NL9002154A - Companderende stroom-modus transconductor-c integrator. - Google Patents

Description

Companderende stroom-modus transconductor-C integrator.

De uitvinding heeft betrekking op een transconductor-condensator integrator voor het genereren van ten minste één uitgangssignaal dat evenredig is met de integraal van een ingangssignaal, omvattend een ingangsklem voor toevoer van het ingangssignaal, een uitgangsklem voor afgifte van het uitgangssignaal, een condensator en een daarmee gekoppelde transconductor welke is voorzien van een ingang en een uitgang.

Een dergelijke transconductor-C integrator is onder meer bekend uit het artikel "A 4-MHz CMOS Continuous-Time Filter with On-Chip Automatic Tuning", IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 23, No. 3, June 1988, pp. 750-758, fig. 1. Continue-tijd filters zijn geschikt voor een reeks van filter-functies op het gebied van audio- en videosignaalverwerking en als anti-alias filter in digitale of switched-capacitor systemen. Bij continue-tijd filters is behoefte aan een transconductor-C integrator met een lineaire, afstembare transconductor. Het combineren van afstembaarheid en lineariteit is echter niet eenvoudig. Er is voorts behoefte aan transconductor-C integrators die werken in de stroom-modus, dat wil zeggen, dat de in- en uitgangssignalen de gedaante van een stroom hebben. Deze behoefte wordt gevoed door de trend naar lagere voedingsspanningen en het zoeken naar betere hoogfrekwent prestaties van de filtersystemen. De voordelen van stroom-modus ten opzichte van spanning-modus zijn onder meer genoemd in het artikel "All current-mode frequency selective circuits", Electronics Letters, 8th June 1989, Vol. 25, No. 12, pp. 759-761.

De uitvinding heeft tot doel een afstembare transconductor-C integrator aan te geven die werkt in de stroom-modus en die een lineaire integratorfunctie levert onder gebruikmaking van een niet-lineaire transconductor. Een transconductor-condensator integrator van een 'in de aanhef genoemde soort is daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt doordat - het ingangssignaal en het uitgangssignaal respectievelijk een ingangsstroom en een uitgangsstroom zijn, - de ingang en uitgang van de transconductor zijn gekoppeld met respectievelijk de condensator en de uitgangsklem voor omzetting van een spanning over de condensator naar de uitgangsstroom, en dat de integrator voorts omvat - een differentiator voor opwekking van een gedifferentieerde stroom die evenredig is met de afgeleide naar de spanning over de condensator van een met de uitgangsstroom evenredige terugkoppelstroom, en - een stroomdeler voor levering aan de condensator van een quotiëntstroom die evenredig is met het quotiënt van de ingangsstroom aan de ingangsklem en de gedifferentieerde stroom.

De vervorming van de uitgangsstroom ten gevolge van de niet-lineaire spanning naar stroom karakteristiek van de transconductor wordt gemeten door de differentiator en als een gedifferentieerde stroom toegevoerd naar de stroomdeler welke een quotiëntstroom die evenredig is met het quotiënt van de ingangsstroom en de gedifferentieerde stroom toevoert naar de condensator waarover door integratie van de quotiëntstroom een spanning wordt opgebouwd die door de transconductor weer wordt omgezet in de uitgangsstroom. De aldus gevormde lus resulteert in een stroomintegratiefunctie die volledig onafhankelijk is van de spanning naar stroomkarakteristiek van de transconductor. Deze karakteristiek mag dan niet-lineair zijn, bijvoorbeeld expanderend waardoor de quotiëntstroom van de stroomdeler een comprimerende karakteristiek gaat vertonen. In dat geval is de variatie van de spanning over de condensator bij een gegeven variatie van de uitgangsstroom geringer dan het geval zou zijn bij een lineaire transconductor. Een dergelijke companderende (= comprimerende en expanderende) stroom-modus integrator is zeer geschikt bij lage voedingsspanningen.

Een eerste uitvoeringsvorm van een transconductor-condensator integrator volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de differentiator een direct stroompad is tussen de terugkoppelstroom en de gedifferentieerde stroom en dat de spanning naar stroom omzetting van de transconductor een exponentieel verband heeft, waarbij de uitgangsstroom evenredig is met de exponent van de spanning over de condensator.

Door keuze van het exponentiële verband kan de differentiator vereenvoudigd worden tot een directe verbinding zodat de gedifferentieerde stroom gelijk is aan de terugkoppelstroom.

Een verdere vereenvoudiging kan worden bereikt met een transconductor-condensator integrator volgens de uitvinding welke is gekenmerkt doordat de transconductor omvat een eerste uitgangstransistor met een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarvan de tweede hoofdelektrode is gekoppeld met de uitgangsklem en waarvan een junctie, gevormd door de stuurelektrode en de eerste hoofdelektode parallel geschakeld is aan de condensator.

Hierbij kan gekozen worden voor een bipolaire transistor waarvan de basis, emitter en collector overeenkomen met respectievelijk de stuurelektrode, de eerste hoofdelektrode en de tweede hoofdelektrode, of voor een unipolaire MOS-transistor, werkend in de weak inversion mode waarvan respectievelijk de gate, source en drain overeenkomen met voornoemde elektroden. Zoals bekend is voor beide genoemde transistors het verband tussen de stroom door de transistor en het spanningsverschil tussen de stuurelektrode en de eerste hoofdelektrode exponentieel.

Een tweede uitvoeringsvorm van een transconductor-condensator integrator volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de transconductor verder omvat een tweede uitgangstransistor met een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarvan de eerste hoofdelektrode en de stuurelektrode met overeenkomstige elektroden van de eerste uitgangstransistor zijn verbonden en waarvan de tweede hoofdelektrode een uitgang is voor de terugkoppelstroom. Hierbij wordt de met de uitgangsstroom evenredige terugkoppelstroom geleverd door de tweede uitgangstransistor.

Een derde uitvoeringsvorm van een transconductor-condensator integrator volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de stroomdeler omvat: - een eerste tot en met vierde transistor met elk een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarbij de stuurelektrode van de eerste transistor is verbonden met de eerste hoofdelektrode van de tweede transistor, de stuurelektroden van de tweede en derde transistor onderling zijn verbonden in een knooppunt, de eerste hoofdelektrode van de derde transistor is verbonden met de stuurelektrode van de vierde transistor, de stuurelektrode van de eerste transistor is gekoppeld met de ingangsklem, de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor is gekoppeld met het knooppunt, de eerste hoofdelektrode van de eerste en de vierde transistor zijn verbonden met een eerste voedingsklem en de tweede hoofdelektroden van de tweede en de derde transistor zijn gekoppeld met een tweede voedingsklem; - een instelstroombron welke is gekoppeld met het knooppunt, - een stroomspiegel met een eerste en tweede stroomklem, welke zijn gekoppeld met respectievelijk de tweede hoofdelektrode van de vierde transistor en de stuurelektrode van de eerste uitgangstransistor en dat de eerste hoofdelektroden van de eerste en tweede uitgangstransistor zijn verbonden met de eerste voedingsklem.

De eerste tot en met vierde transistor zijn geschakeld in een translineaire lus waarin het product van de stromen door de eerste en de tweede transistor gelijk is aan het product van de stromen door de derde en de vierde transistor. Hierdoor is de stroom door de vierde transistor, welke via de stroomspiegel wordt geleverd aan de condensator evenredig met het quotiënt van de ingangsstroom en de terugkoppelstroom. De evenredigheidsconstante wordt bepaald door de instelstroombron waarvan de afgegeven stroom regelbaar kan zijn uitgevoerd om de integrator af te stemmen.

Een vereenvoudiging van de stroomdeler is mogelijk door in de translineaire lus de rol van de derde en vierde transistor te verwisselen. In dat geval wordt een vierde uitvoeringsvorm van een transconductor-condensator integrator verkregen welke is gekenmerkt doordat de stroomdeler omvat - een eerste, tweede en derde transistor met elk een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarbij de stuurelektrode van de eerste transistor is verbonden met de eerste hoofdelektrode van de tweede transistor, de stuurelektroden van de tweede en derde transistor onderling zijn verbonden in een knooppunt, de eerste hoofdelektrode van de derde transistor is verbonden met de stuurelektrode van de eerste uitgangstransistor, de stuurelektrode van de eerste transistor is gekoppeld met de ingangsklem, de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor is gekoppeld met het knooppunt, de eerste hoofdelektrode van de eerste transistor is verbonden met een eerste voedingsklem en de tweede hoofdelektroden van de tweede en de derde transistor zijn verbonden met een tweede voedingsklem, - een instelstroombron welke is gekoppeld met het knooppunt en dat de eerste hoofdelektrode van de eerste uitgangstransistor is verbonden met de eerste voedingsklem. De stroomspiegel, de vierde transistor en de tweede uitgangstransistor kunnen dan worden bespaard.

Deze vierde uitvoeringsvorm kan nader worden gekenmerkt doordat de integrator verder omvat een eerste en een tweede verdere transistor met elk een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarbij de stuurelektrode en de eerste hoofdelektrode van respectievelijk de eerste verdere transistor en de tweede verdere transistor zijn verbonden met de overeenkomstige elektroden van respectievelijk de eerste transistor en de eerste uitgangstransistor en waarbij de tweede hoofdelektrode van respectievelijk de eerste verdere transistor en de tweede verdere transistor zijn gekoppeld met de stuurelektrode van respectievelijk de eerste uitgangstransistor en de eerste transistor.

De eerste en tweede verdere transistor zorgen voor een ontlaadstroompad voor de condensator. Deze uitvoeringsvorm is een integrator die werkt bij zeer lage voedingsspanningen, twee basis-emitter junctiespanningen bij keuze van bipolaire transistors, en is gemakkelijk te cascaderen omdat de in- en uitgangsstromen zich op compatibele spanningsniveaus bevinden.

Een gebalanceerde vierde uitvoeringsvorm van een transconductor-condensator integrator volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de integrator verder omvat - een verdere ingangsklem voor toevoer van een verdere ingangsstroom en een verdere uitgangsklem voor afgifte van een verdere uitgangsstroom, - een verdere condensator met een capaciteit die vrijwel gelijk is aan die van de eerstgenoemde condensator, - een verdere instelstroombron voor levering van een stroom die vrijwel even groot is als die van de eerstgenoemde instelstroombron, - een vierde tot en met zesde transistor en een tweede uitgangstransistor, alle voorzien van een eerste en een tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode, waarbij de elektroden van de vierde, vijfde en zesde transistor en van de tweede uitgangstransistor op soortgelijke wijze onderling zijn verbonden en met de verdere ingangsklem, de verdere uitgangsklem, de verdere condensator, de verdere instelstroombron, de eerste voedingsklem en de tweede voedingsklem als de overeenkomstige elektroden van respectievelijk de eerste, tweede en derde transistor en de eerste uitgangstransistor, - een eerste groep van ten minste één verdere uitgangstransistors, elk met een eerste hoofdelektrode en een stuurelektrode welke zijn verbonden met de overeenkomstige elektroden van de eerste uitgangstransistor, en een tweede hoofdelektrode waarvan er één is gekoppeld met de stuurelektrode van de tweede uitgangstransistor en waarvan de overige zijn gekoppeld met respectieve overige uitgangsklemmen voor levering van een stroom die evenredig is met de eerstgenoemde uitgangsstroom, - een tweede groep van tenminste één verdere uitgangstransistors, elk met een eerste hoofdelektrode en een stuurelektrode welke zijn verbonden met de overeenkomstige elektroden van de tweede uitgangstransistor, en een tweede hoofdelektrode waarvan er één is gekoppeld met de stuurelektrode van de eerste uitgangstransistor en de overige met respectieve overige uitgangsklemmen voor levering van een stroom die evenredig is met de verdere uitgangsstroom.

Deze uitvoeringsvorm is geschikt voor differentiële in-en uitgangsstromen, heeft een grote onderdrukking van common mode stromen en heeft in- en uitgangsstromen op compatibele spanningsniveaus. Hierdoor kan deze gebalanceerde integrator eenvoudig gecascadeerd worden tot bikwadratische filtersecties. Voorts vormen de ingangsklemmen virtuele aardpunten zodat een eventuele conversie van ingangsspanning naar ingangsstroom eenvoudig tot stand kan komen met serieweerstanden.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekening waarin figuur 1 het principeschema toont van een transconductor-condensator integrator volgens de uitvinding, figuren 2 en 3 principeschema's tonen van uitvoeringsvormen van een transconductor-condensator integrator volgens de uitvinding, figuren 4, 5, 6 en 7 schakelschema's tonen van uitvoeringsvormen van een transconductor-condensator integrator volgens de uitvinding, figuur 8 een symbolische representatie toont van de uitvoeringsvorm van de transconductor-condensator integrator volgens figuur 7, en figuur 9 een bikwadratische filtersectie toont met twee transconductor-condensator integrators volgens de uitvinding.

In al deze figuren zijn overeenkomstige onderdelen aangeduid met gelijke verwijzingstekens.

Figuur 1 toont het principeschema van een companderende transconductor-C integrator volgens de uitvinding. Een te integreren ingangsstroom i^n op ingangsklem 1 en een gedifferentieerde stroom i^, afkomstig van een differentiator 3, zijn aangesloten op ingangen 5, respectievelijk 7 van een stroomdeler 9 welke aan zijn uitgang 9 een quotiëntstroom iq produceert die evenredig is met het quotiënt van de ingangsstroom i^n en de gedifferentieerde stroom i^ volgens: iq = To * (iin/id) {1) waarbij IQ een constante stroom voorstelt.

De uitgang 11 van stroomdeler 9 is verbonden met een condensator 13 met capaciteit C en met de ingang 15 van een transconductor 17 die voorzien is van een uitgangsklem 19 waarin een uitgangsstroom iQUt vloeit. De transconductor zet de spanning v over de condensator 13 om in de uitgangsstroom iQUt volgens een spanning naar stroomfunctie f(v) volgens: W = f<v> <2)

Deze functie is in het algemeen niet-lineair en veroorzaakt ongewenste signaalvervorming in de uitgangsstroom iQUt. De transconductor 17 is verder voorzien van een tweede uitgang 21 en levert daaraan een terugkoppelstroom ij die evenredig is met of even groot is als de uitgangsstroom iouj. De terugkoppelstroom ij en de spanning v zijn aangesloten op respectievelijk de ingangen 23 en 25 van de differentiator 3 welke aan zijn uitgang 27 een gedifferentieerde stroom i^ levert volgens: id = V0 * (dij/dv) (3) waarin VQ een constante spanning voorstelt.

Voor de verdere beschouwing wordt verondersteld dat: ij = W * K (4) waarin K een constante is, zodat vergelijking (3} wordt: ia ” * «vo * <aWav> (5)

De quotiëntstroom iq vloeit in de condensator 13 zodat, onder toepassing van vergelijking (1) geschreven kan worden: iq = I0 * (iin/id) = C * (dv/dt) (6)

Volgens de kettingregel geldt: diQUt/dt = (diQUt/dv) * (dv/dt) (7)

Substitutie van de vergelijkingen (5) en (6) in vergelijking (7) levert:

(8)

Integratie naar de tijd in vergelijking (8) geeft dan het resultaat:

(9)

De uitgangsstroom iQut is lineair evenredig met de integraal van de ingangsstroom i^n en volledig onafhankelijk van de spanning naar stroomfunctie f(v) van de transconductor 17. Signaalvervorming in de uitgangsstroom i als gevolg van niet-lineariteiten in de transconductor 17 zijn verwijderd. Als f(v) een expanderende functie is, dan zal de quotiëntstroom ig een comprimerende karakteristiek hebben. In dat geval is de variatie in de spanning v over de condensator 13 bij gegeven variatie van de uitgangsstroom iQUt kleiner dan bij een lineaire functie f(v) van de transconductor. De integrator gedraagt zich dan als een companderende (= comprimerende en expanderende) stroom-modus integrator en is zeer geschikt bij lage voedingsspanningen.

Voor de functie f(v) van de transconductor 17 zijn allerlei functies denkbaar. Een praktische keuze is die waarbij de differentiator vervangen mag worden door een simpele doorverbinding tussen zijn ingang 23 en zijn uitgang 27, zoals getoond in figuur 2. In dat geval wordt vereist dat id = K * ^"out (10)

Substitutie van vergelijking (5) in vergelijking (10) levert dan: vo * <diout/dv) = W (11) en na integratie van vergelijking (11) naar v: W = h exP WV {12) waarin Is een constante stroom voorstelt.

Het blijkt dat bij keuze van een exponentiële spanning naar stroomfunctie voor de transconductor 17 de differentiator 3 mag worden vervangen door een doorverbinding. Een transconductor met een exponentiële overdrachtsfunctie volgens vergelijking (12) kan worden gerealiseerd met bipolaire transistors of met unipolaire MOS-transistors werkend in weak inversion.

Figuur 3a toont een uitvoeringsvorm met bipolaire transistors en figuur 3b toont een uitvoeringsvorm met MOS-transistors in weak inversion. In figuur 3a is de transconductor 17 voorzien van een eerste uitgangstransistor T1 en een tweede uitgangstransistor T2 waarvan de basis-emitter-juncties parallel zijn geschakeld met de condensator 13. De collector van de eerste uitgangstransistor T1 is gekoppeld met de uitgangsklem 19 en levert de uitgangsstroom iout· De collector van de tweede uitgangstransistor T2 is verbonden met uitgang 21 en levert een aan iQUt evenredige stroom if aan ingang 7 van de stroomdeler 9. De evenredigheid wordt bepaald door de relatieve afmetingen van de transistors T1 en T2. De uitvoeringsvorm van figuur 3b is gelijk aan die van figuur 3a maar dan voorzien van een eerste en tweede unipolaire MOS-transistor in weak inversion met gate, source en drain in plaats van respectievelijk basis, emitter en collector.

De hierna te bespreken uitvoeringsvormen zullen alleen met bipolaire transistors getoond worden in de figuren. Het is echter steeds mogelijk de bipolaire transistors te vervangen door unipolaire MOS-transistors welke werken in weak inversion waarbij dan telkens basis, emitter en collector vervangen moeten worden door respectievelijk gate, source en drain.

Figuur 4 toont een nadere uitvoeringsvorm van een integrator volgens figuur 3a. De stroomdeler 9 omvat een instelstroombron 30 welke een stroom IQ levert aan een knooppunt 32, een stroomspiegel 34 en een viertal transistors T3, T4, T5 en T6 welke een translineaire lus vormen waarbij de serieschakeling van de basis-emitterovergangen van de transistors T3 en T4 en de serieschakeling van de basis-emitterovergangen van de transistors T5 en T6 parallel zijn geschakeld tussen het knooppunt 32 en een negatieve voedingsklem 36. De emitters van de transistors T3 en T6 zijn verbonden met de negatieve voedingsklem. De instelstroombron en de collectors van de transistors T4 en T5 zijn gekoppeld met een positieve voedingsklem 38. De emitter van transistor T4 en de basis van transistor T3 zijn verbonden met de ingang 5 van de stroomdeler 9 zodat door transistor T4 de stroom i£n vloeit.

De basis van transistor T4 en de collector van transistor T3 zijn verbonden met het knooppunt 32 zodat door transistor T3 de stroom I0 vloeit. De emitter van transistor 5 en de basis van transistor 6 zijn verbonden met de ingang 7 van de stroomdeler 9 zodat door transistor T5 een stroom ij vloeit die bij wijze van voorbeeld gelijk is gekozen aan i-out· Van ^e stroomspiegel 34 is een eerste stroomklem 40 gekoppeld met de uitgang 11 van de stroomdeler 9. Met de uitgang 11 is tevens de collector van transistor T6 gekoppeld. Een tweede stroomklem 42 van de stroomspiegel 34 is gekoppeld met de ene aansluiting van de condensator 13 waarvan de andere aansluiting is verbonden met de negatieve voedingskiem 36. De quotiëntstroom i vloeit derhalve door transistor T6 en door de condensator 13. Uit het op zich bekende principe van de translineaire lus volgt dat het product van de stromen door de transistors T3 en T4 gelijk is aan het product van de stromen door de transistors T5 en T6: Σο * Hn = ^ut * Aq (13)

Dit is in overeenstemming met vergelijking (6) als daarin i^ gelijk gesteld wordt met iQut. Door de instelstroombron 30 regelbaar te maken kan de integrator worden afgestemd. Dit blijkt uit vergelijking (6).

Figuur 5 toont een van figuur 4 afgeleide uitvoeringsvorm. Hierbij zijn de transistors T6 en T2 en de stroomspiegel 34 weggelaten. De emitter van transistor T5 is nu verbonden met uitgang 11 van de stroomdeler en uitgang 11 is direct verbonden met de basis van transistor T1 via ingang 15 van de transconductor 17. Hierdoor maakt transistor T1 deel uit van de translineaire lus in plaats van transistor T6 uit figuur 4. Het gevolg is dat door transistor T5 nu niet de stroom iQU^ vloeit zoals in figuur 4, maar de stroom iq. Het resultaat blijft echter voldoen aan vergelijking (13).

Figuur 6 toont een uitvoeringsvorm waarbij voor de condensator 13 ook een ontlaadweg aanwezig is. Er zijn aan de integrator van figuur 5 een tweetal transistors T7 en T8 toegevoegd. De basis-emitter-overgang van de transistors T7 en T8 zijn parallel geschakeld aan die van de transistors T3 respectievelijk T1 zodat de collectorstroom van transistor T7 gelijk is aan die van T3 namelijk IQ en de collectorstroom van transistor Tg gelijk is aan die van transistor T1 namelijk iQut- De collector van transistor T7 is verbonden met de basis van transistor T1 en de collector van transistor T8 met de basis van transistor T3. Het gevolg is nu dat door transistor T4 een stroom i^n+iout vloeit en dat door transistor T5 een stroom iq+I0 vloeit. Er geldt dus nu:

Iq * (iin ^out^ “ ^out * (^q * (14)

Beide leden van vergelijking (14) bevatten een redundante term IQ * i0U£ zodat vergelijking (14) in wezen identiek is aan vergelijking (13).

Figuur 7 toont een gebalanceerde integrator met ingangsklemmen 1 en 44 voor toevoeren van gebalanceerde ingangsstromen iin1 en Hn2 en uitgangsklemmen 19 en 46 voor afgifte van gebalanceerde uitgangsstromen i0U£.j en iou-t2 * De 9ebalanceerde integrator omvat twee integratoren van het type als weergegeven in figuur 5, waarvan de ene integrator identiek is aan die uit figuur 5 en de andere integrator een condensator 48, een instelstroombron 40, de transistoren T11, T13, T14 en T15, de ingangsklem 44 en de uitgangsklem 46 bevat die op eenzelfde wijze met elkaar en met de positieve voedingsklem 38 en de negatieve voedingsklem 36 zijn verbonden als de overeenkomstige condensator 13, instelstroombron 30, transistors T1, T3, T4 en T5, de ingangsklem 1 en de uitgangsklem 19 van de ene integrator. Voorts zijn toegevoegd een transistor T16 waarvan de basis-emitterovergang parallel geschakeld is met die van transistor T11 en waarvan de collector is verbonden met de basis van transistor T1 en een transistor T17 waarvan de basis-emitterovergang parallel geschakeld is met die van transistor T1 en waarvan de collector is verbonden met de basis van transistor T11.

Over condensator 13 staat een spanning v^ en over de even groot veronderstelde condensator 48 een spanning v2- Door condensator 13 vloeit een stroom iq^ en door condensator 48 een stroom iq2. Aannemend dat de transistors T16 en T17 even groot zijn als de transistors T11, respectievelijk T1, hoewel dit overigens niet essentieel is, dan vloeien door de transistors T5 en T15 de stromen iq1 + iout2 respectievelijk iq2 + iout1.

Voor de translineaire lus T3, T4, T5, T16 geldt:

Hn1 * *o ^out1 * ^out2 + ^ql^

Voor de translineaire lus T13, T14, T15, T17 geldt: iin2 * το = iout2 * (iout1 + V* (16)

Door de vergelijkingen (15) en (16) van elkaar af te trekken en de verschilstroom i^n1 - i^n2 gelijk te stellen aan i^n en de verschilstroom iouti - iout2 gelijk te stellen aan iQut wordt weer een resultaat als in vergelijking (13) verkregen.

Dank zij het translineaire principe kunnen de transistorstromen ver onder hun rustwaarden worden uitgestuurd waardoor een groot dynamisch uitstuurbereik mogelijk is. Common mode stromen worden onderdrukt en de integrator kan eenvoudig worden gecascadeerd omdat aan de in- en uitgangsklemmen spanningen heersen die compatibel zijn. De ingangsklemmen 1 en 44 zijn virtuele aardpunten, zodat koppeling met ingangsspanningsbronnen eenvoudig met weerstanden gedaan kan worden.

De schakelingen van figuur 5, 6 en 7 werken al bij zeer lage voedingsspanningen omdat er maar twee basis-emitterjuncties in serie zijn geschakeld tussen de voedingskiemmen.

Door toevoeging van extra transistors parallel aan transistor T1 in de integrators van figuur 4, 5, 6 en 7 en parallel aan transistor T11 in figuur 7 kan het aantal stroomuitgangen verveelvoudigd worden. Door schaling van de afmetingen van de parallel geschakelde transistors kunnen de afzonderlijke uitgangsstromen voorzien worden van een weegfactor. In de gebalanceerde integrator van figuur 7 zijn deze extra transistors aangeduid met T18 en T19 waarvan de basis-emitterjuncties parallel zijn geschakeld met die van transistor T1 en waarvan de collectors zijn verbonden met de extra uitgangsklemmen 50 respectievelijk 52 en verder met T20 en T21 waarvan de basis-emitter juncties parallel zijn geschakeld met die van transistor T11 en waarvan de collectors zijn verbonden met de extra uitgangsklemmen 54 en 56. In figuur 8 is deze gebalanceerde transconductor-C integrator symbolisch weergegeven. Klem 1 is de ingang I, klem 44 de inverterende ingang NI, de klemmen 46, 54, 56 de inverterende uitgangen N01, N02, N03 en de klemmen 19, 50, 52 de uitgangen 01, 02 en 03.

Figuur 9 toont bij wijze van voorbeeld een toepassing met twee gebalanceerde integrators A en B waarmee een bikwadratische filtersectie kan worden gerealiseerd. De coëfficiënten van de bikwadratische filterfunctie worden bepaald door de verhoudingen van de transistorafmetingen. Positieve coëfficiënten worden verkregen met sommatie van signaalstromen door in-fase stromen met elkaar te verbinden. Negatieve coëfficiënten worden verkregen met substractie van signaalstromen door tegen-fase stromen met elkaar te verbinden. Het ingangssignaal wordt aangesloten op de filteringangsklemmen 60 en 62.

Het uitgangssignaal kan worden afgenomen van de filteruitgangsklemmen 64 en 66. De klemmen I en NI van integrator A zijn, in telkens dezelfde volgorde, verbonden met de filteringangsklemmen 60 en 62, de klemmen N01 en 01 van integrator A en de klemmen 03 en N03 van integrator B. De klemmen N02 en 02 van integrator A en de klemmen N02 en 02 van integrator B zijn verbonden met de filteruitgangsklemmen 64 en 66. De klemmen N03 en 03 van integrator A zijn verbonden met de klemmen I en NI van integrator B en met de klemmen N01 en 01 van integrator B.

De freguentiekarakteristiek van de bikwadratische filtersectie wordt bepaald enerzijds door de coëfficiënten en anderzijds door de waarde van de condensators 13 en 48 en de grootte van de stromen IQ van de instelstroombronnen 30 en 40 in de schakeling van figuur 7. Door de stroombronnen 30 en 40 regelbaar uit te voeren kan de filterkarakteristiek van de bikwadratische sectie worden afgestemd.

Claims (12)

1. Transconductor-condensator integrator voor het genereren van ten minste één uitgangssignaal dat evenredig is met de integraal van een ingangssignaal, omvattend een ingangsklem voor toevoer van het ingangssignaal, een uitgangsklem voor afgifte van het uitgangssignaal, een condensator en een daarmee gekoppelde transconductor welke is voorzien van een ingang en een uitgang, met het kenmerk, dat - het ingangssignaal en het uitgangssignaal respectievelijk een ingangsstroom en een uitgangsstroom zijn, - de ingang en uitgang van de transconductor zijn gekoppeld met respectievelijk de condensator en de uitgangsklem voor omzetting van een spanning over de condensator naar de uitgangsstroom, en dat de integrator voorts omvat - een differentiator voor opwekking van een gedifferentieerde stroom die evenredig is met de afgeleide naar de spanning over de condensator van een met de uitgangsstroom evenredige terugkoppelstroom, en - een stroomdeler voor levering aan de condensator van een quotiëntstroom die evenredig is met het quotiënt van de ingangsstroom aan de ingangsklem en de gedifferentieerde stroom.

2. Integrator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de differentiator een direct stroompad is tussen de terugkoppelstroom en de gedifferentieerde stroom en dat de spanning naar stroom omzetting van de transconductor een exponentieel verband heeft, waarbij de uitgangsstroom evenredig is met de exponent van de spanning over de condensator.

3. Integrator volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de transconductor omvat een eerste uitgangstransistor met een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarvan de tweede hoofdelektrode is gekoppeld met de uitgangsklem en waarvan een junctie, gevormd door de stuurelektrode en de eerste hoofdelektode parallel geschakeld is aan de condensator.

4. Integrator volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de transconductor verder omvat een tweede uitgangstransistor met een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarvan de eerste hoofdelektrode en de stuurelektrode met overeenkomstige elektroden van de eerste uitgangstransistor zijn verbonden en waarvan de tweede hoofdelektrode een uitgang is voor de terugkoppelstroom.

5. Integrator volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de stroomdeler omvat: - een eerste tot en met vierde transistor met elk een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarbij de stuurelektrode van de eerste transistor is verbonden met de eerste hoofdelektrode van de tweede transistor, de stuurelektroden van de tweede en derde transistor onderling zijn verbonden in een knooppunt, de eerste hoofdelektrode van de derde transistor is verbonden met de stuurelektrode van de vierde transistor, de stuurelektrode van de eerste transistor is gekoppeld met de ingangsklem, de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor is gekoppeld met het knooppunt, de eerste hoofdelektrode van de eerste en de vierde transistor zijn verbonden met een eerste voedingsklem en de tweede hoofdelektroden van de tweede en de derde transistor zijn gekoppeld met een tweede voedingsklem; - een instelstroombron welke is gekoppeld met het knooppunt, - een stroomspiegel met een eerste en tweede stroomklem, welke zijn gekoppeld met respectievelijk de tweede hoofdelektrode van de vierde transistor en de stuurelektrode van de eerste uitgangstransistor en dat de eerste hoofdelektroden van de eerste en tweede uitgangstransistor zijn verbonden met de eerste voedingsklem.

6. Integrator volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de stroomdeler omvat - een eerste, tweede en derde transistor met elk een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarbij de stuurelektrode van de eerste transistor is verbonden met de eerste hoofdelektrode van de tweede transistor, de stuurelektroden van de tweede en derde transistor onderling zijn verbonden in een knooppunt, de eerste hoofdelektrode van de derde transistor is verbonden met de stuurelektrode van de eerste uitgangstransistor, de stuurelektrode van de eerste transistor is gekoppeld met de ingangsklem, de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor is gekoppeld met het knooppunt, de eerste hoofdelektrode van de eerste transistor is verbonden met een eerste voedingsklem en de tweede hoofdelektroden van de tweede en de derde transistor zijn verbonden met een tweede voedingsklem, - een instelstroombron welke is gekoppeld met het knooppunt en dat de eerste hoofdelektrode van de eerste uitgangstransistor is verbonden met de eerste voedingsklem.

7. Integrator volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de integrator verder omvat een eerste en een tweede verdere transistor met elk een eerste en tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode waarbij de stuurelektrode en de eerste hoofdelektrode van respectievelijk de eerste verdere transistor en de tweede verdere transistor zijn verbonden met de overeenkomstige elektroden van respectievelijk de eerste transistor en de eerste uitgangstransistor en waarbij de tweede hoofdelektrode van respectievelijk de eerste verdere transistor en de tweede verdere transistor zijn gekoppeld met de stuurelektrode van respectievelijk de eerste uitgangstransistor en de eerste transistor.

8. Integrator volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de integrator verder omvat - een verdere ingangsklem voor toevoer van een verdere ingangsstroom en een verdere uitgangsklem voor afgifte van een verdere uitgangsstroom, - een verdere condensator met een capaciteit die vrijwel gelijk is aan die van de eerstgenoemde condensator, - een verdere instelstroombron voor levering van een stroom die vrijwel even groot is als die van de eerstgenoemde instelstroombron, - een vierde tot en met zesde transistor en een tweede uitgangstransistor, alle voorzien van een eerste en een tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode, waarbij de elektroden van de vierde, vijfde en zesde transistor en van de tweede uitgangstransistor op soortgelijke wijze onderling zijn verbonden en met de verdere ingangsklem, de verdere uitgangsklem, de verdere condensator, de verdere instelstroombron, de eerste voedingsklem en de tweede voedingsklem als de overeenkomstige elektroden van respectievelijk de eerste, tweede en derde transistor en de eerste uitgangstransistor, - een eerste groep van ten minste één verdere uitgangstransistors, elk met een eerste hoofdelektrode en een stuurelektrode welke zijn verbonden met de overeenkomstige elektroden van de eerste uitgangstransistor, en een tweede hoofdelektrode waarvan er één is gekoppeld met de stuurelektrode van de tweede uitgangstransistor en waarvan de overige zijn gekoppeld met respectieve overige uitgangsklemmen voor levering van een stroom die evenredig is met de eerstgenoemde uitgangsstroom, - een tweede groep van tenminste één verdere uitgangstransistors, elk met een eerste hoofdelektrode en een stuurelektrode welke zijn verbonden met de overeenkomstige elektroden van de tweede uitgangstransistor, en een tweede hoofdelektrode waarvan er één is gekoppeld met de stuurelektrode van de eerste uitgangstransistor en de overige met respectieve overige uitgangsklemmen voor levering van een stroom die evenredig is met de verdere uitgangsstroom.

9. Integrator volgens conclusie 3, 4, 5, 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat de integrator is uitgevoerd met bipolaire transistors, waarbij de stuurelektrode, eerste hoofdelektrode en tweede hoofdelektrode overeenkomen met respectievelijk basis, emitter en collector.

10. Integrator volgens conclusie 3, 4, 5, 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat de integrator is uitgevoerd met unipolaire MOS transistors welke zijn ingesteld in de weak inversion mode, waarbij de stuurelektrode, eerste hoofdelektrode en tweede hoofdelektrode overeenkomen met respectievelijk de gate, source en drain.

11. Integrator volgens conclusie 5, 6, 7, 8, 9 of 10, met het kenmerk, dat de eerstgenoemde instelstroombron een stroom levert waarvan de grootte regelbaar is.

12. Filterschakeling omvattend een eerste en een tweede integrator volgens conclusie 8, 9, 10 of 11, twee complementaire filteringangsklemmen en twee complementaire filteruitgangsklemmen, waarbij elk der integratoren is voorzien van een niet-inverterende en een daarmee complementaire inverterende ingang welke overeenkomen met respectievelijk de eerstgenoemde ingangsklem en de verdere ingangsklem en voorzien van een eerste, tweede en derde inverterende uitgang die overeenkomen met respectievelijk de eerstgenoemde uitgangsklem en twee overige uitgangsklemmen welke zijn gekoppeld met de tweede hoofdelektroden van twee verdere uitgangstransistors van de eerste groep en voorzien van een aan respectievelijk de eerste, tweede en derde inverterende uitgang complementaire eerste, tweede en derde niet-inverterende uitgang die overeenkomen met respectievelijk de verdere uitgangsklem en twee overige uitgangsklemmen welke zijn gekoppeld met de tweede hoofdelektrode van twee verdere uitgangstransistors van de tweede groep, waarbij de niet-inverterende ingang en de eerste inverterende uitgang van de eerste integrator en de eerste niet-inverterende uitgang van de tweede integrator zijn verbonden met een der filteringangsklemmen, de tweede inverterende uitgang van de eerste en van de tweede integrator zijn verbonden met een der filteruitgangsklemmen, de derde inverterende uitgang van de eerste integrator is verbonden met de niet-inverterende ingang en de eerste inverterende uitgang van de tweede integrator en waarbij de resterende filteringangsklem, filteruitgangsklem, ingangen en uitgangen van de integrators op identieke wijze zijn verbonden als hun complementaire tegenhangers, aldus een filtersectie vormend met een bikwadratische overdrachtsfunctie waarvan de coëfficiënten worden bepaald door de relatieve afmetingen van de transistors in de integrators.