduktor ist das Transistordifferenzpaar. Der Transkonduktanzverstärker (OTA: operational transconductance amplifier) kann als komplexer Transkonduktor betrachtet werden. Transkonduktor-C-Filter werden häufig integriert, wobei das Ziel einerseits ist, minimale Chipfläche zu verwenden, und andererseits, ein Filter hoher Qualität zu liefern. Das genannte Buch beschreibt viele Varianten und Verbesserungen, die auf dem Differenzpaar beruhen, mit dem Zweck, gewisse Eigenschaften wie Linearität, Bandbreite und Ausgangsspannungshub zu verbessern. Das bedeutet, dass ein Bedarf an kompakten, d. h. wenig Chipfläche einnehmenden Transkonduktoren besteht, die zur Verwendung in Transkonduktor-C-Filtern geeignet sind.
Um dies zu erreichen, ist gemäß der Erfindung die elektronische Schaltungder eingangs definierten Art dadurch gekennzeichnet, dass jeder Transkonduktor des zumindest ersten Transkonduktors und zweiten Transkonduktors umfasst:
ein erstes Differenzpaar aus Transistoren eines ersten Leitungstyps, deren jeweilige erste Hauptelektroden in einem ersten Knotenpunkt miteinander gekoppelt sind, deren jeweilige zweite Hauptelektroden mit der ersten Ausgangsklemme und der zweiten Ausgangsklemme gekoppelt sind und deren jeweilige Steuerelektroden mit der ersten Eingangsklemme und der zweiten Eingangsklemme gekoppelt sind;
ein zweites Differenzpaar aus Transistoren eines zweiten, dem ersten Leitungstyp des ersten Differenzpaares entgegengesetzten Leitungstyps, wobei die jeweiligen ersten Hauptelektroden des zweiten Differenzpaares in einem zweiten Knotenpunkt miteinander gekoppelt sind, ihre jeweiligen zweiten Hauptelektroden mit der ersten Ausgangsklemme und der zweiten Ausgangsklemme gekoppelt sind und ihre jeweiligen Steuerelektroden mit der ersten Eingangsklemme und der zweiten Eingangsklemme gekoppelt sind;
eine mit dem ersten Knotenpunkt gekoppelte erste Stromquelle zum Liefern eines ersten Eingangsruhestroms an das erste Differenzpaar;
eine mit dem zweiten Knotenpunkt gekoppelte zweite Stromquelle zum Liefern eines zweiten Eingangsruhestroms an das zweite Differenzpaar;
einen ersten als Diode geschalteten Transistor vom ersten Leitungstyp und einen zweiten als Diode geschalteten Transistor vom zweiten Leitungstyp, die zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Knotenpunkt in Reihe geschaltet sind;
und die elektronische Schaltung weiterhin umfasst:
Mittel zur Regelung der ersten Stromquelle zumindest des ersten Transkonduktors in Reaktion auf eine Gleichtaktspannung des zweiten Transkonduktors.
Die Transkonduktoren umfassen je zwei komplementäre Transistorpaare, bei denen, je nach Transistortyp, die Basen oder Gates mit den Eingangsklemmen und die Kollektoren oder Drains mit den Ausgangsklemmen verbunden sind. Die Emitter- oder Source-Knotenpunkte jedes Paares sind mit einer Eingangsruhestromquelle gekoppelt. Zwei als Diode geschaltete Transistoren, d. h. Transistoren, deren Basis mit dem Kollektor oder deren Gate mit der Drain verbunden ist, sind zwischen den jeweiligen Knotenpunkten der beiden Paare in Reihe geschaltet. Ein Transkonduktor dieser Art ist an sich aus dem US-Patent Nr. 3.991.380 bekannt. Die Eingangsruheströme in den Transistoren der komplementären Transistorpaare sollten genau einander gleich sein. Mögliche Unterschiede können nur über die Last einen Weg finden, vorausgesetzt, dass diese Last den Durchgang von Gleichstrom zulässt. Wenn das nicht der Fall ist, driften die Gleichspannungen an den Ausgangsklemmen auf einen undefinierten Wert und stören den Betrieb der anderen mit den Ausgangsklemmen gekoppelten Transkonduktoren. Dies kann verhindert werden, indem eine spezielle Lastschaltung mit niedriger Gleichtaktverstärkung und hoher Differenzverstärkung vorgesehen wird. Dies erfordert zusätzliche Widerstände und/oder Transistoren, was im Hinblick auf den Filterentwurf häufig unerwünscht ist oder was zusätzliche Chipfläche erfordert. In der genannten US-Patentschrift Nr. 3.991.380 wird dieses Problem durch Messen der Gleichtaktspannung an den Ausgangsklemmen gelöst, um den Strom der Eingangsruhestromquellen der beiden komplementäre Transistorpaare zu regeln. Für jeden einzelnen Transkonduktor erfordert dies eine Anzahl zusätzlicher Transistoren und daher zusätzliche Chipfläche. Maßnahmen, um Gleichtaktprobleme für jeden einzelnen Transkonduktor zu umgehen, können jedoch zu Instabilitäten führen, wenn solche Transkonduktoren in Schaltungen mit kreuzgekoppelten Transkonduktoren verwendet werden, wie es beispielsweise bei Gyratorschaltungen der Fall ist.
In Transkonduktor-C Filtern sind die Ausgänge des einen Transkonduktors mit den Eingängen eines anderen Transkonduktors gekoppelt. Gemäß der Erfindung werden keine gesonderten Maßnahmen innerhalb jedes einzelnen Transkonduktors getroffen, um die Gleichtaktspannung an den Ausgangsklemmen dieses Transkonduktors zu beeinflussen, wie in der genannten US-Patentschrift Nr. 3.991.380 offenbart, sondern solche Maßnahmen werden auf Gruppen angewendet. Die Gleichtaktspannung nur eines Transkonduktors wird dann zum Regeln einer der beiden Eingangsruhestromquellen eines oder mehrerer anderer Transkonduktoren verwendet und auf Wunsch auch dieses einen Transkonduktors. Dies erspart viele Bauteile und verhindert Instabilitäten, insbesondere in komplexen Filteranordnungen.
Es sei bemerkt, dass in in dem genannten IEEE-Artikel die Gleichtaktspannung eines ersten Transkonduktors zum Beeinflussen der Gleichtaktspannung eines zweiten Transkonduktors verwendet worden ist. Dies erfolgt nur zwischen jedes Mal zwei Transkonduktoren und nicht gruppenweise. Außerdem sind die Transkonduktoren in dem genannten IEEE-Artikel von einem völlig anderen Typ, bei dem nicht die Eingangsruhestromquelle eines der beiden Eingangsdifferenzpaare geregelt wird.
Im Prinzip kann eine der beiden Eingangsruhestromquellen des einen Transkonduktors in Reaktion auf die Gleichtaktspannung in verschiedener Weise geregelt werden. Eine kompakte Schaltung für diesen Zweck ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Regelung umfassen:
einen Messtransistor vom ersten Leitungstyp, der eine mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten als Diode geschalteten Transistor und dem zweiten als Diode geschalteten Transistor des zweiten Transkonduktors verbundene Steuerelektrode hat und
einen Stromspiegel mit einem Eingangszweig, der mit der ersten Hauptelektrode des Messtransistors gekoppelt ist, und mit Ausgangszweigen, die mit jeweiligen ersten Knotenpunkten zumindest des ersten Transkonduktors und des zweiten Transkonduktors gekoppelt sind,
und insbesondere dass der Eingangszweig des Stromspiegels umfasst:
einen Messtransistor vom ersten Leitungstyp, der eine mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten als Diode geschalteten Transistor und dem zweiten als Diode geschalteten Transistor des zweiten Transkonduktors verbundene Steuerelektrode hat;
einen weiteren als Diode geschalteten Transistor vom ersten Leitungstyp, der zu der ersten Hauptelektrode des Messtransistors in Reihe geschaltet ist und
noch einen weiteren Transistor vom ersten Leitungstyp mit einer Steuerelektrode und einer ersten Hauptelektrode, die parallel zu entsprechenden Elektroden des weiteren als Diode geschalteten Transistors geschaltete ist, und mit einer zweiten Hauptelektrode, die mit dem ersten Knotenpunkt des zweiten Transkonduktors gekoppelt ist.
Die Gleichtaktspannung des zweiten Transkonduktors liegt am Knotenpunkt zwischen den beiden als Diode geschalteten Transistoren an. Der Messtransistor führt diese Spannung zurück zum Eingangszweig des Stromspiegels. Der Strom durch den Eingangszweig wird zu den ersten Knotenpunkten, d. h. zu einem der beiden Emitter- oder Source- Knotenpunkte, der Gruppe von Transkonduktoren gespiegelt.
Weitere Bauteile können in komplexen Transkonduktor-C Filtern eingespart werden, indem die jeweiligen Knotenpunkte der als Diode geschalteten Transistoren einer Vielzahl von Transkonduktoren miteinander verbunden werden, insbesondere von Transkonduktoren, deren Eingangsklemmen miteinander verbunden sind.
Mit Hilfe zweier Transkonduktoren und zweier Kondensatoren ist es auch möglich, einen Oszillator durch Verbinden der Ausgänge des einen Transkonduktors mit den Eingängen des andere Transkonduktors und umgekehrt zu bilden. Eine Ausführungsform, die für eine derartige Konfiguration geeignet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Transkonduktor je weiterhin umfassen:
ein weiteres Differenzpaar von Transistoren vom ersten Leitungstyp, deren jeweilige erste Hauptelektroden in einem weiteren Knotenpunkt miteinander gekoppelt sind, deren jeweiligen zweite Hauptelektroden mit der ersten Eingangsklemme und der zweiten Eingangsklemme gekoppelt sind und deren jeweilige Steuerelektroden mit der zweiten Eingangsklemme und der ersten Eingangsklemme gekoppelt sind und
einen Stromspiegel mit einem Eingangszweig, der mit dem weiteren Knotenpunkt des ersten Transkonduktors gekoppelt ist, und mit einem Ausgangszweig, der mit dem ersten Knotenpunkt des zweiten Transkonduktors gekoppelt ist.
Das weitere Differenzpaar sorgt für Dämpfungsentzerrung für kleine Signale, sodass der Oszillator korrekt anläuft und auch als Lieferant der Gleichtaktspannung des betreffenden Transkonduktors wirkt.
Diese Ausführungsform kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass der erste und der zweite Transkonduktor je weiterhin umfassen:
eine dritte Stromquelle zum Liefern eines dritten Eingangsruhestroms;
einen dritten als Diode geschalteten Transistor vom zweiten Leitungstyp, der zwischen die erste Eingangsklemme und die dritte Stromquelle geschaltet ist;
einen vierten als Diode geschalteten Transistor vom zweiten Leitungstyp, der zwischen die zweite Eingangsklemme und die dritte Stromquelle geschaltet ist;
eine vierte Stromquelle zum Liefern eines vierten Eingangsruhestroms;
einen fünften als Diode geschalteten Transistor vom zweiten Leitungstyp, der zwischen die erste Eingangsklemme und die vierte Stromquelle geschaltet ist und
einen sechsten als Diode geschalteten Transistor vom zweiten Leitungstyp, der zwischen die zweite Eingangsklemme und die vierte Stromquelle geschaltet ist.
Die dritten bis sechsten als Diode geschalteten Transistoren und die dritte und die vierte Stromquelle sorgen für eine Dämpfung bei großen Signalen, um die Amplitude des Oszillationssignals zu begrenzen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer elektronischen Schaltung mit Transkonduktoren gemäß der Erfindung;
Fig. 2 die Ausführungsform von Fig. 1, wobei die Transkonduktoren mit Symbolen dargestellt werden;
Fig. 3 ein erstes Transkonduktor-C Filter, das eine Ausführungsform einer elektronischen Schaltung mit symbolisch dargestellten Transkonduktoren gemäß der Erfindung enthält;
Fig. 4 ein zweites Transkonduktor-C Filter, das eine Ausführungsform einer elektronischen Schaltung mit symbolisch dargestellten Transkonduktoren gemäß der Erfindung enthält;
Fig. 5 ein drittes Transkonduktor-C Filter, das eine Ausführungsform einer elektronischen Schaltung mit symbolisch dargestellten Transkonduktoren gemäß der Erfindung enthält;
Fig. 6 das Prinzipschaltbild eines Oszillators mit zwei Transkonduktoren und zwei Kondensatoren und
Fig. 7 einen Teil einer Ausführungsform einer elektronischen Schaltung mit Transkonduktoren gemäß der Erfindung zur Verwendung in dem Oszillator von Fig. 6.
In dieser Zeichnung haben Teile mit der gleichen Funktion oder gleichem Zweck die gleichen Bezugszeichen.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer elektronischen Schaltung mit Transkonduktoren gemäß der Erfindung. Die Schaltung umfasst zwei Transkonduktoren TR1 und TR2. Jeder der Transkonduktoren hat Eingangsklemmen LA und IB zum Empfangen einer Differenz-Eingangsspannung, Ausgangsklemmen OA und OB zum Abgeben eines Differenz-Ausgangsstroms, einen ersten Knotenpunkt BA zum Empfangen eines ersten Eingangsruhestroms, einen zweiten Knotenpunkt BB zum Empfangen eines zweiten Eingangsruhestroms und eine Gleichtaktklemme cm zum Liefern einer Gleichtaktspannung. Jeder der Transkonduktoren umfasst weiterhin: ein pnp-Transistorpaar mit Transistoren P1 und P2, deren erste Hauptelektroden oder Emitter mit dem ersten Knotenpunkt BA gekoppelt sind, deren Steuerelektroden oder Basen mit der Eingangsklemme IA bzw. der Eingangsklemme 113 gekoppelt sind und deren zweite Hauptelektroden oder Kollektoren mit der Eingangsklemme OA bzw. der Ausgangsklemme OB gekoppelt sind; ein npn-Transistorpaar mit Transistoren N1 und N2, deren Emitter mit dem zweiten Knotenpunkt BB, deren Basen mit der Eingangsklemme JA bzw. der Eingangsklemme IB und deren Kollektoren mit der Ausgangsklemme OA bzw der Ausgangsklemme OB gekoppelt sind, sowie einen als Diode geschalteten pnp-Transistor P3 zwischen dem ersten Knotenpunkt BA und der Gleichtaktklemme cm und einen zweiten als Diode geschalteten npn-Transistor zwischen der Gleichtaktklemme cm und dem zweiten Knotenpunkt BB. Die Emitterfläche des Transistors P3 ist vorzugsweise 4-mal so groß wie die Emitterfläche der Transistoren P1 und P2, wie mit den Ziffern zwischen Klammern angegeben wird. Das Gleiche gilt für die Emitterfläche des Transistors N3, die vorzugsweise viermal so groß wie die der Transistoren N1 und N2 gewählt wird.
Das npn-Transistorpaar N1, N2 des Transkonduktors TR1 empfängt Eingangsruhestrom von einem npn-Stromquellentransistor N4, der zwischen den zweiten Knotenpunkt BB und die negative Speisespannung geschaltet ist. Ein npn-Transistor N5 erfüllt für den anderen Transkonduktor TR2 die gleiche Funktion. Die Basen der Stromquellentransistoren N4 und N5 sind an eine Spannungsquelle VB angeschlossen, mit der die Eingangsruheströme der Transistoren N4 und N5 fixiert werden.
Das pnp-Transistorpaar P1, P2 des Transkonduktors TR1 empfängt Eingangsruhestrom von einem pnp-Stromquellentransistor P4, der zwischen den ersten Knotenpunkt BA und die positive Speisespannung geschaltet ist. Ein gleichartig angeordneter pnp-Transistor PS liefert Eingangsruhestrom an den ersten Knotenpunkt BA des Transkonduktors TR2. Die Gleichtaktklemme cm des Transkonduktors TR2 wird mit einem als Diode geschalteten pnp-Transistor P7 über die Basis-Emitter-Strecke eines als Emitterfolger geschalteten pnp-Transistors P6 gekoppelt, wobei die Basis-Emitter-Strecke des Transistors P7 parallel zu der der Transistoren P4 und PS geschaltet ist. Die Transistoren P4 und P51P6fP7 bilden zusammen einen einfachen Stromspiegel, der einen Eingangszweig aufweist, d. h. die Transistoren P5/P6/P7, und einen Ausgangszweig, d. h. den Transistor P4.
Die Eingangsklemmen und die Ausgangsklemmen der Transkonduktoren TR1 und TR2 sind miteinander gekoppelt wie in Fig. 2 gezeigt, in der jeder Transkonduktor als Symbol mit Andeutungen der Eingangsklemmen IA und 13, der Ausgangsklemmen OA und OB, der Gleichtaktklemme cm und des ersten Knotenpunktes BA dargestellt wird. Das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren mit den Transistoren P4, PS, P6 und P7 wird explizit dargestellt. Das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BB mit den Stromquellentransistoren N4 und N5 wird nicht gezeigt. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR1 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 durchverbunden. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR2 sind mit den Eingangsklemmen IA und 13 durchverbunden, wodurch der Transkonduktor TR2 als Widerstand wirkt, der für den Transkonduktor TR1 eine Last darstellt.
Der Ruhestrom durch den Transistor P1 fließt auch durch den Transistor N1. Das Gleiche gilt für den Ruhestrom durch die Transistoren P2 und N2. Wenn die Knotenpunkte BA und BB beide mittels Stromquellen erregt würden, die eine feste Stromstärke haben, würde ein Problem auftreten, wenn diese Stromquellen keine gleichen Ströme abgäben und/oder wenn die Transistoren P1/N1 und die Transistoren P2/N2 für die gleiche Basisspannung nicht gleich leitfähig wären. Daher ist die Gleichtaktspannungskomponente der Spannung zwischen den Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR1 unbestimmt und folglich kann der mit den Ausgangsklemmen des Transkonduktors TR1 gekoppelte Transkonduktor TR2 in einen unerwünschten Gleichstromarbeitsbereich gelangen.
Dies wird durch Regeln des Stromes einer der Stromquellen zum Erregen der Knotenpunkte BA und BB verhindert. Als Beispiel ist das Regeln des zum Knotenpunkt BA laufenden Stromes und das Fixieren des zum Knotenpunkt BB laufenden Stromes gewählt worden, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Gleichtaktspannung des Transkonduktors TR2 wird an der Gleichtaktklemme cm des Transkonduktors TR2 mit Hilfe des Emitterfolgers P6 gemessen und zur Basis des Transistors PS zurückgeführt, die somit den Eingangszweig des von den Transistoren PS und P4 gebildeten Stromspiegels bildet. Beide Transkonduktoren empfangen jetzt einen Strom an ihren jeweiligen Knotenpunkten BA, welcher Strom von der Gleichtaktspannung an der Gleichtaktklemme cm des Transkonduktors TR2 abhängt. Diese Gleichtaktspannung ist gleich der positiven Speisespannung minus zwei Diodenspannungen.
Eine Zunahme der Gleichtaktspannung an den Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR1 führt zu einer Zunahme der Gleichtaktspannung an den Eingangsklemmen IA und IB des anderen Transkonduktors TR2. Daher wird die Spannung an den Knotenpunkten BA und BB und somit an der Gleichtaktklemme cm des Transkonduktors TR2 auch ansteigen. Dadurch wird der Transistor P6 weniger leitfähig und der Knotenpunkt BA des Transkonduktors TR1 wird weniger Strom vom Stromquellentransistor P4 empfangen, wodurch der anfänglichen Zunahme der Gleichtaktspannung des Transkonduktors TR1 entgegengewirkt wird. Somit wird die Gleichtaktspannung des Transkonduktors TR2 fixiert und der zugehörige Ruhestrom durch den Knotenpunkt BA wird mit Hilfe des Stromspiegels zum Knotenpunkt BA des Transkonduktors TR1 kopiert.
Die Gleichtaktspannung an der Gleichtaktklemme cm des Transkonduktors TR2 kann auch in anderer Weise als in Fig. 1 gezeigt zur Basis des Transistors PS rückgekoppelt werden. Der Transistor P6 kann auch ein als Diode geschalteter Transistor sein, dessen Emitter mit der Basis des Transistors PS verbunden ist, in welchem Fall der Transistor P7 entfällt. Dies führt wiederum zu einer konstanten Spannungsdifferenz zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors PS, welcher Transistor dann wieder als Eingangszweig des Stromspiegels wirkt.
Die Verwendung des als Diode geschalteten Transistors P7 verringert die Einschwingzeit der Gleichtaktsteuerung. Der Gleichspannungspegel an der Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR1 kann frei gewählt werden. Die Transkonduktoren haben einen einfachen Aufbau und können bis zu Signalfrequenzen von einigen hundert MHz verwendet werden.
Statt der dargestellten Bipolartransistoren können auch unipolare (MOS-)Transistoren verwendet werden, wobei dann anstelle von Basis, Emitter und Kollektor Gate, Source bzw. Drain zu lesen ist und ein als Diode geschalteter Transistor durch Durchverbinden des Gates und der Drain erhalten wird. Auf Wunsch können die für die Stromquellentransistoren gewählten Transistoren von einem anderen Typ sein als die Transistoren in den Transkonduktoren, beispielsweise MOS-Transistoren in den Stromquellentransistoren und Bipolartransistoren in den Transkonduktoren oder umgekehrt.
Die vorstehend beschriebene Technik ist sehr geeignet für die Verwendung in symmetrischen Transkonduktor-C Filtern, für die ein erstes Beispiel in Fig. 3 gezeigt wird. Diese Figur verwendet die gleiche Notation wie Fig. 2. Wieder wird das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren mit den pnp- Stromquellentransistoren explizit dargestellt. In gleicher Weise wie in Fig. 2 wird das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BB mit den npn-Stromquellentransistoren nicht gezeigt. Fig. 3 zeigt ein Tiefpassfilter erster Ordnung, dem ein Allpassfilter erster Ordnung folgt. Es gibt fünf Transkonduktoren TR1..TR5, von denen der Transkonduktor TR1 die Transkonduktanz 2 G hat und die anderen Transkonduktoren eine Transkonduktanz G haben. Die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR1 sind mit den Filter- Eingangsklemmen FIA und FIB verbunden und die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR5 mit den Filter-Ausgangsklemmen FOA und FOB. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR1 sind mit den Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR2 verbunden; die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR3 verbunden; die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR4 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR5 verbunden. Darüber hinaus sind die Ausgangsklemmen OA und OB und die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 miteinander verbunden und sind die Ausgangsklemmen OA und OB und die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR5 miteinander verbunden. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR3 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR4 verbunden und die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR4 sind umgekehrt mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR3 verbunden. Ein Kondensator C1 mit einer Kapazität 2Ca ist quer zu den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 geschaltet. Ein Kondensator C3 mit einer Kapazität 2Cb ist zwischen die Eingangsklemme IA des Transkonduktors TR3 und die Eingangsklemme IA des Transkonduktors TR4 geschaltet; ein Kondensator C2, der auch eine Kapazität 2Cb hat, ist zwischen die Eingangsklemme IB des Transkonduktors TR3 und die Eingangsklemme IB des Transkonduktors TR4 geschaltet. Dadurch hat die Konfiguration eine Übertragungsfunktion:
Die Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3 sind miteinander verbunden und dienen als Referenz für das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren TR1, TR2 und TR4 über die Stromquellentransistoren P8, P11 und P12, die mit dem als Diode geschalteten Transistor P9, der über einen Transistor P 10 mit den Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3 verbunden ist, einen Stromspiegel bilden. Die Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR4 und TR5 sind miteinander verbunden und dienen als Referenz für das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren TR3 und TR5 über die Stromquellentransistoren P13 und P14, die mit dem als Diode geschalteten Transistor P15, der über einen Transistor P16 mit den Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR4 und TR5 verbunden ist, einen Stromspiegel bilden. Durchverbinden der Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3 und der Transkonduktoren TR4 und TR5 ist möglich, weil die Eingänge dieser Transkonduktoren auf gleicher Spannung liegen. Die Fläche des Stromquellentransistors P8 ist zweimal so groß wie die der anderen Stromquellentransistoren, um den Transkonduktor TR1 mit einem Ruhestrom zu versorgen, der zweimal so groß ist, sodass dieser Transkonduktor eine Transkonduktanz erhält, die zweimal so hoch ist wie die der anderen Transkonduktoren.
Fig. 4 zeigt ein zweites Beispiel für eine Anwendung in einem Transkonduktor-C-Filter. Es betrifft eine Kombination aus einem Tiefassfilter erster Ordnung und einem Allpassfilter zweiter Ordnung. Es gibt sieben Transkonduktoren TR1..TR7, von denen der Transkonduktor TR1 die Transkonduktanz 2 G hat und die anderen Transkonduktoren eine Transkonduktanz G haben. Die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR1 sind mit den Filter-Eingangsklemmen FIA und FIB verbunden und die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR7 sind mit den Filter-Ausgangsklemmen FOA und FOB verbunden. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR1 sind mit den Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR2 verbunden; die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR3 verbunden; die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR4 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR5 verbunden; die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR6 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR7 verbunden. Darüber hinaus sind die Ausgangsklemmen OA und OB und the Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 miteinander verbunden und sind die Ausgangsklemmen OA und OB und die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR7 miteinander verbunden. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR3 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR4 verbunden und die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR4 sind umgekehrt mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR3 verbunden; und die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR5 sind mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR6 verbunden und die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR6 sind umgekehrt mit den Eingangsklemmen IA und JR des Transkonduktors TR5 verbunden. Ein Kondensator C1 mit einer Kapazität 2Cc ist quer zu den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 geschaltet. Ein Kondensator C3 mit einer Kapazität 2Cd ist zwischen die Eingangsklemme IA des Transkonduktors TR3 und die Eingangsklemme JA des Transkonduktors TR4 geschaltet; ein Kondensator C2, der auch eine Kapazität 2Cd hat, ist zwischen die Eingangsklemme IB des Transkonduktors TR3 und die Eingangsklemme IB des Transkonduktors TR4 geschaltet; ein Kondensator C5 mit einer Kapazität 2Ce ist zwischen die Eingangsklemme IA des Transkonduktors TR5 und die Eingangsklemme IA des Transkonduktors TR6 geschaltet; ein Kondensator C4, der auch eine Kapazität 2Ce hat, ist zwischen die Eingangsklemme IB des Transkonduktors TR5 und die Eingangsklemme IB des Transkonduktors TR6 geschaltet; ein Kondensator C7 mit einer Kapazität 2Cf ist zwischen die Eingangsklemme IA des Transkonduktors TR3 und die Eingangsklemme IA des Transkonduktors TR6 geschaltet und ein Kondensator C6, der auch eine Kapazität 2Cf hat, ist zwischen die Eingangsklemme IB des Transkonduktors TR3 und die Eingangsklemme IB des Transkonduktors TR6 geschaltet. Dadurch hat die Konfiguration eine Übertragungsfunktion:
Die Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3 sind miteinander verbunden und dienen als Referenz für das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren TR1, TR2 und TR4 über die Stromquellentransistoren P20, P23 und P24, die mit dem als Diode geschalteten Transistor P21, der über einen Transistor P22 mit den Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3 verbunden ist, einen Stromspiegel bilden. Die Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR4 und TR5 sind miteinander verbunden und dienen als Referenz für das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren TR3 und TR5 über die Stromquellentransistoren P27 und P28, die mit dem als Diode geschalteten Transistor P25, der über einen Transistor P26 mit den Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR4 und TR5 verbunden ist, einen Stromspiegel bilden. Die Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR6 und TR7 sind miteinander verbunden und dienen als Referenz für das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren TR5 und TR7 über die Stromquellentransistoren P29 und P30, die mit dem als Diode geschalteten Transistor P31, der über einen Transistor P32 mit den Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR6 und TR7 verbunden ist, einen Stromspiegel bilden. Durchverbinden der Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3, der Transkonduktoren TR4 und TR5 und der Transkonduktoren TR6 und TR7 ist möglich, weil die Eingänge dieser Transkonduktoren auf gleicher Spannung liegen. Die Fläche des Stromquellentransistors P20 ist zweimal so groß wie die der anderen Stromquellentransistoren, um den Transkonduktor TR1 mit einem Ruhestrom zu versorgen, der zweimal so groß ist, sodass dieser Transkonduktor eine Transkonduktanz erhält, die zweimal so hoch ist wie die der anderen Transkonduktoren.
Fig. 5 zeigt ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung. Es gibt vier Transkonduktoren TR1..TR4, alle mit einer Transkonduktanz G. Die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR1 sind mit den Filter-Eingangsklemmen FIA und FIB und die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR4 sind mit den Filter-Ausgangsklemmen FOA und FOB verbunden. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR1 sind mit den Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR2 verbunden; die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 sind mit den Eingangsklemmen LA und 1113 des Transkonduktors TR3 verbunden; die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR4 sind mit den Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR3 verbunden. Darüber hinaus sind die Ausgangsklemmen OA und OB und die Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR2 miteinander verbunden. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TR4 sind umgekehrt mit den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR3 verbunden. Ein Kondensator C8 mit einer Kapazität Cg ist quer zu den Eingangsklemmen IA und 1113 des Transkonduktors TR2 geschaltet und ein Kondensator C9 mit einer Kapazität Ch ist quer zu den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TR4 geschaltet. Dadurch hat die Konfiguration eine Übertragungsfunktion:
Die Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3 sind miteinander verbunden und dienen als Referenz für das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren TR1 und TR2 über die Stromquellentransistoren P33 und P36, die mit dem als Diode geschalteten Transistor P34, der über einen Transistor P35 mit den Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3 verbunden ist, einen Stromspiegel bilden. Die Gleichtaktklemme cm des Transkonduktors TR4 dient als Referenz für das Vorspannen der jeweiligen Knotenpunkte BA der Transkonduktoren TR3 und TR4 über die Stromquellentransistoren P37 und P40, die mit dem als Diode geschalteten Transistor P38, der über einen Transistor P39 mit der Gleichtaktklemme cm des Transkonduktors TR4 verbunden ist, einen Stromspiegel bilden. Durchverbinden der Gleichtaktklemmen cm der Transkonduktoren TR2 und TR3 ist möglich, weil die Eingänge dieser Transkonduktoren auf gleicher Spannung liegen.
Die beschriebene Technik kann auch in anderen Schaltungen, die Transkonduktoren umfassen, verwendet werden. Fig. 6 zeigt einen Oszillator mit zwei Transkonduktoren TRA und TRB, die wieder von der in Fig. 1 gezeigten Art sind. Die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TRA sind mit den Eingangsklemmen IA und Ib des Transkonduktors TRB verbunden und die Ausgangsklemmen OA und OB des Transkonduktors TRB sind umgekehrt mit den Eingangsklemmen JA und 113 des Transkonduktors TRA verbunden. Darüber hinaus ist ein Kondensator C10 quer zu den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TRA geschaltet und ein Kondensator C11 ist quer zu den Eingangsklemmen IA und IB des Transkonduktors TRB geschaltet. Die Schwingungsfrequenz ist gleich G/Co, wobei Co die Kapazität der Kondensatoren C10 und C11 ist.
Fig. 7 zeigt den Transkonduktor TRA von Fig. 6. Emitter, Kollektor und Basis eines pnp-Transistors P43 sind mit einem weiteren Knotenpunkt BC, der Eingangsklemme IA bzw. der Eingangsklemme 13 verbunden. Emitter, Kollektor und Basis eines pnp-Transistors P44 sind mit dem Knotenpunkt BC, der Eingangsklemme IB bzw. der Eingangsklemme IA verbunden. Der Knotenpunkt BC ist über einen als Diode geschalteten pnp-Transistor P41 mit der positiven Speiseklemme verbunden. Der Transistor P41 bildet einen Stromspiegel mit einem pnp-Transistor P42, dessen Kollektor mit dem Knotenpunkt BA des anderen Transkonduktors TRIS, der mit dem Transkonduktor TRA identisch ist und der in Fig. 7 nicht abgebildet ist, verbunden ist. Der Transkonduktor TRB umfasst daher auch einen Transistor, der dem Transistor P42 ähnlich ist, dessen Kollektor mit dem Knotenpunkt BA des Transkonduktors TRA verbunden ist. Die Emitterfläche des Transistors P42 ist beispielsweise 3-mal so groß wie die des Transistors P41. Die Eingangsklemme IA ist mit einer Stromquelle CS1 über einen als Diode geschalteten npn-Transistor N6 gekoppelt und die Eingangsklemme IB ist mit dieser Stromquelle über einen als Diode geschalteten Transistor N8 gekoppelt. Das Verhältnis zwischen den Emitterflächen der Transistoren N6 und N8 ist beispielsweise 3 : 1. Weiterhin ist die Eingangsklemme IA über einen als Diode geschalteten npn-Transistor N7 mit einer Stromquelle CS3 gekoppelt und ist die Eingangsklemme 118 mit dieser Stromquelle über einen als Diode geschalteten Transistor N9 gekoppelt. Das Verhältnis zwischen den Emitterflächen der Transistoren N7 und N9 ist beispielsweise 1 : 3. Der Knotenpunkt BB ist mit einer Stromquelle CS2 gekoppelt, die einen Eingangsruhestrom liefert, der beispielsweise zweimal so groß ist wie der der Stromquellen CS1 und CS3. Die Transistoren P43 und P44 verschaffen eine Dämpfungsentzerrung für kleine Signale, sodass der Oszillator korrekt anläuft. Die Transistoren N6, N7, N8 und N9 und die Stromquellen CS1 und CS2 bilden zusammen einen als Widerstand geschalteten Transkonduktor, um Dämpfung für große Signale zu verschaffen, um die Amplitude solcher Signale zu begrenzen.
Im vorliegenden Fall wird die Gleichtaktspannung nicht an der Klemme cm gemessen, sondern am weiteren Knotenpunkt BC. Die Transistoren P43 und P44 haben jetzt eine zweifache Funktion, d. h. sie sorgen für Dämpfungsentzerrung und sie puffern eine Gleichtaktspannung. Auf diese Weise ist kein zusätzlicher Strom erforderlich, um Dämpfungsentzerrung zu erhalten.

Claims

1. Elektronische Schaltung mit einer Vielzahl von zumindest einem ersten Transkonduktor (TR1) und einem zweiten Transkonduktor (TR2), wobei jeder erste (IA) und zweite (IB) Eingangsklemmen aufweist zum Empfangen einer Differenzspannung und erste (OA) und zweite (OB) Ausgangsklemmen zum Liefern eines Differenzstroms in Reaktion auf die Differenzspannung, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Transkonduktor des zumindest ersten Transkonduktors (TR1) und zweiten Transkonduktors (TR2) umfasst:

ein erstes Differenzpaar (P1, P2) aus Transistoren eines ersten Leitungstyps, deren jeweilige erste Hauptelektroden in einem ersten Knotenpunkt (BA) miteinander gekoppelt sind, deren jeweilige zweite Hauptelektroden mit der ersten Ausgangsklemme (OA) und der zweiten Ausgangsklemme (OB) gekoppelt sind und deren jeweilige Steuerelektroden mit der ersten Eingangsklemme (IA) und der zweiten Eingangsklemme (IB) gekoppelt sind;

ein zweites Differenzpaar (N1, N2) aus Transistoren eines zweiten, dem ersten Leitungstyp des ersten Differenzpaares (P1, P2) entgegengesetzten Leitungstyps, wobei die jeweiligen ersten Hauptelektroden des zweiten Differenzpaares in einem zweiten Knotenpunkt (BB) miteinander gekoppelt sind, ihre jeweiligen zweiten Hauptelektroden mit der ersten Ausgangsklemme (OA) und der zweiten Ausgangsklemme (OB) gekoppelt sind und ihre jeweiligen Steuerelektroden mit der ersten Eingangsklemme (JA) und der zweiten Eingangsklemme (IB) gekoppelt sind;

eine mit dem ersten Knotenpunkt (BA) gekoppelte erste Stromquelle (P4) zum Liefern eines ersten Eingangsruhestroms an das erste Differenzpaar (P1, P2);

eine mit dem zweiten Knotenpunkt (BB) gekoppelte zweite Stromquelle (N4) zum Liefern eines zweiten Eingangsruhestroms an das zweite Differenzpaar (N1, N2);

einen ersten als Diode geschalteten Transistor (P3) vom ersten Leitungstyp und einen zweiten als Diode geschalteten Transistor (N3) vom zweiten Leitungstyp, die zwischen dem ersten Knotenpunkt (BA) und dem zweiten Knotenpunkt (BB) in Reihe geschaltet sind;

und die elektronische Schaltung weiterhin umfasst:

Mittel (P6, P7) zur Regelung der ersten Stromquelle (P4) zumindest des ersten Transkonduktors (TR1) in Reaktion auf eine Gleichtaktspannung des zweiten Transkonduktors (TR2).

2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Regelung umfassen:

einen Stromspiegel (P4, PS) mit einem Eingangszweig (PS), der mit dem ersten Knotenpunkt (BA) des zweiten Transkonduktors (TR2) gekoppelt ist, und mit Ausgangszweigen (P4), die mit jeweiligen ersten Knotenpunkten (BA) zumindest des ersten Transkonduktors (TR1) gekoppelt sind.

3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangszweig des Stromspiegels umfasst:

einen Messtransistor (P6) vom ersten Leitungstyp, der eine mit einem Knotenpunkt (cm) zwischen dem ersten als Diode geschalteten Transistor (P3) und dem zweiten als Diode geschalteten Transistor (N3) des zweiten Transkonduktors (TR2) verbundene Steuerelektrode hat;

einen weiteren als Diode geschalteten Transistor (P7) vom ersten Leitungstyp, der zu der ersten Hauptelektrode des Messtransistors (P6) in Reihe geschaltet ist und

noch einen weiteren Transistor (PS) vom ersten Leitungstyp mit einer Steuerelektrode und einer ersten Hauptelektrode, die parallel zu entsprechenden Elektroden des weiteren als Diode geschalteten Transistors (P7) geschaltete ist, und mit einer zweiten Hauptelektrode, die mit dem ersten Knotenpunkt (BA) des zweiten Transkonduktors (TR2) gekoppelt ist.

4. Elektronische Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Knotenpunkte (cm) des ersten als Diode geschalteten Transistors (P3) und des zweiten als Diode geschalteten Transistors (N3) von einer Anzahl Transistoren der Vielzahl von Transkonduktoren miteinander verbunden sind.

5. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (TRA) und der zweite (TRB) Transkonduktor je weiterhin umfassen:

ein weiteres Differenzpaar (P43, P44) von Transistoren vom ersten Leitungstyp, deren jeweilige erste Hauptelektroden in einem weiteren Knotenpunkt (BC) miteinander gekoppelt sind, deren jeweiligen zweite Hauptelektroden mit der ersten Eingangsklemme (IA) und der zweiten Eingangsklemme (IB) gekoppelt sind und deren jeweilige Steuerelektroden mit der zweiten Eingangsklemme (IB) und der ersten Eingangsklemme (IA) gekoppelt sind und einen Stromspiegel (P41, P42) mit einem Eingangszweig (P41), der mit dem weiteren Knotenpunkt (BC) des ersten Transkonduktors (TRA) gekoppelt ist, und mit einem Ausgangszweig (P42), der mit dem ersten Knotenpunkt (BA) des zweiten Transkonduktors (TRB) gekoppelt ist.

6. Elektronische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (TRA) und der zweite (TRB) Transkonduktor je weiterhin umfassen:

eine dritte Stromquelle (CS1) zum Liefern eines dritten Eingangsruhestroms;

einen dritten als Diode geschalteten Transistor (N6) vom zweiten Leitungstyp, der zwischen die erste Eingangsklemme (IA) und die dritte Stromquelle (CS1) geschaltet ist;

einen vierten als Diode geschalteten Transistor (N8) vom zweiten Leitungstyp, der zwischen die zweite Eingangsklemme (IB) und die dritte Stromquelle (CS1) geschaltet ist;

eine vierte Stromquelle (CS3) zum Liefern eines vierten Eingangsruhestroms;

einen fünften als Diode geschalteten Transistor (N7) vom zweiten Leitungstyp, der zwischen die erste Eingangsklemme (IA) und die vierte Stromquelle (CS3) geschaltet ist und einen sechsten als Diode geschalteten Transistor (N9) vom zweiten Leitungstyp, der zwischen die zweite Eingangsklemme (IB) und die vierte Stromquelle (CS3) geschaltet ist.

7. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des ersten (P3) und des zweiten (N3) als Diode geschalteten Transistors viermal so groß sind wie die der Transistoren des ersten (P1, P2) und des zweiten (N1, N2) Differenzpaares.