WO1994027363A1 - Circuitry for amplifier - Google Patents

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WO1994027363A1
WO1994027363A1 PCT/DE1994/000569 DE9400569W WO9427363A1 WO 1994027363 A1 WO1994027363 A1 WO 1994027363A1 DE 9400569 W DE9400569 W DE 9400569W WO 9427363 A1 WO9427363 A1 WO 9427363A1
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PCT/DE1994/000569
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Jürgen OEHM
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Telenorma Gmbh
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    • H03F2203/45Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45658Indexing scheme relating to differential amplifiers the LC comprising two diodes of current mirrors

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for an amplifier, consisting of differential voltage-controlled current sources each having a constant current source, each having an inverting and a non-inverting input and two outputs, one, one
  • the amplifier acts as an input amplifier, while the other amplifier, whose inputs are connected to the two outputs of the two transconductance amplifiers in terms of negative feedback, acts as an active resistance simulation.
  • the object of the invention is now to design an amplifier of the type mentioned in which the influences such as noise and statistical
  • Both the input and the load element pass through their entire non-linear characteristic.
  • FIG. 2 shows a transconductance element in N-channel technology
  • FIG. 3 shows the interconnection of two differential voltage-controlled current sources according to the invention
  • FIG. 4 shows a simplified representation of the interconnection
  • FIG. 5 shows the small signal behavior of the amplifier according to the invention
  • Fig. 6 shows the amplifier according to the invention with asymmetrical
  • Fig. 7 the amplifier according to the invention with asymmetrical
  • Fig. 9 the amplifier according to the invention with symmetrical
  • FIGS. 1 and 2 The two basic circuits of a differential voltage controlled current source are shown in FIGS. 1 and 2, wherein the differential voltage controlled current source shown in FIG. 1 is implemented in P-channel technology and the differential voltage controlled current source shown in FIG. 2 is implemented in N-channel technology.
  • differential voltage controlled current sources are known.
  • the specialist decides which technology is more suitable for the individual application. In the further exemplary embodiments, generally only one technique is assumed, but the invention can be used independently of a certain technique.
  • a differential voltage-controlled current source has at least three transistors.
  • a transistor T3 is connected with its source connection and with its gate connection to a fixed reference voltage, for example U p (FIG. 1).
  • the transistor T3 forms a constant current source, the current of which is equal to the
  • Reference voltage U p is determined.
  • Transistor T3 the two transistors T1 and T2 are each connected to their source connection. At the respective gate connection of the two transistors T1 and T2
  • the current fed in by the constant current source (T3) is divided into the outgoing current paths.
  • the sum of up dividing flowing currents corresponds to the output current I ref of the transistor T3.
  • the controlled current sources (T1 and T2) in the outgoing current paths are identical.
  • the distribution of the currents (I 1 and I 2 ) in the two outgoing current paths can be influenced via a suitable control variable via the input of the differential voltage-controlled current source.
  • the functional relationship between the distribution of the currents in the outgoing current paths and the control variable at the control input (+) and (-) depends on the functional control relationships of the controlled current sources used in the outgoing current paths.
  • Differential voltage-controlled current sources E and L are available, which have a differential voltage-controlled structure
  • the two current outputs of a differential voltage-controlled current source E and L are each connected to a device AE or AL for forming the arithmetic difference, the outputs of which
  • the one differential voltage controlled current source acts as input element E and the second differential voltage controlled current source acts as load element L.
  • b is a constant based on a geometry ratio, which has the value "1" in connection with the circuit according to FIGS. 6, 7, 8 and 9.
  • Design factor I ref be determined, the maximum values being limited by the supply voltage and the necessary common-mode ranges for the elements E and L within the circuit.
  • transistors T13 and T23 suitable for the previous one
  • b 1 and b 2 are also determined only by geometric relationships and have those shown in FIGS. 6, 7, 8 and 9
  • equation (12) If equation (12) is analyzed, it becomes clear that the gain of the circuit arrangement can be placed on the one hand in the geometric relationships of the differential transistors of the elements E and L and / or on the other hand in the ratio of the reference currents of the elements E and L. Von der Adjustment of the gain via b 1 / b 2 should not be used for circuitry reasons. The result would be a deterioration in the characteristic behavior due to additional statistical effects of inconsistency and noise.
  • each element E and L has its own device AE and AL for forming the arithmetic difference between the two output currents, the outputs of the two devices AE and AL being combined.
  • the output of the device A is in turn connected to an input of the load element L.
  • the device A for forming the arithmetic difference I out according to FIG. 6 is using a common one
  • the arithmetic difference ⁇ I out according to FIG. 7 is formed using a common current mirror circuit. 9, the arithmetic difference die I out flows according to equation (13) between the
  • equation (6) is valid both for the amplifier according to the invention with symmetrical and with asymmetrical output.
  • the current arithmetic of the output stage has an approximation due to the channel length modulation of all transistors at the "OUT" node
  • is the quiescent current ratio T36 / T35 (FIG. 6).
  • g m is the small signal steepness of an element E or L and g out is the output conductance of the current arithmetic.
  • is always 1.
  • the capacitor C1 which is connected between the output of the device A to form the arithmetic difference and against ground, makes it possible to provide a defined band limitation of the amplifier and at the same time to achieve the stability of the amplifier. If the device A for forming the arithmetic difference is designed as a simple current mirror arithmetic, the arrangement works stably even without the capacitor.
  • the output or the outputs of the device can each with the
  • Input of a buffer B are connected, the respective output of which is connected to an input of the load element L directly or indirectly via a direct current path in the sense of a
  • the respective output of a buffer B or the output of device A or the outputs of device K to form the arithmetic difference can also be via a real or complex active or passive network
  • Be load element L connected, for example via a
  • Resistor R2 with an input of the load element 2, an AC signal path to the signal ground from this input via a further resistor R1.
  • V 8
  • the effective reference current of the current source transistors T13 and T23 can be influenced via the transistors T14 and T24 (FIG. 8):
  • Circuitry is not limited to the construction of elements E and L according to FIG. 9; it is also applicable in the construction of the Elements E and L according to Fig. 6, 7 or 8. This is used for
  • the capacitor C1 must be parallel to the output voltage U a or C 1/2 of the outputs according to GND or V dd .
  • the two elements E and L according to FIG. 9 also differ from the previously shown embodiments by the different design of the constant current source. So far, a common transistor T13 and T23 was present for an element E and L, respectively. By dividing the current source into two current sources, each of which supplies half the constant current, it is possible to connect the outputs of the two constant current sources T15 and T16 or T25 and T26
  • structures are those which are improved by suitable superimposition of the effect of square MOS input characteristics
  • circuit arrangement according to FIG. 9 can also be used
  • Buffer stages B are operated, as was explained with reference to FIG. 8. In this case, both outputs are the
  • Circuit K with a buffer stage B and its output is connected to the corresponding input of the

Abstract

Two differential voltage-controlled current sources are applied on a substrate by CMOS technology. Each current source has an inverting and a non-inverting input. One current source is designed as an input element (E) and the other current source is designed as a load element (L). The output of the current source designed as an input element (E) and the output of the current source designed as a load element (L) are connected to each other and to a device (A) for calculating the arithmetic difference between both output currents. The output of the device (A) is connected to an input of the load element (L), causing a negative feedback. With this circuitry, an amplifier may be produced which, when properly designed, is characterised by high linearity.

Description

Schaltungsanordnung für einen Verstärker  Circuit arrangement for an amplifier
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Verstärker, bestehend aus jeweils eine Konstantstromquelle aufweisenden, differenzspannungsgesteuerten Stromquellen mit jeweils einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang und jeweils zwei Ausgängen, wobei eine, ein The invention relates to a circuit arrangement for an amplifier, consisting of differential voltage-controlled current sources each having a constant current source, each having an inverting and a non-inverting input and two outputs, one, one
Eingangselement bildende Stromquelle mit einer weiteren, als aktive Widerstandsnachbildung wirkenden, ein Lastelement bildende Stromquelle verbunden ist. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt. So wird in der PCT-Anmeldung WO 86/07215 ein Verstärker beschrieben, welcher aus zwei gleichartigen Transkonduktanzverstärkern gebildet wird, wobei die gleichnamigen Ausgänge der beiden Verstärker miteinander verbunden sind. Einer der beiden  Current source forming input element is connected to a further current source which acts as an active resistance simulation and forms a load element. Such a circuit arrangement is already known. PCT application WO 86/07215 describes an amplifier which is formed from two transconductance amplifiers of the same type, the outputs of the same name of the two amplifiers being connected to one another. One of both
Verstärker wirkt dabei als Eingangsverstärker, während der andere Verstärker, dessen Eingänge mit den beiden Ausgängen der beiden Transkonduktanzverstärker gegenkopplungsmäßig verbunden sind, als aktive Widerstandsnachbildung wirkt. Über die The amplifier acts as an input amplifier, while the other amplifier, whose inputs are connected to the two outputs of the two transconductance amplifiers in terms of negative feedback, acts as an active resistance simulation. About the
Gleichtaktlage an den beiden Ausgängen des bekannten Common mode at the two outputs of the known
Verstärkers lassen sich der genannten Druckschrift keine The above-mentioned document cannot be used as an amplifier
Hinweise enrnehmen, ebenso über dessen weitere Eigenschaften.  Take notes, as well as its other properties.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Verstärker der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, bei welchem die Einflüsse wie Rauscheinströmungen und statistische The object of the invention is now to design an amplifier of the type mentioned in which the influences such as noise and statistical
Unpaarigkeitswirkungen auf analoge Kenngrößen, wie z. B.  Impairment effects on analog parameters, such as B.
Eingangsrauschen, statistisches Offset-Verhalten, usw., Input noise, statistical offset behavior, etc.,
möglichst gering gehalten werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Lastelement (L) derart ausgelegt ist, daß die (auf den Maximalwert der be kept as low as possible. This object is achieved in that the load element (L) is designed such that the (to the maximum value of
Ausgangsspannung) bezogene Ausgangsgröße x2 der (auf den Output voltage) related output quantity x 2 of (on the
Maximalwert der Eingangsspannung) bezogenen Eingangsgröße x1 folgt nach der Formel
Figure imgf000004_0001
Maximum value of the input voltage) related input variable x 1 follows according to the formula
Figure imgf000004_0001
Dabei rechnet sich für den Sonderfall C = 1 die gesamte  In the special case C = 1, the total pays off
Übertragungsfunktion des Verstärkers linear, obwohl das Transfer function of the amplifier linear, although that
Eingangs- wie auch das Lastelement jeweils ihre gesamte nichtlineare Kennlinie durchlaufen. Both the input and the load element pass through their entire non-linear characteristic.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous developments of the invention result from the subclaims.
Die Erfindung wird anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail using several exemplary embodiments.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 ein Transkonduktanz-Element in P-Kanal-Technik, 1 shows a transconductance element in P-channel technology,
Fig. 2 ein Transkonduktanz-Element in N-Kanal-Technik, Fig. 3 die Zusammenschaltung zweier differenzspannungsgesteuerter Stromquellen gemäß der Erfindung, 2 shows a transconductance element in N-channel technology, FIG. 3 shows the interconnection of two differential voltage-controlled current sources according to the invention,
Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung der Zusammenschaltung, Fig. 5 das Kleinsignal-Verhalten des erfindungsgemäßen Verstärkers, 4 shows a simplified representation of the interconnection, FIG. 5 shows the small signal behavior of the amplifier according to the invention,
Fig. 6 den erfindungsgemäßen Verstärker mit unsymmetrischem Fig. 6 shows the amplifier according to the invention with asymmetrical
Ausgang ausgeführt mittels einer Phasenumkehr- und  Output carried out by means of a phase reversal and
Addierstufe,  Adding stage,
Fig. 7 der erfindungsgemäße Verstärker mit unsymmetrischem Fig. 7 the amplifier according to the invention with asymmetrical
Ausgang ausgeführt mittels einer Stromspiegel-Schaltung, Fig. 8 zusätzliche Beschaltungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verstärkers und Output implemented by means of a current mirror circuit, Fig. 8 additional wiring options of the amplifier according to the invention and
Fig. 9 den erfindungsgemäßen Verstärker mit symmetrischem Fig. 9 the amplifier according to the invention with symmetrical
Ausgang ausgeführt mit einer regelbaren symmetrischen Stromquellenschaltung.  Output implemented with an adjustable symmetrical current source circuit.
Die beiden Grundschaltungen einer differenzspannungsgesteuerten Stromquelle werden in den Fig. 1 und 2 gezeigt, wobei die in Fig. 1 gezeigte differenzspannungsgesteuerte Stromquelle in P-Kanal-Technik und die in Fig. 2 gezeigte differenzspannungsgesteuerte Stromquelle in N-Kanal-Technik ausgeführt ist. Derartige differenzspannungsgesteuerte Stromquellen sind bekannt. Welche Technik für den einzelnen Anwendungsfall die geeignetere ist, entscheidet der Fachmann. Bei den weiteren Ausführungsbeispielen wird in der Regel nur von einer Technik ausgegangen, die Erfindung ist jedoch unabhängig von einer bestimmten Technik anwendbar. The two basic circuits of a differential voltage controlled current source are shown in FIGS. 1 and 2, wherein the differential voltage controlled current source shown in FIG. 1 is implemented in P-channel technology and the differential voltage controlled current source shown in FIG. 2 is implemented in N-channel technology. Such differential voltage controlled current sources are known. The specialist decides which technology is more suitable for the individual application. In the further exemplary embodiments, generally only one technique is assumed, but the invention can be used independently of a certain technique.
Eine differenzspannungsgesteuerte Stromquelle weist in ihrem einfachsten Aufbau mindestens drei Transistoren auf. In CMOS-Technik ist ein Transistor T3 mit seinem Source-Anschluß und mit seinen Gate-Anschluß mit einer festen Referenzspannung, beispielsweise Up (Fig. 1) verbunden. Der Transistor T3 bildet eine Konstantstromquelle, deren Strom von der Höhe der In its simplest design, a differential voltage-controlled current source has at least three transistors. In CMOS technology, a transistor T3 is connected with its source connection and with its gate connection to a fixed reference voltage, for example U p (FIG. 1). The transistor T3 forms a constant current source, the current of which is equal to the
Referenzspannung Up bestimmt wird. Am Drain-Anschluß des Reference voltage U p is determined. At the drain connection of the
Transistors T3 sind die beiden Transistoren T1 und T2 jeweils mit ihrem Source-Anschluß angeschlossen. An dem jeweiligen Gate-Anschluß der beiden Transistoren T1 und T2 wird die Transistor T3, the two transistors T1 and T2 are each connected to their source connection. At the respective gate connection of the two transistors T1 and T2
Eingangsspannung der Anschlüsse + und - angelegt. An dem jeweiligen Drain-Anschluß der Transistoren T1 und T2 fließt ein Ausgangsstrom I1 bzw. I2. Input voltage of connections + and - applied. An output current I1 and I2 flows at the respective drain connection of the transistors T1 and T2.
Der durch die Konstantstromquelle (T3) eingespeiste Strom teilt sich auf die abgehenden Strompfade auf. Die Summe der sich auf teilenden abfließenden Ströme entspricht dem Ausgangsstrom Iref des Transistors T3. Die gesteuerten Stromquellen (T1 und T2) in den abgehenden Strompfaden sind baugleich. Über den Eingang der differenzspannungsgesteuerten Stromquelle kann über eine geeignete Steuergröße die Aufteilung der Ströme (I1 und I2) in den beiden abgehenden Strompfaden beeinflußt werden. Der funktioneile Zusammenhang zwischen der Aufteilung der Ströme in den abgehenden Strompfaden und der Steuergröße am Steuereingang (+) und (-) hängt von den funktioneilen Steuerzusammenhängen der verwendeten gesteuerten Stromquellen in den abgehenden Strompfaden ab. The current fed in by the constant current source (T3) is divided into the outgoing current paths. The sum of up dividing flowing currents corresponds to the output current I ref of the transistor T3. The controlled current sources (T1 and T2) in the outgoing current paths are identical. The distribution of the currents (I 1 and I 2 ) in the two outgoing current paths can be influenced via a suitable control variable via the input of the differential voltage-controlled current source. The functional relationship between the distribution of the currents in the outgoing current paths and the control variable at the control input (+) and (-) depends on the functional control relationships of the controlled current sources used in the outgoing current paths.
In Fig. 3 wird das Grundprinzip erläutert. Es sind zwei The basic principle is explained in FIG. 3. There are two
differenzspannungsgesteuerte Stromquellen E und L vorhanden, die in ihrem Aufbau einer differenzspannungs-gesteuerten Differential voltage-controlled current sources E and L are available, which have a differential voltage-controlled structure
Stromquelle gemäß Fig. 1 oder 2 entsprechen. Die beiden Stromausgänge einer differenzspannungsgesteuerten Stromquelle E und L sind jeweils mit einer Vorrichtung AE bzw. AL zur Bildung der arithmetischen Differenz verbunden, deren Ausgänge  1 or 2 correspond to the current source. The two current outputs of a differential voltage-controlled current source E and L are each connected to a device AE or AL for forming the arithmetic difference, the outputs of which
zusammengefaßt und mit dem nicht invertierenden Eingang der als Lastelement L wirkenden differenzspannungs-gesteuerten summarized and with the non-inverting input of the differential voltage-controlled acting as load element L.
Stromquelle verbunden sind. Die eine differenzspannungsgesteuerte Stromquelle wirkt als Eingangselement E und die zweite differenzspannungsgesteuerte Stromquelle wirkt als Lastelement L. Power source are connected. The one differential voltage controlled current source acts as input element E and the second differential voltage controlled current source acts as load element L.
Bei einer Differenzspannung Ue am Eingangselement E fließt aus deren Stromquellenausgang der dazugehörige Strom Iout1, der aufgrund des Schaltungszwangs vom Stromquellenausgang des Last-elements L aufgenommen wird. Damit dies geeignet gelingt, muß sich über das Ausgangspotential der Stromquellenausgänge am invertierenden Eingang (-) des Lastelements L, bezogen auf den nicht invertierenden Eingang (+) des Lastelements L eine In the event of a differential voltage U e at the input element E, the associated current I out1 flows from its current source output and is absorbed by the current source output of the load element L due to the circuit requirement. In order for this to work in a suitable manner, one must be established via the output potential of the current source outputs at the inverting input (-) of the load element L, based on the non-inverting input (+) of the load element L.
Differenzspannung Ua einstellen. Das Eingangselement arbeitet nach der Funktion Iout1 = f(Ue) und das Lastelement L mit der Umkehrfunktion Ua = f(-Iout1). Mit Kenntnis von Funktion und Umkehrfunktion beider Elemente E und L läßt sich die Set differential voltage U a . The input element works according to the function I out1 = f (U e ) and the load element L with the inverse function U a = f (-I out1 ). With knowledge of the function and inverse function of both elements E and L, the
Übertragungsfunktion der Gesamtanordnung Ua = f(Ue) angeben. Die differenzspannungsgesteuerte Stromquelle E bzw. L bildet im Zusammenhang mit einer arithmetischen Ausgangsstufe AE bzw. AL, die das Funktional gemäß Gleichung (1) nachbildet, einen sogenannten MOS-Operations-Transkonduktanz-Verstärker (OTA- operational transconductance amplifier).
Figure imgf000007_0001
Specify the transfer function of the overall arrangement U a = f (U e ). In conjunction with an arithmetic output stage AE or AL, which simulates the functional according to equation (1), the differential voltage-controlled current source E or L forms a so-called MOS operations transconductance amplifier (OTA).
Figure imgf000007_0001
Dabei ist b eine auf einem Geometrieverhältnis basierende Konstante, die im Zusammenhang mit der Schaltung gemäß den Fig. 6, 7, 8 und 9 den Wert "1" besitzt. Die statische  Here, b is a constant based on a geometry ratio, which has the value "1" in connection with the circuit according to FIGS. 6, 7, 8 and 9. The static
Übertragungsfunktion eines MOS-Operations-TranskonduktanzVerstärkers ergibt sich aus der Gleichung:
Figure imgf000007_0002
Figure imgf000007_0003
The transfer function of a MOS operation transconductance amplifier results from the equation:
Figure imgf000007_0002
Figure imgf000007_0003
Figure imgf000007_0004
( )
Figure imgf000007_0005
Figure imgf000007_0004
()
Figure imgf000007_0005
Für die Übertragungsfunktion der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3, resultierend aus den jeweiligen Übertragungsfunktionen der Einzelkomponenten nach Gleichung (2) gilt:
Figure imgf000007_0006
Figure imgf000007_0007
Figure imgf000007_0008
Figure imgf000007_0009
The following applies to the transfer function of the circuit arrangement according to FIG. 3, resulting from the respective transfer functions of the individual components according to equation (2):
Figure imgf000007_0006
Figure imgf000007_0007
Figure imgf000007_0008
Figure imgf000007_0009
Der Index "1" wird im folgenden zur Bezeichnung von Größen des Eingangselements (E) der Index "2" zur Bezeichnung von Größen des Lastelements L verwendet. Für den Sonderfall C = 1 rechnet  The index "1" is used in the following to designate sizes of the input element (E) and the index "2" to designate sizes of the load element L. Calculates for the special case C = 1
Ersatzbla sich nach Gleichung (6) die gesamte Übertragungsfunktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung linear, obwohl das Eingangs-Element E wie auch das Lastelement jeweils ihre gesamte nicht lineare Kennlinie durchlaufen. Mit C = 1 ergibt sich für Gleichung 6: x2 =—sign(x1) · x1. (10) Replacement sheet According to equation (6), the entire transfer function of the circuit arrangement according to the invention is linear, although the input element E and the load element each pass through their entire non-linear characteristic. With C = 1 the following results for equation 6: x 2 = —sign (x 1 ) · x 1 . (10)
Das bedeutet, werden z. B. Eingangs- und Lastelement mit derThat means z. B. input and load element with the
Auslegung C = 1 betrieben (das heißt z. B. Iref1 = Iref2 und b1 = b2), dann ergibt sich bei gleicher oder ungleicher Auslegung der Transistorgeometrien des Eingangselements E im Vergleich zu denen des Lastelementes L ein linearer Übertragungszusammenhang zwischen der Differenzspannung am Eingangselement E und der Differenzspannung an den Eingängen des Lastelementes L. Design C = 1 operated ( i.e. e.g. I ref1 = I ref2 and b 1 = b 2 ), then with the same or different design of the transistor geometries of the input element E, compared to that of the load element L, there is a linear transmission relationship between the Differential voltage at the input element E and the differential voltage at the inputs of the load element L.
Ausführungbeispiel: Wählt man Iref1 = Iref2 = 1μA und b1 = b2, dann gilt C = 1(lineare Verstärkung). Ist ferner eine Design example : If I choose I ref1 = I ref2 = 1μA and b 1 = b 2 , then C = 1 (linear amplification) applies. Is also a
Verstärkung von V = 4 gefordert und gilt z. B. Uemax = 0.1V, so
Figure imgf000008_0001
Reinforcement of V = 4 is required and applies e.g. B. U emax = 0.1V, see above
Figure imgf000008_0001
Für eine Technologie mit Tox = 40nm ergibt sich dann z. B für eine Schaltungsauführung des Eingangs- und des Lastelements mit N-Kanal-Transistoren bei einer vorgegebenen Kanallänge von Leff1 = Leff2 = 20μm für Weff1 = 96μm und für Weff2 - 6μm. For a technology with T ox = 40nm, the result is z. B for a circuit listing of the input and load elements with N-channel transistors for a given channel length of L eff1 = L eff2 = 20μm for W eff1 = 96μm and for W eff2 - 6μm.
Durch die Beschreibung des Verstärkers über die einzelnen By describing the amplifier about each
Komponenten folgt nach Gleichung (6), daß bei geeigneter Components follows according to equation (6) that, if suitable
Dimensionierung der Struktur gemäß Fig. 3 invertierendes oder auch nicht invertierendes Verstärken oder Dämpfen möglich ist. Innerhalb der Grenzen von Uemax und Uamax ist für C = 1 die Übertragungsfunktion im verstärkenden oder dämpfenden Fall linear. Diese beiden Werte können beispielsweise über den Dimensioning of the structure according to FIG. 3 inverting or non-inverting amplification or damping is possible. For C = 1, the transfer function is linear in the amplifying or damping case within the limits of U emax and U amax . For example, you can use these two values
Auslegungsfaktor Iref festgelegt werden, wobei die Höchstwerte durch die Versorgungsspannung und die notwendigen Gleichtaktbereiche für die Elemente E und L innerhalb der Schaltung begrenzt werden. Damit ist gleichzeitig auch die Obergrenze der maximal möglichen Verstärkung mit C = 1 gegeben:
Figure imgf000009_0001
Design factor I ref be determined, the maximum values being limited by the supply voltage and the necessary common-mode ranges for the elements E and L within the circuit. The upper limit of the maximum possible gain with C = 1 is also given:
Figure imgf000009_0001
Für die Schaltungsanordnung mit beliebigen C-Werten gilt für die Kleinsignalverstärkung V im Arbeitspunkt Ir = Il = Iref/2:
Figure imgf000009_0002
For the circuit arrangement with any C values, the following applies to the small signal amplification V at the operating point I r = I l = I ref / 2:
Figure imgf000009_0002
Da Iref1 und Iref2 ebenfalls über das Geometrieverhältnis eines Stromspiegels in einem festen Verhältnis zueinanderstehen, ist die Verstärkung V letztendlich nur durch die Geometrieverhältnisse von MOS-Transistoren bestimmt und daher vom Arbeitspunkt, Versorgungsspannung, Temperatur oder sonstigen Parametern unabhängig. Für Fig. 3, Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 gilt:
Figure imgf000009_0003
Since I ref1 and I ref2 are also in a fixed relationship to one another via the geometric ratio of a current mirror, the gain V is ultimately only determined by the geometric relationships of MOS transistors and is therefore independent of the operating point, supply voltage, temperature or other parameters. The following applies to FIGS. 3, 6, 7 and 8:
Figure imgf000009_0003
Um die Transistoren T13 und T23 passend für das zuvor To make transistors T13 and T23 suitable for the previous one
angeführte Beispiel auszulegen, wäre z. B. folgende To interpret the example given would be e.g. B. following
Dimensionierung denkbar:
Figure imgf000009_0004
b1 und b2 sind ebenfalls nur durch Geometrieverhältnisse bestimmt und haben in den in Fig. 6, 7, 8 und 9 gezeigten
Sizing conceivable:
Figure imgf000009_0004
b 1 and b 2 are also determined only by geometric relationships and have those shown in FIGS. 6, 7, 8 and 9
Schaltungen den Wert eins. Insbesondere können die beiden Circuits the value one. In particular, the two
Elemente E und L unterschiedliche Gleichtaktarbeitspunkte besitzen, ohne daß dadurch die Übertragungsfunktion nach Gleichung (6) und damit die Kleinsignalverstärkung beeinflußt wird. Das ist in der Gleichtaktunabhängigkeit von Gleichung (2) begründet. Wendet man Gleichung (12a) auf das zuvor angeführteElements E and L have different common mode operating points without the transfer function according to equation (6) and thus the small signal gain being influenced thereby. This is due to the common mode independence of equation (2). Applying equation (12a) to the above
Beispiel an, so gilt:
Figure imgf000009_0005
Damit ist gezeigt, daß die Vorgabe "lineares Verstärken großer Signale mit V = 4" auch durch die allgemeingültige Gleichung (12a) für die Kleinsignalverstärkung betätigt wird.
Example, the following applies:
Figure imgf000009_0005
This shows that the specification "linear amplification of large signals with V = 4" is also operated by the general equation (12a) for small signal amplification.
Wird die Gleichung (12) analysiert, so wird deutlich, daß die Verstärkung der Schaltungsanordnung zum einen in die Geometrieverhältnisse der Differenztransistoren der Elemente E und L gelegt werden kann und/oder zum andern in das Verhältnis der Referenzströme der Elemente E und L. Von der Einstellmöglichkeit der Verstärkung über b1/b2 sollte aus schaltungstechnischen Gründen kein Gebrauch gemacht werden. Verschlechterungen des Kennverhaltens durch zusätzliche statistische Unpaarigkeitswirkungen und Rauscheinströmungen wären die Folge. If equation (12) is analyzed, it becomes clear that the gain of the circuit arrangement can be placed on the one hand in the geometric relationships of the differential transistors of the elements E and L and / or on the other hand in the ratio of the reference currents of the elements E and L. Von der Adjustment of the gain via b 1 / b 2 should not be used for circuitry reasons. The result would be a deterioration in the characteristic behavior due to additional statistical effects of inconsistency and noise.
In Fig. 3 wird gezeigt, daß jedes Element E und L eine eigene Vorrichtung AE bzw. AL zur Bildung der arithmetischen Differenz der beiden Ausgangsströme aufweist, wobei die Ausgänge der beiden Vorrichtungen AE und AL zusammengefaßt sind. Nach den In Fig. 3 it is shown that each element E and L has its own device AE and AL for forming the arithmetic difference between the two output currents, the outputs of the two devices AE and AL being combined. After the
Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 ist es jedoch möglich, auf eine individuelle Vorrichtung AE und AL zu verzichten und stattdessen die gleichnamigen Ausgänge der beiden Elemente E und L zusammenzufassen und einer gemeinsamen Vorrichtung A zur Bildung der arithmetischen Differenz der Circuit arrangements according to FIGS. 6, 7 and 8, however, it is possible to dispense with an individual device AE and AL and instead to combine the outputs of the same name of the two elements E and L and a common device A for forming the arithmetic difference between the
Ausgangsströme zuzuführen. Der Ausgang der Vorrichtung A ist wiederum mit einem Eingang des Lastelements L verbunden. To supply output currents. The output of the device A is in turn connected to an input of the load element L.
Damit wird die Differenzbildung der Zweigströme der einzelnen Elemente E und L, die normalerweise entsprechend Gleichung (1) für jedes Element auszuführen wäre, insgesamt nur einmal durchgeführt, was neben dem geringeren Aufwand einen Gewinn an Genauigkeit in der Stromarithmetik bringt. Es wird dafür auf den Freiheitsgrad verzichtet, die Stromfaktoren b1 und b2 beliebig wählen zu können. Bei der nachfolgenden Beschreibung werden sie mit dem Wert 1 eingesetzt.
Figure imgf000011_0001
The difference formation of the branch currents of the individual elements E and L, which would normally have to be carried out for each element in accordance with equation (1), is therefore carried out only once, which, in addition to the lower outlay, brings about a gain in accuracy in current arithmetic. There is no freedom to choose the current factors b 1 and b 2 as desired. In the following description they are used with the value 1.
Figure imgf000011_0001
Die Vorrichtung A zur Bildung der arithmetischen Differenz Iout gemäß Fig. 6 ist unter Verwendung einer gemeinsamen The device A for forming the arithmetic difference I out according to FIG. 6 is using a common one
Phasenumkehr- und Addierstufe, und die Vorrichtung A zur  Phase inversion and adding stage, and the device A for
Bildung der arithmetischen Differenz ∑ Iout gemäß Fig. 7 ist unter Verwendung einer gemeinsamen Stromspiegelschaltung ausgebildet. In der Vorrichtung K gemäß Fig. 9 fließt die arithmetische Differenz ∑ Iout nach Gleichung (13) zwischen denThe arithmetic difference ∑ I out according to FIG. 7 is formed using a common current mirror circuit. 9, the arithmetic difference die I out flows according to equation (13) between the
Strom- Ein- und Ausgängen. Current inputs and outputs.
Man beachte: Im erfindungsgemäßen Verstärker ist∑ Iout = 0. Note: In the amplifier according to the invention ∑ I o ut = 0.
Die Umformung gemäß den Gleichungen (13) zeigt, daß The transformation according to equations (13) shows that
gleichnamige Zweigströme schaltungstechnisch direkt branch currents of the same name in terms of circuitry directly
zusammengfaßt werden können. Es muß jedoch gelten:
Figure imgf000011_0002
can be summarized. However, the following must apply:
Figure imgf000011_0002
Damit folgt bei Verwendung einer gemeinsamen Vorrichtung zur Bildung der arithmetischen Differenz:
Figure imgf000011_0003
When using a common device for the formation of the arithmetic difference, it follows:
Figure imgf000011_0003
Obige Gleichung ist der Beweis dafür, daß Gleichung (6) sowohl für den erfindungsgemäßen Verstärker mit symmetrischem als auch mit unsymmetrischen Ausgang Gültigkeit besitzt. The above equation is proof that equation (6) is valid both for the amplifier according to the invention with symmetrical and with asymmetrical output.
Um zusätzliche Einflüsse wie Rauscheinströmungen und For additional influences such as noise and
statistische Unpaarigkeitswirkungen - die sich zwangsläufig bei einem b1 = b2 ≠ 1 durch zusätzliche Stromspiegel ergeben - möglichst gering zu halten, gilt im folgenden: falls b1 = b2, dann soll immer gelten: b1 = b2 = 1 Der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Schaltungsvarianten gemäß Fig. 6 und Fig. 7 liegt statisch gesehen nicht nur im unterschiedlichen Aufwand, sondern auch im To keep statistical impairment effects - which inevitably arise at b 1 = b 2 ≠ 1 through additional current mirrors - as low as possible, the following applies: if b 1 = b 2 , then always apply: b 1 = b 2 = 1 The decisive difference between the two circuit variants according to FIG. 6 and FIG. 7 is not only statically seen in the different effort, but also in
Gleichtaktverhalten und im Ausgangswiderstand rout. In den bisher idealisierten Betrachtungen galt vereinfacht für den Ausgangswiderstand
Figure imgf000012_0002
Common mode behavior and in the output resistance r out . In the considerations idealized so far, the output resistance was simplified
Figure imgf000012_0002
in der praktischen Ausführung besitzt die Stromarithmetik der Ausgangsstufe aufgrund der Kanallängenmodulation aller Transistoren am Knoten "OUT" eine angenäherte  In practical implementation, the current arithmetic of the output stage has an approximation due to the channel length modulation of all transistors at the "OUT" node
Stromquellencharakteristik. Es gilt allgemein für sämtliche Grundschaltungsvarianten:  Power source characteristics. It generally applies to all basic circuit variants:
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
Dabei ist α das Ruhestromverhältnis T36/T35 (Fig. 6).  Here, α is the quiescent current ratio T36 / T35 (FIG. 6).
Dabei ist gm die Kleinsignalsteilheit eines Elements E bzw. L und ist gout der Ausgangsleitwert der Stromarithmetik. Bei der Stromspiegelschaltung und bei der Einrichtung K ist α immer 1. Here g m is the small signal steepness of an element E or L and g out is the output conductance of the current arithmetic. In the current mirror circuit and in the device K, α is always 1.
Der entscheidende Vorteil für die Genauigkeit der Verstärkungseinstellung bei Verwendung der Phasenumkehr- und Addierstufe für die Stromarithmetik liegt im Gegensatz zum Stromspiegel in der vollständigen Entkopplung des gDS-Einflusses der Transistoren der Elemente E und L auf den Ausgangswiderstand r*out. Die Steilheiten gml und gm2 erscheinenen dagegen um den Wert transformiert am Ausgang. Durch Verwendung von Kaskodestromspiegeln für die Stromarithmetik wird die Wirkung von gDSN und 9DSP der beiden Ausgangstransistoren der Phasenumkehr- und Addierstufe vernachlässigbar; die Gleichung (16) geht dann mit b1 = b2 = 1 in Gleichung (12) über. Anhand von Fig. 8 werden weitere Schaltungsvarianten erläutert. Durch den Kondensator Cl, der zwischen dem Ausgang der Vorrichtung A zur Bildung der arithmetischen Differenz und gegen Masse geschaltet ist, ist die Möglichkeit gegeben, eine definierte Bandbegrenzung des Verstärkers vorzusehen und damit gleichzeitig die Stabilität des Verstärkers zu erreichen. Ist die Vorrichtung A zur Bildung der arithmetischen Differenz als einfache Stromspiegelarithmetik ausgebildet, so arbeitet die Anordnung auch ohne den Kondensator stabil. The decisive advantage for the accuracy of the gain setting when using the phase inversion and adding stage for the current arithmetic, in contrast to the current mirror, lies in the complete decoupling of the g DS influence of the transistors of the elements E and L on the output resistance r * out . The slopes gml and gm2, on the other hand, appear transformed by the value at the exit. By using cascode current mirrors for the current arithmetic, the effect of g DSN and 9 DSP of the two output transistors of the phase inversion and adding stage is negligible; equation (16) then changes to equation (12) with b 1 = b 2 = 1. 8 further circuit variants are explained. The capacitor C1, which is connected between the output of the device A to form the arithmetic difference and against ground, makes it possible to provide a defined band limitation of the amplifier and at the same time to achieve the stability of the amplifier. If the device A for forming the arithmetic difference is designed as a simple current mirror arithmetic, the arrangement works stably even without the capacitor.
Wird das Ausgangssignal der Vorrichtung A oder K zur Bildung der arithmetischen Differenz zu stark belastet, so kann der Ausgang bzw. die Ausgänge der Vorrichtung jeweils mit dem If the output signal of the device A or K is too heavily loaded to form the arithmetic difference, then the output or the outputs of the device can each with the
Eingang eines Puffers B verbunden werden, dessen jeweiliger Ausgang mit einem Eingang des Lastelements L direkt oder indirekt über ein en Gleichstrompfad im Sinne einer Input of a buffer B are connected, the respective output of which is connected to an input of the load element L directly or indirectly via a direct current path in the sense of a
Gegenkopplung verbunden ist. Negative feedback is connected.
Findet in dem Puffer B eine Signalinvertierung statt, dann ist der andere Eingang des Lastelements L mit dem Ausgang des If a signal inversion takes place in the buffer B, then the other input of the load element L is with the output of the
Buffers B zu verbinden. Es gilt überhaupt für alle bisher besprochenen Anwendungsfälle, daß immer derjenige Eingang des Lastelements mit dem Ausgangspotential der Elemente E und L zu verbinden ist, daß eine Gegenkoppelungswirkung entsteht. Connect Buffers B. It applies in general to all the applications discussed so far that the input of the load element must always be connected to the output potential of the elements E and L, so that a negative feedback effect arises.
Der jeweilige Ausgang eines Puffers B bzw. der Ausgang der Vorrichtung A bzw. die Ausgänge der Vorrichtung K zur Bildung der arithmetischen Differenz kann bzw. können auch über ein reelles oder komplexes aktives oder passives Netzwerk zur The respective output of a buffer B or the output of device A or the outputs of device K to form the arithmetic difference can also be via a real or complex active or passive network
Gegenkopplung mit dem Eingang bzw. den Eingängen des Negative feedback with the input or inputs of the
Lastelementes L verbunden sein, beispielsweise über einen  Be load element L connected, for example via a
Widerstand R2 mit einem Eingang des Lastelementes 2, wobei von diesem Eingang über einen weiteren Widerstand R1 ein AC-Signalpfad zur Signalmasse besteht. Durch diese Resistor R2 with an input of the load element 2, an AC signal path to the signal ground from this input via a further resistor R1. Through this
Widerstandsgegenkoppelung bestehend aus den Widerständen Rl und R2 kann die Verstärkung unabhängig von der inneren Verstärkung gml/gm2 erhöht werden. Insbesondere für den Fall C = 1 ist die Ubertragungsfunktion innerhalb der Spannungsgrenzen Uemax und u*amax nach Gleichung (18) linear.
Figure imgf000014_0001
Resistance feedback consisting of resistors R1 and R2, the gain can be increased independently of the internal gain gml / gm2. Especially for the case C = 1 Transfer function linear within the voltage limits Uemax and u * amax according to equation (18).
Figure imgf000014_0001
Im Falle des Auslegungsbeispiels "lineares Verstärken großer Signale mit V = 4" gilt z. B. für den Fall R1 = R2:  In the case of the design example "linear amplification of large signals with V = 4" applies e.g. B. for the case R1 = R2:
U* amax = 2 · Uamax = 0.8Volt U * amax = 2 · U amax = 0.8Volt
Die neue Gesamtverstärkung V** beträgt jetzt:
Figure imgf000014_0002
The new overall gain V ** is now:
Figure imgf000014_0002
Die Gleichungen (18) und (18a) besitzen auch Gültigkeit wenn gilt: b1 = b2 , Für das Auslegungsbeispiel "lineares Verstärken großer Signale mit V = 4" gilt z. B. mit R1 = R2: V** = 2 . V = 8 Equations (18) and (18a) are also valid if: b 1 = b 2. For the design example "linear amplification of large signals with V = 4", z. B. with R1 = R2: V ** = 2. V = 8
Über die Transistoren T14 und T24 (Fig. 8) kann der effektive Referenzstrom der Stromquellen-Transistoren T13 bzw. T23 beeinflußt werden:
Figure imgf000014_0003
The effective reference current of the current source transistors T13 and T23 can be influenced via the transistors T14 and T24 (FIG. 8):
Figure imgf000014_0003
Mit der Änderung von I*ref ändern sich alle damit verbundenen Eigenschaften der differenzspannungsgesteuerten Stromquellen. With the change of I * ref , all associated properties of the differential voltage controlled current sources change.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 9 sind die Ausgänge der Transistoren TU und T21 bzw. die Ausgänge der Transistoren T12 und T22 der Elemente E und L zusammengefaßt und mit jeweils einem Eingang des Lastelements L verbunden. Die Anwendung dieser 9, the outputs of the transistors TU and T21 or the outputs of the transistors T12 and T22 of the elements E and L are combined and connected to an input of the load element L. The application of this
Schaltung ist nicht auf den Aufbau der Elemente E und L gemäß Fig. 9 beschränkt; sie ist auch anwendbar bei dem Aufbau der Elemente E und L gemäß Fig. 6, 7 oder 8. Diese dient zur Circuitry is not limited to the construction of elements E and L according to FIG. 9; it is also applicable in the construction of the Elements E and L according to Fig. 6, 7 or 8. This is used for
Bildung einer Stromquelle mit symmetrischen Ausgängen. Durch diese Maßnahme werden hohe Unterdrückungswerte für den  Formation of a current source with balanced outputs. This measure results in high suppression values for the
Gleichtakt- und den Betriebsspannungsdurchgriff erreicht. Dabei entsteht jedoch der Nachteil einer symmetrischen  Common mode and the operating voltage penetration reached. However, this creates the disadvantage of a symmetrical one
Ausgangsarithmetik, nämlich, daß die direkte Wählbarkeit der Gleichtaktlage der Ausgangsdifferenzspannung Ua durch äußere Beschaltung verlorengeht. Durch die Kompensations-Schaltung K wird dieser Nachteil über einen weiteren Regelprozeß innerhalb gewisser Grenzen aufgehoben. Hierzu dient die Referenzspannung uref1. Sämtliche abgeleiteten Beziehungen für das Grundprinzip nach Fig. 6 und 7 zwischen der Eingangsspannung Ue und der Ausgangsspannung Ua behalten auch hier ihre Gültigkeit. Das gilt insbesondere für das statische Übertragungsverhalten nach Gleichung (6) und das damit verbundene Klirrverhalten. Die dynamischen Zusammenhänge sind bei der Ausbildung des Prinzips mit symmetrischen oder unsymmetrischen Ausgängen in Verbindung mit einer zusätzlichen Kapazität C1 identisch, wenn Output arithmetic, namely that the direct selectability of the common mode position of the output differential voltage U a is lost by external wiring. The compensation circuit K eliminates this disadvantage within a certain range via a further control process. The reference voltage u ref1 is used for this . All derived relationships for the basic principle according to FIGS. 6 and 7 between the input voltage U e and the output voltage U a remain valid here as well. This applies in particular to the static transmission behavior according to equation (6) and the associated distortion behavior. The dynamic relationships are identical in the formation of the principle with symmetrical or asymmetrical outputs in conjunction with an additional capacitance C1, if
berücksichtigt wird, daß im Falle symmetrischer Ausgänge der Kondensator C1 parallel zur Ausgangsspannung Ua liegen muß oder jeweils C 1/2 von den Ausgängen nach GND oder Vdd. It is taken into account that in the case of symmetrical outputs the capacitor C1 must be parallel to the output voltage U a or C 1/2 of the outputs according to GND or V dd .
Die beiden Elemente E und L gemäß Fig. 9 unterscheiden sich auch von den bisher gezeigten Ausführungsformen durch die unterschiedliche Ausbildung der Konstantstromquelle. Bisher war ein gemeinsamer Transistor T13 und T23 für ein Element E bzw. L vorhanden. Durch die Aufteilung der bisher gemeinsamen Stromquelle in zwei Stromquellen, die jeweils den halben Konstantstrom liefern, ist es möglich, die Ausgänge der beiden Konstantstromquellen T15 und T16 bzw. T25 und T26 über ein The two elements E and L according to FIG. 9 also differ from the previously shown embodiments by the different design of the constant current source. So far, a common transistor T13 and T23 was present for an element E and L, respectively. By dividing the current source into two current sources, each of which supplies half the constant current, it is possible to connect the outputs of the two constant current sources T15 and T16 or T25 and T26
passives oder auch aktives Netzwerk miteinander zu verbinden, wie dies bei dem Element E durch die Transistoren T17 und T18 und bei dem Element L durch die Transistoren T27 und T28 gezeigt wird. Durch den Einsatz eines die beiden Stromquellen miteinander verbindenden passiven oder aktiven Netzwerks wird eine Vergrößerung des linearen Bereichs erreicht. Gleichzeitig wird durch diese Maßnahme auch eine Zunahme der Gleichtaktempfindlichkeit durch den wachsenden Einfluß des Substrat Effekts verursacht. Maßnahmen zur Linearisierung des Verstärkungsverhaltens der Elemente über die Degenerierung der Koppelung zwischen den Eingangstransistoren besitzen den prinzipbedingten Nachteil des zunehmenden Durchgriffs lokaler statistischer Unpaarigkeitseffekte und Rauscheinströmungen auf die elektrischen Kenngrößen der Schaltung. to connect passive or also active network to one another, as is shown for element E by transistors T17 and T18 and for element L by transistors T27 and T28. The use of a passive or active network connecting the two current sources to one another increases the linear range. At the same time, this measure also increases the common mode sensitivity due to the growing influence of the substrate Effect. Measures to linearize the amplification behavior of the elements via the degeneracy of the coupling between the input transistors have the inherent disadvantage of the increasing penetration of local statistical inconsistency effects and noise influences on the electrical parameters of the circuit.
Unter den Gesichtspunkten dynamischer und statistischer Eigenschaften der elektrischen Kenngrößen einer Schaltung sind Strukturen, die durch geeignete Überlagerung der Wirkung quadratischer MOS-Eingangskennlinien eine verbesserte From the point of view of dynamic and statistical properties of the electrical parameters of a circuit, structures are those which are improved by suitable superimposition of the effect of square MOS input characteristics
Linearität erzielen, wesentlich günstiger als Strukturen, welche die gleiche nominale Linearität durch Degenerierung der Kopplung der Eingangstransistoren erreichen. Achieve linearity, much cheaper than structures that achieve the same nominal linearity by degenerating the coupling of the input transistors.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist es ebenfalls denkbar, durch den Anschluß jeweils eines Transistors an jeder der beiden Stromquellen (T15, T16) den jeweils halben Konstantstrom zu beeinflußen, wie dies anhand von Fig. 8 (Transistor T13) erläutert wird. In the embodiment according to FIG. 9, it is also conceivable to influence half the constant current by connecting one transistor to each of the two current sources (T15, T16), as will be explained with reference to FIG. 8 (transistor T13).
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 9 kann ebenfalls mit The circuit arrangement according to FIG. 9 can also be used
Pufferstufen B betrieben werden, wie dies anhand von Fig. 8 erläutert wurde. In diesem Fall sind beide Ausgänge der Buffer stages B are operated, as was explained with reference to FIG. 8. In this case, both outputs are the
Schaltung K mit jeweils einer Pufferstufe B zu beschälten und deren Ausgang ist mit dem entsprechenden Eingang des Circuit K with a buffer stage B and its output is connected to the corresponding input of the
Lastelements L unmittelbar oder mittelbar zu verbinden.  To connect load element L directly or indirectly.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E : PATENT CLAIMS:
1. Schaltungsanordnung für einen Verstärker, bestehend aus 1. Circuit arrangement for an amplifier, consisting of
jeweils eine Konstantstromquelle aufweisenden,  each having a constant current source,
differenzspannungsgesteuerten Stromquellen mit jeweils einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang und jeweils zwei Ausgängen, wobei die eine, ein Eingangselement bildende Stromquelle mit einer weiteren, als aktive  Differential voltage-controlled current sources, each with an inverting and a non-inverting input and two outputs each, one current source forming an input element with another, as the active one
Widerstandsnachbildung wirkenden, ein Lastelement bildende Stromquelle verbunden ist,  Resistance simulation acting current source forming a load element is connected,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß das Lastelement (L) derart ausgelegt ist, daß die (auf den Maximalwert der AusgangsSpannung) bezogene Ausgangsgröße x2 der (auf den Maximalwert der Eingangsspannung) bezogenen Eingangsgröße x1 folgt nach der Formel
Figure imgf000017_0001
that the load element (L) is designed such that the output variable x 2 (based on the maximum value of the output voltage) follows the input variable x 1 (based on the maximum value of the input voltage) according to the formula
Figure imgf000017_0001
2 . Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2nd Circuit arrangement according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet daß,  characterized in that
daß das Produkt aus dem jeweiligen Ausgangsstrom der  that the product from the respective output stream of
Konstantstromquelle des einen Elements bewertet mit einer ersten Konstanten (b1) dem Produkt des jeweiligen  Constant current source of one element evaluates the product of the respective with a first constant (b1)
Ausgangsstroms der Konstantstromquelle des anderen Elements bewertet mit einer zweiten Konstanten (b2) entspricht, wobei die reellen Konstanten (b1, b2) die arithmetische Differenz der Ausgangsströme eines Elements bewertet. Output current of the constant current source of the other element corresponds to a second constant (b2), where the real constants (b1, b2) evaluate the arithmetic difference of the output currents of an element.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 3. Circuit arrangement according to one of claims 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß die Konstanten (b1, b2) fest eingeprägt sind.  that the constants (b1, b2) are firmly stamped.
4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 oder bis 3, 4. amplifier according to one of claims 1 or to 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß sich die Kleinsignalverstärkung (V) aus der Formel
Figure imgf000018_0001
that the small signal gain (V) from the formula
Figure imgf000018_0001
errechnet.  calculated.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß die gleichartigen Ausgänge des Eingangselements (E) und des Lastelements (L) jeweils zusammengefaßt und mit jeweils einem Eingang einer Schaltung (A) zur Bildung der  that the similar outputs of the input element (E) and the load element (L) are combined and each have an input of a circuit (A) to form the
arithmetischen Differenz der beiden Ausgangsströme der beiden Stromquellen verbunden ist, wobei das Ausgangssignal der Schaltung (A) dem invertierenden Eingang (-) des  arithmetic difference of the two output currents of the two current sources is connected, the output signal of the circuit (A) the inverting input (-) of the
Lastelements (L) zugeführt wird und das Ausgangssignal des Verstärkers bildet.  Load element (L) is supplied and forms the output signal of the amplifier.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß die Schaltung (A) zur Bildung der arithmetischen  that the circuit (A) to form the arithmetic
Differenz der Ausgangsströme als Phasenumkehr- und  Difference of the output currents as phase reversal and
Addierstufe ausgebildet ist.  Adding stage is formed.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß die Schaltung (A) als Stromspiegel ausgebildet ist.  that the circuit (A) is designed as a current mirror.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Schaltung (A) einer Pufferstufe (B) zugeführt wird, deren Ausgang unmittelbar oder mittelbar mit dem invertierenden Eingang (-) des Lastelements (L) verbunden ist. characterized, that the output signal of the circuit (A) is fed to a buffer stage (B), the output of which is connected directly or indirectly to the inverting input (-) of the load element (L).
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, 9. Circuit arrangement according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß die Pufferstufe (B) als Signalumkehrstufe ausgebildet ist, deren Ausgang unmittelbar oder mittelbar mit dem nicht invertierenden Eingang (+) des Lastelements (L) verbunden ist.  that the buffer stage (B) is designed as a signal inversion stage, the output of which is connected directly or indirectly to the non-inverting input (+) of the load element (L).
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , 10. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß der Ausgang der Schaltung (A) oder der Ausgang der  that the output of the circuit (A) or the output of the
Pufferstufe (B) über einen reellen oder komplexen Widerstand (R2) mit einem Eingang des Lastelements (L) verbunden ist, wobei zwischen beiden Eingängen des Lastelements (L) ein weiterer reeller oder komplexer Widerstand (Rl)  Buffer stage (B) is connected via a real or complex resistor (R2) to an input of the load element (L), with another real or complex resistor (Rl) between the two inputs of the load element (L)
angeschlossen ist.  connected.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 11. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß der Ausgang der Schaltung (A) über einen Kondensator (Cl) mit Masse oder mit einer Versorgungsspannung verbunden ist.  that the output of the circuit (A) is connected to ground or to a supply voltage via a capacitor (Cl).
12. Schaltungsanordnung für einen Verstärker, bestehend aus 12. Circuit arrangement for an amplifier, consisting of
jeweils eine Konstantstromquelle aufweisenden,  each having a constant current source,
differenzspannungsgesteuerten Stromquellen mit jeweils einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang und jeweils zwei Ausgängen, wobei eine, ein Eingangselement bildende Stromquelle mit einer weiteren, als aktive  Differential voltage-controlled current sources, each with an inverting and a non-inverting input and two outputs each, one current source forming an input element with another being active
Widerstandsnachbildung wirkenden, ein Lastelement bildende Stromquelle verbunden ist, indem die gleichartigen Ausgänge des Eingangselements und des Lastelements jeweils  Resistance replica acting, a load element forming current source is connected by the similar outputs of the input element and the load element, respectively
zusammengefaßt und jeweils mit einem Eingang des  summarized and each with an input of
Lastelements entsprechend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, Load element are connected accordingly, characterized,
daß parallel zu den beiden Eingängen des Lastelements (L) mit ihren beiden Eingängen eine Schaltung (K) zur  that parallel to the two inputs of the load element (L) with their two inputs a circuit (K) for
Beeinflussung der Größe des am jeweiligen Eingang derselben anliegenden Stromes angeschlossen ist.  Influencing the size of the current present at the respective input is connected.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 13. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß die Konstantstromquelle aus zwei Transistoren (T15,T16) gebildet wird, daß jeweils ein spannungsgesteuerter  that the constant current source is formed from two transistors (T15, T16), that in each case a voltage-controlled
Transistor (T11,T12) an einem der beiden Transistoren  Transistor (T11, T12) on one of the two transistors
(T15,T16) der Konstantstromquelle angeschlossen ist und daß die Ausgänge der beiden Konstantstromquellen über ein aktives oder passives Netzwerk (T17,T18) miteinander verbunden sind.  (T15, T16) of the constant current source is connected and that the outputs of the two constant current sources are connected to one another via an active or passive network (T17, T18).
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 14. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß mit der Stromquelle (T13,T23) bzw. den beiden  that with the power source (T13, T23) or the two
Stromquellen (T15/T16, T25/T26) ein weiterer Transistor Current sources (T15 / T16, T25 / T26) another transistor
(T14,T24) bzw. jeweils ein weiterer Transistor verbunden ist, über welchen bzw. welche der Ausgangsstrom der (T14, T24) or respectively a further transistor is connected, via which or which the output current of the
Stromquelle (T13,T23) bzw. Stromquellen (T15/T16, T25/T26) veränderbar ist.  Current source (T13, T23) or current sources (T15 / T16, T25 / T26) is changeable.
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, 15. Circuit arrangement according to one of claims 12 to 14, characterized in
daß an die beiden Ausgänge der Schaltung (K) jeweils ein Kondensator gegeneinander oder gegen Masse oder gegen eine Versorgungsspannung geschaltet ist.  that a capacitor is connected to each other or to ground or to a supply voltage to the two outputs of the circuit (K).
16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, 16. Circuit arrangement according to one of claims 12 to 15, characterized in
daß die Schaltung (K) als symmetrische Stromquelle mit zwei Ausgängen ausgebildet ist.  that the circuit (K) is designed as a symmetrical current source with two outputs.
17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der beiden Ausgänge der Schaltung (K) eine Pufferstufe angeschlossen ist und daß die Ausgänge der Pufferstufen mittelbar oder unmittelbar mit den Eingängen des Lastelements (L) im Sinne einer Gegenkopplung verbunden sind. 17. Circuit arrangement according to one of claims 12 to 16, characterized in that a buffer stage is connected to each of the two outputs of the circuit (K) and that the outputs of the buffer stages are connected directly or indirectly to the inputs of the load element (L) in the sense of negative feedback.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106647922A (en) * 2016-11-18 2017-05-10 中国电子科技集团公司第四十研究所 Voltage tracking/embedded circuit

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986007215A1 (en) * 1985-05-28 1986-12-04 Wolfson Microelectronics Limited Improvements in or relating to transconductors

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4267519A (en) * 1979-09-18 1981-05-12 Rca Corporation Operational transconductance amplifiers with non-linear component current amplifiers
US4897612A (en) * 1988-05-09 1990-01-30 National Semiconductor Corporation Operational transconductance amplifier with improved current source capability
DE4101577A1 (en) * 1991-01-21 1992-07-23 Halbleiterwerk Frankfurt Gmbh Transconductance amplifier, e.g. for variable limit frequency filter - has seven current mirrors and two PNP input transistors providing inverting and non=inverting inputs

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986007215A1 (en) * 1985-05-28 1986-12-04 Wolfson Microelectronics Limited Improvements in or relating to transconductors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106647922A (en) * 2016-11-18 2017-05-10 中国电子科技集团公司第四十研究所 Voltage tracking/embedded circuit

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