专利名称：电子电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子电路，更准确地说涉及一种电平移动电路，而更准确地说涉及一种实现模拟信号电平移动的电路，例如，实现电流型的逻辑信号从电路的正线到电路的负线的电平移动。
JP-A-5-315936公开一种电平移动电路，其中输入信号加到第一NPN晶体管的基极上。所述第一晶体管的发射极与第二NPN晶体管的集电极连接，并通过电阻与第二NPN晶体管的基极连接。所述第二晶体管的基极通过第一电流源电路接地，而所述第二晶体管的发射极通过第二电流源电路接地，而且第二晶体管的发射极也用作电路输出。
JP-A-6-260925公开另一种电平移动电路，其中，接收微分输入电压的第一和第二输入端与第一和第二NPN晶体管的基极连接。这两个晶体管的集电极端连接在一起，并且发射极与接收微分输出电压的各自输出端连接。这些晶体管的发射极还通过各自的电阻与电流反射镜电路相应的部分连接。
本发明的目的是提供一种电平移动电路，在最佳实施例中所述电路能够保持单位微分信号增益，而且在最佳实施例中所述电路还可以提供一个与电源电压和输入共模电压无关的固定输出的共模电平。
发明概述根据本发明的最佳方面，第一和第二输入端分别经过第一和第四电阻而连接到第一和第二输出端。第一和第二输入端还分别经过第二和第三电阻而与基准节点相连接，在该基准节点上存在一个参考不同电源线定义的基准电压，根据所述电源线，所述各输入端以所述基准电压作为参考。第三和第四电阻具有相等的电阻值。提供用于通过第一和第四电阻器、从基准节点到电源线拉出电流的装置。这样选择产生这些电流的装置和四个电阻的电阻值，使得第一和第四电阻的两端的电压降相等。这样做的优点在于使输出电压与第二电压源线有关。
最好这样选择这些部件，使得在输入电压相等的平衡条件下，所有4个电阻两端的电压降相等。
因此，这样做的优点在于使电路从输入端到输出端具有单位增益。
图1是示意电路图，说明依照本发明的电路工作原理。
图2是另一个示意图，表示依照本发明的电路。
图3是另一个电路图，说明依照本发明的另一种电路。
图4表示图3的电路部件。
图5是说明本发明实施例的另一个电路图。
图6是说明本发明的另一个实施例的另一个电路图。
图7是说明本发明另一个实施例的另一个电路图。
图8是示出了本发明另一个实施例的电路图。
图9是示出了本发明具体的最佳实施例电路图。
最佳实施例说明图1说明了依照本发明的电平移动电路工作原理。以正电源作为基准的输入电压V1和V2分别加到第一和第二输入端2,4。第一输入端2通过电阻器6和产生电流I1的第一受控电流源8接地，或的第二受控电流源12与同一个负电源线连接。
低欧姆基准14也与负电源线连接，并在节点16设置了一个相对于低欧姆基准14的基准电压Vref，并进一步用来从节点16到负电源线产生电流。输入端2通过第三电阻18与节点16连接，而输入端4则通过第四电阻20与节点16连接。
第一输出端22与位于第一电阻6和第一电流源8之间的节点23连接，而第二输出端24与位于第二电阻10和第二电流源12之间的节点25连接。
通过选择合适的部件，由第一电流源8产生的电流I1、由第二电流源12产生的电流I2以及由低欧姆基准14产生的电流就可以进行选择，使它们之间具有已知的关系。例如，可以是已知的比值。结果，在输出端22、24上的输出电压就根据节点16上的基准电压Vref，因而就是根据负电源线来确定，并且在输出端22、24上的输出电压和在输入端2、4上的输入电压V1和V2之间也存在已知的关系。
图2是比图1稍微详细一点的版本，图中同样的标号用来表示相同的部件。在图2的电路中，第一和第二电阻6、10选择有相同的电阻值R，而第三个和第四个电阻18、20选择电阻值为2R，即电阻器6、10电阻的2倍。电流源8、12和基准电压源14被选择产生相等的电流，表示为Ia+Ib，其中Ia定义为通过第三电阻18的电流，而Ib定义为通过第四电阻20的电流。
在端点2上的输入电压要根据正电源电压确定，因为晶体管26的集电极直接或间接地与正电源线连接(未示出)、偏压Vbias与它的基极连接而它的发射极与端子2连接。类似地，晶体管28连接在正电源线(未示出)和第二输入端4之间，加到其基极的电压等于偏压Vbias+/-ΔV。加到输入端2、4的电压在各种情况中都与加到所连接的晶体管各自的基极上的电压相差基一发射极电压。只要这些选择相同，输入端2、4的电压将因此相差近似于+/-ΔV。
因此，正如图1所示电路，输出端22、24的输出电压将以基准电压Vref为中心，而这些输出电压Vout-和Vout+之间的差将为+/-ΔV。
所以，所述电路提供一个与共模输入电压和电源电压无关的从正线到负线的电平移动，并产生单位微分增益。
图3示出了一个与图1类似的电路，所述电路可用于提供一个单端输出。具有相同标号的部件象图1所示电路的部件一样具有相同功能，将不再说明。提供给微分放大器30的电路的输出是单端输出。因此，放大器30的一个输入端是由保持在基准电压Vref的节点16供电的，而另一个输入端则由用电阻10与电流源12连接的节点25供电。在所述节点上的电压V(32)由下式确定V(32)=Vref+1/2(V2-V1)这样，虽然所述电路有第一和第二输出端可用，供给放大器30的信号则是取自基准节点16和输出端23、25中的仅仅一个。
图4示出了在图1和图3示出的低欧姆基准点14的组成及其与电流源8、12的关系。在所述说明性例子中，电流源是基极连接在一起的NPN晶体管，以便使它们产生的电流与它们的发射极区的比值相等(在此情况下它们相等)。基准电压Vref也可由通过晶体管14两端的电压降设置。
图5示出了另一个依照本发明的低精度但可以满足多种目的的电路，例如，电流型逻辑数/模接口。同样，功能与图1、图2和图3示出的电路部件相同的所述电路的各部件具有相同的标号，这里不再说明。在图5所示的电路中，输入电压Vin+和Vin-分别加到NPN晶体管50、52的基极，它们的集电极都与电源线54连接。晶体管50的发射极与端点2连接，晶体管52的发射极与端点4连接。在本发明的实施例中，前面说明的电流源和电压基准是借助于三个匹配的NPN晶体管56、58、60和三个电阻62、64、66来提供的。晶体管56、58、60的各基极端子共同连接，并且各个晶体管都是匹配的。晶体管56的集电极与输出端22连接，晶体管60的集电极与输出端24连接，而晶体管58的集电极与基准电压节点16连接。而且，晶体管58的基极和集电极连接在一起。第一电阻62连接在晶体管56的发射极和接地之间，第二电阻64连接在晶体管58的发射极和接地之间，而第三电阻66连接在晶体管60的发射极和接地之间。电阻62、64和66都是匹配的，使得它们具有相同的电阻值。
因此，由于晶体管56、58、60的基极电压被限制为相同，并且这些晶体管的发射极通过相同的电阻与地连接，通过晶体管56、58、60的电流也相等。这样，如果通过电阻6和晶体管56的电流定义为I1，通过电阻18的电流定义为I2，通过电阻20的电流定义为I3，通过电阻10和晶体管60的电流定义为I4，则有I1=I2+I3=I4正如图2所示电路，如果通过晶体管56、58和60的电流相等，并且，电阻18、20的电阻值是电阻6、10的两倍，输入端2、4和输出端22、24之间的微分信号增益为1，而且输出信号就以节点16的基准电压为中心。在图5所示电路中，这就等于晶体管58的基极-发射极电压加上电阻64两端的电压降。所以，节点16的基准电压Vref可以通过选择电阻62、64、66的合适值设置。
因此，该电路能够实现电平移动，而且共模输出电平与共模输入电平无关。
将注意到，在图5示出的执行过程只使用了NPN晶体管，这就意味着所述装置特别适用于高频应用。然而，明显的是，执行过程能够使用PNP晶体管，或者使用CMOS晶体管，而不是双极晶体管，或者是BiCMOS，例如，从负电源线到正电源线移动。
图6示出了本发明另一个实施例电路图，在图中，同样，具有如图5所示电路部件相同功能的部件具有如图5中相同的标号。在图6所示电路中，电阻62、64和66被删除，以便使节点16的基准电压Vref等于晶体管58的基极-发射极电压。
而且，分别通过电阻6、10形成电流的晶体管68、70已换上了电压Vref等于晶体管58的基极-发射极电压。
而且，分别通过电阻6、10形成电流的晶体管68、70已换上了发射极区为晶体管58的两倍大的NPN晶体管。正如图5所示电路，由于晶体管58、68、70的基极-发射极电压保持相等，这就说，通过晶体管68、70的电流分别是通过晶体管58的电流的两倍。相应地，电阻18、20具有的电阻值为图5所示电路中的电阻18、20的电阻值的两倍，即四倍于电阻6、10的电阻值。因此，如果通过电阻6的电流记为I5，通过电阻18的电流记为I6，通过电阻20的电流记为I7，以及通过电阻20的电流记为I8，则有I6+I7=1/2I5=1/2I8然而，电阻6、10两端电压降的值仍相等，并且，鉴于改变了电阻值，电阻18、20两端的电压降之和仍然等于电阻6、10两端电压降之和。实际上，在平衡输入条件下，当输入电压相等时，所有四个电阻两端的电压降都相等。这就保证了电路仍然具有单位微分增益。
如果这样选晶体管58、68、70择，使得通过它们产生的各自的电流存在某种其它关系的话，可以按需要调整电阻6、10、18、20的电阻值、以便或者保持单位微分信号增益，或者达到所需要的微分信号增益。
因此，该电路能够实现电平移动，并且共模输出电平与共模输入电平无关。
图7示出依照本发明的另一个电路，在所述电路中，输出电压从负电源线移动到正电源线，而不是象前述实施例中示出的情况从正电源线移动到负电源线。这样，在图7所示电路中，输入电压V1和V2分别加到输入PNP晶体管80、82的基极，它们的集电极与负电源线连接。晶体管80的发射极通过电阻84和电流源86与正电源线88连接，而晶体管82的发射极通过电阻90和电流源92与正电源线连接。而且，通过基准电压源和电流源96在节点94上设正如图2所示实施例中，例如，如果Ic是通过电阻96的电流，而Id是通过电阻98的电流，则电流源86、92、96都将产生相等的电流(Ic+Id)。
因此，所述电路与图2所示电路有相似特性，其中，它提供一个以可设置的基准电压为中心、并且具有单位微分信号增益的输出电压，但是，在此情况下，当输入电压与负电源线有关，而不是如图2所示的相反情形时，输出电压就与正电源线有关。
图8是依照本发明的另一个电路的电路图。正如前面的电路一样，所述电路要将输入信号电平从正电源线移动到负电源线。图8所示电路是以图5所示电路为基础的，但是，包含了各种可在相应环境中执行的可选择修改内容。
具体地说，所述电路包含与电阻6并联的第一电容104，以及与电阻10并联的第二电容106。这些电容改善了装置的高频性能，并改善了装置对输入信号电平变化的瞬态响应。电容的相应电容值可以根据要求的性能进行选择。
同样，NPN晶体管108的集电极与正电源线54连接，其基极与节点16连接，发射极与晶体管56、58、60的基极连接。其作用在于通过晶体管108的基极-发射极电压来增大节点16上的基准电压。在某些电路中，这可能需要为电流源114提供足够的空间。而且，晶体管108就相当于一个提高电路精度的β助手。
电平移动电路的输出端22、24的输出电压Vout+和Vout-分别加到晶体管110和112的基极，这些晶体管的发射极通过电流源114与负电源线共同连接。然后，所要求的微分输出电流就出现在这两个晶体管的集电极116、118上。
图9示出了以图8所示电路为基础的依照本发明的另一个电路。但是，其中包含了其它选择性修改，在图中，对于与图8所示电路中的相应部件具有相同功能的部件，将采用同样的标号来表示，在此不再说明。
在图9所示电路中，电流源120连接在晶体管108的发射极和负电源线之间，它将通过确定晶体管108的基极-发射极电压改变节点16的基准电压。电流源可有效地设置，使其产生的电流与由电流源126产生的电流存在一固定的比值，并确定所选择的电路温度系数。
此外，为了减小加到电路输出侧晶体管的负载电流，分别在端子22、24上的电平移动电路的输出电压Vout+和Vout-加到达林顿配置NPN晶体管122、124各自的基极，这些晶体管的集电极与正电源线54连接。晶体管122的发射极通过电流源126与负电源线连接，并与NPN晶体管128的基极连接。晶体管124的发射极通过电流源130与负电源线连接，并与NPN晶体管132的基极连接。晶体管128、132的发射极通过电流源134与负电源线连接，并且，它们各自的集电极分别形成微分输出端136、138。
这样，公开了一种电路，它提供输入信号的从一个电压源线到相反的电源线的电平移动，并且在有利的实施例中，提供与电源电压和输入的共模电压无关的具有可控共模输出电平的单位微分信号增益。
权利要求
1．一种具有第一和第二电压源线的电平移动电路，所述电路包括(a)第一输入端，它连接成接受相对于所述第一电压源线的第一输入电压；(b)第二输入端，它连接成接受相对于所述第一电压源线的第二输入电压；(c)第一和第二电阻，其中每一个具有各自的第一和第二端子，所述第一端子中的每一个连接到所述第一输入端子；(d)第三和第四电阻，其中每一个具有各自的第一和第二端子，所述第一端子中的每一个连接到所述第二输入端子；所述第二和第三电阻具有相等电阻值；所述第一电阻的所述第二端子连接到第一输出端；所述第四电阻的所述第二端子连接到第二输出端；以及所述第二和第三电阻各自的第二端子一起连接在基准节点；(e)第一电流源，连接成通过所述第一电阻产生电流；(f)第二电流源，连接成通过所述第四电阻产生电流；以及(g)第三电流源，连接成通过所述第二和第三电阻以及所述基准点产生电流，并且在所述基准点设置相对于所述第二电压源线的基准电压；其中，这样选择所述第一和第四电阻以及所述第一和第三电流源，使得所述第一和第四电阻两端的所述电压降相等。
2．权利要求1的电平移动电路，其特征在于这样选择所述第一、第二、第三和第四电阻以及第一、第二和第三电流源，使得在所述第一和第二输入电压相等、因而通过所述第二和第三电阻的电流也相等的平衡条件下，所述第三和第三电阻两端的所述电压降各自与所述第一和第四电阻两端的所述电压降相等。
3．权利要求1或2的电平移动电路，其特征在于由所述第一、第二、第三电流源产生的电流相等，所述第一和第四电阻具有相等的电阻值，以及所述第二和第三电阻具有相等的电阻值，后者是所述第和第四电阻的电阻值的两倍。
4．权利要求1的电平移动电路，其特征在于所述第一、第二和第三电流源包括各自的第一、第二和第三晶体管，所述晶体管中的每一个具有各自的控制端子和电流通路，以及所述第一、第二和第三晶体管连接成在它们各自的控制端子上接受相同的电压。
5．权利要求4的电平移动电路，其特征在于所述第一、第二和第三晶体管是NPN晶体管。
6．权利要求4的电平移动电路，其特征在于所述第一、第二和第三电流源产生的电流分别由所述第一、第二和第三晶体管的发射极区确定。
7．权利要求4的电平移动电路，其特征在于还包括分别与所述第一、第二和第三晶体管串联的第五、第六和第七电阻，所述第五、第六和第七电阻具有相等的电阻值。
8．权利要求1的电平移动电路，其特征在于包括第四和第五NPN晶体管，它们中的每一个具有基极、集电极和发射极，其中，所述第四和第五晶体管的所述集电极端子与所述第一电压源线连接，所述第四和第五晶体管的所述基极端子连接成分别接收所述第一和第二输入电压，而所述第四和第五晶体管的所述发射极端子分别连接到所述第一和第二输入端子。
全文摘要
本发明涉及一种电子电路,以及在具体的实施例中,涉及一种电平移动电路,该电路具有与输入共模电压无关的输出共模电压,还具有单位微分信号增益。电路接收以第一电压源线为基准的第一和第二输入电压,并且包含均与第一输入端(2)连接的第一和第二电阻(6,8),以及均与第二输入端(4)连接的第三和第四电阻(20,10),第二和第三电阻(18,20)具有相等的电阻值。第一电阻(6)也与第一输出端(23)连接,第四电阻(10)也与第二输出端(24)连接,而第二和第三电阻(18,20)也与基准点(16)连接在一起。第一电流源(8)形成通过第一电阻(6)的电流(i1),第二电流源(12)形成通过第四电阻(10)的电流(i2),并且第三电流源(14)形成通过第二和第三电阻(18,20)以及基准节点(16)的电流,并在基准节点上设置以第二电压源线为基准的基准电压(Vref)。这样选择第一和第四电阻(6,10)以及第一和第三电流源(8,14),使得第一和第四电阻(6,18)两端的电压降相等。
文档编号H03K19/018GK1325564SQ99813030
公开日2001年12月5日 申请日期1999年9月1日 优先权日1998年9月3日
发明者R·A·菲利皮, J·汤普逊 申请人:艾利森电话股份有限公司