DE10321442B4 - driver circuit - Google Patents
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Abstract
Treiberschaltung, welche eine Treiberstufe (51), eine Unterstützerschaltung (50), zwei Eingänge (21, 22) und zwei Ausgänge (23, 24) umfasst, wobei die Treiberstufe (51) zwei interne Lastwiderstände (1, 2) und zwei Transistoren (11, 12) umfasst, wobei die Unterstützerschaltung (50) zwei Transistoren (13, 14) umfasst, wobei das eine Eingangssignal (21) sowohl einem Steuereingang des einen Transistors (11) der Treiberstufe (51) als auch einem Steuereingang des einen Transistors (13) der Unterstützerschaltung (50) zugeführt ist, wobei das andere Eingangssignal (22) sowohl einem Steuereingang des anderen Transistors (12) der Treiberstufe (51) als auch einem Steuereingang des anderen Transistors (14) der Unterstützerschaltung (50) zugeführt ist, wobei ein erster Anschluss des einen internen Lastwiderstands (1) direkt mit einem ersten Nicht-Steuereingang des einen Transistors (11) der Treiberstufe (51) und mit dem einen Ausgang (23) verbunden ist, wobei ein erster Anschluss des anderen internen Lastwiderstands (2) direkt mit einem ersten Nicht-Steuereingang des anderen Transistors...Driver circuit which comprises a driver stage (51), a support circuit (50), two inputs (21, 22) and two outputs (23, 24), the driver stage (51) having two internal load resistors (1, 2) and two transistors ( 11, 12), the support circuit (50) comprising two transistors (13, 14), the one input signal (21) both a control input of the one transistor (11) of the driver stage (51) and a control input of the one transistor ( 13) is supplied to the support circuit (50), the other input signal (22) being supplied to both a control input of the other transistor (12) of the driver stage (51) and a control input of the other transistor (14) of the support circuit (50), wherein a first connection of the one internal load resistor (1) is connected directly to a first non-control input of the one transistor (11) of the driver stage (51) and to the one output (23), a first connection of the other internal load resistor (2) directly to a first non-control input of the other transistor ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treiberschaltung, wie sie insbesondere für Leistungsverstärker mit einer hohen Bandbreite eingesetzt werden kann.The present invention relates to a driver circuit, as it can be used in particular for high-bandwidth power amplifiers.
In dem Buch „Halbleiter-Schaltungstechnik”, von U. Tietze und Ch. Schenk, 11. Auflage – 1999, Springer Verlag, ISBN 3-540-64192-0, ist auf Seite 803 ein Vierquadranten-Steilheitsmultiplizierer dargestellt, welcher zwei Differenzverstärker T1, T2 und T1', T2' umfasst, die sich symmetrisch ergänzen. Dabei ist die aus den Transistoren D1, D2, T3 und T4 sowie den Stromquellen I7 und den Widerständen R1 und Rx bestehende Schaltung ein Logarithmierer, welcher die Eingangsspannung Ux logarithmiert, um Ux nicht direkt an die Differenzverstärker T1, T2 und T1', T2' anlegen zu mussen, um |Ux| nicht auf kleine Werte beschränken zu müssen.In the book "semiconductor circuit technology", by U. Tietze and Ch. Schenk, 11th Edition - 1999, Springer Verlag, ISBN 3-540-64192-0, a four-quadrant steepness multiplier is shown on page 803, which two differential amplifier T 1 , T 2 and T 1 ', T 2 ', which complement each other symmetrically. In this case, the existing of the transistors D 1 , D 2 , T 3 and T 4 and the current sources I 7 and the resistors R 1 and R x circuit is a logarithmizer, which logarithmiert the input voltage U x to U x not directly to the differential amplifier T 1 , T 2 and T 1 ', T 2 ' to | U x | not limited to small values.
Bei einem Leistungsverstärker ist die maximale Bandbreite idealerweise durch eine Parallelschaltung aus interner Last, externer Last und der Ausgangsimpedanz von Treibertransistoren oder Ausgangstransistoren des Leistungsverstärkers bestimmt. Bei einer realen Schaltung beeinflussen darüber hinaus noch parasitäre Elemente die Bandbreite. Ist die interne und externe Last vorgegeben, wie dies bei einem konkreten Einsatz des Leistungsverstärkers, wie z. B. bei einem 50 Ω-System, der Fall ist, bestimmt vor allem die Ausgangsimpedanz der Treibertransistoren die maximale Bandbreite des Leistungsverstärkers.For a power amplifier, the maximum bandwidth is ideally determined by a parallel connection of internal load, external load and the output impedance of driver transistors or output transistors of the power amplifier. In a real circuit, moreover, parasitic elements influence the bandwidth. Is the internal and external load specified, as in a concrete use of the power amplifier, such. For example, in a 50 Ω system, it is primarily the output impedance of the driver transistors that determines the maximum bandwidth of the power amplifier.
Da bei einem konkreten Einsatz auch ein Ausgangshub des Leistungsverstärkers durch eine anzusteuernde Diode bzw. einen anzusteuernden Modulator vorgegeben ist, ist auch die Größe des Ausgangstransistors direkt bestimmt, da der Ausgangstransistor vorteilhafter Weise in seinem idealen Arbeitspunkt betrieben wird. Durch die Größe des Ausgangstransistors ist auch die Ausgangsimpedanz und damit die maximale Bandbreite des Leistungsverstärkers bestimmt.Since in a concrete use, an output swing of the power amplifier is specified by a diode to be driven or a modulator to be controlled, the size of the output transistor is also directly determined, since the output transistor is advantageously operated in its ideal operating point. The size of the output transistor also determines the output impedance and thus the maximum bandwidth of the power amplifier.
Bei bisher realisierten Datenraten und Spannungshüben bzw. Ausgangsstromen ist ein Ausgangstreiber des Leistungsverstärkers und damit der Leistungsverstärker selbst vor allem durch die Performance der eingesetzten Transistoren begrenzt. Erst bei sehr hohen Bitraten und gleichzeitig großen Spannungshüben bzw. Ausgangsströmen wirkt sich die durch die Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers gesetzte Grenze, die auch RC-Begrenzung genannt wird und die die maximale Bandbreite des Leistungsverstärkers definiert, negativ aus.At previously realized data rates and voltage strokes or output currents an output driver of the power amplifier and thus the power amplifier itself is limited mainly by the performance of the transistors used. Only at very high bit rates and at the same time large voltage surges or output currents does the limit set by the output impedance of the power amplifier, which is also called the RC limitation and which defines the maximum bandwidth of the power amplifier, have a negative effect.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Treiberschaltung bereitzustellen, bei der die durch die Ausgangsimpedanz bestimmte maximale Bandbreite möglichst hoch ist.The object of the invention is to provide a driver circuit in which the maximum bandwidth determined by the output impedance is as high as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Treiberschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.This object is achieved by a driver circuit according to claim 1. The dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the invention.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Treiberschaltung, die eine Treiberstufe mit mindestens einem internen Lastwiderstand besitzt, der ein zu verstärkendes Eingangssignal zuführbar und an der ein dem verstärkenden Eingangssignal entsprechendes Ausgangssignal abgreifbar ist, mit einer Unterstützer-Schaltung derart verschaltet, dass die Unterstützer-Schaltung ein an dem internen Lastwiderstand anliegendes Potential senkt. Erfindungsgemäß entspricht das Eingangssignal der Treiberschaltung einem Eingangssignal der Unterstützer-Schaltung, wobei sowohl die Unterstützer-Schaltung als auch die Treiberschaltung mit der gleichen Phase des zu verstärkenden Eingangssignals angesteuert werden. Sowohl die Treiberstufe als auch die Unterstützer-Schaltung besitzen mehrere Verstärkerelemente. Dabei ist jeweils ein Verstärkerelement der Treiberstufe mit je einem internen Lastwiderstand der Treiberstufe gekoppelt. Des zu verstärkende Eingangssignal wird dabei sowohl den Verstärkerelementen der Treiberstufe als auch den Verstärkerelementen der Unterstützer-Schaltung zugeführt. Die Verstärkerelemente sowohl der Treiberstufe als auch der Unterstützer-Schaltung sind Transistoren.In the context of the present invention, a driver circuit which has a driver stage with at least one internal load resistor which can be fed to an input signal to be amplified and at which an output signal corresponding to the amplifying input signal can be tapped, is connected to a supporter circuit such that the supporter circuit a potential applied to the internal load resistor lowers. According to the invention, the input signal of the driver circuit corresponds to an input signal of the supporter circuit, wherein both the supporter circuit and the driver circuit are driven with the same phase of the input signal to be amplified. Both the driver stage and the supporter circuit have multiple amplifier elements. In each case, an amplifier element of the driver stage is coupled to an internal load resistor of the driver stage. The input signal to be amplified is supplied both to the amplifier elements of the driver stage and to the amplifier elements of the supporter circuit. The amplifier elements of both the driver stage and the supporter circuit are transistors.
Durch ein Absenken des an dem internen Lastwiderstand anliegenden Potentials fließt im Vergleich mit dem Fall des Fehlens der Unterstützer-Schaltung ein verminderter Signalstrom durch den mindestens einen internen Lastwiderstand. Dadurch kann der durch die Treiberschaltung fließende Strom insgesamt reduziert werden. Deshalb können in der Treiberschaltung eingesetzte Bauelemente kleiner dimensioniert werden, wodurch der Kehrwert des RC-Produktes und damit die Bandbreite der Treiberschaltung erhöht werden kann.By lowering the potential applied to the internal load resistor, a reduced signal current flows through the at least one internal load resistor as compared with the case of the absence of the supporter circuit. As a result, the current flowing through the driver circuit can be reduced overall. Therefore, components used in the driver circuit can be made smaller, whereby the reciprocal of the RC product and thus the bandwidth of the driver circuit can be increased.
Die vorliegende Erfindung eignet sich z. B. zum Einsatz in 50 Ω-Systemen. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann im Prinzip in allen Treiberschaltungen eingesetzt werden, insbesondere in solchen, welche mit einer relativ hohen Bandbreite betrieben werden sollen. Die Erfindung eignet sich somit u. a. zum Einsatz in LDD-Treibern (”Laser Diode Driver”), Leistungstreibern oder Leistungsverstärkern.The present invention is suitable for. B. for use in 50 Ω systems. Of course, the invention is not limited to this field of application, but can be used in principle in all driver circuits, in particular in those which are to be operated with a relatively high bandwidth. The invention is thus u. a. for use in LDD drivers ("Laser Diode Driver"), power drivers or power amplifiers.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert.The present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings with reference to a preferred embodiment.
An die Treiberschaltung nach
Ausgangsseitig ist der Ausgangsanschluss
Beispielhaft sei nun angenommen, dass die die interne Last repräsentierenden internen Lastwiderstände
Wird nun weiterhin beispielhaft eine Technologie zugrunde gelegt, bei der die Transistoren eine optimale Stromdichte von 2 mA/(μm)2 besitzen, wenn der Transistor in seinem idealen Arbeitspunkt betrieben wird, dann ergibt sich für den obigen Schaltstrom von 110 mA für die Emitterfläche der Transistoren
Da die Schaltung der
Im Unterschied zu der Schaltung gemäß
Es sei nun angenommen, dass die internen Lastwiderstände
Im Vergleich zu dem Schaltstrom aus der Schaltung gemäß
Die Erfindung wurde zuvor anhand des bevorzugten Ausführungsbeispieles einer differenziell aufgebauten Treiberstufe (und einer differenziell aufgebauten Unterstützer-Schaltung) erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Ebenso kann die Erfindung selbstverständlich auch in Treiberschaltungen eingesetzt werden, bei welchen andere Verstärkerelemente als die dargestellten Bipolartransistoren verwendet werden. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass abweichend von dem zuvor erläuterten (differenziellen) Verstärker als Unterstützer-Schaltung im Prinzip jede Schaltung verwendet werden kann, welche dazu ausgelegt und geeignet ist, das Potential an dem mindestens einen internen Lastwiderstand der Treiberstufe zu reduzieren.The invention has been explained above with reference to the preferred embodiment of a differentially constructed driver stage (and a differentially structured supporter circuit), but without being limited thereto. Likewise, the invention can of course also be used in driver circuits in which other amplifier elements are used as the illustrated bipolar transistors. Finally, it should be noted that unlike the previously discussed (differential) amplifier as supporter circuit, in principle any circuit can be used which is designed and suitable for reducing the potential at the at least one internal load resistance of the driver stage.
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TIETZE,U., SCHENK,Ch.: Halbleiter-Schaltungsrechnik, 11. Aufl. Berlin(u.a.): Springer, 1999, S. 803, ISBN 3-540.64192-0 * |
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