專利名稱：將對(duì)稱信號(hào)轉(zhuǎn)換為非對(duì)稱信號(hào)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換設(shè)備，該轉(zhuǎn)換設(shè)備具有對(duì)稱輸入口來接收輸入電壓，非對(duì)稱輸出口來發(fā)送輸出電壓，該轉(zhuǎn)換設(shè)備包括互電導(dǎo)模塊，該模塊具有一對(duì)稱輸入口來組成設(shè)備的輸入口，一個(gè)輸出口來發(fā)送其數(shù)值與該輸入電壓相關(guān)聯(lián)的電流，電阻模塊，用來將互電導(dǎo)模塊的輸出電流轉(zhuǎn)換為參照于預(yù)定電位的電壓。
該轉(zhuǎn)換設(shè)備現(xiàn)應(yīng)用于這樣的裝置，該裝置包括一組集成電路，該電路由公共參照地的電源電壓供電，并且由印制電路來內(nèi)部連接，舉例來說，比如無線電話。事實(shí)上，在這些集成電路中最好使用對(duì)稱電壓信號(hào)，這主要是由于減少噪聲的原因，這種可行性歸功于信號(hào)的對(duì)稱性造成的結(jié)構(gòu)的對(duì)稱。這些對(duì)稱信號(hào)最好參照于電源電壓，該電壓通常由電池產(chǎn)生，因此會(huì)發(fā)生變化。在兩個(gè)集成電路間通過印制電路傳輸?shù)男盘?hào)是非對(duì)稱型的，并且參照于所有電路共有的參照地。
已知的轉(zhuǎn)換設(shè)備大多是基于運(yùn)算放大器的電路來組成的。這樣，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換設(shè)備用運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器，該放大器產(chǎn)生表示對(duì)稱輸入電壓的非對(duì)稱型的電壓，其后，一個(gè)運(yùn)算放大器負(fù)責(zé)通過與電路的接地端相連的電阻來傳導(dǎo)電流，該電流與該差動(dòng)放大器的輸出電壓成正比。在Messrs.Paul Horowitsh和Winfield Hill所寫的，書名為“電子技術(shù)”的書中，描述了這種結(jié)構(gòu)。上面所述的轉(zhuǎn)換設(shè)備具有以下的缺點(diǎn)每個(gè)運(yùn)算放大器本身就是包括多達(dá)幾打晶體管的復(fù)雜電路。使用該設(shè)備將有必要使用價(jià)格昂貴的大的硅平面。另外，當(dāng)運(yùn)算放大器取決于其電源電壓的變化時(shí)，很可能會(huì)在輸出電壓中引入寄生直流分量，這些直流分量將對(duì)該裝置的正常操作帶來損害。
本發(fā)明的目的就是通過設(shè)計(jì)一種轉(zhuǎn)換設(shè)備，來極大地改善這些缺點(diǎn)，該設(shè)備具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，使用較少數(shù)量的器件，同時(shí)減小對(duì)于電源電壓變化的靈敏度。
實(shí)際上，在本文中所定義的轉(zhuǎn)換設(shè)備，依照本發(fā)明，其特征在于，該互電導(dǎo)模塊包括第一和第二晶體管組成差動(dòng)對(duì)，每個(gè)晶體管分別具有參照端(reference terminal)，偏置端和轉(zhuǎn)移端(transfer terminal)，偏置端組成設(shè)備的對(duì)稱輸入口，減法器裝置具有兩個(gè)輸入口和一個(gè)輸出口，該輸入口用來接收由第一和第二晶體管的轉(zhuǎn)移端發(fā)出的，被稱為轉(zhuǎn)移電流的電流，該輸出口與互電導(dǎo)模塊的輸出口相連，用來發(fā)送代表轉(zhuǎn)移電流間的差別的電流。
在這個(gè)轉(zhuǎn)換設(shè)備中，差動(dòng)對(duì)立刻將輸入電壓轉(zhuǎn)換為差動(dòng)電流，電源電壓的可能變化對(duì)該差動(dòng)電流的影響很小。另外，依照本發(fā)明的互電導(dǎo)模塊只包括一個(gè)單獨(dú)的差動(dòng)對(duì)，來替代前面所述的兩個(gè)運(yùn)算放大器，和減法器裝置。
本發(fā)明的實(shí)施例以權(quán)利要求2中所要求的為轉(zhuǎn)換設(shè)備的特征。該減法器裝置的實(shí)施例是有利的，因?yàn)樗暮?jiǎn)單性使其轉(zhuǎn)換設(shè)備的實(shí)施例的成本最小。依照權(quán)利要求3，也可以以非常簡(jiǎn)單的形式實(shí)現(xiàn)電阻模塊。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，將輸入電阻的第一端連接到預(yù)定電位的裝置依照權(quán)利要求4。
第一和第二晶體管組成差動(dòng)對(duì)，當(dāng)輸入電壓的幅度足夠高，以至于使該晶體管飽和時(shí)，該差動(dòng)對(duì)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為差動(dòng)電流的線性關(guān)系可能改變。本發(fā)明按照權(quán)利要求5中所要求的變動(dòng)可以修正這種情況。
如前面所述，依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換設(shè)備特別適合應(yīng)用于無線電話。因此本發(fā)明也涉及了如權(quán)利要求6中所要求的無線電話。
參照下面將要描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它特性將被闡述得明了、清晰。
在下列圖中-

圖1是描述包括依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換設(shè)備的無線電話的功能示意圖；-圖2是描述依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換設(shè)備的功能示意圖；-圖3是描述依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的轉(zhuǎn)換設(shè)備的電路示意圖；圖1圖解性地表示了無線電話，它包括●天線和濾波器系統(tǒng)AF，用來保證對(duì)無線信號(hào)的接收和在輸出口發(fā)送代表該信號(hào)的非對(duì)稱電壓信號(hào)，●平衡變換器BALUN，它具有一輸入口與天線和濾波器系統(tǒng)AF的輸出口相連，并且有一對(duì)稱輸出口，●放大器LNA具有一對(duì)稱輸出口和一個(gè)與平衡變換器BALUN的輸出口相連的對(duì)稱輸入口，●混頻器MX，它具有一個(gè)對(duì)稱輸出口，與放大器LNA的輸出口相連的第一對(duì)稱輸入口，用來接收來自本機(jī)振蕩器OSC的電壓信號(hào)的第二對(duì)稱輸入口，●解調(diào)器DEM，它具有一對(duì)稱輸出口，和與混頻器MX的輸出口相連的對(duì)稱輸入口。
平衡變換器BALUN的功能是將由天線和濾波器系統(tǒng)AF發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)稱信號(hào)。它還保證使阻抗匹配于放大器LNA。平衡變換器BALUN，放大器LNA，混頻器MX和解調(diào)器DEM，最好集中放置在被稱為接收電路的同一集成電路REC中。由于前面所述器件所產(chǎn)生的信號(hào)的對(duì)稱性，由這些器件所組成的電路具有對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，這就能夠通過補(bǔ)償消除了在處理信號(hào)中所固有的大量的噪聲器件的影響。另外，接收器電路由參照于無線電話的所有器件的公共地的電源電壓供電，上述器件由印制電路進(jìn)行內(nèi)部連接，這些信號(hào)以電源電壓為基準(zhǔn)。在印制電路中傳輸?shù)男盘?hào)是非對(duì)稱信號(hào)，并且以電路的公共地為基準(zhǔn)。這樣，該裝置包括轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV,CONV的對(duì)稱輸入口與解調(diào)器DEM的輸出口相連，CONV的輸出口用來發(fā)送解調(diào)的非對(duì)稱的以地為基準(zhǔn)的輸出電壓Vout。
圖2圖解性地表示了這樣一個(gè)轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV。這個(gè)轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV具有一用來接收輸入電壓Vin的對(duì)稱輸入口，和一用來發(fā)送輸出電壓Vout的非對(duì)稱輸出口。它包括●互電導(dǎo)模塊TCM，該模塊具有一對(duì)稱輸入口來組成設(shè)備的輸入口，和一個(gè)輸出口來發(fā)送其數(shù)值與該輸入電壓Vin相關(guān)聯(lián)的電流itcm，●電阻模塊RM，用來將互電導(dǎo)模塊TCM的輸出電流itcm轉(zhuǎn)換為以地為基準(zhǔn)的電壓Vout。
該轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV，其特征在于其互電導(dǎo)模塊TCM包括●第一和第二雙極型晶體管Q1和Q2組成差動(dòng)對(duì)，每個(gè)晶體管具有一發(fā)射極組成參照端，基極組成偏置端，集電極組成轉(zhuǎn)移端，由基極組成設(shè)備的對(duì)稱輸入口；
●減法器裝置SUB具有兩個(gè)輸入口和一個(gè)輸出口，該輸入口用來接收由第一和第二晶體管Q1和Q2的集電極發(fā)送的，被稱為轉(zhuǎn)移電流i1和i2的接收電流，該輸出口與互電導(dǎo)模塊TCM的輸出口相連，用來發(fā)送代表轉(zhuǎn)移電流i1和i2間的差別的電流itcm。該電流itcm，可以等于i1-i2，與輸入電壓Vin成正比。這種電壓到電流的轉(zhuǎn)換很大程度上獨(dú)立于電源電壓的變化。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙w管Q1和Q2運(yùn)行于飽和狀態(tài)之外時(shí)，簡(jiǎn)并電阻(degeneracy resistor)R1和R2使得電壓到電流的轉(zhuǎn)換線性化。
圖3表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。盡可能地保留了上面已經(jīng)描述過的有關(guān)元件的參考標(biāo)記，以便于對(duì)說明的理解。在該實(shí)施例中，減法器裝置包括●第一和第二電流鏡，(M1,M2)和(M3,M4)，每個(gè)電流鏡分別具有一個(gè)輸入支路，一個(gè)輸出支路和與第一電源端VCC相連的參照端，第一和第二電流鏡的輸入支路與第一和第二晶體管Q1和Q2的轉(zhuǎn)移端相連；●第三電流鏡(M5,M6)，其參照端與構(gòu)成電路的接地端的第二電源端VSS相連，第三電流鏡的輸入支路與第二電流鏡的輸出支路相連，第一和第三電流鏡(M1,M2)和(M5,M6)的輸出支路與互電導(dǎo)模塊的輸出口連接在一起。
電阻模塊包括●被稱為輸出電阻的電阻Rs，該電阻Rs的第一端與互電導(dǎo)模塊的輸出口相連，也就是說，與第一和第三電流鏡(M1,M2)和(M5,M6)的輸出支路相連，其第二端構(gòu)成轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV的輸出口；●為輸出電阻Rs的第一端設(shè)置預(yù)定電位的裝置。
依照本發(fā)明的實(shí)施例，流經(jīng)第一晶體管Q1的集電極的轉(zhuǎn)移電流i1，在第一電流鏡(M1,M2)的輸出支路再生，而流經(jīng)第二晶體管Q2的集電極的轉(zhuǎn)移電流i2，在第二電流鏡(M3,M4)的輸出端再生，在這之后，在第三電流鏡(M5,M6)的輸出端再生。這樣，電阻模塊的輸出電阻Rs上流過其值為i1-i2的電流，如果忽略輸入級(jí)(Rin1,Rin2,I1,I2,Q5,Q6,R3,R4)，該輸入級(jí)的作用將在下面描述，該電流的值就與輸入電壓Vin成正比。這樣，輸出電阻Rs的第一端的電位就固定了，該電阻Rs產(chǎn)生與電壓Vin的交流分量成正比的電壓降。這樣，由此產(chǎn)生的輸出電壓Vout是以預(yù)定電位為基準(zhǔn)的非對(duì)稱型電壓。
為輸出電阻的第一端設(shè)置預(yù)定電壓的裝置包括●位于第一電源端VCC和設(shè)備輸出口之間的電流源IO；●第三晶體管Q3，其基極和集電極分別與輸出電阻Rs的第一端和第一電源端VCC相連；●第四晶體管Q4，其基極與第三晶體管的發(fā)射極相連，其發(fā)射極與第二電源端VSS相連，其集電極與轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV的輸出口相連。
依照本實(shí)施例，如果用Vbe表示第三和第四晶體管Q3和Q4相同的基極-發(fā)射極間電壓，輸出電阻Rs的第一端的電位等于2.Vbe+VSS。由提供固定電流值的電流源設(shè)備IO對(duì)Q3和Q4進(jìn)行偏置，Q3和Q4的基極-發(fā)射極電壓也被固定，這使得輸出電阻Rs的第一端的電位固定。這樣，輸出電壓Vout是非對(duì)稱型電壓，其交流分量與輸入電壓Vin的變化成正比，其直流分量恒定為2.Vbe+VSS。輸出電壓Vout以地為基準(zhǔn)。
當(dāng)沒有輸入級(jí)(Rin1,Rin2,I1,I2,Q5,Q6,R3,R4)時(shí)，通過選擇簡(jiǎn)并電阻R1,R2的標(biāo)稱值在幾十千歐的量級(jí)，可以獲得電壓到電流的轉(zhuǎn)換的合適的線性關(guān)系，但這些電阻會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的電壓降。
輸入電壓Vin太大的幅度變化會(huì)給互電導(dǎo)模塊執(zhí)行的從電壓到電流的轉(zhuǎn)換帶來不希望的影響，輸入級(jí)(Rin1,Rin2,I1,I2,Q5,Q6,R3,R4)能夠減少該影響。實(shí)際上，如果差動(dòng)對(duì)(Q1,Q2)直接接收輸入電壓Vin，該輸入電壓Vin具有足夠大的幅度以至于使第一或第二晶體管Q1或Q2飽和，則轉(zhuǎn)移電流i1和i2的差值將不再與輸入電壓Vin成正比。因此，在本優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV包括，在第一和第二晶體管Q1和Q2組成的差動(dòng)對(duì)和設(shè)備的對(duì)稱輸入口之間，插入由第五和第六晶體管Q5和Q6組成的第二差動(dòng)對(duì)，Q5和Q6的基極分別與第一和第二晶體管Q1和Q2的基極相連，Q5和Q6的集電極與第一電源端VCC通過負(fù)載相連，每個(gè)第五和第六晶體管Q5和Q6的基極不僅與其集電極相連，而且與輸入電阻Rin1或Rin2的第一端相連，該輸入電阻Rin1和Rin2的第二端構(gòu)成轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV的對(duì)稱輸入口。
元件隊(duì)列(Rin1,Q5,Q3)和(Rin2,Q6,R4)構(gòu)成差動(dòng)分壓器橋。這樣，流過第一和第二晶體管Q1和Q2的基極的電壓只是輸入電壓Vin的一部分，這就抑制了該晶體管飽和的危險(xiǎn)性。通過將輸入電阻Rin1和Rin2的標(biāo)稱電阻值固定在幾十千歐，將簡(jiǎn)并電阻R1,R2,R3和R4的標(biāo)稱電阻值固定在一千歐的數(shù)量級(jí)，可以在不造成禁止的電壓降的情況下，獲得最優(yōu)化的線性關(guān)系。
第五和第六晶體管Q5和Q6的負(fù)載為電流源I1和I2。這能夠保證該晶體管的偏置，使其不依靠輸入電壓Vin而依靠該電壓的變化，這與當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)的情況不同。
最后，如果晶體管Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,M5和M6在本例中被表示為雙極晶體管的類型，那么，對(duì)于那些在本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯而易見，用MOS型的晶體管可以替代它們，其漏極組成轉(zhuǎn)移端，其源極組成參照端，其柵極組成偏置端。反過來，對(duì)于晶體管M1,M2,M3和M4也是一樣。
權(quán)利要求
1．具有用來接收輸入電壓的對(duì)稱輸入口，和用來發(fā)送輸出電壓的非對(duì)稱輸入口的轉(zhuǎn)換設(shè)備，它包括互電導(dǎo)模塊，該模塊具有一組成設(shè)備的輸入口的對(duì)稱輸入口，一個(gè)用來發(fā)送其數(shù)值與該輸入電壓相關(guān)聯(lián)的電流的輸出口，電阻模塊用來將互電導(dǎo)模塊的輸出電流轉(zhuǎn)換為以預(yù)定電位為基準(zhǔn)的電壓，該轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于該互電導(dǎo)模塊包括●第一和第二晶體管組成差動(dòng)對(duì)，每個(gè)晶體管分別具有參照端，偏置端和轉(zhuǎn)移端，偏置端組成設(shè)備的對(duì)稱輸入口，●減法器裝置具有兩個(gè)輸入口和一個(gè)輸出口，該輸入口用來接收由第一和第二晶體管的轉(zhuǎn)移端發(fā)出的，被稱為轉(zhuǎn)移電流的電流，該輸出口與互電導(dǎo)模塊的輸出口相連，用來發(fā)送代表轉(zhuǎn)移電流間的差別的電流。
2．權(quán)利要求1所要求的轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于該減法器裝置包括第一和第二電流鏡，每個(gè)電流鏡分別具有一個(gè)輸入支路，一個(gè)輸出支路和與第一電源端相連的參照端，第一和第二電流鏡的輸入支路與第一和第二晶體管的轉(zhuǎn)移端相連；第三電流鏡，其參照端與第二電源端相連，其輸入支路與第二電流鏡的輸出支路相連，第一和第三電流鏡的輸出支路與互電導(dǎo)模塊的輸出口連接在一起。
3．權(quán)利要求2所要求的轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于該電阻模塊包括被稱為輸出電阻的電阻，其第一端與互電導(dǎo)模塊的輸出口相連，其第二端構(gòu)成轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出口；為輸出電阻Rs的第一端設(shè)置預(yù)定電位的裝置。
4．權(quán)利要求3所要求的轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于，該為輸出電阻的第一端設(shè)置預(yù)定電位的裝置包括位于第一電源端VCC和設(shè)備輸出口之間的電流源；第三晶體管，其偏置端和轉(zhuǎn)移端分別與輸出電阻的第一端和第一電源端相連；第四晶體管，其偏置端與第三晶體管的參照端相連，其參照端與第二電源端相連，其轉(zhuǎn)移端與轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出口相連。
5．權(quán)利要求2到4中任一條所要求的轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于它包括，在第一和第二晶體管組成的差動(dòng)對(duì)和設(shè)備的對(duì)稱輸入口之間，插入由第五和第六晶體管組成的第二差動(dòng)對(duì)，它們的偏置端分別與第一和第二晶體管的偏置端相連，它們的轉(zhuǎn)移端與第一電源端通過負(fù)載相連，每個(gè)第五和第六晶體管的偏置端不僅與其轉(zhuǎn)移端相連，而且與輸入電阻的第一端相連，該輸入電阻的第二端構(gòu)成轉(zhuǎn)換設(shè)備的對(duì)稱輸入口。
6．一種無線電話，包括天線和濾波器系統(tǒng)，用來保證對(duì)無線信號(hào)的接收和在輸出口發(fā)送代表該信號(hào)的非對(duì)稱電壓信號(hào)，具有一與天線和濾波器系統(tǒng)的輸出口相連的輸入口，和一對(duì)稱輸出口的平衡變換器，具有一對(duì)稱輸出口和一個(gè)與平衡變換器的輸出口相連的對(duì)稱輸入口的放大器，具有一個(gè)對(duì)稱輸出口，與放大器的輸出口相連的第一對(duì)稱輸入口和用來接收來自本機(jī)振蕩器的電壓信號(hào)的第二對(duì)稱輸入口的混頻器，具有一對(duì)稱輸出口，和與混頻器的輸出口相連的對(duì)稱輸入口的解調(diào)器，該無線電話，其特征在于它進(jìn)一步包括權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所要求的轉(zhuǎn)換設(shè)備，其對(duì)稱輸入口與解調(diào)器的輸出口相連，其輸出口用來發(fā)送非對(duì)稱型的輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換設(shè)備CONV,該轉(zhuǎn)換設(shè)備具有一對(duì)稱輸入電壓Vin和一非對(duì)稱輸出電壓Vout,該設(shè)備包括用來產(chǎn)生其數(shù)值與該輸入電壓Vin相關(guān)聯(lián)的電流的互電導(dǎo)模塊TCM,和用來將電流轉(zhuǎn)換為以預(yù)定電位為基準(zhǔn)的電壓Vout的電阻模塊RM。依照本發(fā)明,互電導(dǎo)模塊TCM包括接收輸入電壓Vin的差動(dòng)對(duì)(Q1,Q2),和用來接收來自差動(dòng)對(duì)(Q1,Q2)的集電極電流,并發(fā)送表示該電流間差別的電流的減法器裝置SUB。本發(fā)明可應(yīng)用于無線電話內(nèi),集成電路和印刷電路間的接口。
文檔編號(hào)H03F3/343GK1216879SQ9811955
公開日1999年5月19日 申請(qǐng)日期1998年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月23日
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