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DE69118693T2 - Differenzverstärkeranordnung - Google Patents

Differenzverstärkeranordnung

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DE69118693T2
DE69118693T2 DE69118693T DE69118693T DE69118693T2 DE 69118693 T2 DE69118693 T2 DE 69118693T2 DE 69118693 T DE69118693 T DE 69118693T DE 69118693 T DE69118693 T DE 69118693T DE 69118693 T2 DE69118693 T2 DE 69118693T2
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Germany
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current
differential amplifier
vref
differential
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DE69118693T
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Joannes Mathilda Jos Sevenhans
Paemel Mark Gerrit Steven Van
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Nokia Bell NV
Original Assignee
Bell Telephone Manufacturing Co NV
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differenzverstärker schaltung, die ein Differenzpaar enthält, das zwei einzelne Verstärkerzweige mit ersten und zweiten Eingangsanschlüssen umfaßt, wobei die Verstärkerzweige einen ersten beziehungsweise einen zweiten Eingangstransistor enthalten und wobei die Verstärkerzweige mit einem gemeinsamen Zweig verbunden sind, der eine Stromquelle sowie einen Verbindungspunkt enthält,welcher mit den Sourceanschlüssen/Emitteranschlüssen des ersten und zweiten Eingangstransistors verbunden ist, wobei der Strom der Stromquelle durch eine Regelschaltung geregelt wird, um so die Eingangs-/Ausgangs-Kennlinie des Differenzpaares zu linearisieren.
  • Eine solche Differenzverstärkerschaltung ist dem Stand der Technik entsprechend bekannt, beispielsweise aus dem Buch "Analogue IC Design: the current-mode approach", herausgegeben von C. Tomazou et al., LEE circuits and systen series 2, 1990, Seiten 197 bis 202 und im besonderen durch dortige Eigur 5.12. In dieser bekannten Schaltungsanordnung wird die Steuerschaltung dazu verwendet, die Eingangsspannung/Ausgangsstrom-Charakteristik des Differenzpaares zu linearisieren. Diese Linearisierung wird erreicht, indem die Verstärkung oder die Steilheit (gm) des Verstärkers von der Differenzeingangsspannung über den Eingangsanschlüssen unabhängig gemacht wird. Zu diesem Zweck enthält die Steuerschaltung ein Hilfs-Differenzpaar aus NMOS-Transistoren, welche durch erste und zweite Eingangsanschlüsse gesteuert werden, und deren Drainströme gemeinsam über eine Stromspiegelschaltung an die Gate-Elektrode eines dritten NMOS-Transistors angelegt werden, der in den gemeinsamen Zweig geschaltet ist und die gesteuerte Stromquelle bildet. Die Source-Elektroden der NMOS-Transistoren des Hilfs-Differenzpaares sind mit einem Bezugsspannungsanschluß verbunden, an den eine konstante Gleichspannungsquelle angeschlossen werden muß.
  • Ein Problem mit dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Steuerschaltung eine offene Steuerung repräsentiert, was zum Erreichen der geforderten Linearität, harte Anforderungen an die Übereinstimmung aller MOS-Transistoren der Schaltungsanordnung stellt. Genauer gesagt, müssen die MOS-Transistoren der einzelnen Verstärkerzweige, die des Hilfs-Differenzpaares, die PMOS-Transistoren der Stromspiegelschaltung und der NMOS-Transistor der Stromspiegelschaltung mit dem Dritten NMOS-Transistor vollständig übereinstimmen. Dies führt zu Prozeßbeschränkungen, die schwierig einzuhalten sind.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Differenzverstärkerschaltung des oben erwähnten bekannten Typs bereitzustellen, wobei jedoch die Linearisierung der Kennlinie durch Übereinstimmung einer minimalen Anzahl von aktiven Bauelementen der Schaltungsanordnung erreicht wird.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe aufgrund der Tatsache erreicht, daß die Steuerschaltung eine negative Rückkopplungs schaltung mit einem Komparator enthält, dessen Eingänge mit einem Referenzanschluß, an welchen eine Referenzspannung angelegt wird, und mit dem Verbindungspunkt verbunden sind und wobei dessen Ausgang die Stromquelle steuert.
  • Auf diese Weise müssen nur die aktiven Bauelemente der einzelnen Verstärkerzweige übereinstimmen, um die gewünschte Linearität zu erhalten, wobei die negative Rückkopplung mögliche Nichtübereinstimmungen zwischen anderen Bauelementen der Schaltungsanordnung kompensiert.
  • Desweiteren verändert die negative Rückkopplungsschaltung den Strom der Stromquelle, wenn die Spannung am Verbindungspunkt von der Referenzspannung abweicht, so daß die Spannung am Verbindungspunkt auf die Referenzspannung ausgerichtet wird.
  • Ein weiterer Nachteil der Steuerschaltung der bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, daß sie die Verwendung einer konstanten Gleichspannungsquelle, d.h. einer Quelle mit einer niedrigen Impedanz, erforderlich macht. Tatsächlich kann bewiesen werden, daß die oben erwähnte Linearisierung als Ergebnis des sogenannten "Quadrat-Gesetzes" der MOS-Transistoren erhalten wird. Dieses Gesetz drückt aus, daß der durch einen MOS-Transistor fließende Strom eine Funktion des Quadrates der Spannungsdifferenz zwischen Gate- und Source-Elektrode dieses MOS-Transistors ist. Wenn die oben erwähnte Spannungsquelle nicht perfekt ist, wird deren Impedanz den Strom in den MOS-Transistoren beeinflussen, und man erreicht keine Linearisierung.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die geforderte lineare Kennlinie auf einfache Weise zu erhalten, ohne daß eine ideale Spannungsquelle erforderlich ist, denn eine solche Quelle ist in der Praxis nicht leicht zu realisieren.
  • Gemäß der Erfindung wird diese andere Aufgabe aufgrund der Tatsache erreicht, daß der Komparator ein Operationsverstärker ist, der einen nichtinvertierenden und einen invertierenden Eingang besitzt, wobei der Verbindungspunkt und der Referenzanschluß mit dem nichtinvertierenden beziehungsweise dem invertierenden Eingang verbunden sind.
  • Da sowohl der Verbindungspunkt als auch der Referenzanschluß mit den Eingängen eines Operationsverstärkers verbunden sind, welcher eine hohe Eingangsimpedanz besitzt, muß zum Erreichen der oben erwähnten Linearisierung keine ideale Spannungsquelle bereitgestellt werden.
  • Bis hierher wurde davon ausgegangen, daß die Differenzverstärkerschaltung nur einwandfrei symmetrische Eingangssignale über die ersten und zweiten Differenz-Eingangsanschlüsse empfängt.
  • Dies ist jedoch in der Praxis nicht immer der Fall, und die Linearisierung kann nur dann erreicht werden, wenn die Steilheit (gm) von der Gleichtakt-Eingangsspannung über den Eingangsanschlüssen unabhängig gemacht wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Differenzverstärkerschaltung des oben erwähnten bekannten Typs bereitzustellen, welche aber die Eingangs-/Ausgangs-Kennlinie selbst dann noch linearisiert, wenn unsymmetrische Differenz- Eingangssignale an die Eingangsanschlüsse angelegt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird diese weitere Aufgabe aufgrund der Tatsache gelöst, daß der Referenzanschluß so mit den Eingangsanschlüssen verbunden ist, daß die Referenzspannung der Gleichtaktspannung an den Eingangsanschlüssen folgt.
  • Auf diese Weise wird die Gleichtaktspannung an den Eingangsanschlüssen durch die Spannung am Verbindungspunkt kompensiert, wobei diese Spannung durch die Steuerschaltung geliefert wird.
  • Genauer gesagt, die Steuerschaltung enthält desweiteren ein erstes und ein zweites Kopplungsmittel sowie einen Spannungsteiler, und der Referenzanschluß stellt einen Abgriff des Spannungsteilers dar, dessen Eingangsanschlüsse über das erste und zweite Kopplungsmittel mit dem ersten beziehungsweise zweiten Eingangsanschluß verbunden sind.
  • Durch diese Schaltung bleibt die Steilheit unabhängig von der Gleichtaktspannung.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einstellbare Verstärkung oder Steilheit (gm) der Differenzverstärkerschaltung zu erhalten. Durch Modifizieren der Steilheit wird der Anstieg der oben erwähnten Kennlinie ebenfalls modifiziert.
  • Diese andere Aufgabe wird aufgrund der Tatsache erreicht, daß die Steuerschaltung desweiteren ein Mittel enthält, daß die Referenzspannung aus der Summe der Gleichtaktspannung und einer vorgegebenen Spannung ableitet.
  • Wie mathematische bewiesen werden kann, wird die Steilheit (gm) durch Modifikation der Spannung am Verbindungspunkt verändert. Weil letztgenannte Spannung der Referenzspannung folgt, erlaubt die mit dieser Referenzspannung verbundene Steuerschaltung nicht nur die Linearisierung der oben erwähnten Kennlinie, sondern auch die Veränderung des Anstiegs der linearisierten Kennlinie.
  • Dies wird aufgrund der Tatsache erreicht, daß das erste und das zweite Kopplungsmittel zu einer zweiten beziehungsweise einer dritte Stromquelle in Reihe geschaltet sind, wobei die Ausgangsanschlüsse des Spannungsteilers an die Verbindungspunkte des ersten Kopplungsmittels und der zweiten Stromquelle beziehungsweise des zweiten Kopplungsmittels und der dritten Stromquelle angeschlossen sind und wobei der Strom in der zweiten und dritten Stromquelle über einen Steuereingangsanschluß geregelt wird, über welchen die vorgegebene Spannung eingestellt wird.
  • Durch Veränderung des Signals am Steuereingangsanschluß wird der Strom sowohl in der zweiten als auch in der dritten Stromquelle modifiziert. Dies führt zu einer Veränderung der Spannung über den Kopplungsmitteln d.h. zwischen dem erstem/zweiten Eingangsanschluß und den Eingangsanschlüssen des Spannungsteilers. Dies führt zu einer Änderung der Referenzspannung und somit auch der Spannung am Verbindungspunkt. Diese Spannungsänderung am Verbindungspunkt beeinträchtigt die oben erwähnte Linearität nicht, weil sie von der Differenz-Eingangsspannung über dem ersten und zweiten Eingangsanschluß unabhängig ist.
  • Wenn eine Gleichtakt-Eingangsspannung auf den Verstärkerzweigen erscheint, wird letztgenannte Spannung durch die Steuerschaltung wie oben dargestellt kompensiert. Diese Kompensation führt jedoch dazu, daß ein Gleichtaktstrom in den einzelnen Verstärkerzweigen erzeugt wird, und dieser Gleichtakt-Ausgangsstrom kann für die nachfolgenden Schaltungen Probleme hervorrufen.
  • Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Gleichtakt-Ausgangsstrom in den einzelnen Verstärkerzweigen zu unterdrücken.
  • Diese andere Aufgabe wird ebenfalls gemäß der Erfindung aufgrund der Tatsache gelöst, daß die Differenzverstärkerschaltung desweiteren eine Stromspiegelschaltung enthält, die durch die Steuerschaltung gesteuert wird und deren Ausgänge an die einzelnen Verstärkerzweige angeschlossen sind, um den darin fließenden Gleichtakt-Ausgangsstrom zu unterdrücken.
  • Genauer gesagt, diese Stromspiegelschaltung enthält eine vierte Stromquelle, die mit einem Stromspiegel in Reihe geschaltet ist, und eine fünfte und eine sechste Stromquelle, die zu den verschiedenen einzelnen Verstärkerzweigen in Reihe geschaltet sind und durch den Stromspiegel gesteuert werden.
  • Die Steuerschaltung beseitigt zusammen mit der Stromspiegel- Schaltungsanordnung auffolgende Weise den Gleichtakt-Ausgangsstrom. Wenn ein Gleichtakt-Eingangssignal an den Differenzverstärker angelegt wird, verändert die Steuerschaltung durch Steuerung des Stromes der ersten Stromquelle die Referenzspannung und dadurch die Spannung am Verbindungspunkt. Dies führt zur Erzeugung eines Gleichtakt-Ausgangsstromes in den einzelnen Verstärkerzweigen. Dieser Strom wird jedoch gemäß der Erfindung durch ein Duplikat desselben kompensiert, welches unter Steuerung der Steuerschaltung durch die Stromspiegel-Schaltungsanordnung erzeugt wird und ebenfalls durch die einzelnen Verstärkerzweige fließt, jedoch in entgegengesetzter Richtung.
  • Die oben erwähnten und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlicher werden, und auch die Erfindung selbst wird am besten verstanden werden, wenn man sich auf die folgende Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung bezieht, welche einen Gegenleitwert-Operationsverstärker OTA (Operational Transconductance Amplifier) gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Der dargestellte Gegenleitwert-Operationsverstärker OTA wird als Grundbaustein in integrierten aktiven analogen Filtern benutzt, wobei er generell in Verbindung mit einer Kapazität (nicht dargestellt) verwendet wird. Dies ist dann als OTA-C-Paar bekannt, das eine Polstelle erzeugt, wobei deren Lage linear von der Gesamtsteilheit gm des Verstärkers abhängig ist. Folglich kann durch Modifikation von gm die Lage der Polstelle verändert werden, und das OTA-C-Paar kann so abgestimmt werden, daß es einen speziellen Frequenzgang besitzt.
  • Im besonderen ist der Gegenleitwert-Operationsverstärker OTA ein Di fferenz-Eingangsspannung/Differenz-Ausgangsstrom-Wandler mit einer einstellbaren Gesamtsteilheit gm. Der QTA besitzt die Differenzspannung-Eingangsanschlüsse VG1 und VG2 sowie die Differenzstrom-Ausgangsanschlüsse I1 und I2. Geschaltet zwischen Stromversorgungsanschlüsse VDD und VSS, an welchen beispielsweise 5 Volt beziehungsweise 0 Volt bereitgestellt werden, enthält er hauptsächlich ein Differenzpaar aus zwei einzelnen Verstärkerzweigen, die jeweils durch die Drain-Source-Pfade der NMOS-Transistoren M1/M2 gebildet werden und die über einen gemeinsamen Verbindungspunkt VS mit der Drain-Elektrode eines weiteren NMOS-Transistors M3 verbunden sind, dessen Source-Elektrode an VSS angeschlossen ist. Die Eingangsanschlüsse VG1, VG2 sind mit den GATE-Elektroden von M1, M2 verbunden, und die Drain-Elektroden der letztgenannten Transistoren sind mit den Ausgangsanschlüssen I1 beziehungsweise I2 verbunden. Zusätzlich zu dieser klassischen Differenzverstärkerstruktur enthält der OTA zwischen den Anschlüssen VDD und VSS zwei Zweige, die jeweils aus der Reihenschaltung der Drain-Source-Pfade der entsprechenden NMOS-Transistoren M8/M9 und M10/M11 gebildet werden.
  • Der Verbindungspunkt VX von M8 und M10 ist über einen Spannungsteiler, der durch die Reihenschaltung zweier identischer Widerstände R1 und R2 gebildet wird, an den Verbindungspunkt VY von M9 und M11 angeschlossen. Der Angriffspunkt Vref dieses Spannungsteilers ist mit dem invertierenden Eingang (-) eines Differenzverstärkers A verbunden, an dessen nichtinvertierenden Eingang (+) der Verbindungspunkt VS angeschlossen ist und dessen Ausgang mit der Gate-Elektrode des NMOS-Transistors M3 verbunden ist. Die Eingangsanschlüsse VG1 beziehungsweise VG2 sind mit den Gate-Elektroden der NMOS-Transistoren M8 beziehungsweise M9 verbunden, während ein Steuereingangsanschluß VC mit den Gate-Elektroden der beiden NMOS-Transistoren M10 und M11 verbunden ist.
  • An den gleichnamigen Anschlüssen liegen die Spannungen VG1, VG2, VS, VX, VY sowie Vref an bzw. fließen die Ströme I1 und I2.
  • Ein erstes Ziel der oben beschriebenen Steuerschaltung besteht darin, die der Differenz-Eingangsspannung (VG2 - VG1) und dem Differenz-Ausgangsstrom (I2 - I1) zugeordnete Kennlinie des Differenzverstärkers OTA zu linearisieren. Diese Linearisierung gestattet es dem Differenzverstärker, große Signale, beispielsweise mit 2,5 Volt Spitze-Spitze-Spannungen, ohne Verzerrungen zu verarbeiten. Zu diesem Zweck wird, wie unten erklärt wird, die Gesamtsteilheit um des Differenzverstärkers konstant gehalten, indem die Bezugsspannung VS am gleichnamigen Verbindungspunkt gleich der Referenzspannung Vref gehalten wird. Dies wird erreicht, indem der Operationsverstärker A als Komparator für die zwei letztgenannten Spannungen wirkt und die Gate-Elektrode des Transistors M3 ansteuert, der als geregelte Stromquelle arbeitet und in der Lage ist, die Bezugsspannung VS zu verändern.
  • Genauer gesagt beruht die oben erwähnte Linearisierung auf dem sogenannten "Quadrat-Gesetz" eines Differenzverstärkers, was wie folgt geschrieben werden kann:
  • Id = k (VG - VS - VT)² (1)
  • worin Id der Drainstrom, VG die Gatespannung, VT die Schwellenspannung und k ein Leitwertparameter sind, letzterer in Abhängigkeit von Prozeßparametern wie beispielsweise µ und Cox des MOS-Transistors des Verstärkerzweiges; VS ist die oben beschriebene Bezugsspannung.
  • Ausgehend von dieser Beziehung (1) und unter der Annahme, daß die MOS-Transistoren M1 und M2 übereinstimmen, kann die oben erwähnte Ubertragungskennlinie des Verstärker beschrieben werden durch:
  • worin die Effekte höherer Ordnung, wie beispielsweise die Beweglichkeitsverminderung der Elektronen sowie Substrateffekte vernachlässigt worden sind.
  • Somit kann für die Gesamtsteilheit gm des Operationsverstärkers geschrieben werden:
  • Aus diesen Beziehung wird ersichtlich, daß die Nichtlinearität der oben erwähnten Kennlinie durch die Gleichtakt-Eingangsspannung (VG1 + VG2)/2 sowie durch die Abhängigkeit von VS von der Differenz-Eingangsspannung (VG2 - VG1) hervorgerufen wird.
  • Wenn die Differenz-Eingangssignale, die an die Eingangsanschlüsse VG1 und VG2 angelegt werden, völlig symmetrisch sind, gibt es
  • keine Gleichtakt-Eingangsspannung, und es wäre ausreichend, die Bezugsspannung VS konstant zu halten, um die oben genannte Linearität zu erhalten. Weil dann diese Bezugsspannung VS gleich Vref ist, wäre es ausreichend, eine konstante Gleichspannung an den Referenzspannungsanschluß Vref anzulegen. Außerdem müßte die Spannungsquelle, die diese Referenzspannung liefert, wegen der hohen Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers A keine niedrige Impedanz haben.
  • Leider ist in Praxis sehr oft eine Gleichtakt-Eingangsspannung vorhanden, und diese muß kompensiert werden, damit ein konstanter Wert für die Steilheit um sichergestellt werden kann. Dies wird durch eine Steuerung der Bezugsspannung VS erreicht, um der Gleichtakt-Eingangsspannung (VG1 + VG2)/2 nachzufolgen.
  • Genauer gesagt wird die Gleichtakt-Eingangsspannung von VG1, VG2 über den Gate-Source-Pfad der Sourcefolger-Transistoren M8/M9, die dann als Kopplungsmittel dienen, zu den Anschlüssen VX, VY übertragen. Diese Gleichtakt-Eingangsspannung erscheint dann an dem Spannungsanschluß Vref und somit auch an dem Verbindungspunkt VS, der zu dem Komparator A und der geregelten Stromquelle M3 gehört.
  • Aus oben Gesagtem folgt, daß die Linearisierung der der Differenz-Eingangsspannung und dem Differenz-Ausgangsstrom zugeordneten Kennlinie der Differenzverstärkerschaltung dadurch erreicht wird, daß die Gesamtsteilheit um sowohl von der Differenzspannung (VG2 - VG1) als auch von der Gleichtaktspannung (VG1 + VG2)/2 unabhängig gemacht wird.
  • Weil der vorliegende Gegenleitwert-Operationsverstärker OTA in Filtern verwendet wird, ist es ebenfalls wichtig, daß man in der Lage ist, die Gesamtsteilheit um zu verändern, um das Filter auf einen vorgegebenen Frequenzgang abzustimmen. Dies ist ein zweites Ziel der oben beschriebenen Steuerschaltung.
  • Da die Bezugsspannung VS gleich der Referenzspannung Vref ist, kann oben stehende Beziehung 3 folgendermaßen umgeschrieben werden:
  • Aus dieser Beziehung (4) wird deutlich, daß die Steilheit um durch Verändern der Referenzspannung Vref modifiziert werden kann und dies, ohne die oben erwähnte Linearität zu beeinflussen.
  • Deshalb kann neben der Tatsache, daß die Referenzspannung Vref wie oben erklärt der Gleichtakt-Eingangsspannung (VG1 + VG2)/2 folgt, eine weitere Spannung, z.B. eine Gleichspannung, zu Vref addiert (oder von ihr subtrahiert) werden, um eine vorgegebene Steilheit gm zu erhalten. Diese zusätzliche Spannung wird auf Vref aufgeschaltet, indem sie aus einer Steuerspannung VC abgeleitet wird, die an den gleichnamigen Steuereingangsanschluß angelegt wird. Die letztgenannte Steuerspannung VC steuert die Ströme, die durch die beiden NMOS-Transistoren oder Stromquellen M10 und M11 fließen, wobei die Spannungen VX und VY verändert werden. Dies führt zu einer Änderung der Referenzspannung Vref als Funktion von VC, und der Wert von um verändert sich dementsprechend.
  • Es ist zu beachten, daß eine Veränderung der Steilheit um zu einer Veränderung des Anstiegs der oben erwähnten linearen Kennlinie führt.
  • Der schon beschriebene Gegenleitwert-Operationsverstärker OTA enthält desweiteren eine Gleichtakt-Ausgangsstrom-Unterdrückungsschaltung, welche durch den Komparator A so gesteuert wird, daß die Gleichtaktströme in den einzelnen Verstärkerzweigen, die M1 und M2 enthalten, nachgestellt werden.
  • Diese Schaltung umfaßt zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen VDD und VSS die Reihenschaltung eines als Diode geschalteten PMOS-Transistors M6 mit dem Drain-Source-Pfad des NMOS-Transistors M7, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers A mit der Gate-Elektrode von M7 verbunden ist. Desweiteren werden die PMOS-Transistoren M4/M5 jeweils zwischen den Versorgungsspannungsanschluß VDD und die Drain-Elektroden der NMOS- Transistoren M1 bzw. M2 der jeweiligen Verstärkerzweiges geschaltet, wobei die Gate- und Source-Elektroden von M6 mit den Gate-Elektroden der beiden Transistoren M4 und M5 verbunden sind.
  • Der Zweck dieser letztgenannten Schaltung besteht darin, den Gleichtakt-Ausgangsstrom aus den Differenz-Ausgangsströmen 11 und 12, die an den Drain-Elektroden von M1 beziehungsweise M2 abgegriffen werden, zu beseitigen. Dieser unerwünschte Gleichtakt-Ausgangsstrom wird durch den Steuereingriff der oben beschriebenen negativen Rückkopplungsschleife der Steuerschaltung erzeugt. Tatsächlich würde jede Anderung der Gleichtakt- Eingangsspannung, wie oben erklärt, zu einer Veränderung der Referenzspannung Vref führen und somit ebenfalls zu einer Veränderung der Bezugsspannung VS am gleichnamigen Verbindungspunkt. Als Folge davon führt die Veränderung von VS zur Erzeugung eines Gleichtaktstromes in den beiden Verstärkerzweigen, und dieser Strom erscheint in den Ausgangsströmen, was zu Fehlern in den nachfolgenden Schaltungen führt.
  • Die vorliegende Schaltung erzeugt ein Duplikat des Gleichtaktstromes, und dieses Duplikat wird in die zwei Verstärkerzweige eingespeist, um den unerwünschten Gleichtaktstrom zu kompensieren.
  • Zu diese Zweck wird die Stromquelle M7 durch das Ausgangssignal des Komparators A gesteuert, welches ebenfalls die Stromquelle M3 zwecks Anderung der Bezugsspannung VS steuert, und der durch M7 erzeugte Strom wird über M6 in die Stromquellen M4 und M5 gespiegelt, welche ihrerseits das Duplikat des unerwünschten Gleichtakt-Ausgangsstromes erzeugen. Dieser letztgenannte Strom wird dadurch aus den Differenz-Ausgangsströmen I1 und I2 entfemt.
  • Es ist zu beachten, daß der vorliegende Verstärker OTA auf einem elektronischen Chip vollständig integriert wird und in der Lage ist, Signale über einen weiten Frequenzbereich, der sich von Hörfrequenzen bis zu einigen MHz erstreckt, zu verarbeiten.
  • Wenn auch die Prinzipien der Erfindung oben in Verbindung mit einer speziellen Vorrichtung beschrieben wurden, sollte klar verstanden werden, daß diese Beschreibung nur zu Beispielzwecken und nicht als Einschränkung des Gebiets der Erfindung vorgenommen wurde.

Claims (12)

1. Differenzverstärkerschaltung ein Differenzpaar (M1, M2) enthaltend, das zwei einzelne Verstärkerzweige mit ersten (VG1) und zweiten (VG2) Eingangsanschlüssen umfaßt, wobei die Verstärkerzweige einen ersten (M1) beziehungsweise einen zweiten (M2) Eingangstransistor enthalten, wobei die Verstärkerzweige mit einem gemeinsamen Zweig verbunden sind, der eine Stromquelle (M3) sowie einen Verbindungspunkt (VS) umfaßt, welcher mit den Source-/Emitter-Elektroden des ersten und zweiten Eingangstransistors verbunden ist, und wobei der Strom der Stromquelle durch eine Steuerschaltung (A; R1, R2; M8, M9; M10, M11) geregelt wird, um so die Eingangs-/Ausgangs-Kennlinie des Differenzpaares zu linearisieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (A; R1, R2; M8, M9; M10, M11) eine negative Rückkopplungsschaltung mit einem Komparator (A) enthält, dessen Eingänge mit einem Referenzanschluß (Vref), an den eine Referenzspannung (Vref) angelegt wird, und mit dem Verbindungspunkt (VS) verbunden sind und dessen Ausgangssignal die Stromquelle (M3) steuert.
2. Differenzverstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (A) ein Operationsverstärker ist, der einen nichtinvertierenden (+) und einen invertierenden (-) Eingang besitzt, wobei der Verbindungspunkt (VS) und der Referenzanschluß (Vref) an den invertierenden beziehungsweise den nichtinvertierenden Eingang angeschlossen sind.
3. Differenzverstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzanschluß (Vref) derart an die Eingangsanschlüsse (VG1, VG2) angeschlossen ist, daß die Referenzspannung (Vref) der Gleichtaktspannung an den Eingangsanschlüssen folgt.
4. Differenzverstärkerschaltung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (A; R1, R2; M8, M9; M10, M11) desweiteren ein erstes (M8) und ein zweites (M9) Kopplungsmittel und einen Spannungsteiler (R1, R2) enthält und daß der Referenzanschluß (Vref) ein Abgriff des Spannungsteilers ist, dessen Eingangsanschlüsse (VX, VY) über das erste und zweite Kopplungsmittel mit dem ersten beziehungsweise dem zweiten Eingangsanschluß (VG1, VG2) verbunden sind.
5. Differenzverstärkerschaltung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (A; R1, R2; M8, M9; M10, M11) desweiteren ein Mittel (M8, M9; M10, M11; R1, R2) enthält, um die Referenzspannung (Vref) aus der Summe der Gleichtaktspannung und einer vorgegebenen Spannung abzuleiten.
6. Differenzverstärkerschaltung gemäß einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (M8) und zweite (M9) Kopplungsmittel zu einer zweiten (M10) und einer dritten (M11) Stromquelle entsprechend in Reihe geschaltet ist, wobei die Ausgangsanschlüsse (VX, VY) des Spannungsteilers (R1, R2) mit den Verbindungspunkten des ersten Kopplungsmittels (M8) und der zweiten Stromquelle (M10) beziehungsweise des zweiten Kopplungsmittels (M9) und der dritten Stromquelle (M11) verbunden sind, wobei der Strom in der zweiten und der dritten Stromquelle über einen Steuereingangsanschluß (VC) geregelt wird, über welchen die vorgegebene Spannung eingestellt wird.
7. Differenzverstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine Stromspiegelschaltung (M7, M6; M4, M5) enthält, die durch die Steuerschaltung (A; R1, R2; M8, M9; M10, M11) gesteuert wird und deren Ausgänge an die einzelnen Verstärkerzweige (M1, M2) angeschlossen sind, um darin die Gleichtakt-Ausgangsströme zu unterdrücken.
8. Differenzverstärkerschaltung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung (M7, M6; M4, M5) eine vierte Stromquelle (M7), die zu einem Stromspiegel (M6) in Reihe geschaltet ist, sowie eine fünfte (M4) und eine sechste (M5) Stromquelle, welche zu den jeweiligen einzelnen Verstärkerzweigen in Reihe geschaltet sind und durch den Stromspiegel gesteuert werden, enthält.
9. Differenzverstärkerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verstärkerzweige (M1, M2) und die Stromquellen (M3, M10, M11, M7, M4, M5) jeweils mindestens einen MOS-Transistor enthalten.
10. Differenzverstärkerschaltung gemäß Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel (M8, M9) jeweils mindestens einen MOS-Transistor enthalten.
11. Differenzverstärkerschaltung gemäß Anspruch 4 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler einen ersten (R1) und einen zweiten (R2) Widerstand enthält, die im wesentlichen gleich und in Reihe geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt dieser Widerstände den Abgriffpunkt (Vref) bildet.
12. Differenzverstärkerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einem elektronischen Chip integriert ist.
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