BE1000708A7

BE1000708A7 - Correctieschakeling voor versterker.

Info

Publication number: BE1000708A7
Application number: BE8700735A
Authority: BE
Inventors: Joannes Mathilda Jos Sevenhans; Dirk Herman Lutgardis C Rabaey
Original assignee: Bell Telephone Mfg
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1989-03-14
Also published as: ES2056098T3; DE3889588D1; EP0297639A3; US4888559A; EP0297639A2; JPH01198810A; DE3889588T2; JPH0570327B2; AU606171B2; EP0297639B1; ATE105981T1; AU1816288A

Abstract

Correctieschakeling, voor versterker, met twee correctieketens (CS1, PM2, NM3/2, CS2, NM4, PM4/3), die elk in parallel zijn geschakeld over de uitgangstrap (PM1, NM1) van de versterker met een ingangsverschilversterkertrap (A1), met twee verschilversterkers (A2/3) die een tussentrap vormen en met de uitgangstrap die bestaat uit de serieschakeling van een PMOS transistor (PM1) en een NMOS transistor (NM1) waarvan het verbindingspunt (VOUT) via een terugkoppelketen (FC) met de ingangstrap is teruggekoppeld.

Description

CORRECTIESCHAKELING VOOR VERSTERKER
De huidige uitvinding heeft betrekking op leen correctieschakeling voor een versterker, die twee verschilversterkers omvat waarvan de uitgangen gekoppeld zijn met de stuurelektroden van respektive uitgangstransistoren van het tegengesteld geleidilngstype die een uitgangstrap vormen en in serie tussen de polen van een gelijkspanningsbron gekoppeld zijn en Maar van het verbindingspunt de uitgang van de versterker vormt.

Een dergelijke correctieschakeling is reeds bekend uit de Belgische oktrooiaanvraag no. 8700160. Deze bekende correctieschakeling. waarmee overmatig stroomverbruik en cross-over distorsie van de versterker vermeden wordt, wordt gevormd door een parallel o. wer de uitgangstrap verbonden serieschakeling van een eerste stroombron, een impedantie en een tweede stroombron. waarbij de verbindingspunten van de stroombronnen en de impedantie rechtstreeks met de stuurelektroden van respektive uitgangstransistoren gekoppeld zijn. De eorrectiewerking van deze bekende schakeling bestaat erin de spanningsval over de impedantie nagenoeg constant te houden. Het is echter duidelijk dat als de impedantie wordt gewijzigd ook deze correctiewerking wordt beïnvloed.

Dit kan zieh bijvoorbeeld voordoen als de als diode verbonden MOS transistor, die als impedantie wordt gebruikt, vervangen wordt door een MOS transistor met een
EMI1.1
andere drempelspanning. Transistors kunnen verschillende I

drempelspanningen hebben als ze bijvoorbeeld met ! een verschillend proces zijn vervaardigd. Dit betekent dat de correctiewerking van de bekende schakeling enigzins procesafhankelijk is.
EMI2.1

Een doelstelling van de uitvinding bestaat erin een correctieschakeling 1 een het hierboven beschreven type te verschaffen, maar 1 te dit nadeel niet vertoont.

I Volgens de uitvinding deze doelstelling bereikt doordat een correctieschakeling correctieteken omvat meetmiddelen om correctieteken omvat de gelijkstroom 1 de de uitgangstransistoren te meten en een meetgelijkstroom te verschaffen die een maat is van deze gemeten gelijkstroom en van middelen om deze meetgelijkstroom te vergelijken met een referentiegelijkstroom en om in functie van de aldus verkregen verschilgelijkstroom de gelijkspanning op de
EMI2.2
stuurelektrode andere uitgangstransistor te stuurelektrode van van dewijzigen en aldus via een negatieve terugkoppelschakeling welke de versterkeruitgang met de ingangen van de twee verschilversterkertrappen verbindt een corrigerende werking op de versterker uit te oefenen.

Een ander kenmerk van de onderhavige correctieschakeling is dat deze meetmiddelen met deze ene uitgangstransistor gekoppeld zijn en in een meettransistor deze meetgelijkstroom doen vloeiend en dat de serieschakeling van deze meettransistor en een constante-stroombron die deze referentiegelijkstroom verschaft in parallel over deze uitgangstrap is geschakeld, waarbij het verbindingspunt van deze
EMI2.3
meettransistor en deze constante stroombron die samen I deze vergelijkingsmiddelen vormen rechtstreeks met de stuurelektrode van deze andere uitgangstransistor verbonden is.

Nog een ander kenmerk van de huidige correctieschakeling is dat de nominale waarde van de

meetgelijkstroom gelijk is aan deze referentiegelijkstroom.

Bij afwezigheid van een ingangssignaal is in normale omstandigheden de verschilgelijkstroom n'ul en wordt de gelijkspanning op de stuurelektrode van de andere uitgangstransistor niet beYnvloed. Bij een afwijking van de gemeten gelijkstroom van zijn nominale waarde wordt er echter een regelende werking uitgeoefend die alleen funktie is van de gemeten - verschilgelijkstroom, en onafhankelijk is van de afwijking die tot deze verschilgelijkstroom aanleiding heeft gegeven. Dit wil zeggen dat deze zowel het gevolg van een offset van de verschilversterker als een gewijzigde drempelspanning van bijvoorbeeld een uitgangstransistor kan zijn.

De hierboven vermelde en andere doeleinden en kenmerken van de uitvinding zullen duidelijker worden en de uitvinding zelf zal het best begrepen worden aan de hand van de hiernavolgende beschrijving van een | uitvoeringsvoorbeeld en van de bijbehorende tekeningen waarin : Fig. l een versterker en een bijbehorende correctieschakeling volgens de uitvinding voorstelt ; Fig. 2 en 3 respektievelijk de tussentrapverschilversterkers A2 en A3 van Fig. 1 in meer detail voorstellen.

De in Fig. 1 voorgestelde schakeling werkt met de voedingsspanningen VDD=+5 Volts ; VSS=0 Volts en VAG=2, 5 Volts en omvat een klas AB versterker AMP en een bijbehorende correctieschakeling CC. De versterker AMP heeft een ingangstrapverschilversterker Al waarvan de plusingang de ingang IN van de versterker vormt een waarvan de uitgang V verbonden is met de miningangen van twee verschilversterkers A2 en A3. Deze vormen samen een tussentrap en hun plusingangen zijn verbonden met de

EMI4.1
I spanning VAG. De tussentrapverschilversterkers A2 en A3 dienen respektievellik dienen de versterking van Positief en negatief gerichte ingangssignalen. De uitg.

1
EMI4.2
V'van deze versterkers A2 en A3 zijn de poortelektroden van respektievelijk een PMOS PMI en een NMOS transistor NMI, waarbij het bron-naar-afvoerpad van PMI en het afvoer-naar-bronpad van NMI in serie tussen de voedingsgelijkspanningen VDD en VSS zijn verbonden. De transistors PM1 en NM vormen de klas AB uitgangstrap van de versterker en verbindingspunt is de uitgang VOUT daarvan. Deze uitgang is enerzijds naar de van A2 en A3 over een compensatiecondensator C en anderzijds met de miningang van Al via een negatieve terugkoppel FC. Deze wordt gevormd door een spanningsdeler bestaande uit een serieweerstand RI en een met VAG shuntweerstand R2.

De correctieschakeling CC omvat twee gelijkaardige correctieketens, die respektievelijk een constante-stroombron CS1 en MOS PM2.

NM2/3 De constante-stroombron CSI en NMOS transistor vormen een serieschakeling die in parallel over de uitgangstrap PMI, NMI verbonden is. De uitgangstransistor PM1 is in
EMI4.3
verbonden met NMOS meettransistor NM2 via PMOS t 1 respektievelijk voorPM2 en de als diode verbonden NMOS transistor NM31. De afmetingen van PMI/2 en NM2/3 zijn zodanig gekozen dat de gelijkstroom 13 die aldus in NM2 verkregen wordtt door
EMI4.4
spiegeling van de gelijkstroom 11 in PMI, gelijk 1s aan 1 KII, met bijvoorbeeld k=-. De constante
20 referentiegelijkstroom die door CS1 wordt verschaft is met 15 aangeduid.

Op gelijkaardige wijze is de serieschakeling van
EMI4.5
PMOS meettransistor PM3 en constante-stroombron C52 in I

EMI5.1
parallel de uitgangstrap verbonden. De uitgangstransistor NMl is in stroomspiegelschakeling oververbonden met PMOS transistor PM3 via NMOS transistor NM4 en de als diode verbonden PMOS transistor PM4. De gelijkstroom 14 in PM3 verkregen door sPiegeling van de gelijkstroom 12 in NM1, via NM4 en PM4 is bijvoorbeeld gelijk aan k'12 met kl = 1120. De constante referentiegelijkstroom die door CS2 wordt Verschaft is
EMI5.2
met 16 aangeduid.

Zoals later zal blijken, omvat elke correctieketen CS1, PM2, NM3/2, CS2, NM4, PM4/3 : - meetmiddelen PM2. NM3, NM2 en NM4, PM4, PM3 om de stroom 11 meten en in de meettransistor NM2 een meetgelijkstroom 13 verschaffen die een is van deze gemeten gelijkstroom 11 ; 12 ; - middelen CS1, NM2 en PM3, CS2 am de meetgelijkstroom 13 ; 14 te vergelijken met de referentiegelijkstroom 15 ; 16 en om in functie van de aldus verkregen verschilgelijkstroom de poortgelijkspanning V'';V'te wijzigen waardo or dan via de terugkoppelketen FC een corrigerende werking wordt uitgeoefend.

Er dient opgemerkt dat twee correctieketens aanwezig zijn opdat de stroom 11 op dezelfde wijze zou gecorrigeerd worden als de stroom 12 en vice-versa Een corrigerende werking wordt evenwel reeds door een correctieketen verzekerd.

De tussentrapverschilversterkers A2 en A3 zijn respektievelijk in Figuur 2 en Figuur 3 in detail voorgesteld.

De tussentrapverschilversterker A2 omvat twee NMOS ingangstransistoren NM5 en NM6 waarvan de poorten respektievelijk de min-en plusingang van de versterker vormen. De bron-naar-afvoerpaden van twee in
EMI5.3
stroomspiegelschakeling verbonden PMOS transistors PM5 en I

EMI6.1
I PM6 zijn in serie verbonden met de afvoer-naar-bronpaden van NM5 en NM6 en met een gemeenschappelijke constante-stroombron CS3. verbindingspunt van PM5 en NM5 vormt de uitgang V'van respektievelijk A2.

1 De tussentrapverschilversterker A3 is gelijkaardig aan A2 en omvat de PMOS transistors PM7/8, de NMOS
EMI6.2
transistors en de constante-stroombron transistors ml De poorten van PM7 en PM8 zijn respektievelijk de min-en
NM7/8plusingangen van A3 en het verbindingspunt van PM7 en NM7 vormt de uitgangsklem V" van A3. I
De werking van de beide correctieketens van de correctieschakeling is gelijkaardig en daarom wordt hierna enkel de werking van de correctieketen CS1, PM2, NM3/2 beschreven.

In de rusttoestand van de schakeling, d. w. z. in de afwezigheid van een ingangssignaal, en onder normale omstandigheden vloeien in PMI en NMI respektievelijk de gelijke gelijkstromen 11 en 12 en is VOUT = 0. De door de transistors PM2 en NM3 in de transistor NM2 gespiegelde meetgelijkstroom 13 is dan gelijk aan de referentiegelijkstroom 15 van de constante-stroombron CSIt zodat de poortgelijkspanning V" dan niet door de correctieketen CC wordt beinvloed. Dit betekent dat in de versterker A3 de stroom van PM7 volledig door NM7 vloeit.

Er wordt nu verondersteld dat in de rusttoestand van de schakeling de gelijkstroom 12 door PMl te groot is waardoor een overmatig stroomverbruik zou kunnen ontstaan. Dit is bijvoorbeeld het gevolg van eenldoor offset veroorzaakte te kleine uitgangsspanning V'van A2 of poortspanning V'van PMI. Hierdoor is de door de meetmiddelen PM2, NM3, NM2 in de meettransistor NM2 gespiegelde stroom 13 eveneens te groot, hetgeen als gevolg heeft dat de stroombalans op het verbindingspunt
EMI6.3
I

EMI7.1
I V*'van en NM2 wordt verbroken. De bijkomende verschilgelijkstroom dI3=13-IS die door NM2 vioeit dient daarom door de versterker A3 geleverd te worden.

Dit heeft als gevolg dat er zieh een daling de
CS1uitgangsgelijkspanning V''van deze versterker A3 en dus van de poortgelijkspanning V" van transistor NM1.

Daardoor ondergaat de stroom 12 door NM1 een daling, hetgeen op zijn beurt een stijging van de uitgangsspanning VOUT teweeg brengt. Als gevolg daarvan bewerkstelligen de terugkoppelketen FC, de versterker Al en de verschilversterkers A2 en A3 een stijging Jan da uitgangsspanningen V'en V''van A2 en A3. Dit Jeeft aanleiding tot een daling van 11 en een stijging van 12 en dit heeft op zijn beurt een daling van VOUT tot gevolg. Er wordt een evenwicht bereikt als de stroombalans in het punt V''is hersteld, d.w.z. als dI3=0 is. In dit geval is ook VOUT opnieuw nul.

Het is duidelijk dat een te kleine stroom 11, die cross-over zou kunnen veroorzaken, op gelijkaardige wijze gecorrigeerd wordt en dit ook tot de stroombalanslin het punt Y'is hersteld.

Hoewel de principes van de uitvinding hierboven zijn beschreven aan de hand van een bepaalde uitvoeringsvorm, is het duidelijk dat de beschrijving slechts bij wijze van voorbeeld is gegeven en de uitvinding niet daartoe is beperkt.

Claims

CONCLUSIES l. Correctieschakeling (CSJ, PM2, NM3/2; CS2, NM4, PM4/3) voor een versterker (AMP), die twee verschilversterkers (A2, A3) omvat waarvan de uitgangen (V, V") gekoppeld zijn met de stuurelektroden wan respektieve witgangstransistoren (PM1, NM1) van het tegengesteld geleidingstype die een uitgangstrap vormen en in serie tussen de polen (VDD, VSS) van een gelijkspanningsbron gekoppeld zijn en waarvan het verbindingspunt de uitgang (VOUT) van de versterker vormt, met het kenmerk, dat de correctieschakeling EMI8.1 , omvat die voorzien is van meetmiddelen (PM2, de van de uitgangstransistoren (PMI te meten en meetgelijkstroom (13 te verschaffen die een is van deze gemeten gelijkstroom en van middelen (CSI, deze )

te vergelijken met een referentiegelijkstroom (15 en om in functie van de aldus verkregen verschilgelijkstroom de gelijkspanning op de stuurelektrode van de andere uitgangstransistor (NM1, PMI) te wijzigen en aldus via een negatieve terugkoppelschakeling (FC,Al) welke de versterkeruitgang (VOUT) met de ingangen van de twee verschilversterkertrappen (A2,A3) verbindt een corrigerende werking op de versterker uit te oefenen.
2. Correctieschakeling volgens conclusie ij met EMI8.2 het kenmerk dat deze meetmiddelen (PM2, 1 <Desc/Clms Page number 9> met deze uitgangstransistor (PM1;NM1) gekoppeld zijn en in een meettransistor (NM2 ; PM3) deze meetgelijkstroom (13 ; 14) doen vloeien en dat de serieschakeling van deze meettransistor (NM2;PM3) en een constante-stroombron (CS1 ; CS2) die deze referentiegelijkstroom ze verschaft in parallel over deze uitgangstrap (PM1,NM1) is geschakeld, waarbij het verbindingspunt (V' ; V') van deze meettransistor en deze constante stroombron die samen deze vergelijkingsmiddelen vormen rechtstreeks met de stuurelektrode van deze andere uitgangstransistor (NM1;PM1)verbondenis.
3. Correctieschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de nominale waarde van de meetgelijkstroom (I3;I4) gelijk is aan deze EMI9.1 referentiegelijkstroom (15;16).
4. Correctieschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk dat deze meetmiddelen . de ene uitgangstransistor (PW met deze met meettransistor (NM2 een stroomspiegelschakeling (PMl/2,
5. Correctieschakeling volgens conclusie 1. met het kenmerk dat deze correctieschakeling twee (CSl, PM2, NM3/2 ; CS2, NM4, PM4/3) van deze correctieketens omvat die elk in staat zijn de gelijkstroom (11. 12) in een respektieve ene uitgangstransistor (PM1;NM1) te meten en in funktie daarvan de gelijkspanning (V'',V') op de stuurelektrode van de respektieve andere uitgangstransistor (NM1 ; PM1) te wijzigen en aldus via deze terugkoppelschakeling een corrigerende werking op de versterker uit te oefenen.
6. Correctieschakeling volgens conclusie 1 , met het kenmerk dat deze versterker verder een ingangstrapverschilversterker (AI) omvat met een plusingang die de ingang (IN) van de versterker vormt, met een miningang waarmee de versterkerwitgang (V.OUT) via <Desc/Clms Page number 10> EMI10.1 een terugkoppelketen (FC) verbonden is en met een uitgang I 1 (V) die met de ingangen van de twee verschilversterkers (A2,A3) gekappeld is, waarbij deze ingangstrap (AI) en deze terugkoppelketen (FC) deze terugkoppelschakeling vormen.
7. Correctieschakeling volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de miningangen van deze verschilversterkers (A2 ; A3) met de uitgang (V) van de ingangstrap (AI) verbonden zijn, terwijl hun plusuitgangen met een gemeenschappelijke gelijkspanning (VAG) verbonden zijn.
8. Correctieschakeling volgens conclusie 7, met het kenmerk dat deze gemeenschappelijke gelijkspanning VSS + VDD ! EMI10.2 (VAG) gelijk is en VDD de 2 aan, waarbij VSSgelijkspanningen van deze polen zijn.
9. Correctieschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat elk van deze twee verSChi1verste1kers (A2;A3)gevormdwordtdoortweeingangstransistoren (NM5/6 ; PM7/8) waarvan de poorten de ingangen vormen en waarvan de bron-afvoerpaden elk in serie verbonden zijn met het bron-afvoerpad van onderling in stroomspiegelschakeling verbonden andere transistoren (PM5/6 ; NM7/8), waarbij deze twee serieverbindingen verder een gemeenschappelijke constante stroombron (CS3;CS4) omvatten die met de bronelektroden van deze EMI10.3 ingangstransistoren (NM5/6 is gekoppeld en waarbij een verbindingspunt van de afvoerelektroden van ingangstransistor (NM5 ; PM7) en een andere transistor (PM5 ; NM7) de uitgang van de verschilversterker (A2 ; A3) vormt.
10. Correctieschakeling volgens een van de conclusies 1 tot 9, met het kenmerk dat deze transistors MOS transistors zijn.
11. Correctieschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat deze versterker een klas AB versterker is. EMI10.4 I