DE10204294A1

DE10204294A1 - Schaltungsanordnung zur Pulserzeugung

Info

Publication number: DE10204294A1
Application number: DE10204294A
Authority: DE
Inventors: Ralf Beier
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2002-02-02
Filing date: 2002-02-02
Publication date: 2003-08-14
Also published as: US20030155957A1; US6734710B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Pulserzeugung mit einem Kondensator, dem nacheinander ein Ladestrom und ein Entladestrom zuführbar sind. Zur Erzeugung des Ladestroms und des Entladestroms sind eine Stromquelle, eine erste Stromspiegelschaltung und eine zweite zur ersten Stromspiegelschaltung komplementäre Stromspiegelschaltung vorgesehen. Die Stromspiegelschaltungen enthalten jeweils mehrere Ausgangstransistoren, die je eine Ausgangsstufe für den Lade- und Entladestrom, die mit einem Regler verbunden ist, und für eine Schaltung zur Steuerung des Tail-Stroms eines den Regler bildenden Differenzverstärkers darstellen. Ein Stromausgang des Differenzverstärkers ist mit dem Ausgang der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Pulserzeugung.
Schaltungsanordnungen mit einer vom Ladestrom eines Kondensators abhängigen Pulsdauer haben unter anderem den Vorteil, daß die Pulsdauer in weiten Grenzen einstellbar ist. Für eine Konstanz der jeweils eingestellten Pulsdauer ist es neben der Konstanz des Spannungsanstiegs am Kondensator wichtig, auch den Offset bzw. die Spannung am Kondensator zwischen den Impulsen konstant zu halten. Diese untere Schwelle ist insbesondere erforderlich, wenn in integrierten Schaltungen eine Halbleiterschicht als Kondensatorplatte dient und der Kondensator erst ab einer Mindestspannung konstante Kapazität aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei welcher dieser Offset konstant gehalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

- daß einem Kondensator nacheinander ein Ladestrom und ein Entladestrom zuführbar sind, mit einem an den Kondensator angeschlossenen Schwellwertschalter und mit einer an den Schwellwertschalter angeschlossenen bistabilen Schaltung, deren Ausgang ein Schaltsignal während der Zuführung des Ladestroms abgibt,
- daß zur Erzeugung des Ladestroms und des Entladestroms eine Stromquelle, eine erste Stromspiegelschaltung und eine zweite zur ersten Stromspiegelschaltung komplementäre Stromspiegelschaltung vorgesehen sind,
- daß die erste Stromspiegelschaltung einen Eingangstransistor und drei mit ihren Gate- Elektroden verbundene Ausgangstransistoren aufweist, wobei der erste der Ausgangstransistoren eine größere Fläche als der zweite und der dritte der Ausgangstransistoren aufweist,
- daß die Drain-Elektroden des ersten Ausgangstransistors und eines Eingangstransistors der zweiten Stromspiegelschaltung miteinander verbunden sind,
- daß die Drain-Elektroden des zweiten Ausgangstransistors der ersten Stromspiegelschaltung und eines Ausgangstransistors der zweiten Stromspiegelschaltung miteinander, mit dem Kondensator und mit einem Eingang eines als Differenzverstärker ausgebildeten Reglers verbunden sind,
- daß der dritte Ausgangstransistor der ersten Stromspiegelschaltung und ein weiterer Ausgangstransistor der zweiten Stromspiegelschaltung unter Bildung einer Ausgangsstufe miteinander verbunden und an eine Schaltung zur Steuerung des Tail-Stroms des Differenzverstärkers angeschlossen sind und
- daß ein Stromausgang des Differenzverstärkers mit der Drain-Elektrode des Ausgangstransistors der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden ist.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können Impulse einstellbarer Breite erzeugt werden, wobei die Breite über eine entsprechende Steuerung der Stromquelle möglich ist. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist ferner den Vorteil auf, daß sie mit herkömmlichen Technologien leicht integrierbar ist. Dementsprechend wird die Schaltung vorzugsweise mit MOS-Feldeffekttransistoren realisiert. Grundsätzlich ist eine Realisierung mit bipolaren Transistoren jedoch nicht ausgeschlossen.
Um auch einen Offset des Differenzverstärkers gering zu halten, ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, daß die Schaltung zur Erzeugung des Tail-Stroms des Differenzverstärkers aus einer dritten und einer vierten Stromspiegelschaltung besteht, wobei der der Schaltung zugeführte Strom verdoppelt wird.
Bei einer anderen Weiterbildung wird eine besonders vorteilhafte Einführung des Regelsignals in die Ausgangsstufe und ein vorteilhaftes Schalten des Ladestroms dadurch erzielt, daß der Differenzverstärker von zwei Source-gekoppelten Transistoren gebildet wird, wobei der Drain-Elektrode eines Transistors des Differenzverstärkers das Schaltsignal von der bistabilen Schaltung zuführbar ist und wobei im Ausgangskreis dieses Transistors eine fünfte Stromspiegelschaltung vorgesehen ist, deren Ausgang mit der Drain-Elektrode des Ausgangstransistors der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden ist.
Zur genaueren Funktion der Stromspiegelschaltungen bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung trägt eine vorteilhafte Ausgestaltung bei, die darin besteht, daß die Ausgangstransistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelschaltung um jeweils einen weiteren Transistor in Kaskodenschaltung ergänzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
Fig. 2 eine detailliertere Darstellung der Schaltung zur Erzeugung des Ladestroms und des Entladestroms für den Kondensator - im folgenden auch Lade- und Entladeschaltung genannt.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung besteht im Wesentlichen aus einem Kondensator 1, einer Lade- und Entladeschaltung 2, einem als Schwellwertschalter dienenden Differenzverstärker 3, einer bistabilen Schaltung 4 und einem UND-Gatter 5, an dessen Ausgang 6 der zu erzeugende Puls entnommen werden kann. Die Lade- und Entladeschaltung 2 ist in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt mit jeweils einer Stromquelle 7, 8 für den Lade- und Entladevorgang, die mit Hilfe von Schaltern 9, 10 aktiviert werden können. Der Lade- und Entladeschaltung 2 wird eine Referenzspannung V1 zugeführt, während der Schwellwertschalter 3 eine Referenzspannung V2 erhält.
Wird der Schaltungsanordnung über einen Eingang 11 ein Triggersignal zugeführt, nimmt der Ausgang 12 der bistabilen Schaltung einen Pegel ein, der in der Lade- und Entladeschaltung 2 den Ladevorgang startet. Hat die Spannung am Kondensator eine obere Schwelle erreicht, spricht der Schwellwertschalter 3 an und setzt die bistabile Schaltung 4 zurück. Damit springt das Signal am Ausgang 12 wieder auf seinen ursprünglichen Pegel, wodurch in der Lade- und Entladeschaltung 2 der Entladevorgang eingeleitet wird. Eine UND-Verknüpfung der Ausgangssignale des Schwellwertschalters 3 und der bistabilen Schaltung 4 ergibt dann den gewünschten Puls.
Die Anstiegszeit der Vorderflanke der dreieckförmigen Spannung am Kondensator 1 ist daher maßgebend für die Dauer des Pulses. Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, den Offset der Kondensatorspannung 1 konstant zu halten. Dieses wird anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 näher erläutert.
Fig. 2 stellt die Lade- und Entladeschaltung 2 in detaillierterer Weise dar. Sie wird mit einem Eingang 21 an den Ausgang 12 der bistabilen Schaltung 4 (Fig. 1) und mit einem Ausgang 22 an den Kondensator 1 bzw. einen Eingang des Schwellwertschalters 3 angeschlossen. Zur Erzeugung des Lade- und Entladestroms sind eine erste Stromspiegelschaltung 23 und eine zweite Stromspiegelschaltung 24 vorgesehen. Die erste Stromspiegelschaltung 23 besteht aus einem Eingangstransistor 25 und damit über die Gate-Elektroden verbundenen Ausgangstransistoren 26, 27, 28. Diesen ist jeweils in Kaskode ein weiterer Ausgangstransistor 29, 30, 31 zugeschaltet, dessen Gate-Elektroden mit einer konstanten Spannung V3 beaufschlagt ist.
Bei der zweiten Stromspiegelschaltung 24 sind zwei Eingangstransistoren 32, 33 in Kaskode geschaltet, ebenso wie die Ausgangstransistoren 34, 35, 36, 37. Die Gate-Elektroden der Transistoren 33, 35, 37 sind mit einer konstanten Spannung V4 beaufschlagt. In einer praktisch ausgeführten Schaltung betragen V3 und V4 jeweils 2 V.
Die Drain-Elektroden der Transistoren 35 und 30 bilden den Ausgang 22 und sind außerdem mit der Gate-Elektrode eines Transistors 38 verbunden, der zusammen mit dem Transistor 39 einen Differenzverstärker bildet, der als Regler für die Offset-Spannung dient. Außerdem dient der Differenzverstärker 40 zum Ein- und Ausschalten des Ladevorganges. Dazu ist die Drain-Elektrode des Transistors 39 mit dem Eingang 21 und mit dem Eingangstransistor einer weiteren Stromspiegelschaltung verbunden.
Der Ausgangstransistor 42 der weiteren Stromspiegelschaltung ist an dem Verbindungspunkt zwischen der Drain-Elektrode des Transistors 34 und der Source-Elektrode des Transistors 35 angeschlossen. Außerdem enthält der Differenzverstärker aus Symmetriegründen einen weiteren Transistor 43 im Drain-Kreis des Transistors 38.
Der Tail-Strom des Differenzverstärkers 40 wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal gesteuert. Dazu bilden die Transistoren 28, 31, 36 und 37 einen Meßkreis, dessen Ausgang 44 über eine dritte Stromspiegelschaltung 45, 46 und eine vierte Stromspiegelschaltung 47 bis 50 geleitet wird. Dabei ist das Flächenverhältnis des Transistors 46 zum Transistor 45 2 : 1, so daß der Tail-Strom des Differenzverstärkers 40 doppelt so groß wie der Differenzstrom aus den Transistoren 34 und 27 ist. Dadurch wird ein geringer Offset des Differenzverstärkers erzielt.
Zur Freigabe des Ladevorganges wird der Eingang 21 auf Massepotential gelegt. Die Stromspiegelschaltung 41, 42 führt dann der Ausgangsstufe keinen Strom zu, so daß der Ladevorgang unbeeinflußt vom Regler wie folgt abläuft: Der mit Hilfe einer einstellbaren Stromquelle 51 erzeugte Strom wird mit Hilfe der Stromspiegelschaltung 23 derart gespiegelt, daß ein gleich großer Strom durch die Transistoren 26, 29, 32, 33 fließt, während durch die Transistoren 27, 30 nur das n-fache des Stroms fließt, da diese eine entsprechend kleinere Fläche aufweisen und somit n < 1 ist. Der "ganze" Strom wird jedoch in der zweiten Stromspiegelschaltung 24 gespiegelt, wodurch sich als Ausgangsstrom das (1 - n)-fache des eingeprägten Stroms ergibt.
Erreicht die Spannung am Kondensator die obere Schwelle, wird mit Hilfe des Schwellwertschalters 3 und der bistabilen Schaltung 4 (Fig. 1) der Differenzverstärker 40 durch Schalten des Eingangs 21 in einen hochohmigen Zustand freigegeben. Die Spannung am Kondensator bzw. am Ausgang 22 ist jedoch zu diesem Zeitpunkt höher - beispielsweise 2,5 V - als die Referenzspannung V1 von beispielsweise 1 V. Der Transistor 38 ist dadurch gesperrt, während der Transistor 39 den gesamten Tail-Strom aufnimmt und diesen über die Stromspiegelschaltung 41, 42 an den Schaltungspunkt 52 und damit durch den Transistor 34 leitet.
Der Strom durch den Transistor 35 wird dadurch um die verdoppelte Differenz aus den Strömen der Transistoren 28 und 36 reduziert, so daß der Kondensator entladen wird. Nähert sich die Spannung am Ausgang 22 der Referenzspannung V1, gerät der Differenzverstärker 40 in seinen Arbeitsbereich, wodurch der Strom durch den Transistor 42 niedriger wird, die Ausgangstransistoren 34, 35 der zweiten Stromspiegelschaltung 24 wieder größeren Strom liefern und somit den Entladestrom vermindern, bis ein stabiler Zustand erreicht wird, bei dem die Spannung am Ausgang 22 konstant bleibt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Pulserzeugung, dadurch gekennzeichnet,
daß einem Kondensator (1) nacheinander ein Ladestrom und ein Entladestrom zuführbar sind, mit einem an den Kondensator (1) angeschlossenen Schwellwertschalter (3) und mit einer an den Schwellwertschalter (3) angeschlossenen bistabilen Schaltung (4), deren Ausgang (12) ein Schaltsignal während der Zuführung des Ladestroms abgibt,
daß zur Erzeugung des Ladestroms und des Entladestroms eine Stromquelle (51), eine erste Stromspiegelschaltung (23) und eine zweite zur ersten Stromspiegelschaltung (23) komplementäre Stromspiegelschaltung (24) vorgesehen sind,
daß die erste Stromspiegelschaltung (23) einen Eingangstransistor (25) und drei mit ihren Gate-Elektroden verbundene Ausgangstransistoren 26, 27, 28) aufweist, wobei der erste der Ausgangstransistoren (26) eine größere Fläche als der zweite und der dritte der Ausgangstransistoren (27, 28) aufweist,
daß die Drain-Elektroden des ersten Ausgangstransistors (26) und eines Eingangstransistors (32) der zweiten Stromspiegelschaltung miteinander verbunden sind, daß die Drain-Elektroden des zweiten Ausgangstransistors (27) der ersten Stromspiegelschaltung (23) und eines Ausgangstransistors (34) der zweiten Stromspiegelschaltung (24) miteinander, mit dem Kondensator und mit einem Eingang eines als Differenzverstärker (40) ausgebildeten Reglers verbunden sind,
daß der dritte Ausgangstransistor (28) der ersten Stromspiegelschaltung (23) und ein weiterer Ausgangstransistor (36) der zweiten Stromspiegelschaltung (24) unter Bildung einer Ausgangsstufe miteinander verbunden und an eine Schaltung (45 bis 50) zur Steuerung des Tail-Stroms des Differenzverstärkers (40) angeschlossen sind und
daß ein Stromausgang 42) des Differenzverstärkers (40) mit der Drain-Elektrode des Ausgangstransistors (34) der zweiten Stromspiegelschaltung 24) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Erzeugung des Tail-Stroms des Differenzverstärkers aus einer dritten (45, 46) und einer vierten (47, 48, 49, 50) Stromspiegelschaltung besteht, wobei der der Schaltung zugeführte Strom verdoppelt wird.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (40) von zwei Source-gekoppelten Transistoren 38, 39) gebildet wird, wobei der Drain-Elektrode eines Transistors (39) des Differenzverstärkers (40) das Schaltsignal von der bistabilen Schaltung (4) zuführbar ist und wobei im Ausgangskreis dieses Transistors (39) eine fünfte Stromspiegelschaltung (41, 42) vorgesehen ist, deren Ausgang mit der Drain-Elektrode des Ausgangstransistors (34) der zweiten Stromspiegelschaltung (24) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangstransistoren (26, 27, 28, 34, 36) der ersten und der zweiten Stromspiegelschaltung um jeweils einen weiteren Transistor (29, 30, 31, 35, 37) in Kaskodenschaltung ergänzt werden.