<Desc/Clms Page number 1>
VERBETERINGSOKTROOI
BELL TELEPHONE MAIIUFACTURING COMPANY
Naamioze Vennootschap Francis Wellesplein 1 B-2013 Antwerpen België Aanvraag voor een eerste werbeteringsoktroot aan het
EMI1.1
Belgische oktrooi nr. S 11 16 december 1986 voor TELECOMMUNICATIE-INRICHTING EN DAARIN GEBRUIKTE KETENS Uitvinder : J.
CANNAERTS
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op eenspanningsverzwakkingsketen waarin een ingangsklem waarop een ingangsspanning wordt gelegd via een eerste impedantie gekoppeld is met een uitgangsklem waarop een uitgangsspanning verschijnt, en waarin deze uitgangsklem met minstens een referentieklem waarop een overeenkomstige eerste reterentiespanning celegd wordt, gekoppeld is via een overeenkomstige spanningsgestuurde
EMI2.2
tweede de waarde, een over deze i'"Pedantie pannin referentespanning.
dat deze uitgangsspanning dan naenoeg gelijk is aan daze ingangsspanning, en voor een over deze imoedantie aangelegde spanning boven deze tweede referentiespanning merkelijk lager iso zodat deze uitgangsspanntnq dan verzwakt wordt.
Den dergelijke spanningsver zwakkingsketen is reeds bekend in de technlek bijvoorbeeld uit de blz. 226 tot 229 wan het boek "Puise, Digital and Switching Waveforms" door MILLAN en TAUB, International Student Edition, mCGRAW HILL Company. Toko. In deze bekende spanningsverzwakkingskten wordt de tweede impedantie gevormd door een diode en is de tweede referentiespanning de dempelspann1ng waarop deze diode geleidend wordt.
Een nadeel van deze bekende keten is dat deze tweede referentiespanning van de ene diode tot de andere kan
EMI2.3
wsc'Ilfr). *jt de waarde van de zvoor dewelke de verzwakking begint en de uitgangssnanning vervormd wordt, muet just bekend is. In sommige
<Desc/Clms Page number 3>
gevallen is het echter bijzonder nuttig deze tweede referentiespanningnauwkeurigtekennen, bijvoorbeeld voor kleine ingangs- en uitgangsspanningen zoals over het algemeen het geval is bij audio overdracht, zoals In telefonie. Inderdaad. er kan dan nauwkeurig vastgesteld worden of de spanningswerzwakkingsketen woldoet aan de vereisten betreffende de kwaliteit, bijvoorbeeld de graad van vervorming, van de uitgangsspanning.
Een doelstelling van de uttvinding best at er in een spanningsverzwakkingsketen van het hierboven beschreven type te verschaffen, maar waarin de waarde van een uitgangsspanning voor dewelke er een vervorming optreedt nauwkeurig bekend is.
Volgens de uitvinding wordt deze doelstelling bereikt doordat de spanningsverzwakkingsketen omvat : een spanningsgestuurde derde impedantie die nagenoeg gelijk ils aan deze spanningsgestuurde tweede imp0edantie, eerste middelen om deze tweede referentiespanning over deze derde impedantie voort te brengen en om de aldus voortgebrachte tweede referentiespanning te meten, en tweede middelen die deze gemeten tweede referentiespanning gebruiken om deze eerste, referentiespanning voort te brengen, zodanig dat de verzwakkingsketen deze verzwakking begint voor een waarde van de uitgangsspanning die onafhankelijk van deze tweede referentiespanning is.
Op deze wijze wordt de tweede referentiespanning door de eerste middelen met grote nauwkeurigheid voortgebracht en gemeten. en kunnen de tweede middelen een welbekende eerste referentiespanning voortbrengen, zodat de waarde'van de uitgangsspanning vanaf dewelke deze niet langer identiek is aan de ingangsspanning nauwkeurig bekend is.
Een ander nadeel wan de bekende spanningsverzwakkingsketen is dat voor de daarin
<Desc/Clms Page number 4>
gebruikte diode de overgang tussen de hoge of oneindige waarde van de tweede impedantie en zijn lage waarde betrekkelijk scherp is. Dit is te wijten aan de vorm van de stroom/spanningskarakteristiek van een diode. Als gevolg daarvan, indien bijvoorbeeld audio-signalen aan de ingangsklemvandezeverzwakkingsketengelegdworden, zijn de audio- uitgangssignalen die dan aan de uitoangsklem voortgebracht worden vervormd aan het begin en einde van de verzwakking, d. w. z. als de diode geleidend of geblokkeerd wordt.
Een andere doelstelling van de onderhavige uitvinding bestaat er in een spanningsverzwakkingsketen van het hierboven beschreven type te verschaffen, maar waarin de hierboven vermelde overgangen tussen de geleidende en geblokkeerde toestanden van de diode meer geleidelijk gebeuren.
Volgens de uitvinding wordt deze doelstelling bereikt doordat deze spanningsgestuurde tweede impedantie door een veldeffekttrenskstor gevormd wordt.
Een andere kenmerkende eigenschap van de onderhavige spanningsverzwakkingsketen is dat de afvoeren poortelektroden van deze veldeffekttransistor k-. rtgesloten zlin.
Omdat de stroom/spannningskarakteristiek van een dergelijke als diode verbonden veldeffekttransistor kwadratisch is, gebeuren de hierboven vermelde overgangen van de tweede impedantie van zijn oneindige naar zijn lage waarden en vine ver a geleideltjker dan voor een inrichting die een exponentiële karakteristiek heeft, zoals een diode. Daarom zijn audio-uitgangssignalen aan het begin en einde van een verzwakking nagenoeg niet vervormd.
De hierboven vermelde en andere doeleinden en kenmerken van de uitvinding zullen duidelijker worden en de uitvinding zelf zal het best begrepen worden aan de
<Desc/Clms Page number 5>
hand van de hiernavolgende beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld en van de bijbehorende tekeningen waarin !
Fig. l een spanningsverzwakkingsketen LIM volgens de uitvinding voorstelt;
Fig. 2 een referentiespanningsgenerator GEN toont. die de spanningen VI en V2 voor d spanningsverzwakkingsketen LIM van Fig. I verschaft ; en
Fig. 3 ingangs- en uitgangssingeelgolfvormen VIN en VOUT toont die op gelijknemige klemmen van deze verzwakkingsketen LIM verschijnen.
De in Fig. l getoonde spanningsverzwakkfngsketen LIM heeft een ingangsklem VIN waaraan de gelijknamige ingangssignalen VIN worden top. gevoerd. een uitgangsklem VOUT waarop de gelijKnamige uitganossignalen VOUT verschijnen. en een weerstand Rl die tussen deze klemmen VIN en VOUT verbonden is. LIM heeft ook twee referentiespanningslkemmen V1 en V2 waarop gelijknamige referentiesignalen voortgebracht door een referentiespanningsgenerator GEN gelegd worden. De'klem VI is gekoppeld met de klem V2 via de serieverbinding van twee als diode verbonden PMOS transistoren Pl en PZ.
Meer in het bijzonder is V1 verbonden met de kortgesloten afwoer-en poortelektroden wan Pl Maarwan de bronelektrode met de kortgesloten afvoer- en poortelektroden van P2 verbonden is. waarbij de bronelektrode van P2 met V2 verbonden i s. Het verbindingspunt van de bronelektrode van Pl en de afvoeren poortelektroden van P2 is met de klem VOUT verbonden.
De spanningsverzwakkingsketen LIM maakt bijvoorbeeld deel uit van een telecommunlcatieketen. zoals dezp beschreven in de eveneens vandaag ingediende Belgische oktrooiaanvraag nr......... met als titel "Telecommunicatie-inrichting en daarin gebruikte ketens en is daarin met de referentie CC aangeduid. Hij wordt
<Desc/Clms Page number 6>
daarin gebruikt om op VOUT de amplitude van aan VIN gelegde audio-spanningssignalen te beperken. Tot een welbepaalde amplitude, bijyoorbeeld VR, worden deze . signalen via LIM zonder enige vervorming overgedragen, maar vanaf deze welbepaalde amplitude worden de
EMI6.1
uitgangssignalen VOUT wan LIM t. de ingangssignalen o. v.VIN verzwakt.
Zoals later zal worden beschreven gebeurt de overgang tussen niet-verzwakking en verzwakking ven de uitgangssignalen geleidelijk of zachtjes, zodat er geer vervorming optreedt.
De in Fig. 2 getoonde referentiespanningsgenerator
EMI6.2
GEN die de hierbower. en vermeide referentiespanninoen VIV2 voortbrengt, heeft twee voorspanningsklemmen V3 en V4 waaraan voorspanningen van bijvoorbeeld respektievelijk +2,5 en -2,5 Volts worden gelegd. V3 is met V4 verbonden via de serieverbinding van een weerstand R2, de bron-naar-afvoerweg van een PMOS transistor P3 en een weerstand R3, waarbij de poortelektrode van P3 met zijn afvoerelektrode verbonden is om een diode te vormen. De als diode verbonden transistor P3 wordt voorwaarts gepolariseerd en de waarden van de voorspanningen V3 an
EMI6.3
V4 en van de spanningsvallen over de weerstanden R2 en R3 zijn dat P3 op de minimum limiet van geleiding in zijn De spanningsval die dan teweeg gebracht wordt over P3 en die geli aan zijn drempelspanning wordt VD genoemd.
Er dient opgemerkt dat de drie PMOS transistors PI-P3, alle verkregen worden door middel van een CMOS N-put proces in eenzelfde geYntegreerde keten en op zodanige wijze dat ze alle identiek zijn en daarom dezelfdsdrempelspanningVDhebben.
CEN omvat verder een verschilversterkerketen btstaande uit een operationele versterker Al en vier weerstanden R4-R7. Het doel van deze verschilversterkerketen bestaat erin van de
<Desc/Clms Page number 7>
laatstgenoemde spanningswal VO over de transistor P3 te meten. Met dit doel is de weerstand R4 tussen de bronelektrode van P3 en de niet-inverterende ingang (+) van Al verbonden, terwijl de weerstand R5 tussen de afvoerelektrode van P3 en de inverterende ingang (-) van Al verbonden is. De niet-inverterende ingang (+) van Al
EMI7.1
is werder geaard via de zeerst d R6 en de uitgang van Al is naar zijn inverterende ingang (-) via de weerstand R7 teruggekoppeld.
Er dient opgemerkt dat de weerstandswaarden van de vier weerstanden R4-R7 gelijk zijn, zodat de spanningsval VD over P3 aan de uttgang van Al verschijnt.
GEN omvat ook een inverter-optelketen bestaande uit een operationele versterker A2 en drie weerstanden R8-R10. De uitgang van A2 is naar zijn inverterende ingang (-) via de weerstand RIO teruggekoppeld, terwijl de uitgang van Al en een referentieklem V5, waarop een referentiespanning -VR wordt gelegd, met deze inverterende ingang (-) van A2 respektievelijk via de weerstanden R8 en R9 verbonden zijn. De niet-inverterende ingang (+) van A2 is geaard. De uitgang van A2 is de referentie-uitgangsklem VI waarop een spanning
EMI7.2
VI = VR-VD wordt verschaft, gezien de waarden van de drie (l)weerstanden R8-R10 gelijk zijn. Er dient opgemerkt dat de absolute waarde van de spanning -VR, Jie aan de referentieklem V5 gelegd wordt, gelijk is aan de hierboven vermelde welbepaalde spanningsamplitude.
Zoals later zal worden uiteengezet. zijn de uitgangssignalen VOUT tussen-VR en +VR identiek aan de ingangssignalen VIN, terwijl ze onder-VR en boven +VR vervormd en verzwakt zijn t. o. v. de ingangssignalen VIN.
Het gedeelte van de spanningsverzwakkingsketen LIM dat Pl omvat en dat met VI gekoppeld is, werzwakt enkel
<Desc/Clms Page number 8>
de positieve waarden van de aangelegde spanningssignalen, terwijl het gedeelte van LIM dat P2 omvat de negatieve waarden van deze signalen verzwakt, waarbij de referentiespanning V2 verkregen wordt door VI om te keren in een inverterketen die van GEH deel uitmaakt. De laatstgenoemde keten bestaat uit een operationele versterker A3 waarvan de uitgang naar zijn inverterende ingang (-) via een weerstand Rll is teruggekoppeld. De referentieklem VI t d.
M. x. de uitgang van A2, is met de inverterende ingang (-) van A3 via een weerstand R12 verbonden. terwijl de niet-inverterende ingang (+) van A3 geaard is, De uitgang van A3 is met de tweede
EMI8.1
referentie-uitgangsklem V2 verbonden. zodat een spanning V2"-VR VD (2) op deze uitgang voortgebracht wordt, gezien de weerstandswaarden van Rl1 en R12 gelijk zijn.
Er wordt nu verwezen naar Fig. 3, die het uitgangssignaal VOUT toont dat voortgebracht wordt als een sinusvorming ingangssignaal VIN aan de keten wordt gelegd. In dit voorbeeld, is VR gelijk gekozen aan 0,55 Volts en wordt er verondersteld dat de drempelspanning VD van de PMOS transistors P1-P3, die over P3 door Al gemeten wordt, gelijk is aan 0. 70 Volts. Uit de betrekkingen (1) en (2) volgt dat de spanningen op de referentieklemmen V1 en V2 respektivelijk gelijk zijn aan-0, 15 en +Oti5 Volts. Omdat de spanningsval die over de transistor of P2 kan optreden gelijk is aan VD, is de spanning waarop het uitgangssignaal VOUT verzwakt wordt, gelijk aan VR - VD + VD of VR als de transistor Pl begint te geleiden, en aan-VR VD-VD of-VR als transistor P2 begint te geleiden.
Dit betekent dat de spanning VO T de ingangsspanning VIN volgt zolang VIN de spanning VR niet overschrijdt in de positieve zin of de spanning-VR niet overschrijdt in de negatieve zin.
Zoals getoond gebeurt dit gedurende de tijdsintervallen
<Desc/Clms Page number 9>
O-T1 T2-T3 en T4-0. waarbij de beide transistoren Pl an P2 dan geblokkeerd zijn, Als de spanningsamplitude van het lngangssignaal VIN Je spanning VR overschrijdt, d. w. z. gedurende het tijdsinterval T1-T2, wordt PMOS transistor Pl geleidend zodat er door zijn bron-naar-afvoerweg Een stroom begint te'vloeien. Deze transistor Pl werkt hierbij als een weerstand waarvan de waarde afhankelijk is van zijn bron-naar-afvoer spanningsval. Door de spanningsdeling verschaft door de weerstand Rl en de weerstand gevormd door P1 verandert de spanningsamplitude van het uitgangssignaal VOUT minder snel dan deze wan het inaanasstanaal VIN en wordt dit signaal dus verzwakt.
Op dezelfde wijze, gedurende het tijdsinterval T3-T4 wordt PMOS transistor P2 geleidend en wordt het uitgangssignaal VOUT t. o. v. het ingangssignaal VIN verzwakt.
Gedurende de vertMakktngsfazen TI-T2 en T3-T4 is de spanningsval over de als diode verbonden PMOS transistor Pl of P2 en de stroom die er doorheen vloeit, verbonden door een kwadratische wet. Door deze eigenschap wordt de ingangsspanning niet scherp afgesneden, zodat de overgangen tussen verzwakte en niet verzwakte gedeelten wan VUT niet scherp maar vloeiend gebeuren. Als gevolg daarvan geven deze afsnijdingen geen aanleiding tot vervormingen. Gewone bipolaire dioden hebben een exponenti-le stroom/spanningskarakteristiek, die minder vloeiend verloopt dan deze van de als diode verbonden MOS transistors.
Er dient opgemerkt dat de overgangen en Tl tot T4 in de tijdskarakteristiek van VOUT niet alleen afhankelijk zijn van de stroom/spanningskarskteristiek wan de PMOS transistoren P1 en P29 maar unK van de betrekkelijke afmetingen van de samenstellende delen van deze PMOS transistoren en van de waarden van de
EMI9.1
weerstanden Rl tct R3.
<Desc/Clms Page number 10>
Hoewel de principes van de uitvinding hierboven zijn beschreven aan de hand van bepaalde uitvoeringsvormen en wijzjgingen daarvan, is het duidelijk dat de beschrijving slechts bij wijze van voorbeeld is gegeven en de uitvinding niet daartoe is beperkt.