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Dokumentenidentifikation DE102005040110A1 01.03.2007
Titel Verfahren und Schaltungsanordnung zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik-Steilheit
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Groiß, Stefan Hermann, Dr., Villach-Landskron, AT
DE-Anmeldedatum 24.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005040110
Offenlegungstag 01.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.03.2007
IPC-Hauptklasse H03F 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung (100; 200; 300) zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik-Steilheit, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Übertragungscharakteristik-Steilheit zwei Einrichtungen (121, 122; 201, 202; 301, 302) verwendet werden, die eine im wesentlichen identische Übertragungscharakteristik aufweisen wie die Übertragungscharakteristik einer Einrichtung (123; 203; 303), deren Übertragungscharakteristik-Steilheit eingestellt werden soll.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik-Steilheit.

Herkömmliche Schaltungsanordnungen zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik-Steilheit können z.B. zwei Einrichtungen, z.B. Transistoren aufweisen, die eine im wesentlichen identische Übertragungscharakteristik aufweisen.

Bei derartigen herkömmlichen Schaltungsanordnungen wird versucht, eine Tangente an die Kurve des Übertragungscharakteristik-Diagramms, welche eine Steilheit aufweist, die der einzustellenden Übertragungscharakteristik-Steilheit entspricht durch eine Sekante durch die Arbeitspunkte der Transistoren im Übertragungscharakteristik-Diagramm anzunähern.

Von Nachteil ist u.a., daß durch die endliche Größe der Differenz der Arbeitspunkte stets ein Diskreditierungsfehler auftritt.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Schaltungsanordnung zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik-Steilheit zur Verfügung zu stellen, insbesondere ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung, mit denen die Übertragungscharakteristik-Steilheit mit höherer Genauigkeit und/oder mit höherer Temperaturunabhängigkeit und/oder höherer Toleranz gegenüber Fertigungsungenauigkeiten eingestellt werden kann, als im Stand der Technik.

Sie erreicht dieses und weitere Ziele durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 11.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik-Steilheit bereitgestellt, wobei zur Einstellung der Übertragungscharakteristik-Steilheit zwei Einrichtungen verwendet werden, die eine im wesentlichen identische Übertragungscharakteristik aufweisen, wie die Übertragungscharakteristik einer weiteren Einrichtung, deren Übertragungscharakteristik-Steilheit eingestellt werden soll.

Vorteilhaft sind die Einrichtungen so verschaltet, daß durch die Wahl der Größe zweier Eingangs-Signale (&Dgr;xs, &Dgr;ys, &Dgr;Ugs, &Dgr;Id) die Arbeitspunkte der zwei Einrichtungen so einstellbar sind, daß die Steigung einer Sekante (S12) durch die Arbeitspunkte in einem Übertragungscharakteristik-Diagramm der einzustellenden Übertragungscharakteristik-Steilheit entspricht.

Besonders bevorzugt sind die Einrichtungen so verschaltet, daß sich für die (weitere) Einrichtung, deren Übertragungscharakteristik-Steilheit eingestellt werden soll ein Arbeitspunkt (xout, yout; Ugs2, Id2) einstellt, in dem das Übertragungscharakteristik-Diagramm eine Steilheit aufweist, die der einzustellenden Übertragungscharakteristik-Steilheit entspricht.

Bei den Einrichtungen kann es sich z.B. um MOSFET-Transistoren handeln, und bei der einzustellenden Übertragungscharakteristik-Steilheit um die Steilheit der MOSFET-Transistor-Drainstrom-Gatesourcespannungs-Übertragungscharakteristik im sich einstellenden Arbeitspunkt.

Vorteilhaft kann die Schaltungsanordnung z.B. in Kapazitätsfiltern eingesetzt werden, oder z.B. in Verstärker-Schaltungen, etc.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 eine schematische, beispielhafte Darstellung eines Signalflußdiagramms einer Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung des bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Prinzips zur Einstellung der Steilheit der Übertragungscharakteristik;

2 eine graphische Darstellung der Übertragungscharakteristik der in 1 gezeigten nichtlinearen Funktions-Blöcke zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen den bei den Funktionsblöcken jeweils auftretenden Ein- und Ausgangs-Signalen, und der sich für die Übertragungscharakteristik ergebenden Steilheit;

3 eine schematische, beispielhafte Detail-Darstellung einer das in 1 veranschaulichte Übertragungscharakteristik-Steilheits-Einstellungs-Prinzip verwirklichenden Schaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

4 eine graphische Darstellung der Übertragungscharakteristik der in 3 gezeigten n-Kanal-Feldeffekttransistoren zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen den bei den n-Kanal-Feldeffekttransistoren jeweils auftretenden Eingangs-Spannungen und Ausgangs-Strömen, und der sich für die Übertragungscharakteristik ergebenden Steilheit; und

5 eine schematische, beispielhafte Detail-Darstellung einer das in 1 veranschaulichte Übertragungscharakteristik-Steilheits-Einstellungs-Prinzip verwirklichenden Schaltung gemäß einem zweiten, alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In 1 ist – schematisch, und beispielhaft – ein Signalflußdiagramm einer Schaltungsanordnung 100 zur Veranschaulichung des bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Prinzips zur Einstellung der Steilheit der Schaltungsanordnungs-Übertragungscharakteristik gezeigt.

Wie aus 1 hervorgeht, weist die Schaltungsanordnung 100 mehrere Verstärkungselemente 114a, 114b, 114c, 114d auf, die durch entsprechende lineare Verstärkerblöcke gebildet werden können.

Der Verstärkungs-Faktor a1 der durch die Verstärkungselemente 114a, 114b, bzw. der Verstärkungs-Faktor a2 der durch das Verstärkungselement 114c erzielten Verstärkung ist möglichst hoch gewählt, im Idealfall unendlich.

Der Verstärkungs-Faktor der durch das Verstärkungselement 114d erzielten Verstärkung beträgt 0.5.

Die Schaltungsanordnung 100 weist eine Vielzahl von Subtraktionselementen (hier: die Subtraktionselemente 101, 102, 103) auf, sowie eine Vielzahl von Additionselementen (hier: die Additionselemente 104, 105, 106).

Die in 1 gezeigten Funktions-Blöcke 121, 122, 123 bzw. NLF1, NLF2, NLF3 stellen nichtlineare Signalübertragungsblöcke mit quadratischer Übertragungscharakteristik dar, insbesondere der Form mit x als Eingangsgröße und y als Ausgangsgröße. Der Wert xth ist ein Schwellwert der Übertragungscharakteristik, der gleich Null, oder von Null verschieden sein kann.

Beispielsweise kann die Übertragungscharakteristik der Funktions-Blöcke 121, 122, 123 bzw. NLF1, NLF2, NLF3 jeweils einer Drainstrom-Gatesourcespannungs-Übertragungskennlinie eines MOS-Feldeffekttransistors entsprechen, und der o.g. Schwellwert xth der Schwellwertspannung Uth des jeweiligen MOS-Feldeffekttransistors.

Mit der Schaltungsanordnung 100 kann – wie im folgenden noch genauer erläutert wird – in einem Arbeitspunkt die jeweils gewünschte Steilheit einer Übertragungscharakteristik der Schaltungsanordnung 100 (insbesondere des Funktions-Blocks 123) eingestellt werden, und zwar dadurch, daß an entsprechenden Eingangs-Signal-Leitungen 115, 116 der Schaltungsanordnung 100 Signale &Dgr;xs und &Dgr;ys entsprechender Höhe eingegeben werden.

Gemäß 1 wird das an der Eingangs-Signal-Leitung 115 anliegende Signal &Dgr;xs (über eine Signal-Leitung 117), und ein an einer Signal-Leitung 118 anliegendes Signal x1 dem Additionselement 104 zugeführt, und durch das Additionselement 104 addiert.

Das vom Additionselement 104 erzeugte Signal x1 + &Dgr;xs wird über eine Signal-Leitung 119 dem Subtraktionselement 103 zugeführt (hier: dessen Plus-Eingang).

Zusätzlich hierzu wird dem Subtraktionselement 103 (hier: dessen Minus-Eingang) ein an einer Signal-Leitung 120 anliegendes Signal x2 zugeführt, und dieses durch das Subtraktionselement 103 von dem über die Signal-Leitung 119 dem Subtraktionselement 103 zugeführten Signal x1 + &Dgr;xs subtrahiert.

Das vom Subtraktionselement 103 erzeugte Signal wird über eine Signal-Leitung 131 dem Verstärkungselement 114c zugeführt, und von diesem mit dem o.g. Verstärkungs-Faktor a2 verstärkt.

Das vom Verstärkungselement 114c erzeugte Signal wird über eine Signal-Leitung 132, und eine mit dieser verbundenen Signal-Leitung 134 dem Additionselement 106 zugeführt, und über die Signal-Leitung 132, und eine mit dieser verbundenen Signal-Leitung 133 dem Subtraktionselement 101 (hier: dessen Plus-Eingang).

Zusätzlich hierzu wird dem Subtraktionselement 101 (hier: dessen Minus-Eingang) ein an einer Signal-Leitung 135 anliegendes Signal y1 zugeführt, und dieses durch das Subtraktionselement 101 von dem über die Signal-Leitung 133 dem Subtraktionselement 101 zugeführten Signal subtrahiert.

Das vom Subtraktionselement 101 erzeugte Signal wird über eine Signal-Leitung 136 dem Verstärkungselement 114b zugeführt, und von diesem mit dem o.g. Verstärkungs-Faktor a1 verstärkt.

Das vom Verstärkungselement 114b erzeugte Signal x1 wird über eine Signal-Leitung 137, und die mit dieser verbundenen Signal-Leitung 118 – wie bereits erwähnt – dem Additionselement 104 zugeführt, und über die Signal-Leitung 137, und eine mit dieser verbundenen Signal-Leitung 138 dem nichtlinearen Funktions-Block 121.

Das in Reaktion auf das eingegebene Signal x1 vom Funktions-Block 121 entsprechend der o.g. Übertragungscharakteristik an der Signal-Leitung 135 ausgegebene Signal y1 wird – wie bereits oben erläutert – dem Minus-Eingang des Subtraktionselements 101 zugeführt.

Wie weiter aus 1 hervorgeht, wird das an der Eingangs-Signal-Leitung 116 anliegende Signal &Dgr;ys, und – wie bereits oben erläutert – das an der o.g. Signal-Leitung 134 anliegende Signal dem Additionselement 106 zugeführt, und durch das Additionselement 106 addiert.

Das vom Additionselement 106 erzeugte Signal wird über eine Signal-Leitung 139 dem Subtraktionselement 102 zugeführt (hier: dessen Plus-Eingang).

Zusätzlich hierzu wird dem Subtraktionselement 102 (hier: dessen Minus-Eingang) ein an einer Signal-Leitung 140 anliegendes Signal y2 zugeführt, und dieses durch das Subtraktionselement 102 von dem über die Signal-Leitung 139 dem Subtraktionselement 102 zugeführten Signal subtrahiert.

Das vom Subtraktionselement 102 erzeugte Signal wird über eine Signal-Leitung 141 dem Verstärkungselement 114a zugeführt, und von diesem mit dem o.g. Verstärkungs-Faktor a1 verstärkt.

Das vom Verstärkungselement 114a erzeugte Signal x2 wird über eine Signal-Leitung 142, eine mit dieser verbundenen Signal-Leitung 143, und – wie bereits oben erwähnt – die Signal-Leitung 120 dem Subtraktionselement 103 zugeführt (hier: dessen Minus-Eingang), sowie über eine mit der Signal-Leitung 142 verbundene Signal-Leitung 145 dem Additionselement 105, und über die Signal-Leitungen 142, 143, und eine mit der Signal-Leitung 143 verbundene Signal-Leitung 144 dem nichtlinearen Funktions-Block 122.

Das in Reaktion auf das eingegebene Signal x2 vom Funktions-Block 122 entsprechend der o.g. Übertragungscharakteristik an der Signal-Leitung 140 ausgegebene Signal y2 wird – wie bereits oben erläutert – dem Minus-Eingang des Subtraktionselements 102 zugeführt.

Wie aus 1 weiter hervorgeht, wird das an der Eingangs-Signal-Leitung 115 anliegende Signal &Dgr;xs – zusätzlich zum Additionselement 104 – über eine mit der Signal-Leitung 115 verbundene Signal-Leitung 146 dem Verstärkungselement 114d zugeführt, und von diesem mit dem o.g. Verstärkungs-Faktor 0.5 verstärkt.

Das vom Verstärkungselement 114d erzeugte Signal 0.5 &Dgr;xs wird über eine Signal-Leitung 147 dem Additionselement 105 zugeführt. Zusätzlich wird – wie bereits oben erläutert – dem Additionselement 105 über die Signal-Leitung 145 das o.g. Signal x2 zugeführt, und durch das Additionselement 105 zu dem an der Signal-Leitung 147 anliegenden Signal 0.5 &Dgr;xs addiert.

Das vom Additionselement 105 erzeugte Signal xout wird über eine Signal-Leitung 148 dem nichtlinearen Funktions-Block 123 zugeführt.

Das in Reaktion auf das eingegebene Signal xout vom Funktions-Block 123 entsprechend der o.g. Übertragungscharakteristik an einer Signal-Leitung 149 ausgegebene Signal yout stellt das Ausgangs-Signal der Schaltungsanordnung 100 dar.

Wie aus den Erläuterungen oben hervorgeht, wird also in der Schaltungsanordnung 100 zu dem Signal x1 das Eingangs-Signal &Dgr;xs hinzuaddiert (durch das Additionselement 104), und vom erhaltenen Summen-Signal x1 + &Dgr;xs das Signal x2 abgezogen (durch das Subtraktionselement 103). Das hierdurch erhaltene Differenz-Signal x1 + &Dgr;xs – x2 wird mit dem o.g. Verstärkungs-Faktor a2 (d.h. relativ stark) verstärkt, und dadurch jenes Signal gebildet, von dem y1 und y2 abgezogen werden (durch das Subtraktionselement 101, und das Subtraktionselement 106).

Die hierdurch erhaltenen Differenz-Signale werden mit dem o.g. Verstärkungs-Faktor a1 (d.h. relativ stark) verstärkt (und zwar durch das Verstärkungselement 114b, und das Verstärkungselement 114a), um in den die nichtlinearen Funktions-Blöcke 121, 122 enthaltenden Regelschleifen die o.g. Signale x1 bzw. x2 zu bilden.

Auf diese Weise bilden sich in den die Funktions-Blöcke 121, 122 enthaltenden Regelschleifen automatisch die stabilen Arbeitspunkte (x1, y1) bzw. (x2, y2).

Kommt es z.B. zu einem Absinken von y1, führt dies in der den Funktions-Block 121 enthaltenden Regelschleifen zu einer Erhöhung des dem Verstärkungselement 114b zugeführten Signals, wodurch x1, und damit auch y1 wieder erhöht wird, bis wieder der o.g. Arbeitspunkt (x1, y1) erreicht wird.

Für die Ableitung dy/dx der Übertragungscharakteristik des Funktions-Blocks 123 bei x = xout, d.h, am Arbeitspunkt (xout, yout) des Funktions-Blocks 123 gilt:

Wie aus 2 ersichtlich ist, ist diese Ableitung gleich der Steigung der in 2 gezeigten Tangente T, NLF3. Die Tangente T, NLF3 hat – wie im folgenden gezeigt wird – die gleiche Steigung wie die in 2 gezeigte Sekante S12 durch die Arbeitspunkte (x1, y1) und (x2, y2) der Funktions-Blöcke 121, 122. Die relativ einfach und mit relativ hoher Genauigkeit (über die Höhe der Eingangs-Signale &Dgr;xs und &Dgr;ys) einzustellende Steigung der Sekante S12 stellt somit ein exaktes Abbild der Steigung der Übertragungscharakteristik des Funktions-Blocks 123 am Arbeitspunkt (xout, yout) dar.

Gemäß 2 gilt:

Die Steigung der Sekante S12 ergibt sich damit zu:

Damit ist gezeigt, daß die Tangente T, NLF3, d.h. die Ableitung dy/dx der Übertragungscharakteristik des Funktions-Blocks 123 am Arbeitspunkt (xout, yout) des Funktions-Blocks 123 und die Sekante S12 exakt die gleiche Steigung aufweisen.

Mit der Schaltungsanordnung 100 kann somit – durch die relativ einfach und genau einstellbare Steigung der Sekante S12 – relativ einfach und genau die jeweils gewünschte Steilheit der Übertragungscharakteristik der Schaltungsanordnung 100, insbesondere des Funktions-Blocks 123 eingestellt werden.

Im folgenden wird anhand von 3 und 4 ein Beispiel für eine das oben anhand von 1 und 2 erläuterte Übertragungscharakteristik-Steilheits-Einstellungs-Prinzip verwirklichende Schaltung 200 näher erläutert.

Wie aus 3 hervorgeht, weist die dort gezeigte Schaltung 200 drei identisch – insbesondere mit identischer Größe – ausgestaltete n-Kanal-Feldeffekttransistoren 201, 202, 203 auf (Transistor T1, Transistor T2, Transistor T3), sowie zwei identisch – insbesondere mit identischer Größe – ausgestaltete p-Kanal-Feldeffekttransistoren 205, 206 (Transistor TQ1, Transistor TQ2), und einen Operationsverstärker 204.

Wie aus 3 hervorgeht, ist das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 202 über eine Leitung 208 an den Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 202 rückgekoppelt.

Die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 202 ist über eine Leitung 209 an Masse angeschlossen.

Entsprechend ähnlich ist auch das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 201 über eine Leitung 207 an den Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 201 rückgekoppelt, und ist die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 201 mit Masse verbunden (hier: über eine Leitung 210).

Der Drain und das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 202 sind über entsprechende Leitungen 211, 212, 213 an den Minus-Eingang des Operationsverstärkers 204 angeschlossen, und über die Leitungen 211, 212, und eine Leitung 214 mit dem Drain des p-Kanal-Feldeffekttransistors 206 verbunden, dessen Source mit der Versorgungsspannung verbunden sein kann.

Der Drain und das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 201 sind über eine Leitung 215 an eine – eine Spannung &Dgr;Ugs/2 als einstellbare Eingangs-Spannung bereitstellende – (einstellbare) Spannungsquelle 220a angeschlossen, Die Spannungsquelle 220a ist an eine – ebenfalls eine Spannung &Dgr;Ugs/2 als einstellbare Eingangs-Spannung bereitstellende – (einstellbare) Spannungsquelle 220b angeschlossen.

Die zwischen den Spannungsquellen 220a, 220b abgegriffene Spannung wird über eine Leitung 216 als Gate-Source-Spannung Ugs3 dem Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 203 zugeführt.

Die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 203 ist mit Masse verbunden (hier: über eine Leitung 217); der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 203 kann mit der Versorgungsspannung verbunden sein (hier: über eine Leitung 218).

Durch die Höhe der dem Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 203 zugeführten Gate-Source-Spannung Ugs3 wird – entsprechend der in 4 gezeigten Transistor-Übertragungscharakteristik bzw. – Kennlinie – die Höhe des durch den n-Kanal-Feldeffekttransistor 203 fließenden Drain-Stroms Id3 festgelegt.

Wie aus 3 hervorgeht, ist die Spannungsquelle 220b über entsprechende Leitungen 219, 231 an den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 204 angeschlossen, und über die Leitung 219, und eine Leitung 232 mit dem Drain des p-Kanal-Feldeffekttransistors 205 verbunden, dessen Source mit der Versorgungsspannung verbunden sein kann.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 204 ist über entsprechende Leitungen 233, 234 mit den Gates der p-Kanal-Feldeffekttransistoren 205, 206 verbunden.

Die Leitungen 211, 212 sind mit einer Leitung 235 verbunden, über die über eine (nicht gezeigte, einstellbare) Stromquelle ein Strom &Dgr;Id als einstellbarer Eingangs-Strom in die Schaltung 200 eingegeben wird.

Wie in 4 veranschaulicht wird, kann durch entsprechende Wahl der Höhe des Eingangs-Strom &Dgr;Id der Schaltung 200, und der Höhe der Eingangs-Spannung &Dgr;Ugs (bzw. genauer: der zwei durch die Spannungsquellen 220a, 220b jeweils bereitgestellten Eingangs-Spannungen &Dgr;Ugs/2) im sich jeweils ergebenden Arbeitspunkt (Ugs3, Id3) die für die Übertragungscharakteristik der Schaltung 200, insbesondere die für den n-Kanal-Feldeffekttransistor 203 vorgesehene Steilheit (hier: &Dgr;Id/&Dgr;Ugs) exakt eingestellt werden.

Die p-Kanal-Feldeffekttransistoren 205, 206 werden in der in 3 gezeigten Schaltung 200 als Stromquellentransistoren betrieben, und liefern – aufgrund deren identischer Größe – einen jeweils gleich großen Strom.

Wie aus 3 hervorgeht, wird der n-Kanal-Feldeffekttransistor 201 von einem – vom p-Kanal-Feldeffekttransistor 205 gelieferten – (Drain-)Strom Id1 durchflossen.

Demgegenüber wird der n-Kanal-Feldeffekttransistor 202 von einem (Drain-)Strom Id2 durchflossen, der sich additiv aus dem vom p-Kanal-Feldeffekttransistor 206 gelieferten Strom, und dem Eingangs-Strom &Dgr;Id zusammensetzt.

Der den Operationsverstärker 204 enthaltende Regelkreis regelt die Ströme der p-Kanal-Feldeffekttransistoren 205, 206 so, daß die Differenz zwischen den Gate-Source-Spannungen Ugs2 und Ugs1 der n-Kanal-Feldeffekttransistoren 201, 202 genau der Höhe der o.g. Eingangs-Spannung &Dgr;Ugs (bzw. genauer: der doppelten Eingangs-Spannung, d.h. 2 × &Dgr;Ugs/2) entspricht.

Wie aus 4 ersichtlich ist, wird hierdurch für den n-Kanal-Feldeffekttransistor 203 der Schaltung 200 ein Arbeitspunkt (Ugs3, Id3) eingestellt, bei welchem die Transistor-Kennlinie exakt die jeweils gewünschte Steilheit (hier: gm3) aufweist.

In 5 ist ein weiteres, alternatives Beispiel für eine das oben anhand von 1 und 2 erläuterte Übertragungscharakteristik-Steilheits-Einstellungs-Prinzip verwirklichende Schaltung 300 gezeigt.

Mit der in 5 gezeigten Schaltung 300 kann erreicht werden, daß die Eingangs-Spannung &Dgr;Ugs und der Eingangs-Strom &Dgr;Id der Schaltung 300 mit nur relativ geringen Verfälschungen zugeführt werden können, und daß weitere Unzulänglichkeiten wie z.B. der Earlyeffekt von Transistoren relativ gut eliminiert werden können.

Wie aus 5 hervorgeht, weist die dort gezeigte Schaltung 300 drei identisch – insbesondere mit identischer Größe – ausgestaltete n-Kanal-Feldeffekttransistoren 301, 302, 303 auf (Transistor T1, Transistor T2, Transistor T3), sowie zwei identisch – insbesondere mit identischer Größe – ausgestaltete p-Kanal-Feldeffekttransistoren 305, 306 (Transistor TQ1, Transistor TQ2), und einen Operationsverstärker 304, sowie mehrere weitere n-Kanal-Feldeffekttransistoren 351, 352, 353, 354, 355, 356, 357, und zwei Widerstände 360, 361.

Wie aus 5 hervorgeht, ist das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 302 über eine Leitung 308 an den Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 351 angeschlossen.

Die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 302 ist über eine Leitung 309 an Masse angeschlossen.

Entsprechend ähnlich ist auch das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 301 über eine Leitung 307 an den Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 354 angeschlossen, und ist die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 301 mit Masse verbunden (hier: über eine Leitung 310).

Der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 351 und das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 302 sind über eine Leitung 370 an die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 352 angeschlossen, dessen Drain mit der Versorgungsspannung verbunden sein kann.

Der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 302 ist an eine Leitung 335b angeschlossen, und an die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 353.

Das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 353 ist an eine Leitung 371 angeschlossen.

Der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 353 ist mit dem Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 352 verbunden, und über entsprechende Leitungen 311, 313 an den Minus-Eingang des Operationsverstärkers 304 angeschlossen, und über die Leitung 311, und eine Leitung 314 mit dem Drain des p-Kanal-Feldeffekttransistors 306 verbunden, dessen Source mit der Versorgungsspannung verbunden sein kann.

Der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 354 und das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 301 sind über eine Leitung 372 an die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 355 angeschlossen, dessen Drain mit der Versorgungsspannung verbunden sein kann.

Der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 301 ist an die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 356 angeschlossen.

Das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 356 ist an die o.g. Leitung 371 angeschlossen.

Der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 356 ist mit dem Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 355 verbunden, und über eine Leitung 332 mit dem Drain des p-Kanal-Feldeffekttransistors 305 verbunden, dessen Source mit der Versorgungsspannung verbunden sein kann.

Wie aus 5 weiter hervorgeht, sind der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 354, die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 355, und das Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 301 über eine Leitung 373 an den Widerstand 360 angeschlossen, der einen (einstellbaren) ohmschen Widerstand von R/2 aufweist, und über dem – als einstellbare Eingangs-Spannung – eine Spannung der Höhe &Dgr;Ugs/2 abfällt.

Der Widerstand 360 ist an den Widerstand 361 angeschlossen, der ebenfalls einen (einstellbaren) ohmschen Widerstand von R/2 aufweist, und über dem ebenfalls – als einstellbare Eingangs-Spannung – eine Spannung der Höhe &Dgr;Ugs/2 abfällt.

Die zwischen den Widerständen 360, 361 abgegriffene Spannung wird über eine Leitung 316 als Gate-Source-Spannung Ugs3 dem Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 303 zugeführt.

Die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 303. ist mit Masse verbunden (hier: über eine Leitung 317); der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 303 ist an die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 357 angeschlossen, dessen Gate mit der o.g. Leitung 371 verbunden ist, und dessen Drain mit der Versorgungsspannung verbunden sein kann (hier: über eine Leitung 318).

Durch die Höhe der dem Gate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 303 zugeführten Gate-Source-Spannung Ugs3 kann – entsprechend ähnlich der in 4 gezeigten Transistor-Übertragungscharakteristik bzw. – Kennlinie – die Höhe des durch die n-Kanal-Feldeffekttransistoren 303, 357 fließenden Drain-Stroms Id3 festgelegt werden.

Wie aus 5 hervorgeht, ist der Widerstand 361 über eine Leitung 319 an eine Leitung 335a angeschlossen, und über die Leitung 319, und eine mit dieser verbundenen Leitung 331 an den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 304.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 304 ist über entsprechende Leitungen 333, 334 mit den Gates der p-Kanal-Feldeffekttransistoren 305, 306 verbunden.

Über die – mit den Leitungen 319, 331 verbundene – Leitung 335a, und über die – mit dem Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 302, und der Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 353 verbundene – Leitung 335b wird jeweils über (nicht gezeigte, einstellbare) Stromquellen ein Strom &Dgr;Id als einstellbarer Eingangs-Strom in die Schaltung 300 eingegeben.

Die o.g. – mit den Gates der n-Kanal-Feldeffekttransistoren 353, 356, 357 verbundene – Leitung 371 wird durch eine (nicht gezeigte) Spannungsquelle auf eine Spannung Ubias vorgespannt.

Bei der in 5 gezeigten Schaltung 300 werden die p-Kanal-Feldeffekttransistoren 305, 306 – entsprechend wie bei der in 3 gezeigten Schaltung 200 – als Stromquellentransistoren betrieben, und liefern – aufgrund deren identischer Größe – einen jeweils gleich großen Strom.

Wie aus 5 hervorgeht, werden die n-Kanal-Feldeffekttransistoren 356 und 301 von einem – vom p-Kanal-Feldeffekttransistor 305 gelieferten – (Drain-)Strom Id1 durchflossen.

Der n-Kanal-Feldeffekttransistor 356 (Transistor TC1) dient als Kaskodetransistor, dessen Gate mit der o.g. Spannung Ubias verbunden ist.

Die n-Kanal-Feldeffekttransistoren 353 und 357 (Transistoren TC2 und TC3) – an deren Gates ebenfalls die o.g. Spannung Ubias anliegt – dienen entsprechend wie der n-Kanal-Feldeffekttransistor 356 (Transistor TC1) ebenfalls als Kaskodetransistoren.

Hierdurch ist gewährleistet, daß die n-Kanal-Feldeffekttransistoren 301, 302, 303 nahezu das gleiche Drainpotential aufweisen.

Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Eingangs-Spannung &Dgr;Ugs relativ groß ist, da dann entsprechende auf den Earlyeffekt zurückzuführende Unzulänglichkeiten relativ gut eliminiert werden können.

Die n-Kanal-Feldeffekttransistoren 354, 351 (Transistoren TS1, TS2) dienen als Stromsenken.

Der n-Kanal-Feldeffekttransistor 354 (Transistor TS1) übernimmt den über die Leitung 335a zugeführten Strom &Dgr;Id, und den Arbeitsdrainstrom des n-Kanal-Feldeffekttransistors 355 (Transistor TR1).

Auf diese Weise, und mit Hilfe der beiden Widerstände 360, 361 kann die für die Regelung der Steilheit verwendete, über den Widerständen 360, 361 abfallende Spannung &Dgr;Ugs erzeugt werden.

Der reziproke Wert des ohmschen Widerstands R der Widerstände 360, 361, d.h. 1/R ist gleich der jeweils einzustellenden Steilheit des n-Kanal-Feldeffekttransistor 303 der Schaltung 300 im sich jeweils ergebenden Arbeitspunkt (Ugs3, Id3).

Der n-Kanal-Feldeffekttransistor 351 (Transistor TS2) übernimmt den Arbeitsdrainstrom des n-Kanal-Feldeffekttransistors 352 (Transistor TR2), der gleich groß sein sollte, wie derjenige des n-Kanal-Feldeffekttransistors 355 (Transistor TR1).

Da – wie oben erwähnt – am Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 302 (Transistor T2) über die Leitung 335b ein Strom &Dgr;Id eingespeist wird, wird der n-Kanal-Feldeffekttransistor 302 (Transistor T2) von einem (Drain-)Strom Id2 durchflossen, der sich additiv aus dem vom p-Kanal-Feldeffekttransistor 306 gelieferten Strom, und dem Eingangs-Strom &Dgr;Id zusammensetzt.

Der den Operationsverstärker 304 enthaltende Regelkreis regelt die Ströme der p-Kanal-Feldeffekttransistoren 305, 306so, daß – wie aus 4 ersichtlich – für den n-Kanal-Feldeffekttransistor 303 der Schaltung 300 ein Arbeitspunkt (Ugs3, Id3) eingestellt wird, bei welchem die Transistor-Kennlinie exakt die jeweils gewünschte, sich durch den Quotienten &Dgr;Id/&Dgr;Ugs ergebende Steilheit (hier: gm3) aufweist.

Alternativ zu den in 5 verwendeten, gleich große ohmsche Widerstände R/2 aufweisenden Widerständen 360, 361 können auch Widerstände mit jeweils unterschiedlichen ohmschen Widerständen eingesetzt werden, um Abweichungen von der quadratischen Ugs-Id-Übertragungscharakteristik auszugleichen.

Bei weiteren alternativen Varianten der in 3 und 5 gezeigten Schaltungen 200, 300 können diese z.B. auch invers ausgestaltet sein (wobei n-Kanal-Feldeffekttransistoren z.B. durch entsprechende p-Kanal-Feldeffekttransistoren, und umgekehrt p-Kanal-Feldeffekttransistoren z.B. durch entsprechende n-Kanal-Feldeffekttransistoren ersetzt sind (und entsprechend auch die Masse- und Versorgungsspannungs-Anschlüsse gegenüber der Darstellung von 3 und 5 vertauscht verschaltet sind)).

Bei einer weiteren alternativen Variante können die Schaltungen 200, 300 (insbesondere die dort vorgesehenen Transistoren) – statt wie bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen in NMOS- bzw. PMOS-Technologie – z.B. auch in Bipolar- bzw. BiCMOS-Technologie ausgeführt sein, usw.

100
Schaltungsanordnung
101
Subtraktionselement
102
Subtraktionselement
103
Subtraktionselement
104
Additionselement
105
Additionselement
106
Additionselement
114a
Verstärkungselement
114b
Verstärkungselement
114c
Verstärkungselement
114d
Verstärkungselement
115
Signal-Leitung
116
Signal-Leitung
117
Signal-Leitung
118
Signal-Leitung
119
Signal-Leitung
120
Signal-Leitung
121
nichtlinearer Funktions-Block
122
nichtlinearer Funktions-Block
123
nichtlinearer Funktions-Block
131
Signal-Leitung
132
Signal-Leitung
133
Signal-Leitung
134
Signal-Leitung
135
Signal-Leitung
136
Signal-Leitung
137
Signal-Leitung
138
Signal-Leitung
139
Signal-Leitung
140
Signal-Leitung
141
Signal-Leitung
142
Signal-Leitung
143
Signal-Leitung
144
Signal-Leitung
145
Signal-Leitung
146
Signal-Leitung
147
Signal-Leitung
148
Signal-Leitung
149
Signal-Leitung
200
Schaltung
201
n-Kanal-Feldeffekttransistor
202
n-Kanal-Feldeffekttransistor
203
n-Kanal-Feldeffekttransistor
204
Operationsverstärker
205
p-Kanal-Feldeffekttransistor
206
p-Kanal-Feldeffekttransistor
207
Leitung
208
Leitung
209
Leitung
210
Leitung
211
Leitung
212
Leitung
213
Leitung
214
Leitung
215
Leitung
216
Leitung
217
Leitung
218
Leitung
219
Leitung
220a
Spannungsquelle
220b
Spannungsquelle
231
Leitung
232
Leitung
233
Leitung
234
Leitung
235
Leitung
300
Schaltung
301
n-Kanal-Feldeffekttransistor
302
n-Kanal-Feldeffekttransistor
303
n-Kanal-Feldeffekttransistor
304
Operationsverstärker
305
p-Kanal-Feldeffekttransistor
306
p-Kanal-Feldeffekttransistor
307
Leitung
308
Leitung
309
Leitung
310
Leitung
311
Leitung
313
Leitung
314
Leitung
316
Leitung
317
Leitung
318
Leitung
319
Leitung
331
Leitung
332
Leitung
333
Leitung
334
Leitung
335a
Leitung
335b
Leitung
351
n-Kanal-Feldeffekttransistor
352
n-Kanal-Feldeffekttransistor
353
n-Kanal-Feldeffekttransistor
354
n-Kanal-Feldeffekttransistor
355
n-Kanal-Feldeffekttransistor
356
n-Kanal-Feldeffekttransistor
357
n-Kanal-Feldeffekttransistor
360
Widerstand
361
Widerstand
370
Leitung
371
Leitung
372
Leitung
373
Leitung


Anspruch[de]
Schaltungsanordnung (100; 200; 300) zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik-Steilheit, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Übertragungscharakteristik-Steilheit zwei Einrichtungen (121, 122; 201, 202; 301, 302) verwendet werden, die eine im wesentlichen identische Übertragungscharakteristik aufweisen, wie die Übertragungscharakteristik einer Einrichtung (123; 203; 303), deren Übertragungscharakteristik-Steilheit eingestellt werden soll. Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach Anspruch 1, bei welcher die Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) so verschaltet sind, daß durch die Wahl der Größe zweier Eingangs-Signale (&Dgr;xs, &Dgr;ys; &Dgr;Ugs, &Dgr;Id) die Arbeitspunkte (x1, y1, x2, y2; Ugs1, Id1, Ugs2, Id2) der zwei Einrichtungen (121, 122; 201, 202; 301, 302) so einstellbar sind, daß die Steigung einer Sekante (S12) durch die Arbeitspunkte in einem Übertragungscharakteristik-Diagramm der einzustellenden Übertragungscharakteristik-Steilheit entspricht. Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach Anspruch 2, bei welcher die Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) so verschaltet sind, daß sich für die Einrichtung (123; 203; 303), deren Übertragungscharakteristik-Steilheit eingestellt werden soll ein Arbeitspunkt (xout, yout; Ugs3, Id3) einstellt, in dem das Übertragungscharakteristik-Diagramm eine Steilheit aufweist, die der einzustellenden Übertragungscharakteristik-Steilheit entspricht, Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Übertragungscharakteristik der Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) eine quadratische Übertragungscharakteristik ist. Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach Anspruch 4, bei welcher die Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) Transistoren sind. Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach Anspruch 5, bei welcher die Transistoren (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) alle vom gleichen Typ sind. Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher die Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) MOS-Feldeffekt-Transistoren sind. Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welcher die Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) NMOS-Feldeffekt-Transistoren sind. Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welcher die Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) PMOS-Feldeffekt-Transistoren sind. Schaltungsanordnung (100; 200; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Regel-Verstärker-Einrichtung (204; 304) aufweist. Verfahren zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik-Steilheit, welches die Schritte aufweist:

– Bereitstellen einer ersten, einer zweiten und einer dritten Einrichtung (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) in einer Schaltungsanordnung (100; 200; 300), wobei die Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) eine im wesentlichen identische Übertragungscharakteristik aufweisen;

– Anlegen von Eingangs-Signalen (&Dgr;xs, &Dgr;ys; &Dgr;Ugs, &Dgr;Id) an die Schaltungsanordnung (100; 200; 300) derart, daß die Arbeitspunkte (x1, y1, x2, y2; Ugs1, Id1, Ugs2, Id2) der ersten und zweiten Einrichtung (121, 122; 201, 202; 301, 302) so eingestellt werden, daß die Steigung einer Sekante (S12) durch die Arbeitspunkte in einem Übertragungscharakteristik-Diagramm der einzustellenden Übertragungscharakteristik-Steilheit entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welcher die Einrichtungen (121, 122, 123; 201, 202, 203; 301, 302, 303) so verschaltet sind, daß sich durch das Anlegen der Eingangs-Signale (&Dgr;x, &Dgr;y; &Dgr;Ugs, &Dgr;Id) für die dritte Einrichtung (123; 203; 303) ein Arbeitspunkt (xout, yout; Ugs3, Id3) einstellt, in dem das Übertragungscharakteristik-Diagramm eine Steilheit aufweist, die der einzustellenden Übertragungscharakteristik-Steilheit entspricht.






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