EP1307961A1 - Breitband-treiberschaltung - Google Patents

Breitband-treiberschaltung

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Publication number
EP1307961A1
EP1307961A1 EP01969423A EP01969423A EP1307961A1 EP 1307961 A1 EP1307961 A1 EP 1307961A1 EP 01969423 A EP01969423 A EP 01969423A EP 01969423 A EP01969423 A EP 01969423A EP 1307961 A1 EP1307961 A1 EP 1307961A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
driver
driver circuit
broadband
transistor
circuit according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01969423A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rüdiger KOBAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of EP1307961A1 publication Critical patent/EP1307961A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3083—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type
    • H03F3/3086—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal
    • H03F3/3088—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal with asymmetric control, i.e. one control branch containing a supplementary phase inverting transistor

Definitions

  • the invention relates to a highly linear integrated
  • Broadband driver circuit for driving voice and data signals.
  • the push-pull output stage has two output stage transistors controlled by control signals, each of which is assigned a sensor transistor in thermal coupling, two identical control currents being generated from the sensor currents supplied by the sensor transistors, which are subtracted from the control signals of the output stage transistors.
  • DE 2857233 Cl describes a semiconductor power amplifier circuit with a protective circuit which is provided to protect the output transistor against interference.
  • ADSL Asymmetrical Digital Subscriber Line
  • the ADSL method is a digital transmission method for twisted two-wire lines made of copper
  • Fig. 1 shows such a conventional circuit concept according to the prior art.
  • a first and second digital signal processor DSP in low-voltage technology are used for signal processing of digital voice signals or digital data signals.
  • Both digital signal processors DSP a , DSP B are operated with a low supply voltage V DD of, for example, + 5V.
  • the digital signal processor DSP ⁇ for the digital voice signals is connected to a voice signal line drive circuit for driving the DC and analog voice signals.
  • Speech signal driver circuit contains a preamplifier VV for amplifying the lower voltage amplitudes of the speech signal.
  • the gain of the preamplifier VV is determined by the dimensioning of the resistors Rl to R4.
  • the preamplifier VV is fully differential and has two signal outputs.
  • the two signal outputs of the preamplifier VV are each connected to the non-inverting input (plus) of two driver circuits T1, T2.
  • the signal output of the two driver circuits T1, T2 is fed back to the non-inverting input of the driver circuit T1, T2.
  • the voice signal driver circuit can transmit signal voltages of up to 150 V for reasons of compatibility with older telephone system concepts, for example for the transmission of ringing signals.
  • the voice signal driver circuit is therefore manufactured using high-voltage technology and, for example, a supply voltage of + 60V on the positive
  • the signals transmitted by the speech signal driver circuit are conventional speech signals in a frequency range from 300 Hz to 3.4 kHz with a signal amplitude of 1 V, DC voltage signals in the range from 20 to 100 V, ringing signals in a frequency range from 20 to 50 Hz at a voltage amplitude of 70 V and Teletax signals with a frequency range of 12 or 16 kHz at a signal amplitude of 5 V.
  • the signal outputs of the fully differential voice signal driver circuit are connected to a low pass TP, which decouples data signals with a higher frequency.
  • the digital speech processor DSP B provided for the digital data signals is connected to a data signal driver circuit.
  • the data signal driver circuit according to the prior art, as shown in FIG. 1, contains a first and a second line driver T3, T4.
  • the two non-inverting inputs of the two line driver circuits T3, T4 are connected to the digital signal processor DSP B.
  • the two inverting inputs of the driver circuits T3, T4 are connected to one another via a resistor R5 and coupled to their signal outputs via resistors R6, R7.
  • the driver circuits T3, T4 of the data signal driver circuit are connected to a downstream transformer via output resistors R8, R9.
  • the data signal driver circuit is subject to high linearity and signal bandwidth requirements.
  • the data signal driver circuit is therefore conventionally implemented in fast complementary bipolar technologies or BICMOS technologies.
  • the complementary driver circuits T3, T4 of the data signal driver circuit have complementary driver transistors.
  • the driver circuits T3, T4 have a maximum operating voltage of ⁇ 15 V.
  • the transmitted data signal must be transformed up to the necessary voltage value of 36 V p in a frequency range from 0.13 to 1.1 MHz.
  • the transformer has a primary coil L1 and two secondary coils L2a, L2b, which are connected to one another via a capacitor C.
  • the winding ratio between the secondary coils and the The primary coil is, for example, two for doubling the data signal voltages.
  • the outputs of the low-pass filter TP and the transformer are connected in parallel to the connection lines for the end device.
  • the prior art line driver circuitry shown in Fig. 1 has some significant disadvantages. Different driver circuits are required for the digital data signals. The voice signal driver circuit and the data signal driver circuit are also implemented in different semiconductor technologies. Therefore, integration on a semiconductor chip is difficult and the manufacturing costs for the circuit arrangement shown in FIG. 1 are relatively high.
  • a further disadvantage of the conventional circuit arrangement for driving voice and data signals shown in FIG. 1 is that due to the relatively low operating voltage of the data signal driver circuit, a transformer must be provided that cannot be integrated in a semiconductor chip. This transformer requires a relatively large amount of space and can only be manufactured with relatively great effort.
  • Another disadvantage is that the voice signal driver circuit must be manufactured using high-voltage technology.
  • High-voltage technology requires relatively large component dimensions, which lead to high parasitic capacities.
  • the transistors made using high-voltage technology have relatively high layer thicknesses and are therefore relatively slow.
  • the invention provides a broadband driver circuit for driving voice and data signals with:
  • a current splitting circuit which converts a current generated by a current source into two basic currents as a function of a voice and data signal present at a signal input for driving a first one
  • splits driver transistor and a second driver transistor the two driver transistors having the same structure and the current dividing circuit of the broadband driver circuit having an NPN bipolar transistor, the base connection of which has a signal output from the
  • Control amplifier is connected, the collector terminal is connected to the cascode transistor, and the emitter terminal is connected to a base terminal of the first driver transistor.
  • An advantage of the invention is that the driver transistors, in contrast to the complementary driver circuits according to the prior art, have two driver transistors of the same structure. As a result, fewer process steps are necessary in the manufacture of the driver circuit, so that the manufacturing costs decrease overall.
  • Another advantage of the broadband driver circuit according to the invention is that the driver circuit only requires a current source to control the two driver transistors, so that the power loss decreases and a space saving is achieved when the circuit is integrated.
  • the two have
  • Driver transistors have a high dielectric strength.
  • the broadband driver circuit according to the invention can be operated with a relatively high supply voltage, so that the
  • the two driver transistors have a low transit frequency.
  • the driver transistors are preferably NPN bipolar transistors.
  • NPN bipolar transistors are characterized by a higher switching speed than PNP biopolar transistors.
  • the signal input of the broadband driver circuit is preferably connected to a control amplifier.
  • the current distribution circuit has a cascode transistor connected to the current source.
  • the cascode transistor of the current distribution circuit preferably has a base connection which is connected to a voltage source, an emitter connection which is connected to the current source and a collector connection, which is connected to the base terminal of the second driver transistor.
  • the base connection and the emitter connection of the two driver transistors are preferably connected to one another via a resistor.
  • the two driver transistors of the broadband driver circuit according to the invention each have a measuring transistor.
  • the broadband driver circuit according to the invention has a quiescent current regulator for regulating the quiescent current of the current source.
  • the cascode transistor is preferably a PNP bipolar transistor.
  • the cascode transistor is a PMOSFET.
  • the current source is a PMOSFET or a PNP bipolar transistor.
  • the two driver transistors are Darlington transistors.
  • the broadband driver circuit according to the invention preferably drives voice and data signals in a frequency band range from 0 to 1.1 MHz.
  • the emitter connection of the first driver transistor and the collector connection of the second driver transistor are preferably connected to a signal output of the broadband driver circuit.
  • the signal input of the broadband driver circuit according to the invention is preferably connected to a preamplifier.
  • the signal output of the broadband driver circuit according to the invention is preferably connected via a resistor to a terminal telephone connection line for connecting a terminal.
  • the resistance prevents signal reflections on the terminal connection lines.
  • the broadband driver circuit according to the invention is preferably used to drive xDSL signals.
  • the broadband driver circuit according to the invention is preferably used in a broadband SLIC circuit for xDSL signals.
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement for driving digital voice and data signals with a broadband SLIC circuit, in which the broadband driver circuit according to the invention is contained;
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the broadband driver circuit according to the invention.
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of a particularly preferred embodiment of the broadband driver circuit according to the invention.
  • FIG. 5a shows a circuit diagram of a particularly preferred embodiment of the driver transistors contained in the broadband driver circuit
  • FIG. 5b shows a current characteristic of the preferred driver transistor shown in FIG. 5a.
  • Fig. 6a is a circuit diagram of a Darlington driver transistor.
  • Fig. 2 shows a circuit arrangement for driving digital voice signals and digital data signals with a broadband SLIC circuit which contains two broadband driver circuits according to the invention.
  • the digital voice signals are transmitted via signal lines 1 to a digital signal processor 2, which also has a connection for exchanging digital data signals via signal lines 3.
  • the digital signal processor 2 has a supply voltage connection 4 for applying a positive supply voltage, for example 5 V. Furthermore, the digital signal processor 2 is grounded via a ground connection 5.
  • the digital signal processor 2 is connected to two inputs 8, 9 of a broadband SLIC circuit 10 via lines 6, 7.
  • the broadband SLIC circuit 10 is constructed fully differentially and contains a preamplifier stage 11. Die
  • Preamplifier stage 11 has a non-inverting input 12 and an inverting input 13 and two signal outputs 14, 15.
  • the non-inverting signal input 12 is connected via a resistor 13 to the signal input 8 of the broadband SLIC circuit 10 and the inverting input 13 of the preamplifier 11 is connected to the second signal input 9 of the broadband SLIC circuit 10 via a resistor 14.
  • the preamplifier 11 is supplied with voltage via supply voltage lines 16, 17 and supply voltage connections 18, 19 with a high supply voltage of +60 V at the positive supply voltage connection 18 and -70 V at the negative supply voltage connection 19.
  • the signal output 14 of the preamplifier 11 is connected via a line 20 to the non-inverting input 21a of a broadband driver circuit 22a according to the invention.
  • the second signal output 15 of the preamplifier 11 is connected via a line 20b to the non-inverting input 21b at the second broadband driver circuit 22b according to the invention.
  • the connecting lines 20a, 20b are each connected via resistors 23, 24 to the inverting signal input 13 and the non-inverting input 12 of the preamplifier 11.
  • the signal amplification of the preamplifier 11 is determined by the dimensioning of the resistors 13, 14, 23, 24.
  • the two broadband driver circuits 22a, 22b according to the invention contained in the broadband SLIC circuit 10 each have inverting inputs 25a, 25b.
  • the signal outputs 26a, 26b are each connected to the two via signal output lines 27a, 27b
  • Signal outputs 28a, 28b of the broadband SLIC circuit 10 connected.
  • the signal output lines 27a, 27b are each fed back via feedback lines 29a, 29b to the inverting inputs 25a, 25b of the two broadband driver circuits 22a, 22b.
  • the two broadband driver circuits 22a, 22b are each supplied with a positive supply voltage V p via voltage supply lines 30a, 30b and with a negative supply voltage V n via negative supply voltage lines 31a, 31b.
  • the broadband SLIC circuit 10 is connected via resistors 32, 33 to the connecting lines 34, 35 for connecting a terminal 36.
  • the connecting lines 34, 35 are, for example, twisted two-wire lines for connecting a telephone terminal or modem 36.
  • the two broadband driver circuits 22a, 22b which form part of the broadband SLIC circuit 10, are used for the transmission of both voice and data signals.
  • the two signal inputs 21a, 21b of the two broadband driver circuits 22a, 22b there is a signal mixture of DC voltage signals, low-frequency voice signals and high-frequency data signals.
  • the resistors 32, 33 provided in the terminal connection lines 34, 35 serve to suppress signal reflections.
  • Broadband driver circuit 22 according to the invention contains a current splitting circuit 37 which converts a current generated by a current source 38 into two base currents Ibl, Ib2 as a function of a voice and data signal present at the signal input 21 for driving a first one
  • splits driver transistor 39 and a second driver transistor 40 The two driver transistors 29 and 40 are constructed in the same way.
  • the two driver transistors 39, 40 are preferably fast NPN bipolar transistors.
  • the technologically identical structure of the two driver transistors 39, 40 makes it possible to save some manufacturing process steps in the manufacture of the broadband driver circuit 22, so that the manufacturing costs decrease overall.
  • the current splitting circuit 37 includes a cascode transistor 41 which is connected to the current source 38 via a line 42.
  • the current distribution circuit 37 also contains an NPN bipolar transistor 43, the collector terminal 44 of which is connected to the line 45
  • Emitter terminal 46 of the cascode transistor 41 is connected.
  • a base connection 47 of the NPN transistor 43 is connected via a line 48 to a signal output 49 of a differentially constructed control amplifier 50.
  • the transistor 43 may alternatively be an NMOS transistor.
  • the emitter connection 51 of the current distribution circuit 37 is connected to the base 53 of the first driver transistor 39 via a base connection line 52.
  • the base connection 54 of the cascode transistor 41 is connected via a line 55 to a component 56 for generating a fixed voltage VI.
  • the current source 38 is connected via a line 57 and the voltage-generating component 56 via a line 58 to a supply voltage line 59 which is connected via an internal line 60 to the positive supply voltage connection 30 of the broadband driver circuit 22 according to the invention.
  • the quiescent current of the current source 38 can be set via a setting line 61 by a quiescent current control circuit 62.
  • the quiescent current control circuit 62 compensates for quiescent current changes due to temperature fluctuations.
  • the quiescent current control circuit 62 is connected via current measuring lines 63, 64 to current measuring transistors 65, 66 which are integrated with the output driver transistors 39, 40.
  • the base connection 53 of the first driver transistor 39 is connected to the base connection 68 of the current measurement transistor 67 via a base connection connecting line 69.
  • the base connection connecting line 69 is connected to the current distribution circuit 37 via the line 52.
  • the driver transistor 39 also has a collector connection 70 which is connected to the power supply line 59.
  • the emitter terminal 71 of the first driver transistor 39 is connected to the base connecting line 69 via a resistor 72.
  • the emitter connection 71 of the driver transistor 39 bears against the emitter connection 72 of the associated current measuring transistor 65.
  • the emitter terminal 71 of the first driver transistor 39 is connected to the collector terminal 74 of the second driver transistor 40 via a signal line 73.
  • the signal line 73 has a branch node 75 which is connected via a line 76 to the signal output 26 of the broadband driver circuit 22 according to the invention.
  • the second driver transistor 40 also has a base connection 77, which is connected via a base connection line 78 to a base connection 79 of the associated current measurement transistor 66.
  • the collector terminal 80 of the current measuring transistor 66 is connected to the quiescent current control circuit 62 via the current measuring line 64.
  • Driver transistor 40 is connected to the base connecting line 78 via a resistor 82. Furthermore, the Emitter terminal 81 of driver transistor 40 is connected via a line 83 to emitter 84 of current measuring transistor 66. The base connection connecting line 78 is connected via a base current supply line 85 to the collector 86 of the cascode transistor 41 within the
  • the emitter terminal 81 of the second driver transistor 40 is connected to the via a supply voltage line 87
  • Supply voltage connection 31 for applying a negative supply voltage V n for applying a negative supply voltage V n .
  • the control amplifier 50 has an inverting input 88 and a non-inverting input 89. In addition to the non-inverting signal output 48, the control amplifier 50 also has an inverting signal output 90 which is connected via a capacitor 91 to the base current connection line 85 for the second driver transistor 40. This capacitor 91 serves to bypass the cascode transistor 41 for high frequencies.
  • the inverting input 88 of the control amplifier 50 is connected via an internal line 92 to the inverting input 25 of the broadband driver circuit 22 according to the invention.
  • the non-inverting input 89 is connected via an internal signal line 93 to the non-inverting input terminal 21 of the broadband driver circuit 22.
  • the two driver transistors 39, 40 are each designed as NPN bipolar transistors. These are preferably bipolar transistors with a relatively low transit frequency of 200 MHz, which are distinguished by a particularly high dielectric strength.
  • the two driver transistors 39, 40 connected in series via the line 73 are supplied with a voltage for the supply voltage connections 30, 31 with a positive supply voltage V p and a negative supply voltage V n . Due to its high dielectric strength, the supply voltage applied to the two voltage connections 30, 31 can be correspondingly high.
  • the broadband SLIC circuit 10, as shown in FIG. 2, which contains two broadband driver circuits 22a, 22b according to the invention, can therefore process the high signal voltages of up to 150 V necessary for the direct voltage and voice signal transmission.
  • the current distribution circuit 37 divides the source current I Q generated by the single current source 38 into two base currents Ibl, Ib2 depending on the input signal present at the signal input 21. By dividing the source current I Q into the two base currents Ibl, Ib2, which flow via lines 52 and 85 to the base connections 53, 77 of the two driver transistors 39, 40, the two driver transistors 39, 40 are alternately turned on or off ,
  • This offers the particular advantage that, on the one hand, the transmission transistor no longer works in the non-linear kink region of the transmission current characteristic curve and, on the other hand, when the maximum output current is reached, the other signal path is not completely de-energized.
  • U be is the base emitter voltage
  • R is the resistance provided between the base and emitter connection
  • I b is the supplied base current
  • ⁇ is a predetermined amplification factor
  • FIG. 4 shows a particularly preferred embodiment of the broadband driver circuit 23 according to the invention.
  • the current source 38 is formed by a controlled PMOSFET transistor.
  • the cascode transistor 41 within the current distribution circuit 37 also consists of a PMOSFET transistor.
  • the driver transistors 39, 40 are formed by Darlington transistors, the structure of which is shown in transmission current characteristics in FIG. 6.
  • the signal output 26 is fed back via the inverting input 25 and an additional amplifier stage 94.
  • the additional amplifier stage 94 has an inverting input 95, which is connected to the inverting input 25 via a line 96.
  • the additional amplifier stage 94 has a non-inverting input 97, which is connected via line 20 to signal output 14 or 15 of fully differential preamplifier stage 11.
  • the control amplifier 50 connected as a voltage follower is interleaved in the loop with the amplifier 94 in order to achieve a reduction in the output resistance of the broadband driver circuit 22.
  • the signal output 49 of the control amplifier 50 is fed back to the inverting input 88 via a capacitor 98. Furthermore, a resistor 99 is provided between the inverting input 88 and the connection 25. Due to the feedback consisting of the capacitor 98 and the resistor 99, the control amplifier 50 is switched in such a way that oscillation is prevented and the circuit as a whole is stabilized.
  • the quiescent current control circuit 62 includes an amplifier 100, one
  • Capacitor 101 and a resistor 102 which together form an integrator circuit 103.
  • the signal output 104 of the integrator circuit 103 is connected to the gate connection of the current source MOSFET 38 via the setting line 61.
  • the amplifier 100 has an inverting input 105 which is connected to a node 106 via the resistor 102.
  • the amplifier 100 also has a non-inverting input 107, which is connected via a line 108 and a component 109 for generating a first voltage V2.
  • the node 106 is connected to ground via a current source 110.
  • the node 106 is connected to the emitter connections of two NPN transistors 111, 112 connected in parallel.
  • the collector connections of the NPN transistors 111, 112 are connected to the positive power supply line 59.
  • the base connections of the two NPN transistors 111, 112 connected in parallel are connected via base connection lines 113, 114 and the current measurement lines 63, 64 to the current ⁇ ⁇ Ni IV) H 1 c ⁇ o C ⁇ o C ⁇ O c ⁇ to ⁇ - Q
  • the driver transistors 39, 40 are constructed in the same way and are distinguished by a particularly high dielectric strength.
  • the broadband driver circuit 22 according to the invention is suitable both for driving DC voltage signals and low-frequency voice signals and also for high-frequency data signals.
  • the broadband driver circuit 22 can be produced with fewer process steps and can be easily integrated.
  • the quiescent current control circuit 62 compensates for temperature fluctuations.
  • Integrated broadband circuits make the broadband driver circuit 22 according to the invention particularly stable, so that oscillation of the circuit is suppressed. Since the broadband driver circuit 22 is only one
  • the broadband driver circuit 22 according to the invention is suitable as a driver circuit for any signals, and is distinguished by a particularly high frequency bandwidth and high linearity.
  • the broadband driver circuit 22 according to the invention is compared to driver circuits which are in high voltage and
  • the broadband driver circuit 22 is suitable for use within a broadband SLIC circuit 10 for driving xDSL signals.

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Breitband-Treiberschaltung zum Treiben von Sprach- und Datensignalen, mit einer Stromaufteilungsschaltung (37), die einen durch eine Stromquelle (38) erzeugten Strom in Abhängigkeit von einem an einem Signaleingang (21) anliegenden Sprach- und Datensignal in zwei Basisströme (Ib1, Ib2) zum Ansteuern eines ersten Treibertransistors (39) und eines zweiten Treibertransistors (40) aufteilt, wobei die beiden Treibertransistoren (39, 40) gleichartig aufgebaut sind.

Description

Beschreibung
Breitband-Treiberschaltung
Die Erfindung betrifft eine hochlineare integrierte
Breitband-Treiberschaltung zum Treiben von Sprach- und Datensignalen.
Die DE 19634052 C2 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Gegentakt-Endstufe. Die Gegentaktendstufe weist zwei von Steuersignalen gesteuerte Endstufentransistoren auf, denen jeweils ein Sensortransistor in thermischer Kopplung zugeordnet ist, wobei aus den von den Sensortransistoren gelieferten Sensorströmen zwei identische Steuerströme erzeugt werden, die von den Steuersignalen der Endstufentransistoren subtrahiert werden.
Die DE 2857233 Cl beschreibt eine Halbleiter- Leistungsverstärkerschaltung mit einer Schutzschaltung, die zum Schutz des Ausgangstransistors gegenüber Störungen vorgesehen ist.
Bei dem ADSL-Verfahren (ADSL: Asymmetrical Digital Subscriber Line) handelt es sich um ein digitales Übertragungsverfahren für verdrillte Zweidrahtleitungen aus Kupfer zum
Endteilnehmer im Ortsbereich für Breitbandanwendungen. Bislang erfolgte die gemeinsame Signalübertragung von Gleichspannungssignalen, analogen Sprachsignalen sowie Datensignalen derart, dass für jeden Signalanteil ein eigenständiger Signalpfad vorgesehen ist, der für die jeweiligen Anforderungen optimal ausgelegt ist.
Fig. 1 zeigt ein derartiges herkömmliches Schaltungskonzept nach dem Stand der Technik. Ein erster und zweiter digitaler Signalprozessor DSP in Niedervolt-Technologie dienen zur Signalverarbeitung von digitalen Sprachsignalen bzw. digitalen Datensignalen. Beiden Digitalsignalprozessoren DSPa, DSPB werden mit einer niedrigen Versorgungsspannung VDD von beispielsweise +5V betrieben. Der digitale Signalprozessor DSPÄ für die digitalen Sprachsignale ist mit einer Sprachsignal-Treiberschaltung verbunden zum Treiben der Gleichspannungs- und analogen Sprachsignale. Die
Sprachsignal-Treiberschaltung enthält einen Vorverstärker VV zur Verstärkung der niederen Spannungsamplituden des Sprachsignales. Die Verstärkung des Vorverstärkers VV wird durch die Dimensionierung der Widerstände Rl bis R4 festgelegt. Der Vorverstärker VV ist voll differentiell aufgebaut und weist zwei Signalausgänge auf. Die beiden Signalausgänge des Vorverstärkers VV sind jeweils mit dem nicht-invertierenden Eingang (plus) zweier Treiberschaltungen Tl, T2 verbunden. Der Signalausgang der beiden Treiberschaltungen Tl, T2 ist jeweils auf den nicht invertierenden Eingang der Treiberschaltung Tl, T2 rückgekoppelt .
Für die Gleichspannungs-Sprachsignalübertragung uss die Sprachsignal-Treiberschaltung aus Kompatibilitätsgründen zu älteren Telefonsystemkonzepten Signalspannungen von bis zu 150 V übertragen können, beispielsweise zur Übertragung von Klingelsignalen. Die Sprachsignal-Treiberschaltung wird daher in einer Hochvolt-Technologie hergestellt und beispielsweise einer Versorgungsspannung von +60V am positiven
Versorgungsspannungsanschluss und -70V am negativen Versorgungsspannungsanschluss betrieben. Die durch die Sprachsignal-Treiberschaltung übertragenen Signale sind herkömmliche Sprachsignale in einem Frequenzbereich von 300 Hz bis 3,4 kHz mit einer Signalamplitude von 1 V, Gleichspannungsignale im Bereich von 20 bis 100 V, Klingelsignale in einem Frequenzbereich von 20 bis 50 Hz bei einer Spannungsamplitude von 70 V sowie Teletax-Signale mit einem Frequenzbereich von 12 bzw. 16 kHz bei einer Signalamplitude von 5 V. Die Signalausgänge der voll differentiell ausgebauten Sprachsignal-Treiberschaltung sind an einen Tiefpass TP angeschlossen, der Datensignale mit höherer Frequenz entkoppelt .
Der für die digitalen Datensignale vorgesehene Digital- Sprachprozessor DSPB ist mit einer Datensignal- Treiberschaltung verbunden. Die Datensignal-Treiberschaltung nach dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält einen ersten und zweiten Leitungstreiber T3, T4. Die beiden nicht-invertierenden Eingänge der beiden Leitungstreiberschaltungen T3, T4 sind mit dem digitalen Signalprozessor DSPB verbunden. Die beiden invertierenden Eingänge der Treiberschaltungen T3, T4 sind über einen Widerstand R5 miteinander verbunden und über Widerstände R6, R7 jeweils an ihre Signalausgänge gekoppelt. Über Ausgangswiderstände R8 , R9 sind die Treiberschaltungen T3, T4 der Datensignal-Treiberschaltung an einen nachgeschalteten Transformator angeschlossen. Die Datensignal-Treiberschaltung unterliegt hohen Linearitäts- und Signalbandbreiten- Anforderungen. Die Datensignal-Treiberschaltung wird daher herkömmlicherweise in schnellen komplementären Bipolar- Technologien oder BICMOS-Technologien realisiert. Die komplementär aufgebauten Treiberschaltungen T3, T4 der Datensignal-Treiberschaltung weisen komplementär aufgebaute Treibertransistoren auf. Die Treiberschaltung T3, T4 weisen technologisch bedingt eine maximale Betriebsspannung von ± 15 V auf.
Aufgrund der niedrigen Betriebsspannungen der
Treiberschaltung T3, T4 muss das übertragende Datensignal auf den notwendigen Spannungswert von 36 Vp in einem Frequenzbereich von 0,13 bis 1,1 MHz hochtransformiert werden. Hierzu weist der Transformator eine Primärspule Ll und zwei Sekundärspulen L2a, L2b auf, die über einen Kondensator C miteinander verbunden sind. Das Wicklungsverhältnis zwischen den Sekundärspulen und der Primärspule beträgt beispielsweise zwei zur Verdopplung der Datensignalspannungen.
Die Ausgänge des Tiefpassfilters TP und des Transformators sind parallel an die Anschlussleitungen für das Endgerät angeschlossen.
Die in Fig. 1 gezeigte Leitungstreiberschaltungsanordnung nach dem Stand der Technik weist einige erhebliche Nachteile auf. Für die digitalen Datensignale sind jeweils unterschiedliche Treiberschaltungen notwendig. Die Sprachsignal-Treiberschaltung und die Datensignal- Treiberschaltung werden zudem in unterschiedlichen Halbleiter-Technologien realisiert. Daher ist eine Integration auf einem Halbleiterchip nur schwer möglich und die Herstellungskosten für die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung sind relativ hoch.
Ein weiterer Nachteil der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Schaltungsanordnung zum Treiben von Sprach- und Datensignalen besteht darin, dass aufgrund der relativ niedrigen Betriebsspannung der Datensignal-Treiberschaltung ein Transformator vorgesehen werden muss, der nicht in einem Halbleiterchip integrierbar ist. Dieser Transformator benötigt relativ viel Platz und ist nur mit relativ hohem Aufwand zu fertigen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Sprachsignal- Treiberschaltung in einer Hochvolt-Technologie hergestellt werden muss. Bei der Hochvolt-Technologie sind relativ große Bauteildimensionen notwendig, die zu hohen parasitären Kapazitäten führen. Darüber hinaus weisen die in Hochvolt- Technologie ausgeführten Transistoren relativ hohe Schichtdicken auf und sind somit relativ langsam.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Breitband-Treiberschaltung zu schaffen, die sowohl für ein Treiben von Sprach- und Datensignalen geeignet ist und die mit einem schaltungstechnisch geringen Aufwand herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Breitband- Treiberschaltung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft eine Breitband-Treiberschaltung zum Treiben von Sprach- und Datensignalen mit:
einer Stromaufteilungsschaltung, die einen durch eine Stromquelle erzeugten Strom in Abhängigkeit von einem an einem Signaleingang anliegenden Sprach- und Datensignal in zwei Basisströme zum Ansteuern eines ersten
Treibertransistors und eines zweiten Treibertransistors aufteilt, wobei die beiden Treibertransistoren gleichartig aufgebaut sind und wobei die Stromaufteilungsschaltung der Breitband-Treiberschaltung, einen NPN-Bipolartransistor auf, dessen Basisanschluss mit einem Signalausgang des
Regelverstärkers verbunden ist, dessen Kollektoranschluss an den Kaskode-Transistor angeschlossen ist, und dessen Emitteranschluss mit einem Basisanschluss des ersten • Treibertransistors verbunden ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Treibertransistoren im Gegensatz zu den komplementär aufgebauten Treiberschaltungen nach dem Stand der Technik zwei gleichartig aufgebaute Treibertransistoren besitzt. Hierdurch sind bei der Hestellung der Treiberschaltung weniger Verfahrensschritte notwendig, so dass die Herstellungskosten insgesamt sinken.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Breitband- Treiberschaltung besteht darin, dass die Treiberschaltung lediglich eine Stromquelle zur Ansteuerung der beiden Treibertransistoren benötigt, so dass die Verlustleistung sinkt und bei der Integration der Schaltung eine Flächenersparnis erreicht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung weisen die beiden
Treibertransistoren eine hohe Spannungsfestigkeit auf.
Dies bietet den besonderen Vorteil, dass die erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltung mit einer relativ hohen Versorgungsspannung betrieben werden kann, so dass das
Nachschalten eines Transformators überflüssig wird. Hierdurch wird die Integration erleichtert und die Herstellungskosten werden abgesenkt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden Treibertransistoren eine niedrige Transitfrequenz auf.
Bei den Treibertransistoren handelt es sich vorzugsweise um NPN-Bipolartransistoren.
NPN-Bipolartransistoren zeichnen sich gegenüber PNP- Biopolartransistoren physikalisch bedingt durch eine höhere Schaltgeschwindigkeit aus.
Der Signaleingang der Breitband-Treiberschaltung ist vorzugsweise mit einem Regelverstärker verbunden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung weist die Stromaufteilungsschaltung einen mit der Stromquelle verbundenen Kaskode-Transistor auf.
Der Kaskode-Transistor der Stromaufteilungsschaltung weist vorzugsweise einen Basisanschluss auf, der an einer Spannungsquelle anliegt, einen Emitteranschluss, der an die Stromquelle angeschlossen ist sowie einen Kollektoranschluss, der mit dem Basisanschluss des zweiten Treibertransistors verbunden ist.
Der Basisanschluss und der Emitteranschluss der beiden Treibertransistoren ist vorzugsweise jeweils über einen Widerstand miteinander verbunden.
Die beiden Treibertransistoren der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung weisen bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform jeweils einen Mess-Transistor auf.
Die erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltung weist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform einen Ruhestromregler zum Regeln des Ruhestroms der Stromquelle auf.
Das Vorsehen einer Ruhestromregelung bietet den Vorteil, dass eine Temperaturabhängigkeit der erfindungsgemäßen Breitband- Treiberschaltung vermieden wird.
Der Kaskode-Transistor ist vorzugsweise ein PNP- Bipolartransistor .
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Kaskode- Transistor ein PMOSFET.
Die Stromquelle ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein PMOSFET oder ein PNP-Bipolartransistor.
Dies hat den Vorteil, dass der Stromquellentransistor eine niedrigere Transitfrequenz aufweisen kann als ein NPN- Transisitor.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung sind die beiden Treibertransistoren Darlington-Transistoren. Die erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltung treibt vorzugsweise Sprach- und Datensignale in einem Frequenzbandbereich von 0 bis 1,1 MHz.
Der Emitteranschluss des ersten Treibertransistors und der Kollektoranschluss des zweiten Treibertransistors sind vorzugsweise an einen Signalausgang der Breitband- Treiberschaltung angeschlossen.
Der Signaleingang des erfindungsgemäßen Breitband- Treiberschaltung ist vorzugsweise an einen Vorverstärker angeschlossen.
Der Signalausgang der erfindungsgemäßen Breitband- Treiberschaltung ist vorzugsweise über einen Widerstand mit einer Endgerät-Telefonanschlussleitung zum Anschluss eines Endgeräts verbunden.
Durch den Widerstand werden Signalreflexionen auf den Endgerätanschlussleitungen vermieden.
Die erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltung wird vorzugsweise zum Treiben von xDSL-Signalen verwendet.
Die erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltung wird vorzugsweise in einer Breitband-SLIC-Schaltung für xDSL- Signale eingesetzt.
Im weiteren werden bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Treiben von digitalen Sprach- und Datensignalen nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zum Treiben von digitalen Sprach- und Datensignalen mit einer Breitband-SLIC- Schaltung, in der die erfindungsgemäße Breitband- Treiberschaltung enthalten ist;
Fig. 3 ein Schaltkreisdiagramm der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung;
Fig. 4 ein Schaltkreisdiagramm einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Breitband- Treiberschaltung;
Fig.5a ein Schaltkreisdiagramm einer besonders bevorzugten Ausführungsform der in der Breitband- Treiberschaltung enthaltenen Treibertransistoren;
Fig.5b eine Stromkennlinie des in Fig. 5a dargestellten bevorzugten Treibertransistors.
■ Fig. 6a ein Schaltkreisdiagramm eines Darlington- Treibertransistors.
Fig. 6b eine Stromkennlinie des in Flg. 6a dargestellten Darlington-Transistors
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Treiben von digitalen Sprachsignalen und digitalen Datensignalen mit einer Breitband-SLIC-Schaltung, die zwei Breitband- Treiberschaltungen ge äss der Erfindung enthält.
Die digitalen Sprachsignale werden über Signalleitungen 1 an einen digitalen Signalprozessor 2 übertragen, der ferner einen Anschluss zum Austausch von digitalen Datensignalen über Signalleitungen 3 besitzt. Der digitale Signalprozessor 2 weist einen Versorgungsspannungsanschluss 4 zum Anlegen einer positiven Versorgungsspannung, beispielsweise 5 V, auf. Ferner ist der digitale Signalprozessor 2 über einen Erdungsanschluss 5 geerdet. Über Leitungen 6, 7 ist der digitale Signalprozessor 2 mit zwei Eingängen 8, 9 einer Breitband-SLIC-Schaltung 10 verbunden.
Die Breitband-SLIC-Schaltung 10 ist voll differentiell aufgebaut und enthält eine Vorverstärkerstufe 11. Die
Vorverstärkerstufe 11 hat einen nicht invertierenden Eingang 12 und einen invertierenden Eingang 13 sowie zwei Signalausgänge 14, 15. Der nicht invertierende Signaleingang 12 ist über einen Widerstand 13 mit dem Signaleingang 8 der Breitband-SLIC-Schaltung 10 verbunden und der invertierende Eingang 13 des Vorverstärkers 11 liegt über einen Widerstand 14 an dem zweiten Signaleingang 9 der Breitband-SLIC- Schaltung 10 an. Der Vorverstärker 11 wird über Versorgungsspannungsleitungen 16, 17 und Versorgungsspannungsanschlüsse 18, 19 mit einer hohen VersorgungsSpannung von +60 V am positiven Versorgungsspanungsanschluss 18 und -70 V am negativen Versorgungsspannungsanschluss 19 mit Spannung versorgt. Der Signalausgang 14 des Vorverstärkers 11 ist über eine Leitung 20 mit dem nicht invertierenden Eingang 21a einer Breitband-Treiberschaltung 22a gemäss der Erfindung verbunden. Der zweite Signalausgang 15 des Vorverstärkers 11 liegt über eine Leitung 20b an dem nicht invertierenden Eingang 21b an der zweiten Breitband-Treiberschaltung 22b gemäss der Erfindung an. Die Verbindungsleitungen 20a, 20b sind jeweils über Widerstände 23, 24 mit dem invertierenden Signaleingang 13 und dem nicht invertierenden Eingang 12 des Vorverstärkers 11 verbunden. Die Signalverstärkung des Vorverstärkers 11 wird durch die Dimensionierung der Widerstände 13, 14, 23, 24 bestimmt. Die beiden in der Breitband-SLIC-Schaltung 10 enthaltenen erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltungen 22a, 22b weisen jeweils invertierende Eingänge 25a, 25b auf. Die Signalausgänge 26a, 26b sind jeweils über Signalausgangsleitungen 27a, 27b mit den beiden
Signalausgängen 28a, 28b der Breitband-SLIC-Schaltung 10 verbunden. Die Signalausgangsleitungen 27a, 27b sind jeweils über Rückkoppelleitungen 29a, 29b an die invertierenden Eingänge 25a, 25b der beiden Breitband-Treiberschaltungen 22a, 22b rückgekoppelt. Die beiden Breitband- Treiberschaltungen 22a, 22b werden jeweils über Spannungsversorgungsleitungen 30a, 30b mit einer positiven Versorgungsspannung Vp versorgt und über negative Versorgungsspannungsleitungen 31a, 31b mit einer negativen Versorgungsspannung Vn. Ausgangsseitig ist die Breitband- SLIC-Schaltung 10 über Widerstände 32, 33 an die Anschlussleitungen 34, 35 zum Anschluss eines Endgeräts 36 verbunden. Bei den Anschlussleitungen 34, 35 handelt es sich beispielsweise um verdrillte Zweidrahtleitungen zum Anschluss eines Telefon-Endgeräts oder Modems 36.
Wie man Fig. 2 entnehmen kann, werden die beiden Breitband- Treiberschaltungen 22a, 22b, die einen Teil der Breitband- -SLIC-Schaltung 10 bilden, sowohl zur Übertragung von Sprach- als auch von Datensignalen eingesetzt. An den beiden Signaleingängen 21a, 21b der beiden Breitband- Treiberschaltungen 22a, 22b liegt jeweils ein Signalgemisch aus Gleichspannungssignalen, niederfrequenten Sprachsignalen sowie hochfrequenten Datensignalen an. Die beiden Treiberschaltungen 22a, 22b werden mit einer dem erforderlichen Spannungshub entsprechenden Versorgungsspannung ΔV = Vp-Vn versorgt. Die in den Endgerätanschlussleitungen 34, 35 vorgesehenen Widerstände 32, 33 dienen zur Unterdrückung von Signalreflexionen.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung 22. Die Breitband-Treiberschaltung 22 gemäss der Erfindung enthält eine Stromaufteilungsschaltung 37, die einen durch eine Stromquelle 38 erzeugten Strom in Abhängigkeit von einem an dem Signaleingang 21 anliegenden Sprach- und Datensignal in zwei Basisströme Ibl, Ib2 zum Ansteuern eines ersten
Treibertransistors 39 und eines zweiten Treibertransistors 40 aufteilt. Die beiden Treibertransistoren 29 und 40 sind dabei gleichartig aufgebaut. Vorzugsweise handelt es sich bei beiden Treibertransistoren 39, 40 um schnelle NPN- Bipolartransistoren. Der technologisch gleichartige Aufbau der beiden Treibertransistoren 39, 40 ermöglicht es bei der Herstellung der Breitband-Treiberschaltung 22, einige Herstellungsverfahrensschritte einzusparen, so dass die Herstellungskosten insgesamt absinken.
Die Stromaufteilungsschaltung 37 enthält einen Kaskode- Transistor 41, der mit der Stromquelle 38 über eine Leitung 42 verbunden ist. Die Stromaufteilungsschaltung 37 enthält ferner einen NPN-Bipolartransistor 43, dessen Kollektoranschluss 44 über eine Leitung 45 mit dem
Emitteranschluss 46 des Kaskode-Transistors 41 verbunden ist. Ein Basisanschluss 47 des NPN-Transistors 43 liegt über eine Leitung 48 an einem Signalausgang 49 eines differentiell aufgebauten Regelverstärkers 50 an. Der Transistor 43 kann alternativ ein NMOS-Transistor sein. Der Emitteranschluss 51 der Stromaufteilungsschaltung 37 ist über eine Basisanschlussleiltung 52 mit der Basis 53 des ersten Treibertransistors 39 verbunden.
Der Basisanschluss 54 des Kaskode-Transistors 41 wird über eine Leitung 55 an ein Bauelement 56 zur Erzeugung einer festen Spannung VI angeschlossen. Die Stromquelle 38 liegt über eine Leitung 57 und das Spannungserzeugende Bauelement 56 über eine Leitung 58 an einer Versorgungsspannungsleitung 59 an, die über eine interne Leitung 60 an den positiven Versorgungsspannungsanschluss 30 der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung 22 angeschlossen ist. Der Ruhestrom der Stromquelle 38 ist über eine Einstell- Leitung 61 durch eine Ruhestrom-Regelschaltung 62 einstellbar. Die Ruhestrom-Regelschaltung 62 gleicht Ruhestromveränderungen aufgrund von Temperaturschwankungen aus. Hierzu ist die Ruhestrom-Regelschaltung 62 über Strommessleitungen 63, 64 mit Strom-Messtransistoren 65, 66 verbunden, die mit den Ausgangs-Treibertransistoren 39, 40 integriert sind. Der Basisanschluss 53 des ersten Treibertransistors 39 ist mit dem Basisanschluss 68 des Strom-Messtransistors 67 über eine Basisanschluss- Verbindungsleitung 69 verbunden. Die Basisanschluss- Verbindungsleitung 69 liegt über die Leitung 52 an der Stromaufteilungsschaltung 37 an. Der Treibertransistor 39 weist ferner einen Kollektoranschluss 70 auf, der an die Stromversorgungsleitung 59 angeschlossen ist. Der Emitteranschluss 71 des ersten Treibertransistors 39 ist über einen Widerstand 72 an die Basisverbindungsleitung 69 angeschlossen. Ferner liegt der Emitteranschluss 71 des Treibertransistors 39 an dem Emitteranschluss 72 des zugehörigen Strom-Messtransistors 65 an. Der Emitteranschluss 71 des ersten Treibertransistors 39 liegt über eine Signalleitung 73 an dem Kollektoranschluss 74 des zweiten Treibertransistors 40 an. Die Signalleitung 73 besitzt einen Verzweigungsknoten 75, der über eine Leitung 76 an dem Signalausgang 26 der erfindungsgemäßen Breitband- Treiberschaltung 22 angeschlossen ist.
Der zweite Treibertransistor 40 besitzt ferner einen Basisanschluss 77, der über eine Basisverbindungsleitung 78 an einen Basisanschluss 79 des zugehörigen Strom- Messtansistors 66 angeschlossen ist. Der Kollektoranschluss 80 des Strom-Messtransistors 66 ist über die Strom- Messleitung 64 mit dem Ruhestrom-Regelschaltkreis 62 verbunden. Der Emitteranschluss 81 des zweiten
Treibertransistors 40 liegt über einen Widerstand 82 an der Basis-Verbindungsleitung 78 an. Ferner ist der Emitteranschluss 81 des Treibertransistors 40 über eine Leitung 83 an den Emitter 84 des Strom-Messtransistors 66 angeschlossen. Die Basisanschluss-Verbindungsleitung 78 ist über eine Basisstrom-Versorgungsleitung 85 mit dem Kollektor 86 des Kaskode-Transistors 41 innerhalb der
Stromaufteilungsschaltung 37 verbunden. Der Emitteranschluss 81 des zweiten Treibertransistors 40 liegt über eine Versorgungsspannungsleitung 87 an dem
Versorgungsspannungsanschluss 31 zum Anlegen einer negativen Versorgungsspannung Vn an.
Der Regelverstärker 50 besitzt einen invertierenden Eingang 88 und einen nicht invertierenden Eingang 89. Ferner besitzt der Regelverstärker 50 neben dem nicht-invertierenden Signalausgang 48 einen invertierenden Signalausgang 90, der über einen Kondensator 91 mit der Basisstromanschlussleitung 85 für den zweiten Treibertransistor 40 verbunden ist. Dieser Kondensator 91 dient zur Umgehung des Kaskode-Transistors 41 für hohe Frequenzen. Der invertierende Eingang 88 des Regelverstärkers 50 ist über eine interne Leitung 92 an den invertierenden Eingang 25 der erfindungsgemäßen Breitband- Treiberschaltung 22 angeschlossen. Der nicht invertierende Eingang 89 ist über eine interne Signalleitung 93 mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss 21 der Breitband- Treiberschaltung 22 verbunden.
Die beiden Treibertransistoren 39, 40 sind jeweils als NPN- Bipolartransistoren ausgebildet. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Bipolartransistoren mit einer relativ niedrigen Transitfrequenz von 200 MHz, die sich durch besonders hohe Spannungsfestigkeit auszeichnen. Die beiden über die Leitung 73 in Reihe geschalteten Treibertransistoren 39, 40 werden die Versorgungsspannungsanschlüsse 30, 31 mit einer positiven Versorgungsspannung Vp und einer negativen Versorgungsspannung Vn mit Spannung versorgt. Aufgrund ihrer hohen Spannungsfestigkeit kann die an den beiden Spannungsanschlüssen 30, 31 angelegte Versorgungsspannung entsprechend hoch sein. Die Breitband-SLIC-Schaltung 10, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, die zwei erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltungen 22a, 22b enthält, kann daher die für die Gleichspannungs- und Sprachsignalübertragung notwendigen hohen Signalspannungen von bis zu 150 V verarbeiten.
Durch die Stromaufteilungsschaltung 37 wird der von der einzigen Stromquelle 38 erzeugte Quellenstrom IQ in zwei Basisströme Ibl, Ib2 in Abhängigkeit von dem am Signaleingang 21 anliegenden Eingangssignal aufgeteilt. Durch die Aufteilung des Quellenstroms IQ in die beiden Basisströme Ibl, Ib2, die über die Leitungen 52 bzw. 85 zu den Basisanschlüssen 53, 77 der beiden Treibertransistoren 39, 40 fließen, werden die beiden Treibertransistoren 39, 40 wechselweise auf- bzw. zugesteuert.
Die Fig. 5a, 5b zeigen den Aufbau und die
Übertragungsstromkennlinie der beiden Treibertransistoren 39, 40.
Die Basisstromaufteilung durch die Stromaufteilungsschaltung
37 wird durch den Regelverstärker 50 gesteuert. Die Stromhöhe des von der Stromquelle 38 abgegebenen Quellenstroms IQ sowie der beiden Basis-Teilströme Ii, Ib2 wird so festgelegt, dass man für den Fall Ibl = Ib2 , das heißt im laststromlosen Fall, der Ruhestrom IR etwas oberhalb des in Fig. 5b dargestellten Knickpunktes am Anfang des linearen Kennlinienbereichs B liegt. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass einerseits der Übertragungstransistor nicht mehr in dem nicht linearen Knickbereich der Übertragungstromkennlinie arbeitet und andererseits bei Erreichen des maximalen Ausgangsstromes der jeweils andere Signalpfad nicht völlig stromlos wird.
Für den Kennlinienbereich A gilt:
Ie = In Für den Kennlinienbereich B des Treibertransistors gilt:
Ie = Ube/R+Ib(ß+1),
wobei Ube die Basisemitterspannung ist, R der zwischen Basis- und Emitteranschluss vorgesehene Widerstand, Ib der zugeführte Basisstrom und ß ein vorgegebener Verstärkungsfaktor ist.
Da die Basisemitterspannung Ube sowie der
Stromverstärkungskoeffizient ß temperaturabhängig sind, ist es notwendig, den durch die Stromquelle erzeugten Ruhestrom IR auf die gewünschte Stromhöhe nachzuregeln. Dies geschieht mit Hilfe der Ruhestrom-Regelschaltung 62, die von den Strom- Messtransistoren 67, 66 Messströme zum Nachregeln des Ruhestroms erhält .
Fig. 4 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung 23.
Bei der in Fig. 4 gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Stromquelle 38 durch einen gesteuerten PMOSFET-Transistor gebildet. Auch der Kaskode- Transistor 41 innerhalb der Stromaufteilungsschaltung 37 besteht aus einem PMOSFET-Transistor. Die Treibertransistoren 39, 40 werden durch Darlington-Transistoren gebildet, deren Aufbau in Übertragungsstromkennlinien in Fig. 6 dargestellt sind.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der Signalausgang 26 über den invertierenden Eingang 25 und eine zusätzliche Verstärkerstufe 94 rückgekoppelt. Hierzu weist die zusätzliche Verstärkerstufe 94 einen invertierenden Eingang 95 auf, der mit dem invertierenden Eingang 25 über eine Leitung 96 verbunden ist. Ferner weist die zusätzliche Verstärkerstufe 94 einen nicht invertierenden Eingang 97 auf, der über die Leitung 20 mit dem Signalausgang 14 bzw. 15 der voll differentiellen Vorverstärkerstufe 11 verbunden ist. Der als Spannungsfolger geschaltete Regelverstärker 50 wird in die Schleife mit dem Verstärker 94 verschachtelt, um eine Reduktion des Ausgangswiderstandes der Breitband- Treiberschaltung 22 zu erreichen.
Der Signalausgang 49 des Regelverstärkers 50 wird bei der in Fig. 4 gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform über einen Kondensator 98 an den invertierenden Eingang 88 rückgekoppelt. Ferner ist zwischen dem invertierenden Eingang 88 und dem Anschluss 25 ein Widerstand 99 vorgesehen. Durch die aus dem Kondensator 98 und dem Widerstand 99 bestehende Rückkopplung wird der Regelverstärker 50 derart geschaltet, dass ein Schwingen verhindert und die Schaltung insgesamt stabilisiert wird.
In Fig. 4 ist der Aufbau einer besonders bevorzugten Ruhestromregelung 62 dargestellt. Die Ruhestrom- Regelungsschaltung 62 enthält einen Verstärker 100, einen
Kondensator 101 sowie einen Widerstand 102, die zusammen eine Integratorschaltung 103 bilden. Der Signalausgang 104 der Integratorschaltung 103 liegt über die Einstelleitung 61 an dem Gateanschluss des Stromquellen-MOSFETs 38 an. Der Verstärker 100 besitzt einen invertierenden Eingang 105, der über den Widerstand 102 an einen Knoten 106 geschaltet ist. Der Verstärker 100 weist ferner einen nicht invertierenden Eingang 107 auf, der über eine Leitung 108 und ein Bauteil 109 zur Erzeugung einer ersten Spannung V2 geschaltet ist. Der Knoten 106 liegt über eine Stromquelle 110 an Masse an. Darüber hinaus ist der Knoten 106 an die Emitteranschlüsse von zwei parallel geschalteten NPN-Transistoren 111, 112 geschaltet. Die Kollektoranschlüsse der NPN-Transistoren 111, 112 liegen an der positiven Stromversorgungsleitung 59 an. Die Basisanschlüsse der beiden parallel geschalteten NPN- Transistoren 111, 112 sind über Basisanschlussleitungen 113, 114 und die Strom-Messleitungen 63, 64 mit den Strom- ω ω Ni IV) H1 cπ o Cπ o Cπ O cπ to μ- Q
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Die Treibertransistoren 39, 40 sind gleichartig aufgebaut und zeichnen sich durch eine besonders hohe Spannungsfestigkeit aus .
Die erfindungsgemäßen Breitband-Treiberschaltung 22 eignet sich sowohl zum Treiben von Gleichspannungssignalen und niederfrequenten Sprachsignalen als auch von hochfrequenten Datensignalen .
Da die Treibertransistoren 39, 40 im Gegensatz zu komplementären Treiberschaltungen gleichartig aufgebaut sind, beispielsweise als NPN-Transistoren, ist die erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltung 22 mit weniger Verfahrensschritten herstellbar und gut integrierbar. Der Ruhestrom- Regelschaltkreis 62 gleicht Temperaturschwankungen aus.
Durch die Verwendung von Darlington-Transistoren als Ausgangstreiber-Transistoren 39, 40 können höhere Ausgangsströme durch die erfindungsgemäße Breitband- Treiberschaltung 22 geliefert werden.
Durch integrierte Rückkoppelschaltungen ist die erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltung 22 besonders stabil, so dass ein Schwingen der Schaltung unterdrückt wird. Da die Breitband-Treiberschaltung 22 lediglich eine
Stromquelle benötigt, die aus einem MOSFET 38 besteht, wird die Verlustleistung minimiert und bei Integration der Chipfläche eingespart.
Die erfindungsgemäße Breitband-Treiberschaltung 22 eignet sich als Treiberschaltung für beliebige Signale, wobei sie sich durch eine besonders hohe Frequenzbandbreite und eine hohe Linearität auszeichnet. Die erfindungsgemäße Breitband- Treiberschaltung 22 ist dabei im Vergleich zu Treiberschaltungen, die in Hochvolt und
Komplementärtechnologie hergestellt werden, mit niedrigeren Herstellungskosten herstellbar. Insbesondere eignet sich die Breitband-Treiberschaltung 22 für den Einsatz innerhalb einer Breitband-SLIC-Schaltung 10 zum Treiben von xDSL-Signalen.
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Endgerät Stromaufteilungsschaltung Stromquelle Treibertransistor Treibertransistor Kaskode-Transistor Leitung Bipolar-Transistor Anschluss Leitung Knoten Basisanschluss Leitung Signalausgang Regelverstärker Emitteranschluss Basisstromleitung Basisanschluss des Treibertransistors 39 Anschluss des Kaskode-Transistors
Spannungsbauelement Leitung Leitung Positive Stromversorgungsleitung Leitung Einstell-Leitung Regelschaltung Strommessleitung Strommessleitung Strom-Messtransistor Strom-Messtransistor Strom-Messtransistor Basisanschluss
Kollektoranschluss Emitteranschluss Widerstand 73 Leitung 73a Leitung
74 Knoten
75 Knoten 76 Leitung
77 Basisanschluss
78 Basisverbindungsleitung
79 Basisanschluss
80 Kollektoranschluss 81 Emitteranschluss
82 Widerstand
83 Leitung
84 Emitteranschluss
85 Basisstromleitung 86 Knoten
87
88 Invertierender Eingang
89 Nicht invertierender Eingang 90 Signalausgang 91 Kondensator 92
93 Leitung
94 Verstärkerstufe
95 Invertierender Eingang 96 Leitung
97 Nicht invertierender Eingang
98 Kondensator
99 Widerstand
100 Verstärker 101 Kondensator
102 Widerstand
103 Integratorschaltung
104 Signalausgang
105 Invertierender Eingang 106 Knoten
107 Nicht invertierender Eingang
108 Leitung 109 Spannungsbauelement
110 Stromquelle
111 Transistor
112 Transistor
115 Widerstand
116 Widerstand
117 Widerstand 118 Widerstand
119 Widerstand

Claims

Patentansprüche
1. Breitband-Treiberschaltung zum Treiben von Sprach- und Datensignalen, mit: einer Stromaufteilungsschaltung (37), die einen durch eine
Stromquelle (38) erzeugten Strom in Abhängigkeit von einem an einem Signaleingang (21) anliegenden Sprach- und Datensignal in zwei Basisströme (Ibl, Ib2) zum Ansteuern eines ersten Treibertransistors (39) und eines zweiten Treibertransistors (40) aufteilt, wobei die beiden Treibertransistoren (39, 40) gleichartig aufgebaut sind und wobei die
Stromaufteilungsschaltung (37) einen NPN-Bipolartransistor bzw. einen NMOS-Transistor (43) aufweist, dessen Basisanschluss bzw. Gateanschluss (47) mit einem Ausgang (49) des Regelverstärkers (45), dessen Kollektor- bzw. Drainanschluss (44) an den Kaskode-Transistor (41) angeschlossen ist und dessen Emitter- bzw. Sourceanschluss (51) mit dem Basisanschluss (53) des ersten Treibertransistors (39) verbunden ist.
2. Breitband-Treiberschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Treibertransistoren (39, 40) eine hohe Spannungsfestigkeit besitzen.
3. Breitband-Treiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Treibertransistoren (39, 40) eine niedrige. Transitfrequenz aufweisen.
4. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Treibertransistoren (39, 40) NPN- Bipolartransistoren sind.
5. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ruhestrom (IQ) der Stromquelle (38) einstellbar ist.
6. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stromaufteilungsschaltung (37) einen Kaskode- Transistor (41) aufweist, der mit der Stromquelle (38) verbunden ist.
7. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Signaleingang (21) an einen Regelverstärker (50) angeschlossen ist.
8. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kaskode-Transistor (41) einen Basisanschluss (54) aufweist, an dem eine feste Spannung anliegt, und einen zweiten Anschluss, der an der Stromquelle (38) anliegt sowie einen dritten Anschluss (86), der mit dem Basisanschluss (77) des zweiten Treibertransistors (40) verbunden ist.
9. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Basisanschluss (53, 77) und der Emitteranschluss (71, 81) der beiden Treibertransistoren (39, 40) jeweils über einen Widerstand (72, 82) verbunden ist.
10. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Treibertransistoren (39, 40) jeweils an einen Strom-Messtransistor (67, 66) angeschlossen sind.
11. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Ruhestrom-Regelungsschaltung (62) zum Regeln des
Ruhestroms (IQ) der Stromquelle (38) vorgesehen ist.
12. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kaskode-Transistor (41) ein PNP-Bipolartransistor ist .
13. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden
Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kaskode-Transistor (41) ein PMOSFET ist.
14. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Treibertransistoren (39, 40) Darlington- Transistoren sind.
15. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Breitband-Treiberschaltung Sprach- und Datensignale in einem Frequenzbandbereich von 0 bis 1,1 MHz treibt.
16. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Emitteranschluss (71) des ersten Treibertransistors (39) und der Kollektoranschluss (74) des zweiten Treibertransistors (40) an einen Signalausgang (26) der Breitband-Treiberschaltung (22) angeschlossen sind.
17. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Treibertransistoren (39, 40) mit einer
Versorgungsspannung (VP, VN) von etwa 0 bis 80 V betreibbar sind.
18. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Signaleingang (21) der Breitband-Treiberschaltung (22) an einen weiteren Regelverstärker (94) angeschlossen ist.
19. Breitband-Treiberschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Signalausgang (26) über einen Widerstand (32; 33) mit einer Endgeräte-Anschlussleitung (34; 35) zum Anschluss eines Endgeräts (36) verbunden ist.
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