<Desc/Clms Page number 1>
VERBETERINGSOKTROOI
BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY
Naamloze Vennootschap Francis Wellesplein 1 B-2018 Antwerpen
België Aanvraag voor een tweede verbeteringsoktrooi aan het
EMI1.1
Belgische oktrooi nr. OT. l1 ingediend op 16 december 1986 voor : TELECOMMUNICATIE-INRICHTING EN DAARIN GEBRUIKTE KETENS Uitvinder : J. CANNAERTS
<Desc/Clms Page number 2>
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een impedantienetwerk, bijvoorbeeld een vermenigvuldigingsketen, welke een uitgangssignaal voortbrengt dat een funktie, bijvoorbeeld het produkt, is van eerste en tweede ingangssignalen.
Vermenigvuldigingsketens zijn algemeen in de techniek bekend, bijvoorbeeld uit blz. 569-570 van het boek"Analysis and Design of Analog Integrated Circuits" door P. R. Gray en anderen, John Wiley en Sons. Deze bekende vermenigvuldigingsketen is van een betrekkelijk ingewikkelde opbouw omdat hij twee verschilspanning-naar-stroomomzetters omvat om de ingangssignalen, die verschilspanningssignalen zijn, naar stromen om te zetten, alsook een vermenigvuldigingsketen omvat om deze stromen te vermenigvuldigen, en een omzetter om het aldus verkregen produkt in een uitgangsspanningssignaal om te zetten.
Een doelstelling van de onderhavige uitvinding bestaat erin een impedantienetwerk van het hierboven beschreven type te verschaffen, maar dat van een betrekkelijk eenvoudige opbouw is.
Volgens de uitvinding wordt deze doelstelling bereikt doordat het impedantienetwerk omvat : een eerste keten die een eerste impedantie omvat welke funktie is van dit eerste signaal dat aan deze eerste keten wordt gelegd, en een tweede keten die een tweede impedantie omvat welke funktie is van deze eerste impedantie en die dit uitgangssignaal voortbrengt als een funktie van dit
<Desc/Clms Page number 3>
tweede signaal en deze tweede impedantie.
Een andere kenmerkende eigenschap van het onderhavige impedantienetwerk is dat deze eerste en tweede impedanties gelijk zijn.
Nog een ander kenmerk van het onderhavige impedantienetwerk is dat deze tweede keten in staat is om dit tweede ingangssignaal te vermenigvuldigen met een faktor die funktie is van deze eerste impedantie.
Er dient opgemerkt dat middelen voor de vermenigvuldiging van een ingangssignaal met een factor, die funktie is van een impedantie, algemeen bekend zijn in de techniek van operationele versterkers. Dergelijke middelen worden bijvoorbeeld gevormd door een operationele versterker met een seriële ingangsimpedantie, waaraan het ingangssignaal wordt gelegd, en met een negatieve terugkoppelimpedantie, waarbij de vermenigvuldigingsfaktor gevormd wordt door de verhouding van de terugkoppelings-en serie-impedanties.
Door gebruik te maken van deze betrekkelijk eenvoudige bekende middelen en door één van deze impedanties funktie van het eerste signaal te maken kan een betrekkelijk eenvoudige vermenigvuldigingsketen verkregen worden.
Een andere kenmerkende eigenschap van het onderhavige impedantienetwerk is dat deze eerste impedantie omgekeerd evenredig is met dit eerste ingangssignaal, terwijl deze faktor omgekeerd evenredig is met deze tweede impedantie.
Nog een andere kenmerkende eigenschap van het onderhavige impedantienetwerk is dat deze eerste impedantie gelijk is aan de verhouding van een referentiespanningssignaal en een voorafbepaalde stroom, die gelijk is aan de verhouding van dit eerste ingangssignaal en een derde impedantie.
Nog een andere kenmerkende eigenschap van het
<Desc/Clms Page number 4>
onderhavige impedantienetwerk is dat deze eerste keten een eerste veldeffekttransistor omvat die in zijn lineair gebied werkt en deze eerste impedantie vertoont, waarbij deze eerste keten in staat is om dit referentiespanningssignaal over het afvoer-naar-bronpad van deze transistor te leggen en om deze voorafbepaalde stroom door dit pad te doen vloeien.
Een andere kenmerkende eigenschap van het onderhavige impedantienetwerk is dat deze eerste keten door dit referentiespanningssignaal en door dit eerste ingangssignaal bestuurd wordt en eerste operationele versterkermiddelen omvat die met deze eerste veldeffekttransistor gekoppeld zijn teneinde daaraan een voorafbepaalde poort-naar-bronspanning en deze referentiespanning te leggen en om er deze voorafbepaalde stroom doorheen te doen vloeien.
Nog een ander kenmerk van het onderhavige impedantienetwerk is dat deze eerste operationele versterkermiddelen een eerste en een tweede operationele versterker omvatten en een referentie-ingang en een eerste signaalingang hebben waaraan respektievelijk dit referentiesignaal en dit eerste ingangssignaal worden gelegd, en dat deze referentie-ingang via dit transistor afvoer-naar-bronpad gekoppeld is met de inverterende ingang van deze eerste operationele versterker die zowel een geaarde niet-inverterende ingang heeft als een eerste negatieve terugkoppelweerstand en een uitgang heeft die verbonden is met de inverterende ingang van deze tweede operationele versterker waarvan de niet-inverterende ingang deze eerste signaalingang is en waarvan de uitgang met de poort van deze eerste transistor gekoppeld is.
Op deze wijze wordt door betrekkelijk eenvoudige middelen een impedantie verkregen, die omgekeerd evenredig is met het eerste ingangssignaal.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een
<Desc/Clms Page number 5>
impedantienetwerk, dat gekenmerkt is doordat het eerste en tweede inrichtingen met 3 klemmen omvat met een gemeenschappelijke besturingsklem en gescheiden ingangs- en uitgangsklemen, waarbij eenzelfde ingangsspanning v wordt gelegd aan deze besturingsklemmen van deze inrichtingen die respektieve eerste en tweede impedanties
1 1 gelijk aan en en gemeten tussen bl (v-d) b2 (v-d) respektieve ingangs-en uitgangsklemmen hebben, waarbij bl, b2 en d constanten zijn en v deze ingangsspanning is.
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 hand van de hiernavolgende beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld en van de bijbehorende tekening die een schematisch diagram van een impedantienetwerk volgens de uitvinding toont.
Dit impedantienetwerk heeft een eerste signaal ingang 511, een tweede signaal ingang 512, een referentie-ingang RI en een signaaluitgang SO en omvat de operationele versterkers OA1 tot OA3, de NMOS transistors NM1 en NM2 en de weerstanden Rl en R2.
De referentie-ingang RI is met de inverterende ingang van de operationele versterker OA1 via het afvoer-naar-bronpad van de NMOS transistor NM1 verbonden.
De niet-inverterende ingang van OA1 is geaard en zijn uitgang is verbonden, zowel met zijn inverterende ingang via de terugkoppelweerstand Rl als met de inverterende ingang van de operationele versterker OA2.
De eerste signaalingang 511 is verbonden met de niet-inverterende ingang van de operationele versterker OA2 waarvan de inverterende ingang verbonden is met de uitgang van de operationele versterker OA1, zoals reeds vermeld, en waarvan de uitgang met de poorten van de NMOS transistors NM1 en NM2 verbonden is.
<Desc/Clms Page number 6>
De tweede signaalingang S12 is met de inverterende ingang van de operationele versterker OA3 via het afvoer-naar-bronpad van de NMOS transistor NM2 verbonden.
De niet-inverterende ingang van OA3 is geaard en zijn signaaluitgang SO is met zijn inverterende ingang via de terugkoppelweerstand R2 verbonden.
Het impedantienetwerk werkt als volgt als spanningssignalen VI en V2 aan de respektieve signaal ingangen SI1 en SI2 gelegd worden en als een referentiespanning Vr aan de referentie-ingang RI gelegd wordt. Al deze spanningssignalen en ook het uitgangssignaal VO dat op de signaaluitgang SO voortgebracht wordt hebben grond als referentie.
Er wordt verondersteld dat de aangelegde spanningssignalen zodanig zijn dat de beide NMOS transistors NM1 en NM2 in hun lineair gebied werken, d. w. z. als spanningsafhankelijke impedanties die evenredig zijn met hun poort-bronspanning minus hun drempelspanning. Inderdaad, als aangenomen wordt dat deze drempelspanningen gelijk zijn aan d, kunnen de volgende betrekkingen geschreven worden, gezien de spanning op de inverterende ingang van OA2 en op de uitgang van OA1 gelijk is aan VI, omdat NM1 en NM2 dezelfde poort-bronspanning VGS of v hebben, en omdat de inverterende ingangen van OA1 en OA3 beide op virtuele grondpotentiaal zijn :
Voor OA1
EMI6.1
11 = bl (v-d) Vr (1) VI en 11 =-- (2) Rl waarin bl een constante is die van de afmetingen van NM1 en van parameters van de gebruikte MOS technologie afhankelijk is.
Voor OA3
12 = b2 (v-d) V2 (3)
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
waarin b2 een constante is die afhankelijk is van de afmetingen van NM2 en van parameters van de gebruikte MOS technologie.
Als bl=b2 kunnen de betrekkingen (l) en (3) geschreven worden :
EMI7.2
Vr 11 =- (5) R3 V2 12 =- (6) R3 1 1 waarin R3 = (7) bl (v-d) b2) v-d)
EMI7.3
en uit de betrekkingen (2), (5) en (6) volgt dat
EMI7.4
=waarbij Ko de bovengenoemae spann1ngsaTnanKel1JKe impedanties zijn die door NM1 en NM2 worden gevormd.
Uit hetgeen voorafgaat volgt dat door middel van DA1, OA2 en NM1 een welbepaalde impedantie R3 verwezenlijkt wordt door over NM1 een welbepaalde spanning Vr te leggen en er door middel van VI een welbepaalde stroom 11 doorheen te doen vloeien. Doordat 11 funktie is van VI is ook R3 funktie van VI en gegeven door :
EMI7.5
Door de transistors NM1 en NM2 zodanig te verbinden dat ze dezelfde poort-bronspanning v hebben en door ze zodanig te kiezen dat ze dezelfde drempelspanning d en dezelfde parameters bl=b2 hebben heeft NM2 dezelfde impedantie R3 als NM1.
Tenslotte wordt door middel van OA3 en NM2 een uitgangsspanning VO verschaft die funktie is van V2 en van de weerstanden R2 en R3, namelijk
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
Door kombinatie van de betrekkingen (9) en (10) verkrijgt men opnieuw de betrekking (8). Daaruit volgt dat de uitgangsspanning VO gelijk is aan het produkt van de ingangsspanningen V1 en V2 en een schaalfactor
EMI8.2
In een voorkeursuitvoering is
Rl = R2 en
V1 = kVr met Vr een constante spanning k een veranderlijke
In dit geval wordt de betrekking (8)
VO = kV2 (12) zodat de uitgangsspanning VO dan gelijk is aan het produkt van de ingangsspanning en de veranderlijke k.
Een dergelijke voorkeursuitvoering zou bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden in een telecommunicatie-inrichting zoals beschreven in de eveneens vandaag ingediende Belgische oktrooiaanvraag met als titel"Telecommunicatie-inrichting en daarin gebruikte ketens", om een versterkingsregeling in funktie van de lijngelijkstroom te verwezenlijken. In dit geval wordt k evenredig met deze lijnstroom gemaakt.
Hoewel de principes van de uitvinding hierboven zijn beschreven aan de hand van bepaalde uitvoeringsvormen en wijzigingen daarvan, is het duidelijk dat de beschrijving slechts bij wijze van voorbeeld is gegeven en de uitvinding niet daartoe is beperkt.
<Desc / Clms Page number 1>
IMPROVEMENT PATTERN
BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY
Public Company Francis Wellesplein 1 B-2018 Antwerp
Belgium Application for a second improvement patent to the
EMI1.1
Belgian patent no. OT. 11 filed December 16, 1986 for: TELECOMMUNICATIONS DEVICE AND CHAINS USED IN IT Inventor: J. CANNAERTS
<Desc / Clms Page number 2>
The present invention relates to an impedance network, for example a multiplier circuit, which produces an output signal which is a function, for example the product, of first and second input signals.
Multiplication chains are well known in the art, for example, from pages 569-570 of the book "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits" by P. R. Gray and others, John Wiley and Sons. This known multiplier circuit is of a relatively complex construction because it comprises two differential voltage-to-current converters for converting the input signals, which are differential voltage signals, to currents, as well as a multiplier circuit for multiplying these currents, and a converter for the product thus obtained to an output voltage signal.
An object of the present invention is to provide an impedance network of the type described above, but which is of relatively simple construction.
According to the invention, this object is achieved in that the impedance network comprises: a first circuit comprising a first impedance which is a function of this first signal applied to this first chain and a second chain comprising a second impedance which is a function of this first impedance and which produces this output signal as a function of this
<Desc / Clms Page number 3>
second signal and this second impedance.
Another characteristic of the present impedance network is that these first and second impedances are equal.
Yet another feature of the present impedance network is that this second circuit is capable of multiplying this second input signal by a factor that is a function of this first impedance.
It should be noted that means for multiplying an input signal by an impedance factor is well known in the art of operational amplifiers. Such means are formed, for example, by an operational amplifier with a serial input impedance to which the input signal is applied, and with a negative feedback impedance, the multiplication factor being the ratio of the feedback and series impedances.
By using these relatively simple known means and by making one of these impedances a function of the first signal, a relatively simple multiplication circuit can be obtained.
Another characteristic of the present impedance network is that this first impedance is inversely proportional to this first input signal, while this factor is inversely proportional to this second impedance.
Yet another characteristic feature of the present impedance network is that this first impedance is equal to the ratio of a reference voltage signal and a predetermined current equal to the ratio of this first input signal and a third impedance.
Yet another characteristic feature of the
<Desc / Clms Page number 4>
The present impedance network is that this first circuit includes a first field effect transistor which operates in its linear region and exhibits this first impedance, said first circuit being able to lay this reference voltage signal over the drain-to-source path of this transistor and to provide this predetermined current by flowing this path.
Another characteristic of the present impedance network is that this first circuit is controlled by this reference voltage signal and by this first input signal and includes first operational amplifier means coupled to this first field effect transistor to apply a predetermined gate-to-source voltage and this reference voltage and to let this predetermined flow flow through it.
Yet another feature of the present impedance network is that these first operational amplifier means comprise a first and a second operational amplifier and have a reference input and a first signal input to which this reference signal and this first input signal are applied, respectively, and that this reference input is this transistor drain-to-source path is coupled to the inverting input of this first operational amplifier which has both a grounded non-inverting input and a first negative feedback resistor and an output connected to the inverting input of this second operational amplifier whose non-inverting input is this first signal input and the output of which is coupled to the gate of this first transistor.
In this way, an impedance which is inversely proportional to the first input signal is obtained by relatively simple means.
The invention also relates to a
<Desc / Clms Page number 5>
impedance network, characterized in that the first and second devices comprise 3 terminals with a common control terminal and separate input and output terminals, the same input voltage v being applied to these control terminals of these devices having first and second impedances, respectively
1 1 equal to and measured between bl (v-d) b2 (v-d) have respective input and output terminals, where bl, b2 and d are constants and v is this input voltage.
The foregoing and other objects and features of the invention will become more apparent and the invention itself will be best understood from the following description of an exemplary embodiment and from the accompanying drawing which shows a schematic diagram of an impedance network according to the invention.
This impedance network has a first signal input 511, a second signal input 512, a reference input R1 and a signal output SO and includes the operational amplifiers OA1 to OA3, the NMOS transistors NM1 and NM2 and the resistors R1 and R2.
The reference input RI is connected to the inverting input of the operational amplifier OA1 via the drain-to-source path of the NMOS transistor NM1.
The non-inverting input of OA1 is grounded and its output is connected both to its inverting input via the feedback resistor R1 and to the inverting input of the operational amplifier OA2.
The first signal input 511 is connected to the non-inverting input of the operational amplifier OA2, the inverting input of which is connected to the output of the operational amplifier OA1, as already mentioned, and whose output is connected to the gates of the NMOS transistors NM1 and NM2. is connected.
<Desc / Clms Page number 6>
The second signal input S12 is connected to the inverting input of the operational amplifier OA3 via the drain-to-source path of the NMOS transistor NM2.
The non-inverting input of OA3 is grounded and its signal output SO is connected to its inverting input via the feedback resistor R2.
The impedance network operates as follows when voltage signals VI and V2 are applied to the respective signal inputs SI1 and SI2 and when a reference voltage Vr is applied to the reference input RI. All these voltage signals and also the output signal VO produced on the signal output SO have ground as a reference.
It is assumed that the applied voltage signals are such that both NMOS transistors NM1 and NM2 operate in their linear region, d. w. z. as voltage-dependent impedances proportional to their gate-source voltage minus their threshold voltage. Indeed, assuming that these threshold voltages are equal to d, the following relations can be written, since the voltage at the inverting input of OA2 and on the output of OA1 is equal to VI, because NM1 and NM2 have the same gate-source voltage VGS or v, and because the inverting inputs of OA1 and OA3 are both at virtual ground potential:
For OA1
EMI6.1
11 = bl (v-d) Vr (1) VI and 11 = - (2) R1 where bl is a constant which depends on the dimensions of NM1 and on parameters of the MOS technology used.
For OA3
12 = b2 (v-d) V2 (3)
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
where b2 is a constant that depends on the dimensions of NM2 and on parameters of the MOS technology used.
If bl = b2, relations (l) and (3) can be written:
EMI 7.2
Fr 11 = - (5) R3 V2 12 = - (6) R3 1 1 where R3 = (7) bl (v-d) b2) v-d)
EMI7.3
and it follows from relations (2), (5) and (6)
EMI7.4
= where Ko are the above-mentioned voltage impedances impedances formed by NM1 and NM2.
From the foregoing it follows that by means of DA1, OA2 and NM1 a specific impedance R3 is realized by applying a specific voltage Vr over NM1 and by flowing a specific current 11 through VI. Because 11 is function of VI, R3 is also function of VI and given by:
EMI7.5
By connecting the transistors NM1 and NM2 so that they have the same gate-source voltage v and by choosing them so that they have the same threshold voltage d and the same parameters bl = b2, NM2 has the same impedance R3 as NM1.
Finally, by means of OA3 and NM2, an output voltage VO is provided which is a function of V2 and of the resistors R2 and R3, namely
<Desc / Clms Page number 8>
EMI8.1
The relationship (8) is again obtained by combining relations (9) and (10). It follows that the output voltage VO is equal to the product of the input voltages V1 and V2 and a scale factor
EMI8.2
In a preferred embodiment
R1 = R2 and
V1 = kVr with Vr a constant voltage k a variable
In this case, the position (8)
VO = kV2 (12) so that the output voltage VO is equal to the product of the input voltage and the variable k.
Such a preferred embodiment could, for example, be used in a telecommunication device as described in the Belgian patent application also filed today, entitled "Telecommunication device and chains used therein", in order to realize a gain control in function of the line direct current. In this case, k is made proportional to this line current.
Although the principles of the invention have been described above with reference to certain embodiments and modifications thereof, it is clear that the description is given by way of example only and the invention is not limited thereto.