專利名稱：輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輸出數(shù)字信號(hào)的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路及一種用于使輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路運(yùn)作的方法。
目前已公開(kāi)了許多種用于數(shù)字邏輯電路的和用于開(kāi)關(guān)電路之間的數(shù)字信號(hào)交換的方案。以往的方案是DTL(二極管晶體管邏輯)、TTL(晶體管晶體管邏輯)和ECL(發(fā)射極耦合邏輯)，這些方案用于數(shù)字邏輯電路并且也用于電路之間的或印刷電路板之間的信號(hào)交換。
為以高的數(shù)據(jù)傳送率傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的方案，在用一對(duì)信號(hào)傳輸線的情況下，優(yōu)選地采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)差分傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)差分接收。DPECL(差分正發(fā)射極耦合邏輯)、LVDS(低壓差分信號(hào)傳輸)和GLVDS(接地低壓差分信號(hào)傳輸)是采用差分信號(hào)傳輸?shù)男盘?hào)傳輸方案的例子。差分信號(hào)傳輸可使一對(duì)信號(hào)傳輸線上的差分電壓保持低，因?yàn)橛捎诓罘址桨?，沿一條使發(fā)送器與接收器連接的地線的干擾電壓降對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量不起負(fù)面影響。低的、差分的信號(hào)電壓又使經(jīng)由具有低阻抗的傳輸線被傳輸?shù)墓β时３衷诤侠淼慕缦拗畠?nèi)。
隨著數(shù)字電路的復(fù)雜性的不斷增加，加上集成度的快速提高，開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)的功率效率變得越來(lái)越重要。就為損耗功率密度(單位面積的損耗功率)規(guī)定的極限值而言，每個(gè)開(kāi)關(guān)電路元件的最大允許損耗功率越低，則集成密度越高。反過(guò)來(lái)說(shuō)，一個(gè)專用的元件的損耗功率越大，則該元件在半導(dǎo)體芯片上所占用的面積越大。
當(dāng)設(shè)計(jì)具有低阻抗的輸出緩沖級(jí)，并且所設(shè)計(jì)的輸出緩沖級(jí)在一個(gè)其供電電壓高于輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的輸出接頭上的差分電壓幅度的系統(tǒng)環(huán)境中工作時(shí)，損耗功率就尤其成為問(wèn)題。在這種情況下，較高的、被緩沖開(kāi)關(guān)電路輸出的電流在緩沖器輸出級(jí)中產(chǎn)生大的損耗功率。
所有的上述差分信號(hào)傳輸方案均是在相對(duì)于地為固定的額定電壓時(shí)工作。每條線均以被稱為低壓電平和高壓電平的兩個(gè)電壓電平工作。譬如DPECL以一個(gè)3.3伏的低壓電平和一個(gè)4.1伏的高壓電平工作。而另一方面LVDS有一個(gè)1.6伏的低壓電平和一個(gè)1.4伏的高壓電平。GLVDS以接近于地電位的信號(hào)電平工作，譬如0伏和0.2伏工作或相對(duì)于地幾乎對(duì)稱地以大約0.2伏的幅度工作。
在考慮所有的、目前可提供的、差分的信號(hào)傳輸方案的情況下，信號(hào)傳輸電壓的伸展范圍為略小于零伏至大于4伏。作為結(jié)果，遵照一個(gè)差分的信號(hào)傳輸方案的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路與一個(gè)屬于一個(gè)另外的、不同的信號(hào)傳輸方案的輸入端相連是不可能的。按此，電路的綜合設(shè)計(jì)或者是必須遵循一個(gè)專門(mén)的信號(hào)傳輸方案，或者是必須接入用于在不同的信號(hào)傳輸電平之間進(jìn)行變換的裝置。第一方案的缺點(diǎn)在于，在未來(lái)的開(kāi)發(fā)中，缺少靈活性，而后一方案要求附加的占地和附加的功率，而對(duì)系統(tǒng)的核心功能又無(wú)益處。
本發(fā)明的目標(biāo)在于解決上述問(wèn)題。發(fā)明的任務(wù)在于提供一種功率效率高的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，及一種用于使該輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路運(yùn)作的方法，該電路和該方法適于以高的數(shù)據(jù)傳輸率驅(qū)動(dòng)具有低阻抗的傳輸線，并且能在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上實(shí)施節(jié)省占地面積的元件設(shè)置。
本發(fā)明的另一任務(wù)在于提供一種輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，該開(kāi)關(guān)電路在不犧牲功率效率或在芯片表面上無(wú)需占用附加空間的情況下，適于與許多具有不同的電壓電平的、不同的信號(hào)傳輸方案協(xié)同運(yùn)行。
解決以上任務(wù)的技術(shù)方案在于權(quán)利要求1所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路和權(quán)利要求28所述的、用于使輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路運(yùn)作的方法。
本發(fā)明的用于輸出數(shù)字信號(hào)的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路包括一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載，譬如一條低阻抗的、對(duì)稱的傳輸線或兩條低阻抗的、非對(duì)稱的傳輸線的放大器段，并且還包括一個(gè)用于對(duì)放大器段供電的供電裝置段。該供電裝置段包括一對(duì)用于連接一個(gè)電壓源的輸入接頭和一對(duì)用于連接放大器段的輸出接頭、用于暫時(shí)存儲(chǔ)能量的電抗裝置、和開(kāi)關(guān)裝置，這些開(kāi)關(guān)裝置適合于規(guī)定一個(gè)充電階段和一個(gè)放電階段，在充電階段中，能量從電源被充入電抗裝置中，在放電階段中，存儲(chǔ)在電抗裝置中的能量的至少一部分被放入輸出接頭中。
按照本發(fā)明，用于使具有一個(gè)放大器段和一個(gè)包括輸入接頭、用于暫時(shí)存儲(chǔ)能量的電抗裝置及與放大器段相連的輸出接頭的供電裝置段的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行的方法包括如下步驟-輸入接頭與一個(gè)電壓源連接；-電抗裝置與輸入接頭連接，以便把能量充入電抗裝置；-電抗裝置與輸出接頭連接，以便把能量的至少一部分放入放大器段中。
按照本發(fā)明，在充電階段一個(gè)電抗裝置，譬如一個(gè)電感或一個(gè)電容，從電壓源接收能量并在放電階段把該能量轉(zhuǎn)移到放大器段上。通過(guò)相宜地調(diào)整充電階段的持續(xù)時(shí)間和放電階段的持續(xù)時(shí)間，可在沒(méi)有大量功率損耗，并且因此沒(méi)有產(chǎn)生大量熱能的情況下，為放大器段提供適于功率效率高的運(yùn)作的供電電壓。這所以可能的原因在于，相對(duì)于放電階段的持續(xù)時(shí)間相宜地調(diào)整充電階段的持續(xù)時(shí)間為如下情況提供了可能性，即恰好正常運(yùn)行所需的、如此多的功率被傳輸給放大器段，而在供電裝置段中或在放大器段中不會(huì)消耗過(guò)量的功率。
按照本發(fā)明的一個(gè)特殊的實(shí)施例，適合于規(guī)定一個(gè)充電階段和一個(gè)放電階段的開(kāi)關(guān)裝置包括一個(gè)用于實(shí)施充電階段的第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)設(shè)在一對(duì)輸入接頭中的一個(gè)輸入接頭和電抗裝置的第一接頭之間。此外，開(kāi)關(guān)裝置還包括一個(gè)用于實(shí)施放電階段的第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)設(shè)在電抗裝置的第一接頭和一對(duì)輸出接頭中的一個(gè)輸出接頭之間。電抗裝置的第二接頭與一對(duì)輸出接頭中的另一輸出接頭相連。據(jù)此，第一開(kāi)關(guān)在充電階段建立一個(gè)回路，該回路包括與供電裝置段的輸入接頭相連的電壓源和電抗裝置。該回路也可包括以放大器段為表現(xiàn)形式的負(fù)載。在放電階段，第二開(kāi)關(guān)建立一個(gè)回路，該回路包括電抗裝置和負(fù)載。該實(shí)施例優(yōu)選地用于LVDS(低壓差分信號(hào)傳輸)、GLVDS(接地低壓差分信號(hào)傳輸和DPECL)(差分正發(fā)射極耦合邏輯)。
按照本發(fā)明的另一特殊的實(shí)施例，適合于分別規(guī)定充電階段和放電階段的開(kāi)關(guān)裝置用于既在充電階段又在放電階段使供電裝置段的兩個(gè)輸入接頭與供電裝置段的兩個(gè)輸出接頭分離。據(jù)此，供電裝置段的輸出接頭上的電壓相對(duì)于供電裝置段的輸入接頭上的電壓“浮動(dòng)”。在該實(shí)施例中，“浮動(dòng)”意味著，被加到供電裝置段的兩個(gè)輸入接頭之一和兩個(gè)輸出接頭之一上的電壓不產(chǎn)生由相應(yīng)的輸入接頭向相應(yīng)的輸出接頭流動(dòng)的電流。換言之，供電裝置段的運(yùn)作與施加這些電壓無(wú)關(guān)。供電裝置段的該特性使如下情況成為可能，既在無(wú)需修改輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路情況下，驅(qū)動(dòng)很多種屬于不同的信號(hào)傳輸方案的輸入級(jí)。放大器輸出端的相對(duì)于一個(gè)任意的基準(zhǔn)點(diǎn)的，譬如相對(duì)于供電裝置段的兩個(gè)輸入接頭之一的共模電壓電平，在對(duì)供電裝置段的或放大器段的運(yùn)作沒(méi)有負(fù)面影響的情況下，可完全由與放大器段的輸出端相連的輸入級(jí)確定。這使在無(wú)需耗電和占地的電平變換的情況下靈活地組合不同的信號(hào)傳輸方案成為可能。
放大器段優(yōu)選具有可提供大的共模工作范圍的差分輸入端。需要時(shí)，這些差分的輸入端可被一個(gè)前置放大級(jí)驅(qū)動(dòng)，該前置放大級(jí)不是被上述的、“浮動(dòng)的”供電裝置段供電的，而是被一個(gè)具有此系統(tǒng)接地為基準(zhǔn)的供電裝置供電的。該前置放大級(jí)則可用作在以地為基準(zhǔn)的單線信號(hào)傳輸和浮動(dòng)的放大器段之間的接口，其中，浮動(dòng)的放大器段輸出浮動(dòng)的、差分信號(hào)，即輸出原則上相對(duì)于地具有一個(gè)任意的共模電壓電平的差分信號(hào)。
為許多個(gè)不同的放大器段和信號(hào)信道設(shè)置一個(gè)供電裝置段是有利的。此外，該供電裝置段和一個(gè)放大器段或多個(gè)放大器段可設(shè)在集成電路的同一個(gè)襯底上，即可是集成地形成一個(gè)單個(gè)的、集成的電路。
下面借助附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。附圖所示為

圖1本發(fā)明的一個(gè)輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的方框圖，圖2a至2c第一個(gè)實(shí)施例及其派生形式中的一個(gè)輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的供電裝置段的基本工作原理示意圖，圖3時(shí)間(矢量)圖，圖4本發(fā)明的一個(gè)輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的放大器段的基本結(jié)構(gòu)示意圖，圖5本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的供電裝置段，圖6本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)GLVDS(接地的低壓差分信號(hào)傳輸)輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的供電裝置段，圖7用于說(shuō)明供電裝置段和放大器之間的連接的方框圖。
圖8本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的供電裝置段，圖9本發(fā)明的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的緩沖放大器段的一個(gè)實(shí)施例，圖10在第一至第三個(gè)實(shí)施例中，用于控制供電裝置段開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制裝置的一個(gè)實(shí)施例，圖11在第四個(gè)實(shí)施例中，用于控制供電裝置段開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制裝置的一個(gè)實(shí)施例，圖12一個(gè)用于分別說(shuō)明圖2a至2c、4、6和8所示的開(kāi)關(guān)的運(yùn)作的表。
圖1示出了本發(fā)明的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的概括性框圖。該輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路10包括一個(gè)具有一個(gè)前置放大器段12-1和一個(gè)放大器段12-2的放大器12。前置放大器段12-1的輸入端7接收一個(gè)經(jīng)由傳輸線9輸往一個(gè)簡(jiǎn)略地以標(biāo)號(hào)RT1、RT2和UC表示的輸入緩沖器的輸入信號(hào)Usignal。圖中所示的傳輸線9代表一條對(duì)稱的傳輸線或一對(duì)非對(duì)稱的傳輸線的信號(hào)線。下面，概念“傳輸線“被用于一條對(duì)稱的傳輸線，譬如扭絞線對(duì)，或用于兩條非對(duì)稱的傳輸線，譬如兩條具有接地屏蔽的同心線。下面，這兩種抉擇一般都可用于傳輸差分信號(hào)。傳輸線9與放大器段12-2的差分輸出端5和6相連，這些輸出端5和6形成輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路10的輸出接頭。傳輸線9按規(guī)定通過(guò)輸入級(jí)被閉合，則輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路“看到”的特性阻抗是ZL。UC是一個(gè)示意地表示傳輸線9上的共模電壓電平的電壓源。該電壓源可設(shè)在輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路10側(cè)或如圖所示，設(shè)在輸入開(kāi)關(guān)電路側(cè)，這要取決于，是輸出緩沖器，還是輸入緩沖器決定了共模電壓電平。該電壓源可以是零伏(短路)或可以是根本不存在的。下面借助相應(yīng)的實(shí)施例，對(duì)可用這些情況中的那種情況加以討論。
標(biāo)號(hào)11表示為放大器段12～2供電的供電裝置段。供電裝置段11包括一對(duì)輸入接頭1、2，這對(duì)輸入接頭與一個(gè)(圖中未示出的)提供供電電壓VCC的電壓源相連。此外，該供電裝置段11還具有與放大器段12-2相連的輸出接頭3、4。放大器段12-2被供電裝置段11的輸出接頭3、4供電并據(jù)此形成一個(gè)經(jīng)由供電裝置段11的輸出接頭3、4接通的負(fù)載。前置放大器段12-1接收一個(gè)具有以接地2為基準(zhǔn)的供電電壓。據(jù)此，前置放大器段12-1可在具有以接地為基準(zhǔn)的單線信號(hào)傳輸和差分的信號(hào)傳輸之間進(jìn)行變換。在無(wú)需在單線信號(hào)傳輸和差分的信號(hào)傳輸之間進(jìn)行變換的情況下，當(dāng)然可省略前置放大器12-1。譬如，當(dāng)輸入信號(hào)Usignal是一個(gè)差分的雙線輸入信號(hào)時(shí)，就可省略前置放大器12-1。
在運(yùn)行中，放大器段12-2以相當(dāng)于輸入信號(hào)Usignal的差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)低阻抗的傳輸線ZL。為使經(jīng)由傳輸線9傳輸?shù)墓β时３直M可能的低，差分的輸出信號(hào)的幅度，即輸出接頭5和6上的電壓幅度恰恰如可靠地傳輸數(shù)據(jù)所需的那么高。輸出接頭5和6上的差分電壓幅度的典型值在100mV和500mV之間的范圍內(nèi)。
在理想的情況下，供電裝置段提供給放大器段12-2的輸出級(jí)的功率不多于饋入傳輸線9內(nèi)的功率。據(jù)此，可避免在放大器段12-2的輸出級(jí)內(nèi)的不必要的損耗功率，并可保持小的輸出級(jí)。當(dāng)然，取決于用在放大器段12-2的輸出級(jí)中的半導(dǎo)體信號(hào)開(kāi)關(guān)的類型，實(shí)際的輸出級(jí)結(jié)構(gòu)將有某一最低量的功率轉(zhuǎn)換成熱。在輸出級(jí)要求設(shè)有源阻抗匹配裝置的條件下，情況也是如此。而按照本發(fā)明，驅(qū)動(dòng)傳輸線9的放大器段12-2無(wú)需負(fù)責(zé)限定傳輸?shù)墓β?，而是可如此設(shè)計(jì)，即一次性地確定傳輸?shù)碾娦盘?hào)的符號(hào)，功率限定則在供電裝置段11中進(jìn)行。供電裝置段11又不必需對(duì)信號(hào)傳輸負(fù)責(zé)并可按最高效率設(shè)計(jì)。
圖2a示出了一個(gè)用于說(shuō)明本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中的供電裝置段11的基本工作原理的簡(jiǎn)圖。
該簡(jiǎn)圖包括一個(gè)用作暫時(shí)存儲(chǔ)能量的裝置的電感L并且還包括開(kāi)關(guān)SW1和SW2，這些開(kāi)關(guān)用于控制把能量從一個(gè)(圖中未示出的)與接頭1和2相連的電源充入電感L并用于控制把存儲(chǔ)在電感L中的能量放入與接頭3和4相連的、通過(guò)一個(gè)電阻R示意表示的放大器段12-2中。在該實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)SW1設(shè)在電感L和提供供電電壓VCC的電源接頭1之間并控制充電階段，而開(kāi)關(guān)SW2控制放電階段。
為此，在該實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)SW2設(shè)在另一電源接頭2和電感L的那個(gè)與開(kāi)關(guān)SW1相連的接頭之間?？稍O(shè)有一個(gè)電容C，用以使供給負(fù)載R的電壓變平滑。一個(gè)二極管D是可經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW2接通的，以便用作自振蕩二極管，或可取代開(kāi)關(guān)SW2，以便自己起到開(kāi)關(guān)作用。無(wú)論是二極管D還是電容C均是有利的。但對(duì)該開(kāi)關(guān)電路的基本運(yùn)作不是必需的。
為了說(shuō)明圖2a所示開(kāi)關(guān)電路的基本運(yùn)作，圖3示出了一個(gè)時(shí)間(矢量)圖。該時(shí)間圖示出了一個(gè)表示充電階段的第一階段A和一個(gè)放電階段B之間的交替情況，在第一階段A中，存儲(chǔ)在電感L中的能量被增大，而在放電階段B中，存儲(chǔ)在電感L中的能量被放入放大器段12-2中。Ta表示充電階段A的持續(xù)時(shí)間，tb表示放電階段B的持續(xù)時(shí)間。
開(kāi)關(guān)SW1和SW2的狀態(tài)取決于階段A和B。在充電階段A中，開(kāi)關(guān)SW1處于導(dǎo)通狀態(tài)，而開(kāi)關(guān)SW2處于不導(dǎo)通狀態(tài)。在該階段中，在電感L和負(fù)載R的串聯(lián)電路上出現(xiàn)加在電源輸入接頭1和2之間的供電電壓VCC，這產(chǎn)生一個(gè)電流I，該電流I從電源輸入接頭1經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)SW1、電感L流往輸出接頭4，通過(guò)由R表示的放大器段12-2，通過(guò)輸出接頭3流回到電源輸入接頭2。在該充電階段A中，從電壓源提供到接頭1和2上的功率有一部分用以供給負(fù)載R有一部分用以增大存儲(chǔ)在電感L中的能量。假如元件是理想的，則在該充電階段沒(méi)有功率損耗。
為了結(jié)束充電階段A，在持續(xù)時(shí)間ta結(jié)束后，開(kāi)關(guān)SW1轉(zhuǎn)入不導(dǎo)通狀態(tài)并且為了開(kāi)始放電階段B，開(kāi)關(guān)SW2轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在該放電階段中，電流I繼續(xù)通過(guò)電感L。通過(guò)負(fù)載R并通過(guò)開(kāi)關(guān)SW2流回到電感L。在該階段中，電感L把至少一部分在階段A中積累的能量放入負(fù)載R并據(jù)此把功率提供給放大器段12-2。假如元件是理想的，則在該放電階段中也沒(méi)有功率損耗。此外，在已進(jìn)入振蕩的狀態(tài)下，在充電階段A中流入電感中的能量相當(dāng)于在放電階段B中放入負(fù)載R中的能量。同樣相對(duì)于充電階段和放電階段的整個(gè)持續(xù)時(shí)間ta+tb，充電階段的持續(xù)時(shí)間越短，則從電壓源VCC經(jīng)由輸入接頭1和2傳輸至輸出接頭3和4及輸入負(fù)載R的能量越少。據(jù)此，通過(guò)相宜地調(diào)整填充系數(shù)ta/(ta+tb)，可調(diào)整流入負(fù)載R，即流入放大器段12-2的功率并且在供電裝置段11中沒(méi)有功率損耗。
為了避免電源接頭1和2之間的短路，開(kāi)關(guān)SW1和SW2的導(dǎo)通狀態(tài)最好不重疊。這會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)SW1和SW2的不導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間上的重疊。在該情況下，跨接在開(kāi)關(guān)SW2上的自振蕩二極管D接通受電感L作用形成電流I的回路。如果在該階段中可以容忍由于二極管上的正向電壓導(dǎo)致在二極管中出現(xiàn)功率損耗，則可以省略開(kāi)關(guān)SW2。開(kāi)關(guān)SW2的基本功能則被二極管D承擔(dān)。
圖2b示出了在圖2a中所示的供電裝置段11的一個(gè)第一派生形式，供電裝置段11在輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路應(yīng)產(chǎn)生剛好低于供電電壓電位VCC的低壓和高壓信號(hào)電平的情況下可有利地被應(yīng)用。該派生形式的特征和功能與圖2a所示的實(shí)施例的相同，區(qū)別之處僅在于，圖2b所示的電路的接頭1與地相連，接頭2與VCC相連并且在存在二極管D的情況下，該二極管D是被翻轉(zhuǎn)的。據(jù)此，接頭3相對(duì)于地具有VCC電位，而接頭4相對(duì)于地具有一個(gè)比VCC低負(fù)載R上的電壓的電位。
圖2c示出了在圖2a中所示的供電裝置段11的第二派生形式，該供電裝置段11在輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路應(yīng)產(chǎn)生剛好高于供電電壓電位VCC的低壓和高壓信號(hào)電平的情況下可有利地被應(yīng)用。該派生形式的特征和功能與圖2a所示的實(shí)施例相同，區(qū)別之處僅在于，圖2c所示的開(kāi)關(guān)電路的接頭1與地相連，接頭2與VCC相連，并且在存在二極管D的情況下，二極管D是翻轉(zhuǎn)的。此外，輸入接頭2不是直接與接頭3相連，而是直接與接頭4相連，據(jù)此，在充電階段A中，加在電源接頭1和2上的全部供電電壓VCC出現(xiàn)在電感L上。在該充電階段A中，電容C用于負(fù)載R上的電壓。按照該派生形式，輸出接頭4具有VCC電位，而接頭3比接頭4的電位高負(fù)載R上的電壓。該派生形式譬如特別適于驅(qū)動(dòng)一個(gè)符合5伏DPECL標(biāo)準(zhǔn)的接收器，其中，輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路以其值為3.3伏的供電電壓VCC工作。
圖4示出了一個(gè)用于說(shuō)明本發(fā)明的放大器段12-2的一個(gè)實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。該放大器段12-2包括與供電裝置段11相連的電源接頭3和4并且還包括譬如經(jīng)由一條傳輸線9與一個(gè)終端電阻RT相連的信號(hào)輸出接頭5和6。此外，放大器段12-2還包括一個(gè)與信號(hào)輸出接頭5相連的切換開(kāi)關(guān)TS1和一個(gè)與信號(hào)輸出接頭6相連的切換開(kāi)關(guān)TS2，以便使信號(hào)輸出接頭5和6交替地與供電裝置段11相連的電源輸出接頭3、4中的一個(gè)相應(yīng)的電源輸出接頭相連。阻抗ZS1至ZS4代表支路阻抗，這些支路阻抗設(shè)在相應(yīng)的切換開(kāi)關(guān)和供電裝置段11的相應(yīng)的輸出接頭3、4之間。如圖中的虛線所示，切換開(kāi)關(guān)TS1和TS2的位置按照待傳輸至一個(gè)圖中未示出的接收器的輸入信號(hào)Usignal被確定。根據(jù)信號(hào)Usignal的邏輯電平，切換開(kāi)關(guān)TS1和TS2的任務(wù)在于使信號(hào)輸出接頭5與供電裝置段11的接頭4連接并使信號(hào)輸出接頭6與供電裝置段11的接頭3連接或反之。支路阻抗ZS1至ZS4可具有很低的值，這些值只被用于實(shí)現(xiàn)切換開(kāi)關(guān)TS1和TS2的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)比如MOSFET的輸入電阻EIN-Widerstand確定。在需要的情況下，這些支路阻抗ZS1至ZS4的值可被增大，以便提供與輸出接頭5和6相連的傳輸線9相匹配的源阻抗。在該情況下，為了恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)對(duì)源阻抗的匹配，如譬如在圖2a中所示，具有一個(gè)經(jīng)由電源接頭3和4接通的電容是有利的。
如果一個(gè)支路的支路阻抗與另一支路的相應(yīng)的支路阻抗同樣大，則有一點(diǎn)是明確的，即在與輸入信號(hào)Usignal的邏輯電平無(wú)關(guān)的情況下，放大器段12-2起經(jīng)由供電裝置段11的輸出接頭3和4接通的負(fù)載電阻R的作用。R的值等于經(jīng)由信號(hào)輸出接頭5和6接通的阻抗的總和，即上部的支路阻抗ZS1或ZS2與下部的支路阻抗ZS3或ZS4之和。如果支路阻抗ZS1至ZS4是零或近似于零，則全部的、從供電裝置段11提供到放大器段12-2上的功率被輸出到與輸出接頭5和6相連的傳輸線9上。據(jù)此，在放大器段12-2中的損耗功率可被保持最小，并且同時(shí)，通過(guò)相宜地調(diào)整經(jīng)由接頭3和4從供電裝置段11提供的功率，可使經(jīng)由低阻抗的傳輸線9傳輸?shù)墓β释ㄟ^(guò)具有高的效率和極小的損耗功率的供電裝置段11受到控制。
圖5示出了用于把數(shù)字信號(hào)傳輸給一個(gè)符合LVDS標(biāo)準(zhǔn)的接收器的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路的供電裝置段11的第二個(gè)實(shí)施例。按照該標(biāo)準(zhǔn)，輸出緩沖器10確定與輸出緩沖器10的信號(hào)輸出接頭5和6相連的傳輸線9上的共模電平VC。在圖1中用電阻RT1和RT2示意表示的接收器不提供共模電壓電平UC。換言之，符合LVDS標(biāo)準(zhǔn)的接收器不包括在圖1中所示的電壓源UC。按照該標(biāo)準(zhǔn)，接收所期待的是，傳輸線9的相應(yīng)的信號(hào)線上的電壓均在規(guī)定的區(qū)間之內(nèi)，其中，規(guī)定的區(qū)間內(nèi)的所有的電壓值相對(duì)于地均是正的。
圖5所示的供電裝置段11向與供電裝置段11的輸出接頭3和4相連的放大器段12-2提供功率，并且此外還提供與放大器段12-2的信號(hào)輸出接頭5和6相連的傳輸線9上的相宜的共模電壓電平。
與供電裝置11的第一個(gè)實(shí)施例相似，供電裝置段11的第二個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)用作用于暫時(shí)存儲(chǔ)能量的裝置的電感L。此外，還設(shè)有開(kāi)關(guān)SW1和SW2，這兩個(gè)開(kāi)關(guān)用于控制把能量從一個(gè)圖中未示出的、與接頭1和2相連的電源充入電感L并用于控制把存儲(chǔ)在電感L中的能量放入與接頭3和4相連的并用一個(gè)電阻R示意表示的放大器段12-2。與供電裝置段11的第一個(gè)實(shí)施例相似，開(kāi)關(guān)SW1設(shè)在電感L和提供供電電壓VCC的電源接頭1之間并控制充電階段，而開(kāi)關(guān)SW2控制放電階段。
在該實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)SW2設(shè)在一個(gè)補(bǔ)償電壓源Voff的第一接頭和電感L的那個(gè)與開(kāi)關(guān)SW1相連的接頭之間。補(bǔ)償電壓源Voff的第二接頭與與地(GND)相連的電源接頭2相連。接頭4與電感L的另一端相連，而接頭3與補(bǔ)償電壓源Voff的前述第一接頭相連。一個(gè)二極管D是可經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW2接通的，以便起自振蕩二極管作用或者可取代開(kāi)關(guān)SW2，以便自己起開(kāi)關(guān)作用。為了平滑接頭4和地之間的電壓，一個(gè)電容C1可設(shè)在電源接頭4和地之間。為了平滑接頭3和地之間的電壓，一個(gè)電容C2可設(shè)在接頭3和地之間。電容C1、C2和二極管D是有益的，但對(duì)該開(kāi)關(guān)電路的基本運(yùn)作卻不是必需的。就選擇的二極管D的功能而言，適合于圖2a所示的實(shí)施例的考慮也同樣適合于該第二實(shí)施例。
參照?qǐng)D3所示的時(shí)間(矢量)圖，開(kāi)關(guān)SW1在充電階段A中處于導(dǎo)通狀態(tài)，而開(kāi)關(guān)SW2處于不導(dǎo)通狀態(tài)。在充電階段A中，經(jīng)由電源接頭1和2接通的供電電壓VCC出現(xiàn)在電感L、負(fù)載R和補(bǔ)償電壓源Voff的串聯(lián)電路上，并產(chǎn)生電流I，該電流I從電源輸入接頭1經(jīng)開(kāi)關(guān)SW1、電感L流往輸出接頭4，通過(guò)由R表示的放大器段12-2，通過(guò)接頭3并通過(guò)補(bǔ)償電壓源Voff流回到電源輸入接頭2。在該充電階段A中，電壓源的功率在接頭1和2上部分地被供給到負(fù)載R上，部分功率用于增大存儲(chǔ)在電感L中的能量。此外，在該階段A中提供的功率的一部分流入補(bǔ)償電壓源Voff。在實(shí)際的實(shí)施中，補(bǔ)償電壓源Voff可以是一個(gè)電容C2和一個(gè)二極管D的并聯(lián)回路，其中，二極管D的陽(yáng)極是補(bǔ)償電壓源的所述第一接頭，二極管D的陰極是補(bǔ)償電壓源的第二接頭。借助該實(shí)施形式，根據(jù)電流I，在利用正向電壓的情況下可用流經(jīng)二極管D的電流I保持補(bǔ)償電壓。在需要提高補(bǔ)償電壓的情況下，二極管當(dāng)然可被一個(gè)齊納二極管所取代，齊納二極管的陰極是補(bǔ)償電壓源的所述第一接頭，而齊納二極管的陽(yáng)極是補(bǔ)償電壓源的第二接頭。
為了結(jié)束充電階段A，在經(jīng)歷時(shí)間ta之后，開(kāi)關(guān)SW1轉(zhuǎn)入不導(dǎo)通狀態(tài)并且為了開(kāi)始放電階段B開(kāi)關(guān)SW2轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，在放電階段B中，存儲(chǔ)在電感L中的能量被放電進(jìn)入與接頭3和4相連的放大器段12-2中。在該階段B中，電流I繼續(xù)向前流經(jīng)電感L，通過(guò)表示放大器段12-2的負(fù)載R，并通過(guò)開(kāi)關(guān)SW2流回到電感L。在該階段中，電感L把在階段A中積累的能量的至少一部分放入負(fù)載R中并據(jù)此向放大器段12-2提供功率。在假設(shè)元件是理想的情況下，在該階段中沒(méi)有損耗功率。而且，只要不存在從輸出接頭3和4之一或從這兩個(gè)輸出接頭至地的重要電流路徑，就沒(méi)有重要的電流流經(jīng)補(bǔ)償電壓源Voff。如果如上所述，補(bǔ)償電壓源Voff是借助一個(gè)二極管的和一個(gè)電容C2的并聯(lián)回路實(shí)施的，則電容C2在階段B期間保持補(bǔ)償電壓Voff。
與圖2a所示的實(shí)施例相似，通過(guò)相宜地調(diào)整填充系數(shù)ta/(ta+tb)，可使流入放大器段12-2中的功率得到調(diào)整，并且在供電裝置段11中不出現(xiàn)明顯的功率損耗。
圖5所示的實(shí)施例的一個(gè)未示出派生形式可有利地用于把數(shù)字信號(hào)傳輸至一個(gè)符合DPECL標(biāo)準(zhǔn)的接收器上。按照該派生形式，開(kāi)關(guān)電路的接頭1與地相連，而接頭2與VCC相連，補(bǔ)償電壓源Voff的極性是反向的，并且在有二極管D的情況下，二極管D是翻轉(zhuǎn)的。據(jù)此，接頭3所具有的電位比VCC低Voff，而接頭4所具有的電位比接頭3的電位低R上的電壓。
圖6示出了供電裝置段11的第三個(gè)實(shí)施例，該供電裝置段11可用于把數(shù)字信號(hào)傳輸至一個(gè)符合GLVDS標(biāo)準(zhǔn)的接收器上。按照該標(biāo)準(zhǔn)，接收器所期待的是，輸入信號(hào)的電位處于一個(gè)包括接地線的電位的上下限幅內(nèi)。接收器譬如期待相對(duì)于接地電位對(duì)稱的差分信號(hào)。為此，GLVDS接收器包括一對(duì)終端電阻RT1和RT2，其中，如圖1所示，在圖1所示的電壓源VC被置到零伏，即意味著對(duì)地短路的情況下，每個(gè)電阻使傳輸線9的一根導(dǎo)線與地連接。
在圖6中所示的供電裝置段11把功率提供到與供電裝置段11的輸出接頭3和4相連的放大器段12-2上并且此外還提供傳輸線上的相對(duì)于地對(duì)稱的信號(hào)傳輸，從這種意義上講傳輸線的一根導(dǎo)線相對(duì)于地是正的，而傳輸線9的另一根導(dǎo)線相對(duì)于地是負(fù)的。
按照該實(shí)施例，做到這一點(diǎn)的措施在于，經(jīng)由供電裝置段11的輸出接頭3和4被提供一個(gè)供電電壓，該供電電壓相對(duì)于地至少是大致對(duì)稱的。達(dá)到這一點(diǎn)的措施可在于如此設(shè)計(jì)供電裝置段11，讓使供電裝置段11的輸出接頭4與地連接的第一阻抗R1納入一個(gè)在充電階段為電抗裝置L充電的電流回路之中并讓使供電裝置11的輸出接頭3與地連接的第二阻抗R2納入一個(gè)用于在放電階段使電抗裝置L放電的電流回路之中。阻抗R1和R2在放大器段12-2與供電裝置段11的接頭3和4的連接方面可示意地表示放大器段12-2的電氣特性。
與供電裝置段11的第一個(gè)和第二個(gè)實(shí)施例相似，供電裝置段11的第三個(gè)實(shí)施例特別是包括一個(gè)電感L，該電感L用作用于暫時(shí)存儲(chǔ)能量的裝置。此外，還設(shè)有開(kāi)關(guān)SW1和SW2，用以控制把能量從一個(gè)圖中未示出的、與接頭1和2相連的電源充入電感L的充電過(guò)程并用以控制把存儲(chǔ)在電感L中的能量放入放大器段12-2的放電過(guò)程，其中，放大器段12-2與接頭3和4相連并且是示意地通過(guò)分別與供電裝置段11的接頭3和4相連的電阻R1和R2表示的。這兩個(gè)電阻與供電裝置段11的接地的輸入接頭2相連。開(kāi)關(guān)SW1設(shè)在電感L和電源接頭1之間，并控制充電階段，電源接頭1提供相對(duì)于電源接頭2的供電電壓VCC。電感L的另一接頭與供電裝置段11的輸出接頭4相連。
開(kāi)關(guān)SW2設(shè)在供電裝置段11的輸出接頭3和電感L的那個(gè)與開(kāi)關(guān)SW1相連的接頭之間。一個(gè)二極管D是可經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW2接通的，以便用作自振蕩二極管，或者可取代開(kāi)關(guān)SW2，以便自己起開(kāi)關(guān)作用。一個(gè)電容C1可設(shè)在輸出接頭4和地之間，以便平滑接頭4和地之間的電壓。一個(gè)電容C2同樣地設(shè)在接頭3和地之間，以便平滑接頭3和地之間的電壓。電容C1、C2和二極管D均是有利的，但對(duì)該開(kāi)關(guān)電路的基本運(yùn)作是不必要的。就選擇的二極管D的功能而言，適用于圖2a所示的實(shí)施例的考慮也適用于該實(shí)施例。
參照?qǐng)D3所示的時(shí)間(矢量)圖，在充電階段A期間開(kāi)關(guān)SW1處于導(dǎo)通狀態(tài)，而開(kāi)關(guān)SW2處于不導(dǎo)通狀態(tài)。在該充電階段中，加到電源輸入接頭1和2上的供電電壓VCC出現(xiàn)在電感L的和阻抗R1的串聯(lián)回路上并產(chǎn)生電流I，該電流I從電源輸入接頭1通過(guò)開(kāi)關(guān)SW1、電感L流向輸出接頭4，通過(guò)代表放大器段12-2的一部分的R1流向與電源輸入接頭2相連的地。在該充電階段A中，在接頭1和2上的電源的功率一部分被提供給負(fù)載阻抗R1，一部分用于增加存儲(chǔ)在電感L中的能量。在充電階段A中在負(fù)載阻抗R1上出現(xiàn)的壓降導(dǎo)致，輸出接頭4相對(duì)于與地相連的接頭2是正的。
為了結(jié)束充電階段A和開(kāi)始放電階段B，在經(jīng)歷時(shí)間ta之后，開(kāi)關(guān)SW1轉(zhuǎn)入不導(dǎo)通狀態(tài)并且開(kāi)關(guān)SW2轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，在放電階段B中，存儲(chǔ)在電感L中的能量被放入與接頭3和4相連的放大器段12-2中。在該階段中，電流I繼續(xù)流動(dòng)，流經(jīng)電感L，通過(guò)表示放大器段12-2的負(fù)載阻抗R1和R2并通過(guò)開(kāi)關(guān)SW2流回至電感L。在該階段期間，電感L把在階段A期間積累的能量的至少一部分放入負(fù)載阻抗R1和R2中并據(jù)此向放大器段12-2提供了功率。在放電階段B期間，在負(fù)載阻抗R1上出現(xiàn)的壓降導(dǎo)致接頭4具有相對(duì)于地的正電位。在放電階段B期間在負(fù)載阻抗R2上出現(xiàn)的壓降導(dǎo)致輸出接頭3相對(duì)于接地的接頭2是負(fù)的。為了在隨后的充電階段A期間保持接頭3上的負(fù)電壓，電容2是特別有利的。
在假設(shè)元件是理想的情況下，無(wú)論是在充電階段A中還是在放電階段B中，在實(shí)施例的供電裝置段11中均不存在損耗功率。與圖2a所示的實(shí)施例相似，通過(guò)相宜地調(diào)整填充系數(shù)ta/(ta+tb)，可調(diào)整流入放大器段12-2中的功率，而在供電裝置段11中沒(méi)有明顯的功率損耗。
圖7示出了一個(gè)方框圖，用以說(shuō)明在本發(fā)明書(shū)中公開(kāi)的實(shí)施例或其派生形式之一的供電裝置段11、譬如在圖4中示出的放大器段12-2和一條通往一個(gè)接收器的傳輸線9之間的連接。該圖示出了GLVDS示例，即終端阻抗RT1使傳輸線9的一條導(dǎo)線與地連接，并且終端阻抗RT2使傳輸線9的另一條導(dǎo)線與地連接。在包括阻抗Z1和Z2在內(nèi)的放大器段12-2中的虛線是在假設(shè)ZS1=ZS2=Z1和ZS3=ZS4=Z2，即假設(shè)放大器段12-2為對(duì)稱結(jié)構(gòu)的情況下，借助圖4更詳細(xì)地說(shuō)明了的電路部分。方框12-2中的交插虛線意味著，在與輸入信號(hào)Usignal的邏輯電平有關(guān)的情況下，接頭4經(jīng)由阻抗Z1與接頭5相連，并且接頭3經(jīng)由阻抗Z2與接頭6相連或者接頭4經(jīng)由阻抗Z1與接頭6相連，并且接頭3經(jīng)由阻抗Z2與接頭5相連，接收器放大器15采集傳輸線9的接收器端部上的差分信號(hào)并把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成相宜的邏輯電平，這些邏輯電平適于被由接收器放大器15驅(qū)動(dòng)的電路繼續(xù)處理。該放大器可以是任何一個(gè)相宜類型的差分放大器，這種差分放大器的選擇對(duì)于本發(fā)明是無(wú)關(guān)緊要的。
對(duì)于GLVDS的特殊情況，從圖7示意性的方框圖中可看出的是，在假設(shè)Z1=Z2和RT1=RT2的情況下，放大器段12-2與供電裝置段11的輸出接頭4和3的連接、傳輸線9與放大器段12-2的信號(hào)輸出接頭5和6的連接和終端阻抗RT1和RT2在傳輸線9的相應(yīng)的導(dǎo)線和地之間的設(shè)置是與把第一個(gè)負(fù)載阻抗R1設(shè)到供電裝置段11的輸出接頭4和地之間并把第二個(gè)負(fù)載阻抗R2設(shè)到供電裝置段11的輸出接頭3和地之間等效的，其中，如在圖6中示意地示出的那樣，R1或者R2的值分別是Z1和RT1之和。此外，從圖6中還可看出，按照本發(fā)明，供電裝置段11的接頭3和4上的負(fù)載阻抗被放大器段12-2形成，傳輸線9與該放大器段12-2的輸出接頭5和6相聯(lián)。如果放大器段12-2為以上意義上所規(guī)定的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，則負(fù)載阻抗還與放大器段12-2的開(kāi)關(guān)狀態(tài)無(wú)關(guān)。
圖8示出了本發(fā)明的供電裝置段11的第四個(gè)實(shí)施例。供電裝置段11的該實(shí)施例在輸出接頭4和3上提供輸出電壓UOUT，該輸出電壓相對(duì)于加到供電裝置段11的輸入接頭1和2上的輸入電壓UCC“浮動(dòng)”。在這里，“浮動(dòng)”意味著，輸出接頭3和4中的任何一個(gè)輸出接頭的電位相對(duì)于輸入接頭1和2中的任何一個(gè)輸入接頭是不確定的。如果一個(gè)處于合理的界限內(nèi)的電壓被加到輸入接頭1和2中的一個(gè)上和輸出接頭3和4中的一個(gè)上，則該電壓在輸入側(cè)和輸出側(cè)之間不導(dǎo)致明顯的電流。此外，該電壓還不影響供電裝置段11的該實(shí)施例的運(yùn)作。
為了達(dá)到“浮動(dòng)地”提供輸出電壓的目的，該實(shí)施例包括一個(gè)第一對(duì)開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b和一個(gè)第二對(duì)開(kāi)關(guān)SW2a、SW2b。SW1a和SW2b是串聯(lián)的，該串聯(lián)回路設(shè)在輸入接頭1和輸出接頭3之間。SW1b和SW2a是串聯(lián)的，該串聯(lián)回路設(shè)在輸入接頭2和輸出接頭4之間。標(biāo)號(hào)110表示開(kāi)關(guān)SW1a和開(kāi)關(guān)SW2b之間的一個(gè)連接點(diǎn)，標(biāo)號(hào)22表示開(kāi)關(guān)SW1b和開(kāi)關(guān)SW2a之間的一個(gè)連接點(diǎn)。一個(gè)電感L設(shè)在連接點(diǎn)110和連接點(diǎn)22之間。R示意地表示一個(gè)通過(guò)與供電裝置段11的輸出接頭3和4相連的放大器段12-2形成的負(fù)載阻抗。C表示一個(gè)電容，該電容可經(jīng)由輸出接頭3和4接通，以便平滑接頭3和4上的輸出電壓UOUT。作為電容C的補(bǔ)充或作為替代，可在輸出接頭3、4中的每一個(gè)和地之間設(shè)置(圖中未示出的)電容。D1和D2表示自振蕩二極管，這些自振蕩二極管可分別經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW2a和SW2b接通。
在該實(shí)施例中規(guī)定第一對(duì)開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b，用以控制把能量從一個(gè)(圖中未示出的)與接頭1和2相連的電源充入電感L。規(guī)定的第二對(duì)開(kāi)關(guān)用于控制把存儲(chǔ)在電感L中的能量放入通過(guò)阻抗R示意地表示的放大器段12-2。參照?qǐng)D3所示的時(shí)間(矢量)圖，在充電階段A中開(kāi)關(guān)SW1a和SW1b處于導(dǎo)通狀態(tài)，而開(kāi)關(guān)SW2a和SW2b處于不導(dǎo)通狀態(tài)，在該階段中，經(jīng)由電源輸入接頭1和2接通的供電電壓VCC出現(xiàn)在電感L上，這導(dǎo)致存儲(chǔ)在起電抗裝置作用的電感L中的能量有所增大。在假設(shè)元件是理想的情況下，在該階段A中沒(méi)有損耗功率。
為了結(jié)束充電階段A，在經(jīng)歷時(shí)間ta之后，開(kāi)關(guān)SW1和SW1b轉(zhuǎn)入不導(dǎo)通狀態(tài)，并且為了開(kāi)始放電階段B開(kāi)關(guān)SW2a和SW2b轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在放電階段B中，存儲(chǔ)在電感L中的能量被放入供電裝置段11的接頭3和4中。為了在下一個(gè)充電階段A中保持輸出接頭3、4上的輸出電壓，經(jīng)由輸出接頭3和4接通一個(gè)電容10是特別有利的。
根據(jù)開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b和SW2a、SW2b的這種狀況，所有的輸入接頭1、2持續(xù)地與所有的輸出接頭3、4保持分離是可能的，而由輸入接頭至輸出接頭的能量傳輸受到控制。就是說(shuō)，在充電階段A中，開(kāi)關(guān)SW1a和SW1b是導(dǎo)通的，而開(kāi)關(guān)SW2a和SW2b是不導(dǎo)通的，據(jù)此，通過(guò)兩對(duì)開(kāi)關(guān)和電抗裝置，在輸入接頭1、2中的任何一個(gè)輸入接頭和輸出接頭3、4中的任何一個(gè)輸出接頭之間不存在電氣連接。這一點(diǎn)也同樣適用于放電階段，在放電階段中，開(kāi)關(guān)SW1a和SW1b是不導(dǎo)通的，而開(kāi)關(guān)SW2a和SW2b是導(dǎo)通的。由于輸入接頭1、2與輸出接頭3、4的這種持續(xù)分離，在輸出接頭3、4上出現(xiàn)一個(gè)浮動(dòng)的輸出電壓，即一個(gè)沒(méi)有相對(duì)于輸入接頭1、2的電位的預(yù)定基準(zhǔn)的輸出電壓。
為了避免在電源接頭1和2和供電裝置段11的輸出接頭3和4之間出現(xiàn)短路，第一對(duì)開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b和第二對(duì)開(kāi)關(guān)SW2a、SW2b的導(dǎo)通狀態(tài)最好在時(shí)間上不重疊。這可導(dǎo)致兩對(duì)開(kāi)關(guān)的不導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間上的重疊。在該情況下，經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW2a或SW2b接通的自振蕩二極管D1和D2可為在放電階段B中被電感迫出的電流接通開(kāi)關(guān)電路。如果在這些自振蕩二極管中出現(xiàn)可容許的損耗功率，則第二對(duì)開(kāi)關(guān)SW2a、SW2b可被省略。
在假設(shè)元件是理想的情況下，無(wú)論是在充電階段A中，還是在放電階段B中，在該實(shí)施例的供電裝置段11中均不出現(xiàn)功率損耗。
與圖2a所示的實(shí)施例相似，通過(guò)相宜地調(diào)整填充系數(shù)ta/(ta+tb)可使流入放大器段12-2中的功率得到調(diào)整，同時(shí)在供電裝置段11中又沒(méi)有明顯的功率損耗。
該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)特別是在于，如在圖1中所示的那樣，驅(qū)動(dòng)傳輸線9的放大器段12-2相對(duì)于電源接頭1和2的電位可被保持浮動(dòng)，據(jù)此，傳輸線9的每條信號(hào)線上的電位相對(duì)于輸入接頭1和2也是浮動(dòng)的。該特征使第四個(gè)實(shí)施例所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路在不進(jìn)行電平變換的情況下可與應(yīng)用不同的信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的輸入開(kāi)關(guān)電路合作成為可能。換言之，第四個(gè)實(shí)施例所述的、包括一個(gè)供電裝置段11在內(nèi)的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路就傳輸線9上的被接收器確定的共模電壓電平而言是完全靈活的。尤其是該輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路有能力驅(qū)動(dòng)圖1所示的傳輸線9的終端負(fù)載的全部可能的選擇。如果在圖1中示出的共模電壓UC具有處于合理的界限之內(nèi)的任意的正值或負(fù)值，則輸出緩沖器程序井然地工作并據(jù)此適于驅(qū)動(dòng)LVDS、GLVDS、DPECL和其它的、類似類型的接收器。此外，根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路還正常地與那些替代圖1中的電壓源UC使傳輸線9的導(dǎo)線中一條導(dǎo)線與一個(gè)預(yù)定的、原則上任意地電位相連的接收器合作。此外，輸出緩沖器在根本不存在電壓源UC的情況下正常地與一個(gè)具有浮動(dòng)的、差分的輸入端的接收器合作。一個(gè)未示出的電壓源可設(shè)在輸入接頭1和2之一和輸出接頭3和4之一之間，以便使輸出緩沖器有能力確定傳輸線9上的共模電壓電平。該電壓源最好是可編程的和/或可關(guān)斷的，以便充分利用由第四個(gè)實(shí)施例的供電裝置段11所提供的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。
圖9示出了一個(gè)包括一個(gè)前置放大器段12-1和一個(gè)放大器段12-2的緩沖放大器段12的一個(gè)實(shí)施例，該緩沖放大器段12與圖8所示的第四個(gè)實(shí)施例的供電裝置段11相結(jié)合的是特別有利的，但可與供電裝置段的前述實(shí)施例中的任何一個(gè)實(shí)施例合作。
緩沖放大器段12的前置放大器段12-1和放大器段12-2經(jīng)由一對(duì)互補(bǔ)的信號(hào)線S1和S2相互連接。這一對(duì)信號(hào)線上的差分電位取決于被加到前置放大器段12-1的信號(hào)輸入接頭7和前置放大器段12-1的接地接頭2之間的輸入信號(hào)Usignal的邏輯電平。接頭1和2是用于連接一個(gè)圖中未示出的電壓源UCC的電源接頭。
放大器段12-2包括與譬如第四個(gè)實(shí)施例中的供電裝置段11的輸出端相連的電源接頭3和4。此外，放大器段12-2還包括用以連接通往接收器的傳輸線9的信號(hào)輸出接頭5和6。
基本上如圖4所示，圖8中的放大器段12-2包括兩個(gè)分別為一對(duì)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的切換開(kāi)關(guān)TS1和TS2，其中，第一對(duì)開(kāi)關(guān)屬于信號(hào)輸出接頭5，而另一對(duì)開(kāi)關(guān)屬于信號(hào)輸出接頭6。如果會(huì)與供電裝置段11的開(kāi)關(guān)發(fā)生混淆，放大器段12-2的這些開(kāi)關(guān)被稱為信號(hào)開(kāi)關(guān)。第一對(duì)開(kāi)關(guān)串聯(lián)地設(shè)在放大器段12-2的電源接頭3和4之間。這對(duì)開(kāi)關(guān)之間的連接點(diǎn)與信號(hào)輸出接頭5相連。第二對(duì)開(kāi)關(guān)串聯(lián)地設(shè)在放大器段12-2的電源接頭3和4之間，其中，這對(duì)開(kāi)關(guān)之間的連接點(diǎn)與信號(hào)輸出接頭6相連。
按照該實(shí)施例，每一個(gè)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)n溝道MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和一個(gè)P溝道MOSFET，它們的溝道是并聯(lián)的。尤其在圖9中，第一對(duì)開(kāi)關(guān)中的設(shè)在信號(hào)輸出接頭5和電源接頭4之間的第一開(kāi)關(guān)包括n溝道MOSFET 27和P溝道MOSFET33。設(shè)在信號(hào)輸出接頭和電源接頭3之間的第二開(kāi)關(guān)包括n溝道MOSFET32和P溝道MOSFET30。第二對(duì)開(kāi)關(guān)中的第一開(kāi)關(guān)包括n溝道MOSFET31和P溝道MOSFET29并且設(shè)在電源接頭4和信號(hào)輸出接頭6之間。第二對(duì)開(kāi)關(guān)中的第二開(kāi)關(guān)包括n溝道MOSFET28和P溝道的MOSFET34并且設(shè)在信號(hào)輸出接頭6和電源接頭3之間。每個(gè)開(kāi)關(guān)的n溝道MOSFET晶體管的和P溝道MOSFET晶體管的柵極接收互補(bǔ)的輸入信號(hào)。換言之，每個(gè)開(kāi)關(guān)的n溝道MOSFET晶體管的和P溝道MOSFET晶體管的柵極是與互補(bǔ)的信號(hào)線S1和S2如此相連的，即當(dāng)n溝道MOSFET晶體管的柵極在高的電平上時(shí)，P溝道MOSFET晶體管的柵極就在低的電平上。此外，8個(gè)MOSFET的8個(gè)柵極與前置放大器段12-1的互補(bǔ)的信號(hào)線S1和S2是如此連接的，即，連接信號(hào)輸出接頭5、6中的一個(gè)信號(hào)輸出接頭與電源接頭4的開(kāi)關(guān)和連接信號(hào)輸出接頭5、6中的另一個(gè)信號(hào)輸出接頭與電源接頭3的開(kāi)關(guān)具有同一導(dǎo)電狀態(tài)，并且其余的兩個(gè)開(kāi)關(guān)具有另一導(dǎo)電狀態(tài)，即導(dǎo)通的或不導(dǎo)通的。每對(duì)開(kāi)關(guān)中只有一個(gè)開(kāi)關(guān)是導(dǎo)通的，而另一個(gè)開(kāi)關(guān)是不導(dǎo)通的。按照?qǐng)D9所示的實(shí)施例，特別之處在于，信號(hào)線S1與晶體管27、28、及30的柵極相連，而信號(hào)線S2與晶體管31、32、33及34的柵極相連。
在圖4中所示的阻抗ZS1至ZS4代表圖9中所示的相應(yīng)的開(kāi)關(guān)的單電阻。
基于如下事實(shí)，即按照該實(shí)施例，四個(gè)開(kāi)關(guān)中的每一個(gè)均包括一個(gè)n溝道MOSFET晶體管和一個(gè)P溝道MOSFET晶體管，放大器段12-2的共模工作范圍可被顯著放大。特別希望的是，當(dāng)在接頭2和3之間和/或接頭1和4之間出現(xiàn)電位差時(shí)，放大器段12-2仍可正常地工作。這些電位差的出現(xiàn)取決于如下條件，即由接收器確定的相對(duì)于接地接頭2的共模電平是否存在于傳輸線9上，就是說(shuō)，是否存在圖1中的電壓源Uc。
如果在四個(gè)開(kāi)關(guān)的每個(gè)中只存在n溝道MOSFET晶體管，則接頭3和接頭2之間的、把接頭3的電位抬高到接頭2的電位以上的、增大的電位差最終會(huì)導(dǎo)致如下后果，即信號(hào)線S1或S2上的電壓不再足以接通這些n溝道MOSFET晶體管。而由于P溝道MOSFET晶體管的存在，放大器段12-2的正常運(yùn)作得以繼續(xù)，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)功能隨后由P溝道MOSFET晶體管承擔(dān)。隨著接頭3的電位相對(duì)于接頭2的電位不斷增大，放大器段12-2的正常運(yùn)作可繼續(xù)到該電位差大至P溝道MOSFET晶體管不再能正常地關(guān)斷為止。
據(jù)此，在放大器段12-2的四個(gè)開(kāi)關(guān)的每個(gè)中的、平行于n溝道MOSFET晶體管的P溝道MOSFET晶體管導(dǎo)致放大器段12-2的共模工作范圍擴(kuò)大。如果傳輸線上的、在圖1中通過(guò)Uc表示的共模電壓電平變得太高以致放大器段12-2中的n溝道MOSFET晶體管的無(wú)法正常運(yùn)作，則與每個(gè)n溝道MOSFET晶體管平行的P溝道MOSFET晶體管承擔(dān)開(kāi)關(guān)作業(yè)并據(jù)此擴(kuò)大傳輸線9上的可由輸出緩沖器10操作的共模電壓范圍。
當(dāng)然，如果放大器12-2以傳輸線9上一個(gè)基本上不變的共模電壓電平運(yùn)作，則取決于共模電壓電平，或者是P溝道MOSFET晶體管，或者是n溝道MOSFET晶體管可省略。特別是如果放大器段12-2與圖2b或圖2c所示的供電裝置段合作，則可省略n溝道MOSFET晶體管。如果放大器段如圖2a或圖6所示的供電裝置段合作，則可省略P溝道MOSFET晶體管。
圖9所示的前置放大器段12-1是任選的并用于把一個(gè)被加在信號(hào)輸入接頭7和電源接頭2之間的、不平衡的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)線S1和S2上的一個(gè)差分信號(hào)，以便差分地驅(qū)動(dòng)放大器段12-2，使信號(hào)線S1、S2中的一條信號(hào)線具有低的電壓，而另一條信號(hào)線相對(duì)于接頭2是在高的電壓電平上。
為了維持信號(hào)S1和S2之間的正常的相位關(guān)系，前置放大器段12-1可包括用以可使從接頭7至信號(hào)線S1的信號(hào)延遲的第一串逆變器22、24及用于使前置放大器段12-1的接頭7上的輸入信號(hào)反轉(zhuǎn)的第二串逆變器23、25和26。為了使兩串逆變器中的延遲時(shí)間大致相等，在逆變器24的輸入端24和地之間設(shè)一個(gè)電容C3會(huì)是有利的。
圖9中的虛線用于表示，相對(duì)于前置放大器段12-1，放大器段12-2被設(shè)計(jì)為浮動(dòng)的。在前置放大器段12-1和放大器段12-2之間，除了一對(duì)差分的信號(hào)線S1和S2之外，再不需要其它的連接。
圖10示出了用于控制第一至第三個(gè)實(shí)施例及其派生形式之一中的供電裝置段11的開(kāi)關(guān)SW1和SW2的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制裝置的一個(gè)特殊的實(shí)施例。為了避免重復(fù)，該圖沒(méi)有示出開(kāi)關(guān)和供電裝置段的其它部分之間的連接。
按照在圖10中所示的控制裝置的該實(shí)施例，每個(gè)開(kāi)關(guān)SW1、SW2包括許多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。每個(gè)開(kāi)關(guān)中的所有的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)均是并聯(lián)的。在圖10中，開(kāi)關(guān)SW1包括三個(gè)相互并聯(lián)的開(kāi)關(guān)SW11、SW12和SW13，開(kāi)關(guān)SW2包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW21、SW22和SW23。開(kāi)關(guān)SW1的阻抗R10至R30和開(kāi)關(guān)SW2的阻抗R40至R60表示相應(yīng)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的相應(yīng)的壹阻抗。
為了控制每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，為每個(gè)開(kāi)關(guān)SW1和SW2設(shè)置一串用于延遲控制信號(hào)的延遲電路。在圖10中，開(kāi)關(guān)SW1的一串延遲電路包括延遲元件T1和T2，其中，延遲元件T1的輸出端與延遲元件T2的輸入端相連。延遲元件T1和T2控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW11至SW13的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使這些元件不是同時(shí)地，而是依次地轉(zhuǎn)換其開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其結(jié)果是，開(kāi)關(guān)SW1順序地將其導(dǎo)電狀態(tài)由不導(dǎo)通轉(zhuǎn)為導(dǎo)通或由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為不導(dǎo)通。為此，一個(gè)被加到SW11的控制接頭上的控制信號(hào)被延遲元件T1延遲，并且被延遲的控制信號(hào)被加到開(kāi)關(guān)SW12的控制接頭上。該被延遲的控制信號(hào)被加到延遲元件T2上并據(jù)此被再次延遲并且隨后被加到開(kāi)關(guān)SW13的控制接頭上。
包括其相應(yīng)的壹電阻通過(guò)阻抗R40至R60表示的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW21至SW23的開(kāi)關(guān)SW2也是如此。SW2的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)被第二串延遲電路T4、T5驅(qū)動(dòng)。第二開(kāi)關(guān)SW2的第二串延遲元件T4、T5和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW21至SW23的功能和運(yùn)作與開(kāi)關(guān)SW1的相應(yīng)的元件完全相同。
第一串延遲元件T1、T2具有自己的輸入端，即延時(shí)元件T1的輸入端，它與一個(gè)具有兩個(gè)輸入端的“與”門(mén)14的輸出端相連。第一串延遲元件T1、T2的輸出端，即延遲元件T2的輸出端與另一延遲元件T3的輸入端相連，延遲元件T3的輸出端與一個(gè)具有兩個(gè)輸入端的“或非”門(mén)13的一個(gè)輸入端31相連?！盎蚍恰遍T(mén)13的輸出端與第二串延遲元件的輸入端，即與延遲元件T4的輸入端相連。第二串延遲元件的輸出端，即延遲元件T5的輸出端與另一具有逆轉(zhuǎn)的輸出端的延遲元件T6的輸入端相連，延遲元件T6的逆轉(zhuǎn)的輸出端與“與”門(mén)14的一個(gè)輸入端41相連?！芭c”門(mén)14的第二輸入端和“或非”門(mén)13的第二輸入端相互連接，并且在控制輸入端Tin接收一個(gè)出自一個(gè)圖中未示出的控制信號(hào)發(fā)生器的控制信號(hào)。
控制信號(hào)發(fā)生器發(fā)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)對(duì)應(yīng)于如圖3所示的充電階段A和放電階段B之間的轉(zhuǎn)換在兩個(gè)邏輯狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
圖12示出了一個(gè)表，該表用以說(shuō)明取決于加到圖10所示開(kāi)關(guān)電路的控制接頭上的控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)，開(kāi)關(guān)SW1的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW11至SW13的運(yùn)作和開(kāi)關(guān)SW2的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW21至SW23的運(yùn)作。
圖12所表示的表在其最左方的一欄Tin中示出了控制信號(hào)Tin的邏輯狀態(tài)。下一欄Cyc示出了取決于開(kāi)關(guān)SW1和SW2的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的有關(guān)充電階段A或放電階段B的情況下一欄stat示出了圖10所示開(kāi)關(guān)電路的所有6個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW11至SW13和SW21至SW23的狀態(tài)。從該欄中可清楚地看出，可區(qū)分為12個(gè)不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
最后，欄SW1和SW2示出了每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。為此，欄SW1包括三個(gè)分欄，即在方的分欄SW11、居中的分欄SW12和右方的分欄SW13。同樣，SW2也包括三個(gè)分欄，即左方的分欄SW21、居中的分欄SW22和右方的分欄SW23。SW1和SW2的每個(gè)分欄或是可有表示相應(yīng)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)電狀態(tài)的項(xiàng)C，或是可有表示相應(yīng)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)處于不導(dǎo)通狀態(tài)的，即處于斷開(kāi)狀態(tài)的項(xiàng)O。下面的說(shuō)明以開(kāi)關(guān)SW1處于全閉合的狀態(tài)開(kāi)始，就是說(shuō)SW1的所有的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)均是導(dǎo)通的，而開(kāi)關(guān)SW2處于全斷開(kāi)狀態(tài)，就是說(shuō)，SW2的所有的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)均是不導(dǎo)通的。該狀態(tài)被稱為狀態(tài)1并對(duì)應(yīng)于供電裝置段11的充電階段A。
隨著控制信號(hào)Tin由邏輯1向邏輯0過(guò)渡SW1和SW2的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)由階段A向階段B過(guò)渡，對(duì)應(yīng)于狀態(tài)2至6。隨著控制信號(hào)Tin由1向0過(guò)渡，“與”門(mén)14的輸出在沒(méi)有明顯的延遲的情況下進(jìn)入邏輯狀態(tài)0，其結(jié)果是，開(kāi)關(guān)SW11變得不導(dǎo)通(狀態(tài)2)。在經(jīng)歷由T1確定的延遲時(shí)間后，開(kāi)關(guān)SW12也變得不導(dǎo)通(狀態(tài)3)。再經(jīng)歷另一由T2確定的延遲時(shí)間后，開(kāi)關(guān)SW13變得不導(dǎo)通(狀態(tài)4)。狀態(tài)4是一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中，所有6個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)均是不導(dǎo)通的，并且用以避免基于SW1和SW2的傳導(dǎo)狀態(tài)的時(shí)間上的重疊在供電裝置段11的電源接頭1和2之間的短路。
只有在經(jīng)歷由T3確定的延遲時(shí)間后，“或非”門(mén)13的輸入31才進(jìn)到低電位，使“或非”門(mén)13的輸出進(jìn)到高電位并使SW2的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW21導(dǎo)通(狀態(tài)5)。據(jù)此，T3的延遲時(shí)間確定狀態(tài)4的持續(xù)時(shí)間。如果不存在延遲元件T3，則狀態(tài)5基本上緊隨狀態(tài)3這將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)SW13和SW21的導(dǎo)通狀態(tài)在時(shí)間上重疊。借助延遲元件T3可避免這種重疊。延遲元件T4延遲控制SW21的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制信號(hào)，并且在經(jīng)歷由T4確定的延遲時(shí)間后，開(kāi)關(guān)SW22進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)(狀態(tài)6)。在經(jīng)歷另一由T5確定的延遲時(shí)間后，開(kāi)關(guān)SW23進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)(狀態(tài)7)，據(jù)此充電階段A和放電階段B之間的過(guò)渡結(jié)束。只要接頭Tin上的控制信號(hào)在邏輯上為0，相當(dāng)于放電階段B的狀態(tài)7被繼續(xù)。
隨著控制信號(hào)Tin由邏輯0向邏輯1過(guò)渡，“或非”門(mén)的輸出進(jìn)到邏輯0上，使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW21在沒(méi)有明顯的延遲的情況下變?yōu)椴粚?dǎo)通。Tin的由0向1的過(guò)渡引發(fā)由放電階段B向充電階段A的、相當(dāng)于狀態(tài)8至12的過(guò)渡。當(dāng)Tin的由0向1的過(guò)渡對(duì)開(kāi)關(guān)SW21狀態(tài)有一基本上立即發(fā)生的作用時(shí)，開(kāi)關(guān)SW11瞬時(shí)仍是不導(dǎo)通的，因?yàn)椤芭c”門(mén)14的輸出在與Tin的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)的情況下是邏輯0，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)SW23變?yōu)閷?dǎo)通之后，T6的輸出在經(jīng)歷由延遲元件T6確定的延遲時(shí)間后進(jìn)到邏輯0上，并且據(jù)此，“與”門(mén)14的輸出被鎖定到邏輯0上。在經(jīng)歷由T4確定的延遲時(shí)間后，SW22變得不導(dǎo)通(狀態(tài)9)，并且在經(jīng)歷由T5確定的延遲時(shí)間后，開(kāi)關(guān)SW23變?yōu)椴粚?dǎo)通(狀態(tài)10)。狀態(tài)10相當(dāng)于狀態(tài)4，因?yàn)樗械陌雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)其時(shí)均處于不導(dǎo)通狀態(tài)。
在經(jīng)歷由T6確定的延遲時(shí)間后，“與”門(mén)14的輸入41進(jìn)到邏輯1上，這導(dǎo)致“與”門(mén)14的輸出變?yōu)檫壿?并使開(kāi)關(guān)SW11導(dǎo)通(狀態(tài)11)。據(jù)此，通過(guò)T6確定的延遲時(shí)間確定狀態(tài)10的持續(xù)時(shí)間，在該持續(xù)時(shí)間內(nèi)，所有的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW11至SW13和SW21至SW23均是不導(dǎo)通的。據(jù)此，延遲元件T6避免SW23和SW11的導(dǎo)通狀態(tài)的重疊。
延遲元件T1延遲使開(kāi)關(guān)SW11導(dǎo)通的控制信號(hào)一個(gè)預(yù)定確定的延遲時(shí)間，并隨后使開(kāi)關(guān)SW12導(dǎo)通(狀態(tài)12)。在經(jīng)歷由T2確定的延遲時(shí)間后，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW13變?yōu)閷?dǎo)通?，F(xiàn)在，由放電階段B向充電階段A的過(guò)渡結(jié)束，并且半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)處于狀態(tài)1中，直至Tin由1向0的下一個(gè)變化開(kāi)始為止，據(jù)此，整個(gè)充電和放電循環(huán)結(jié)束。
由于開(kāi)關(guān)SW1和SW2均分別包括多個(gè)并聯(lián)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，所以在充電階段和放電階段之間的或在放電階段和充電階段之間的過(guò)渡期間控制電流變化曲線的形狀是可能的。據(jù)此，可抑制在供電系統(tǒng)中造成干擾噪聲的電流峰。通過(guò)相宜地選擇SW1的每個(gè)阻抗R10、R20、R30的和SW2的每個(gè)阻抗R40、R50和R60的值，可對(duì)通過(guò)SW1和SW2接通的電流的波形進(jìn)行整形。
此外，延遲元件T3和T6可靠地避免SW1和SW2的導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間上的重疊并使SW1和SW2的其持續(xù)時(shí)間可很好地受到控制的不導(dǎo)通狀態(tài)在時(shí)間上重疊。
圖11示出了用于控制本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例中的供電裝段11的開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b、SW2a和SW2b的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制裝置的一個(gè)實(shí)施例。與圖10所示的實(shí)施例相似，開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b、SW2a和SW2b分別包括多個(gè)并聯(lián)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)SW1a特別是包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW14、SW15和SW16。開(kāi)關(guān)SW16包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW17、SW18和SW19。開(kāi)關(guān)SW2a包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW24、SW25和SW26，開(kāi)關(guān)SW2b包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW27、SW28和SW29。阻抗R11、R21、R31、R41、R51、R61、R71、R81、R91、R101、R111和R121表示相應(yīng)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的連接阻抗。
與圖10所示的實(shí)施例相似，圖12示出了一個(gè)控制電路，該控制電路包括延遲元件T1至T3和T4至T6、一個(gè)“或非”門(mén)13和一個(gè)“與”門(mén)14。這些元件相互間的連接與圖10所描述的完全相同。在圖11中，“與”門(mén)14的輸出控制開(kāi)關(guān)SW14和SW17的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，延遲元件T1的輸出控制開(kāi)關(guān)SW15和SW18的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，延遲元件T2的輸出控制開(kāi)關(guān)SW16和SW19的開(kāi)關(guān)狀態(tài)?！盎蚍恰遍T(mén)13的輸出控制開(kāi)關(guān)SW24和SW27的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，延遲元件T4的輸出控制開(kāi)關(guān)SW25和SW28的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，延遲元件T5的輸出控制SW26和SW29的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，SW17上方的箭頭表示，控制SW14的同一控制信號(hào)也控制SW17，據(jù)此，SW14和SW17的開(kāi)關(guān)狀態(tài)總是等同的。SW18上方的箭頭表示，控制SW15的同一控制信號(hào)也控制SW18，據(jù)此，SW15和SW18的開(kāi)關(guān)狀態(tài)總是等同的。在作必要修正的情況下，這也適用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SW19和SW27至SW29。
涉及對(duì)開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b和SW2a、SW2b的控制，可參照?qǐng)D12所示的表。為圖10示出的實(shí)施例所給出的參照?qǐng)D12的說(shuō)明也適用于圖11所示的實(shí)施例，其區(qū)別僅在于，圖12中的欄SW1的左方的分欄表示SW14和SW17的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，居中的分欄表示SW15和SW18的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，右方的分欄表示SW16和SW19的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。同樣，SW2的左方的分欄表示SW24和SW27的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，居中的分欄表示SW25和SW28的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，右方的分欄表示SW26和SW29的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。狀態(tài)1至狀態(tài)12和回至狀態(tài)1的狀態(tài)順序與在圖10所示的實(shí)施例中所描述的完全相同。在圖11中，延遲元件T3和T6保障在充電階段A和放電階段B之間不存在時(shí)間上的重疊。換言之，延遲元件T3和T6可讓開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b和SW2a、SW2b如此地受到控制，即借助開(kāi)關(guān)SW1a、SW1b和SW2a、SW2b使輸入接頭1、2總是與第四個(gè)實(shí)施例中的供電裝置段11的輸出接頭3、4分離。與圖10所示的實(shí)施例相似，通過(guò)對(duì)圖11中的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的連通阻抗的相宜選擇，可對(duì)電流變化曲線的形狀進(jìn)行整形，以便避免在供電系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾的電流峰。
形成圖10中的SW1、SW2的或形成圖11中的SW1a、SW1b、SW2a、SW2b的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可為MOSFET晶體管，這些晶體管的柵極起相應(yīng)的控制接頭作用并且這些晶體管的溝道起開(kāi)關(guān)作用。
延遲元件T1至T6可為一串逆變器結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)逆變器驅(qū)動(dòng)一個(gè)電容，該電容設(shè)在逆變器的輸出端和電源接頭1、2之一之間。
權(quán)利要求
1．用于輸出數(shù)字信號(hào)的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，包括-一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載的緩沖放大器段(12)和一個(gè)用于向緩沖放大器段(12)提供功率的供電裝置段(11)，-其中，供電裝置段(11)包括--一對(duì)用于連接一個(gè)電壓源(Vcc)的輸入接頭(1、2)和一對(duì)與放大器段(12)相連的輸出接頭(3、4)，--用于暫時(shí)存儲(chǔ)能量的電抗裝置(L)--適合于規(guī)定一個(gè)充電階段(A)和一個(gè)放電階段(B)的開(kāi)關(guān)裝置(SW)，在充電階段(A)中，能量從電壓源(Vcc)被充入電抗裝置(L)中，在放電階段(B)中，存儲(chǔ)在電抗裝置(L)中的能量的至少一部分被放入輸出接頭(3、4)中。
2．按照權(quán)利要求1所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，開(kāi)關(guān)裝置(SW)適合于在充電階段和放電階段中均規(guī)定兩個(gè)輸入接頭(1、2)與兩個(gè)輸出接頭(3、4)分離。
3．按照權(quán)利要求2所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，開(kāi)關(guān)裝置(SW)包括-第一對(duì)用于在充電階段中使電抗裝置(L)與輸入接頭(1、2)相連，并用于在放電階段中使電抗裝置與輸入接頭(1、2)分離的開(kāi)關(guān)(SW1a、SW1b)和-第二對(duì)用于在放電階段中使電抗裝置(L)與輸出接頭(3、4)相連，并用于在充電階段中使輸出接頭(3、4)與電抗裝置(L)分離的開(kāi)關(guān)(SW2a、SW2b)。
4．按照權(quán)利要求3所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-第一對(duì)開(kāi)關(guān)(SW1)中的第一開(kāi)關(guān)(SW1a)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)中的第一開(kāi)關(guān)(SW2b)是串聯(lián)的，其間有一第一連接點(diǎn)(110)，-第一對(duì)開(kāi)關(guān)(SW1)中的第二開(kāi)關(guān)(SW1b)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)(SW2)中的第二開(kāi)關(guān)(SW2a)是串聯(lián)的，其間有一第二連接點(diǎn)(22)，并且-電抗裝置(L)的第一和第二接頭分別與第一和第二連接點(diǎn)相連。
5．按照權(quán)利要求3或4所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，幾個(gè)或所有的開(kāi)關(guān)(SW)包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
6．按照權(quán)利要求5所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，第二對(duì)開(kāi)關(guān)(SW2)的開(kāi)關(guān)是二極管，這些二極管在放電階段中是正向偏壓，并且在充電階段中是反向偏壓。
7．按照權(quán)利要求5所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(SW1a、SW1b、SW2a、SW2b)包括多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這些場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道是并聯(lián)的。
8．按照權(quán)利要求7所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-每對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(SW1、SW2)包括一串用于延遲控制信號(hào)的延遲電路(T1、T2；T4、T5)，該控制信號(hào)控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并且-每對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的控制柵與相應(yīng)的延遲電路串相連。
9．按照權(quán)利要求1所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-開(kāi)關(guān)裝置(SW)包括一個(gè)用于執(zhí)行充電階段的第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(SW1)和一個(gè)用于執(zhí)行放電階段的第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(SW2)，-第一開(kāi)關(guān)(SW1)設(shè)在一對(duì)輸入接頭(1、2)中的一個(gè)輸入接頭(1)和電抗裝置(L)的第一接頭之間，-第二開(kāi)關(guān)(SW2)設(shè)在電抗裝置(L)的第一接頭和一對(duì)輸出接頭(3、4)中的一個(gè)輸出接頭(3)之間，-其中，電抗裝置(L)的第二接頭與一對(duì)輸出接頭(3、4)中的另一輸出接頭(4)相連。
10．按照權(quán)利要求9所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-輸出接頭(3)與一對(duì)輸入接頭(1、2)中的另一輸入接頭(2)相連。
11．按照權(quán)利要求9所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-輸出接頭(3)與一個(gè)電壓源(Voff)的第一接頭相連，該電壓源(Voff)的第二接頭與一對(duì)輸入接頭(1、2)中的另一輸入接頭(2)相連。
12．按照權(quán)利要求11所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-電壓源(Voff)包括一個(gè)由一個(gè)電容(C2)和一個(gè)二極管構(gòu)成的并聯(lián)電路，該二極管的陽(yáng)極與一個(gè)輸出接頭(3)相連，并且其陰極與另一輸入接頭(2)相連。
13．按照權(quán)利要求9所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-第一負(fù)載阻抗(R1)設(shè)在一個(gè)輸出接頭(3)和另一輸入接頭(2)之間，并且-第二負(fù)載阻抗(R2)設(shè)在另一輸出接頭(4)和另一輸入接頭(2)之間。
14．按照權(quán)利要求13所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于-包括與緩沖放大器段(12)的信號(hào)輸出接頭(5、6)相連的傳輸線(9)在內(nèi)的放大器段(12)規(guī)定第一和第二負(fù)載阻抗(R1、R2)，并且-傳輸線(9)的終端適合于規(guī)定第一和第二負(fù)載阻抗(R1、R2)與另一輸入接頭(2)的連接。
15．按照權(quán)利要求9至14之一項(xiàng)所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(SW1、SW2)包括多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這些場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道是并聯(lián)的。
16．按照權(quán)利要求15所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-用于延遲控制信號(hào)(Tin)的第一串延遲電路(T1,T2)和第二串延遲電路(T4、T5)，其中的控制信號(hào)(Tin)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，-其中，第一開(kāi)關(guān)(SW1)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極與第一串延遲電路(T1、T2)相連，并且第二開(kāi)關(guān)(SW2)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極與第二串延遲電路(T4、T5)相連。
17．按照權(quán)利要求8或16所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-第一串延遲電路(T1、T2)的輸出端與具有兩個(gè)輸入端的“或非”門(mén)(13)的第一輸入端(31)相連，-“或非”門(mén)(13)的輸出端與第二串延遲電路(T4、T5)的輸入端相連，-第二串延遲電路(T4、T5)的逆轉(zhuǎn)的輸出端與具有兩個(gè)輸入端的“與”門(mén)(14)的第一輸入端(41)相連，“與”門(mén)(14)的輸出端與第一串延遲電路(T1、T2)的輸入端相連，并且-“或非”門(mén)(13)的第二輸入端和“與”門(mén)(14)的第二輸入端相互連接，并且適合于接收控制信號(hào)(Tin)。
18．按照權(quán)利要求17所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-第一延遲電路(T3)設(shè)在第一串延遲電路(T1、T2)的輸出端和“或非”門(mén)(13)的第一輸入端(31)之間，并且-第二延遲電路(T6)設(shè)在第二串延遲電路(T4、T5)的輸出端和“與”門(mén)(14)的第一輸入端(41)之間。
19．按照以上權(quán)利要求之一所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，自振蕩二極管(D)是經(jīng)由開(kāi)關(guān)(SW1、SW2、SW1a、SW1b、SW2a、SW2b)中的至少一個(gè)接通的。
20．按照以上權(quán)利要求之一所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-緩沖放大器段(12)包括第一對(duì)串聯(lián)在供電裝置段(11)的第一輸出接頭(4)和第二輸出接頭(3)之間的信號(hào)開(kāi)關(guān)(27、33；30、32)以及第二對(duì)串聯(lián)在供電裝置段(11)的第一輸出接頭(4)和第二輸出接頭(3)之間的信號(hào)開(kāi)關(guān)(29、31；28、34)，-其中，第一對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)(27、33；30、32)之間的第一連接點(diǎn)與緩沖放大器段(12)的第一信號(hào)輸出接頭(5)相連，并且第二對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)(29、31；28、34)之間的第二連接點(diǎn)與緩沖放大器段(12)的第二信號(hào)輸出接頭(6)相連，-其中，第一和第二對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的控制接頭是如此連接的，--如果緩沖放大器段(12)的輸入信號(hào)(Usignal)接受第—邏輯電平，則第一信號(hào)輸出接頭(5)與供電裝置段(11)的第一輸出接頭(4)連接并且第二信號(hào)輸出接頭(6)與供電裝置段(11)的第二輸出接頭(3)連接，并且--如果緩沖放大器段(12)的輸入信號(hào)(Usignal)接受第二邏輯電平，則第一信號(hào)輸出接頭(5)與供電裝置段(11)的第二輸出接頭(3)連接并且第二信號(hào)輸出接頭(6)與供電裝置段(11)的第一輸出接頭(4)連接。
21．按照權(quán)利要求20所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，每個(gè)信號(hào)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)n溝道MOSFET晶體管和一個(gè)p溝道MOSFET晶體管，這兩個(gè)晶體管的溝道是并聯(lián)的并且這兩個(gè)晶體管的柵極接收互補(bǔ)的輸入信號(hào)(S1、S2)。
22．按照權(quán)利要求21所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，-第二對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)(29、31)的和第一對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)(30、32)的p溝道MOSFET晶體管(29,30)的柵極，和第一對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)(27、33)的和第二對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)(28、34)的n溝道MOSFET晶體管(27、28)的柵極接收輸入信號(hào)(S1)，并且-第二對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)(28,34)的和第一對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)(27、33)的p溝道MOSFET晶體管(33、34)的柵極和第一對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)(30、32)的和第二對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)(29,31)的n溝道MOSFET晶體管(31、32)的柵極接收逆轉(zhuǎn)的輸入信號(hào)(S2)。
23．按照以上權(quán)利要求之一所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，一個(gè)平滑電抗(C)是經(jīng)由輸出接頭(3、4)接通的。
24．按照以上權(quán)利要求之一所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，放大器段(12)和至少供電裝置段(11)的開(kāi)關(guān)裝置(SW)是集成在一個(gè)共同的半導(dǎo)體芯片上的。
25．按照以上權(quán)利要求之一所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，電抗裝置(L)是一個(gè)電感。
26．按照以上權(quán)利要求之一所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，該輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路包括多個(gè)用于多個(gè)信號(hào)信道的放大器段(12)。
27．按照以上權(quán)利要求之一所述的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，具有用于控制開(kāi)關(guān)(SW1、SW2、SW1a、SW1b、SW2a、SW2b)的開(kāi)關(guān)運(yùn)作的控制裝置。
28．用于使一個(gè)具有一個(gè)放大器段(12)和一個(gè)包括輸入接頭(1、2)、用于暫時(shí)存儲(chǔ)能量的電抗裝置(L)和與放大器段(12)相連的輸出接頭(3、4)的供電裝置段(11)的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路運(yùn)作的方法，具有如下步驟-使輸入接頭(1、2)與一個(gè)電壓源(Vcc)連接，-為了把能量充入電抗裝置(L)，使電抗裝置(L)與輸入接頭(1、2)連接，并且-為了把能量的至少一部分放入放大器段(12)，使電抗裝置(L)與輸出接頭(3、4)連接。
29．按照權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，-在使電抗裝置(L)與輸出接頭(3、4)連接之前，使所有的輸入接頭(1、2)與電抗裝置(L)分離，-在使電抗裝置(L)與輸入接頭(1、2)連接之前，使所有的輸出接頭(3、4)與電抗裝置(L)分離。
全文摘要
一個(gè)用于產(chǎn)生輸出數(shù)字信號(hào)的輸出緩沖開(kāi)關(guān)電路包括一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載一條低阻抗的傳輸線(9)的緩沖放大器段和一個(gè)用于向緩沖放大器段(12)提供功率的供電裝置段(11)。供電裝置段(11)包括一對(duì)用于連接一個(gè)電壓源的輸入接頭(1、2)和一對(duì)與放大器段(12)相連的輸出接頭(3、4),用于暫時(shí)存儲(chǔ)能量的電抗裝置和開(kāi)關(guān)裝置,這些開(kāi)關(guān)裝置適合于規(guī)定一個(gè)充電階段和一個(gè)放電階段,在充電階段中,能量從電壓源被充入電抗裝置中,在放電階段中,存儲(chǔ)在電抗裝置中的能量的至少一部分被放入輸出接頭(3、4)中。
文檔編號(hào)H03K19/00GK1214157SQ96180220
公開(kāi)日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1996年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月16日
發(fā)明者M·赫德貝里 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司