JPH08501674A - 適応出力インピーダンスを備えたラインドライバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力信号を受信する入力端子（２）と；負荷（８）に接続する出力端子（10）と；ほぼ等しい相互コンダクタンスを有する第１の（12）および第２の（22）相互コンダクタンス制御相互コンダクタであって、かつ、それら相互コンダクタの各々は非反転入力（14，24）と反転入力（16，26）と出力（18，28）と相互コンダクタンスを制御する共通の制御入力（20）とを有し、第１の（12）および第２の（22）相互コンダクタの非反転入力（14，24）は入力端子（２）へ連結され、第１の（12）およひ第２の（22）相互コンダクタの出力（18，28）は出力端子（10）へ連結され、第１の相互コンダクタ（12）の反転入力（16）は基準電位の点（６）へ連結され、第２の相互コンダクタ（22）の反転入力（26）は出力端子（10）へ連結される第１の（12）および第２の（22）相互コンダクタと；非反転入力（34）、反転入力（36）および出力（38）がぞれぞれ入力端子（２）、出力端子（10）および第１（12）と第２（22）の相互コンダクタの共通入力（20）へ連結されている増幅器（32）とを具えたラインドライバ。

Description

【発明の詳細な説明】 適応出力インピーダンスを備えたラインドライバ この発明はラインドライバに関するものである。ラインドライバは伝送線路の 特性インピーダンスに整合のとれた出力インピーダンスを有する設計された電子 バッファ増幅器である。伝送線路は電気信号を伝達するために広く使用されてい る。反射を最小にするために、伝送線路の信号源および負荷インピーダンスは伝 送線路の特性インピーダンスに等しくなければならない。映像適用の場合の標準 値は７５オームである。７５オームの伝送線路の駆動用に設計されたバッファ増 幅器は反射を最小にするため７５オームの出力インピーダンスを有していなけれ ばならない。この時バッファからみると７５オームの負荷インピーダンス、すな わち短絡された伝送線路のインピーダンスを有する。 かかるバッファを履行する端的な試みは伝送線路の特性インピーダンスに等し い値を有する直列抵抗を備えた低インピーダンス出力段を供給することである。 この試みにはいくつかの欠点がある。第１に、この直列抵抗の抵抗値には公差が あり、特にバッファが半導体チップ上に集積される時には工程上の変動があり、 結果としてインピーダンス不整合を生じる。第２に、出力段のインピーダンスは 低くならずバッファの出力インピーダンスは高い周波数で増加し、一方伝送線路 反射の影響はこれらの高い周波数で最も顕著になる。第３に、直列抵抗をよぎる 電圧降下は損失とみとめられ、このことは低い供給電圧適用の場合にはつまらな いことである。この電圧降下はバッファの出力電圧に等しく映像信号の場合典型 的には１Ｖにもなる。 ＵＳＰ第5,121,080号は、非反転と反転入力間電圧差に応じて電流を供給する ため、非反転および反転入力と第１のおよび第２の電流出力とを有する演算相互 コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）を具えたラインドライバを開示している。第１ の電流出力は反転入力に接続され、ラインドライバの出力を形成する第２の電流 出力はフィードバックコンダクタンスを介して反転入力に接続されている。入力 コンダクタンスは反転入力からアースへ接続され、入力信号は非反転入力へ接続 される。第１のおよび第２の電流出力により供給される電流はあらかじめ定めら れた比で互いに比例する。このあらかじめ定められた比やフィードバックや入力 コンダクタンスの適当な選択により、与えられた負荷インピーダンスへのライン ドライバの所望の出力インピーダンスや全利得が得られる。この公知のラインド ライバは直列抵抗の試みで電圧振幅損失のない指定された出力インピーダンスを 有するラインドライバを構成している。この公知のラインドライバの出力インピ ーダンスは、しかしながら、それでも選択された出力電流比および選択された入 力とかフィードバック相互コンダクタンスの値の変動に依存している。 それ故本発明の目的は電圧損失のない、前記変動に影響されにくい出力インピ ーダンスを有するラインドライバを提供せんとするものである。この目的を達成 するため本発明ラインドライバは、 入力信号を受信する入力端子と、 負荷に接続する出力端子と、 ほぼ等しい相互コンダクタンスを有する第１のおよび第２の相互コンダクタン ス制御相互コンダクタであって、かつ、それらの相互コンダクタンスは共通の制 御入力へ印加される制御信号により制御可能であり、各相互コンダクタは非反転 入力と反転入力と出力とを具え、第１の相互コンダクタの１つの入力と第２の相 互コンダクタの対応する入力とは入力端子へ連結され、第１のおよび第２の相互 コンダクタの出力は出力端子へ連結され、第１の相互コンダクタの他の入力は基 準電位の点へ連結され、第２の相互コンダクタの他の入力は出力端子へ連結され る第１および第２の相互コンダクタと、 非反転入力と反転入力と出力とを有する増幅器であって、かつ、当該増幅器の 入力の１つは入力端子へ連結され、増幅器の他の入力は出力端子へ連結され、増 幅器の出力は制御信号を供給すべく共通の制御入力へ連結される増幅器とを具え たことを特徴とするものである。 本発明に係るラインドライバはその出力インピーダンスを負荷のインピーダン スへ自動的に適合させ、かなりの範囲まで製作の工程変動を除外する。さらに、 そのラインドライバの構成はなんら電圧損失を発生しない。 次に以下に説明する添付図面を参照し、実施例により本発明の前述の要旨およ び他の要旨を詳細に説明する。 図１は本発明に係るラインドライバ第１の実施例のブロック線図を示す。 図２は本発明に係るラインドライバ第２の実施例のブロック線図を示す。 図３は図２図示第２の実施例の部分回路線図を示す。 図中同じ参照番号は対応する同じ要素を示す。 図１は本発明に係る適応ラインドライバの基本原理を図解している。ラインド ライバは基準電位の点６に対する入力電圧源４からの入力電圧Ｖinを受信する入 力端子２を具え、点６は信号アースに接続されている。負荷８は出力端子１０と アースに接続される特性インピーダンスＲ_Lを有する短絡伝送線路を表わしてい る。出力端子１０における出力電圧と出力電流はそれぞれＶ_outとＩ_outである。 ラインドライバはさらに非反転入力１４、反転入力１６、出力１８を有する第１ の相互コンダクタンス制御相互コンダクタ１２と非反転入力２４、反転入力２６ 、出力２８を有する第２の相互コンダクタンス制御相互コンダクタ２２を具えて いる。第１の相互コンダクタ１２の相互コンダクタンスｇｍと第２の相互コンダ クタ２２のそれとはほぼ等しく、共通の制御入力２０における制御信号により制 御される。第１のおよび第２の相互コンダクタ１２および２２の非反転入力１４ および２４は入力端子２へ連結されて入力電圧Ｖinを受信する。第１のおよび第 ２の相互コンダクタ１２および２２の出力１８および２８は出力端子１０へ連結 されている。第１の相互コンダクタ１２の反転入力１６はアースに接続され、第 ２の相互コンダクタ２２の反転入力２６は出力端子１０へ連結されている。入力 端子２から出力端子１０への電圧転送は非反転である。入力端子２へ連結される 非反転入力３４、出力端子１０へ連結される反転入力３６、および第１と第２の 相互コンダクタ１２と２２の制御入力２０へ連結される出力３８を有する増幅器 ３２がまた備えられている。ここでは制御入力２０における制御信号の増加は第 １のおよび第２の相互コンダクタ１２および２２の相互コンダクタｇｍを増加さ せるものとする。そうでない場合には、非反転入力３４と反転入力３６とは交換 されねばならぬ。 この回路はさしあたり増幅器３２なしで考察され、この増幅器の効果は後程議 論される。相互コンダクタ１２および相互コンダクタ２２はほぼ等しい相互コン ダクタンスｇｍを有し、それらは集積回路で容易に実現される。これらの相互コ ンダクタンスは制御入力２０における制御信号により電子的に可変可能である。 Ｖ_inからＶ_outへの電圧転送は Ｖ_out／Ｖ_in＝２ｇｍ Ｒ_L／（１＋ｇｍ Ｒ_L） （１） である。ラインドライバの出力インピーダンスＲ_outは Ｒ_out＝−δＶ_out／δＩ_out＝１／ｇｍ （２） である。式（２）から当然の結果ラインドライバの出力インピーダンスＲ_outは 相互コンダクタンスｇｍにより決定され、それは電子的に可変可能である。ここ で出力インピーダンスＲ_outが負荷８のインピーダンスＲ_Lに等しくなるようにｇ ｍが調整されてきたと仮定しよう。最適のインピーダンス整合の場合当然最適の 相互コンダクタンスｇｍ_optは ｇｍ_opt＝１／Ｒ_L （３） となる。式（１）と（３）とを組み合わせるとその結果Ｖ_outはＶ_inに等しくな る。ラインドライバの電圧利得はその時１になる。この事実はｇｍをｇｍ_optに 調整する場合に利用することができる。 増幅器３２について次に考察しよう。増幅器３２は、非反転入力３４と反転入 力３６間電圧差が実質的に零となるように第１のおよび第２の相互コンダクタ１ ２と２２の相互コンダクタンスを制御し、その結果Ｖ_outはＶ_inに等しくかくて ｇｍはｇｍ_optに等しくなる。増幅器３２の帯域幅は相互コンダクタ１２と２２ の帯域幅より小さくてもよい。その場合相互コンダクタンスｇｍは低周波数に関 してのみｇｍ_optに調整される。高周波数に関しては制御ループは不働であるが 、式（２）は有効で、相互コンダクタの帯域幅が許す限り正確な出力インピーダ ンスが保持される。 Ｖ_inがＶ_outに等しい限り、ラインドライバにおける電圧損失はなく、第２の 相互コンダクタ２２の差入力電圧は零である。第２の相互コンダクタ２２は出力 電流を発生する必要がなく、零入力電力を消費するのみである。 相互コンダクタの消費電力を節約するため、第１のおよび第２の相互コンダク タ１２と２２の出力電流は、さらに、図２図示電流ミラーにより増倍されでもよ い。ここで出力端子１０は電流ミラー４２の電流出力端子４０へ接続される。電 流ミラー４２の電流入力端子４４は相互コンダクタ１２と２２の出力１８と２８ へ接続される。電流ミラー４２は増幅器３２の出力３８に連結される共通制御入 力２０における制御信号により制御される電流利得ｋを有している。増幅器３２ の非反転入力３４と反転入力３６とは、制御入力２０における増加する制御信号 が減少する電流利得ｋを発生する時は交換されるべきである。電流ミラー４２は 共通出力１８と２８から出力端子１０への電流転送に位相反転をひきおこす。こ の理由で相互コンダクタ２２および１２の非反転入力１４および２４と反転入力 １６および２６は入力端子２から出力端子１０への非反転電圧転送を維持するた めにはまた交換されねばならない。 相互コンダクタ１２と２２は今や固定の等しい相互コンダクタンスｇｍを有し 、それは電流ミラー４２の制御可能な因子ｋにより増倍される。全体の効果は図 １のラインドライバ用に示されるものと同じである。あるいはまた、相互コンダ クタ１２と２２はさらに図１図示のように共通の制御入力を有していてもよく、 それはまた増幅器３２の出力３８へ連結されている。 相互コンダクタンス制御相互コンダクタ１２と２２および増幅器３２は公知の 素子でそれらは市販されている。なにか意図された応用に適した相互コンダクタ とか演算相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）や差動増幅器が使用される。図３ は電流ミラー４２の例を示している。電流ミラーの出力ブランチは電流出力端子 ４０と正の供給端子５４間のＰＭＯＳトランジスタ５０と抵抗５２の直列配列に よって形成されている。トランジスタ５０のドレインは電流出力端子４０へ、ソ ースは抵抗５２を介して正の供給端子へ接続されている。入力ブランチは抵抗５ ６とＰＭＯＳトランジスタ５８のドレイン−ソース通路の並列配列により形成さ れ、並列の両者は電流入力端子４４と正の供給端子５４間に接続されている。ト ランジスタ５８のゲートはそのＰＭＯＳトランジスタの抵抗を制御すべく制御入 力２０へ連結されている。比較器６０は抵抗５２をよぎる電圧降下を並列抵抗５ ６と５８をよぎる電圧降下と比較し、両者の電圧降下が等しくなるようトランジ スタ５０のゲートを駆動している。トランジスタ５８の抵抗を変えることにより 電流入力端子４４における電流と電流出力端子４０における電流間の比ｋは可変 とされる。 本発明に係るラインドライバはコンピュータシステム、映像バッファ、音声ラ インドライバ、電話通信ネットワーク用等のローカルエリアネットワーク（Loca l Area Network ＬＡＮ）に使用されてもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．入力信号を受信する入力端子（２）と、 負荷（８）に接続する出力端子（10）と、 ほぼ等しい相互コンダクタンスを有する第１の（12）および第２の（22）の相 互コンダクタンス制御相互コンダクタであって、かつ、それらの相互コンダクタ ンスは共通の制御入力（20）へ印加される制御信号により制御可能であり、各相 互コンダクタは非反転入力（14，24）と反転入力（16，26）と出力（18，28）を 具え、第１の相互コンダクタ（12）の１つの入力（14）と第２の相互コンダクタ （22）の対応する入力（24）とは入力端子（２）へ連結され、第１の（12）およ び第２の（22）相互コンダクタの出力（18，28）は出力端子（10）へ連結され、 第１の相互コンダクタ（12）の他の入力（16）は基準電位の点（６）へ連結され 、第２の相互コンダクタ（22）の他の入力（26）は出力端子（10）へ連結される 第１の（12）および第２の（22）相互コンダクタと、 非反転入力（34）と反転入力（36）と出力（38）とを有する増幅器（32）であ って、かつ、当該増幅器（32）の入力（34，36）の１つ（34）は入力端子（２） へ連結され、増幅器（32）の他の入力（36）は出力端子（10）へ連結され、増幅 器（32）の出力（38）は制御信号を供給すべく共通の制御入力（20）へ連結され る増幅器（32）とを具えたことを特徴とするラインドライバ。 ２．請求項１記載のラインドライバにおいて、それがさらに第１の（12）および 第２の（22）相互コンダクタの出力（18，28）へ連結される電流入力端子（44） と、出力端子（10）へ連結される電流出力端子（40）とを有する電流ミラー（42 ）であって、かつ、その電流ミラー（42）の電流出力端子（40）と電流入力端子 （44）との間の電流利得が共通の制御入力（20）における制御信号に応じて制御 可能である電流ミラー（42）を具えることを特徴とするラインドライバ。