專利名稱：用于限制放大級的輸出信號的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子電路，該電子電路包括具有用于接收輸入信號的輸入和用于提供輸出信號的輸出的放大級，其中，在操作期間，當(dāng)輸入信號強度不超過輸入基準(zhǔn)水平時，輸出信號強度響應(yīng)于輸入信號強度的增加而增加。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)中公知了這種電子電路。在多種電子系統(tǒng)中，需要放大器來放大信號。通常，將相對弱的輸入信號轉(zhuǎn)換為相對強的輸出信號。在許多情況下，放大器包括幾個放大級。有時，輸入信號的動態(tài)范圍非常寬。這將導(dǎo)致一個或幾個放大級過驅(qū)動。這不總是嚴(yán)重問題。事實上，在許多應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)清楚，不能將相對強的輸入信號放大為超過所需確定電平的輸出信號。當(dāng)一個放大級被過驅(qū)動時，這就會導(dǎo)致一個或多個雙極晶體管(如果在放大級中用到的是雙極型晶體管)進(jìn)入飽和態(tài)，或者導(dǎo)致一個或多個場效應(yīng)晶體管(如果在放大級中用到的是場效應(yīng)晶體管)離開飽和態(tài)。如果在已經(jīng)產(chǎn)生了這種過驅(qū)動之后，輸入信號降低，那么為了在短時間之內(nèi)充分放大弱輸入信號，放大器就應(yīng)當(dāng)快速恢復(fù)。然而，雙極晶體管需要一些時間來離開飽和態(tài)，而場效應(yīng)晶體管也需要一些時間來再次進(jìn)入飽和態(tài)。由于這個原因，放大器就需要一些時間來恢復(fù)。存在需要非常短恢復(fù)時間的放大器的應(yīng)用。確保非常短恢復(fù)時間的非常好的方法是給放大器提供限幅裝置，限幅裝置以不讓可能影響恢復(fù)時間的晶體管離開正常偏置的方式運行，就是說雙極晶體管將從不進(jìn)入飽和態(tài)，而場效應(yīng)晶體管將從不離開飽和態(tài)。
美國專利US6108293公開了一種用于通過在光盤介質(zhì)上輻照激光束來讀取和記錄數(shù)據(jù)的光盤記錄設(shè)備。該設(shè)備包括用于接收從光盤介質(zhì)反射的光的輸入以便檢測復(fù)制信號的光檢測電路。放大器放大復(fù)制信號并輸出用于進(jìn)行監(jiān)視的放大的復(fù)制信號。在記錄模式下將高強度的激光脈沖聚焦到光盤介質(zhì)上。在這些脈沖之間，為了獲取尋軌(tracking)信息和例如所謂的擺動(wobble)信號，還必須讀取信息(類似于讀取模式)。高強度的激光脈沖導(dǎo)致來自光檢測電路的信號具有相對高的幅度，該信號被輸入到放大器。這就可能使放大器過驅(qū)動。由此，放大器的恢復(fù)時間就會太長。提出了通過附加的電流減法裝置來解決這種問題的方法，電流減法裝置從處于所謂的記錄閘門信號控制之下的光檢測電路中減去電流。提出了一種可替換的方法，由此在光檢測電路和放大器之間添加一個增益控制電路。增益控制電路的增益也受控于記錄閘門信號。
已提出的兩種方法的缺點是，為了防止放大器的過驅(qū)動、它們就需要附加信息(例如，記錄閘門信號)和附加電路。換句話說，放大器不會在沒有過驅(qū)動危險的情況下自動執(zhí)行它的放大任務(wù)。
技術(shù)方案因此，本發(fā)明的目的是提供一種電子電路，該電子電路可以自動處理具有相對寬動態(tài)范圍的輸入信號，而不會被過驅(qū)動。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在公開說明書中限定的這種類型的電子電路的特征在于，當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平但不超過更高的輸入基準(zhǔn)水平時，輸出信號強度保持為大致恒定；并且當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平時，輸出信號強度響應(yīng)于輸入信號強度的增加而降低。
通過適當(dāng)?shù)叵拗戚斎牖鶞?zhǔn)水平，就能夠防止放大級的過驅(qū)動。通過適當(dāng)?shù)叵拗戚斎牖鶞?zhǔn)水平，意味著在常規(guī)模式下將由放大級來放大具有不高于輸入基準(zhǔn)水平的幅度的輸入信號(通常，這意味著更多線性放大或更少的線性放大)，就是說不用進(jìn)行限幅。在某種程度上設(shè)定放大級的尺寸，以致于可能會影響放大級的恢復(fù)時間的晶體管維持常規(guī)偏置，就是說，在這種常規(guī)模式下，它們不需要進(jìn)入或離開飽和態(tài)。當(dāng)輸入信號的幅度高于輸入基準(zhǔn)水平、但仍然不高于更高的輸入基準(zhǔn)水平時，放大級就處于限幅模式。在限幅模式下，輸出信號保持恒定。以此方式進(jìn)行限幅，以致放大級的晶體管保持它們的正常偏置。
本發(fā)明的電子電路原則上只有一個放大級。然而，通常采用多個放大級。例如，如果采用兩個放大級，只給第一放大級設(shè)置所述的限幅裝置就足夠了?？傊?，在這種飽和態(tài)下，當(dāng)輸入信號的幅度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平時，就已經(jīng)限幅了第一放大級的輸出信號的幅度，該第一放大級形成第二放大級的輸入信號。然而，應(yīng)當(dāng)強調(diào)，本發(fā)明的放大級不必總是第一級。可替換地提供本發(fā)明的幾個放大級。
當(dāng)輸入信號的幅度高于更高的輸入基準(zhǔn)水平時，放大級就處于折回模式，就是說，輸出信號的幅度就不再保持恒定，但隨著輸入信號幅度的進(jìn)一步增加而降低。這就有減少電子電路的功耗的優(yōu)點。
本發(fā)明的實施例的特征在于，當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平時，輸出信號強度不會變得比輸出基準(zhǔn)水平更低。由此應(yīng)當(dāng)防止，通過放大級中的晶體管的電流會變得非常低，例如零。這就防止了晶體管慢速響應(yīng)。如果輸出信號已經(jīng)到達(dá)所示的輸出基準(zhǔn)水平，那么這種情況就進(jìn)一步表示為最小的折回模式。因此，就會進(jìn)一步減少從(最小)折回模式進(jìn)入正常模式的放大器的恢復(fù)時間。跟隨在本發(fā)明的放大級后面的其它放大級也將更快的恢復(fù)。
本發(fā)明的實施例的特征在于，更高的輸入基準(zhǔn)水平大致等于輸入基準(zhǔn)水平。這意味著目前不會出現(xiàn)限幅模式。因此，當(dāng)輸入信號的幅度超過輸入基準(zhǔn)水平時，放大器就立即進(jìn)入折回模式。這就具有進(jìn)一步降低放大級的平均功耗的優(yōu)點。另一個優(yōu)點就是，這種放大級的實現(xiàn)在某種程度上并不那么復(fù)雜。
然而，限幅模式的出現(xiàn)可以是優(yōu)點。例如，如果輸入信號的動態(tài)范圍剛好沒有超過輸入基準(zhǔn)水平，那么在噪聲的正值期間而不在噪聲的負(fù)值期間，出現(xiàn)的一些噪聲就會使輸入信號超過輸入基準(zhǔn)水平，不幸的是信號中總會有噪聲。因為在此情況下可以高頻噪聲能夠轉(zhuǎn)化為低頻噪聲，因此這就會導(dǎo)致輸出信號失真。同樣地，通過這種限幅會引入直流成分。然而，如果在此情況下不存在限幅模式，那么在噪聲的正值期間，放大器就將進(jìn)入折回模式。這就會引起如上所述的但在更高電平下的一些失真。因此，它依賴于電子電路的設(shè)計參數(shù)，即在放大級中是否需要運行限幅模式。
本發(fā)明的實施例的特征在于，輸入信號是輸入電流，并且輸出信號是輸出電流。實際上，在電流域內(nèi)，最容易實施本發(fā)明。因此，可以通過(簡單的)具有電流鏡增益因數(shù)的電流鏡來實現(xiàn)放大級的核心。
可選擇地，可以在電壓域下實施本發(fā)明。甚至當(dāng)輸入信號是電流并且電子電路的輸出信號也是電流時，這也可能。因此，在電壓域內(nèi)應(yīng)用本發(fā)明的原理，就可以將輸入信號輸入到電流-至-電壓轉(zhuǎn)換器，然后通過電壓-至-電流轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換成電流。
其中放大級的輸入和輸出信號為電流的本發(fā)明的實施例的特征在于，放大級包括在輸入和公共節(jié)點之間耦合的第一電流路徑；在輸出和公共節(jié)點之間耦合的第二電流路徑；在輸入和公共節(jié)點之間耦合的第一控制裝置，用于控制公共節(jié)點處的電壓并用于將電流提供到公共節(jié)點，第一控制裝置包括當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平時用于限制到達(dá)公共節(jié)點的電流的限制裝置；以及第二控制裝置，當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平時用于將補償電流提供到輸入。第一和第二電流路徑一起形成電流鏡。通常，電流鏡具有一個輸入、一個輸出和一個通常連接到電源端子的公共基準(zhǔn)。在此情況下，事實上，由此形成的電流鏡的輸入就是放大級的輸入，由此接收來自信號電流源的電流。事實上，電流鏡的輸出就是放大級的輸出。其表示為公共節(jié)點的公共基準(zhǔn)并不連接到本發(fā)明中的電源端子、但連接到第一控制裝置。這提供了不僅能夠控制公共節(jié)點處的電壓、而且能夠限制流向公共節(jié)點的最大電流。如果輸入電流水平變得高于輸入基準(zhǔn)水平，那么就通過第一控制裝置中的限制裝置來限制到達(dá)公共節(jié)點的電流。在此情況下，來自信號電流源的電流就不再完全進(jìn)入放大級的輸入。這就會導(dǎo)致信號電流源的飽和狀態(tài)，由此就會強迫信號電流源輸送更小的電流。通常，這是一種不利情況。然而，利用第二控制裝置來防止這種情況，當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平時，第二控制裝置將補償電流提供到輸入。
本發(fā)明的實施例的特征在于，放大級還包括具有耦合到輸入的第一側(cè)和耦合到第二電流路徑的第二側(cè)的第三電流路徑，用于從第二電流路徑中提取電流，以致當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平時，輸出電流強度響應(yīng)于輸入信號強度的增加而降低。這是一種實現(xiàn)折回模式的實例。取走電流中的一部分不是通過分立的電流裝置實現(xiàn)的，而是通過使用由信號電流源輸送的電流的剩余部分來實現(xiàn)的。這就降低了放大級的功耗。
本發(fā)明的實施例的特征在于，放大級還包括耦合到第二電流路徑的第四電流路徑，用于將電流提供到第二電流路徑，以便防止當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平時輸出電流低于輸出基準(zhǔn)水平。這是一種實現(xiàn)最小折回模式的實例。第四電流路徑到第二電流路徑的耦合可以與第三電流路徑的第二側(cè)重合。然而，也不必如此。
本發(fā)明還涉及一種光盤/磁光盤記錄設(shè)備。本發(fā)明的光盤/磁光盤記錄設(shè)備包括用于在光盤上存儲數(shù)據(jù)的光源和用于從光盤檢測數(shù)據(jù)的光接收裝置，其特征在于，該設(shè)備包括本發(fā)明的電子電路，其中放大級的輸入信號響應(yīng)于由光接收裝置輸送的信號。
光源通常是一種激光器。采用高強度的光脈沖以便在光盤上寫數(shù)據(jù)。例如，這種光盤是CD(壓縮光盤)、DVD(數(shù)字化通用光盤)或BD(藍(lán)光光盤，以前表示為DVR)。該設(shè)備包括所謂的PDIC(光電二極管集成電路)，其是一種具有(前置)放大器和集成光電二極管的IC，后者作為用于從光盤檢測數(shù)據(jù)的光接收裝置。采用PDIC以便監(jiān)視讀取/寫入處理。為了在寫入處理期間不使PDIC過驅(qū)動，就需要一種低放大增益。然而，因為它們含有伺服信息、尋軌地址和擺動信號，因此還必須讀取在高強度光脈沖之間的信號部分。然而，因為這些信號部分處于偏置和噪聲之下，因此這些信號部分不能用低放大增益來進(jìn)行處理。這是因為這些信號部分實際上具有小的幅度(與在讀取處理期間的信號幅度相比)。因此，就需要一種高放大增益。
因此，一方面，在寫入處理期間就需要一種高放大增益，用于處理在高強度光脈沖之間的弱信號部分；另一方面，就需要一種低放大增益以便監(jiān)視(反射的)高強度光脈沖，而不會使PDIC過驅(qū)動。理論上在低和高增益路徑之間進(jìn)行切換是可能的。事實上，因為它將非常高的設(shè)置需要強加于放大級，所以就會難于實施。
本發(fā)明的電子電路的實施就克服了這個難題，因為它包括本發(fā)明的放大級，本發(fā)明的放大級能夠處理輸入信號的非常寬的動態(tài)范圍，而不會被過驅(qū)動。
本發(fā)明的電子電路可以有利地應(yīng)用于所有電子系統(tǒng)，該電子系統(tǒng)需要用于限制輸出信號的裝置并且當(dāng)相對強的輸入信號降低至相對弱的輸入信號時需要一個非常短的恢復(fù)時間。例如，可以將該電子電路用于接收機(類似于收音機、電視)的高頻部分，由此例如當(dāng)采用頻率或相位調(diào)制時進(jìn)行強信號的限幅就不會引起信息的失真。如果接收機是非常常用的“超外差型”，那么本發(fā)明的放大級也可以使用于所謂的中頻部分。
本發(fā)明還包括一種方法，由此將輸入信號轉(zhuǎn)換為輸出信號，并由此只要輸入信號強度不超過輸入基準(zhǔn)水平，輸出信號強度響應(yīng)于輸出信號強度的增加而增加，由此當(dāng)輸入信號強度超過輸入基準(zhǔn)水平但不超過更高的輸入基準(zhǔn)水平時，輸出信號強度保持大致恒定，由此當(dāng)輸入信號強度超過更高的輸入基準(zhǔn)水平時，輸出信號強度響應(yīng)于輸出信號強度的增加而降低。
任選地，可以將更高的輸入基準(zhǔn)水平選擇為等于輸入基準(zhǔn)水平。這就有效果當(dāng)輸入信號強度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平時，輸出信號就響應(yīng)于輸入信號強度的增加而立即降低。
本發(fā)明的實施例的特征在于，輸入信號強度超過更高的輸入基準(zhǔn)水平時，輸出信號強度不會變得比輸出基準(zhǔn)水平更低。


本發(fā)明將參照附圖來更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，在附圖中圖1是其中有利地應(yīng)用本發(fā)明的光盤驅(qū)動設(shè)備的示意性圖；圖2示出了用于處理來自光電二極管的信號的不同增益路徑；圖3示出了在記錄模式下光盤驅(qū)動設(shè)備的激光功率和反射的激光功率的信號圖；圖4和5示出了用于解釋本發(fā)明原理的信號圖；圖6和7是用于泛泛地給出本發(fā)明的示例性解釋的本發(fā)明的放大級的一部分的示意圖；圖8泛泛地示出了本發(fā)明的放大級的一個實施例；圖9-13是本發(fā)明的放大級的一部分的詳細(xì)電子電路圖；以及圖14-16是本發(fā)明的放大級的實施例的詳細(xì)電子電路圖。
在這些附圖中，具有類似功能或目的的部分或元件采用相同的參考符號。
優(yōu)選實施例圖1是光盤驅(qū)動記錄/讀取設(shè)備的示意性圖，該光盤驅(qū)動記錄/讀取設(shè)備包括光源LS，半棱鏡HP、物鏡OL、光電二極管PHDS和電處理裝置PR。
在讀取模式下，就必須獲取在光盤(或磁光盤)DSK上存儲的信息。通常是激光器件的光源LS發(fā)射光束，該光束部分通過半棱鏡HP。因此，光就通過物鏡OL聚焦到DSK的信息層上。信息層包括所謂的凹點和凸區(qū)。這些凹點和凸區(qū)實際上就是表示信息的邏輯“0”和“1”。因此，以二進(jìn)制(和數(shù)字)方式來存儲信息。在凸區(qū)上入射的光就被強烈地反射回來。在凹點上入射的光也被往回反射，但以更低的程度被反射。因此，通過檢測來自光盤DSK的反射光，就能夠提取存儲的邏輯“0”和“1”。反射光被部分地反射出并通過光接收裝置進(jìn)行接收。例如，由光電二極管光PHDS來實現(xiàn)接收裝置。通常，光電二極管光PHDS包括用于將分離信號提取到處理裝置PR的幾個部分。在本實例中，光電二極管光PHDS包括四個部分，由此提取四個分離信號A、B、C和D。在許多情況下，在單一IC(集成電路)中形成光電二極管光PHDS和處理裝置PR，該IC通常表示為PDIC(光電二極管集成電路)。處理裝置PR(通常)通過四個信號A、B、C和D的疊加來提取信息。還通過四個信號A、B、C和D的不同組合來獲取其它信息。因此，以此方式就能夠提取伺服信息、尋軌地址、擺動信號、等等。
在記錄(寫入)模式下，存在幾種方式，以便在光盤上寄存信息。代替使用實際產(chǎn)生凹點和凸區(qū)的方法，在ROM光盤的制造中通常采用此方法，對于可記錄光盤，通常采用其它方法。例如，光盤DSK設(shè)置有部分反射光的顏料。在進(jìn)行記錄期間，顏料的反射率降低，結(jié)果就在光盤DSK上聚焦高強度的激光脈沖L1(參見圖3)。通過檢測來自光盤DSK的反射光，就能夠存儲并可以(隨后)提取邏輯“0”和“1”的值。代替采用顏料作為光盤DSK的信息層，還可以應(yīng)用寄存信息的替代原理，例如所謂的“相改變原理”。在后一種原理中，將晶體材料轉(zhuǎn)換為非晶材料(反之亦然)，結(jié)果就在光盤DSK上聚焦高強度的激光脈沖L1。
將參照圖1和3進(jìn)一步解釋記錄模式。在光盤DSK上聚焦高強度的激光脈沖L1。將激光脈沖L1的激光功率LP的最大值表示為WL(“寫電平”)。將反射光功率表示為光“脈沖”L2。在激光脈沖L1期間，降低反射的光“脈沖”L2。例如，參見時間t1和t2之間的時間周期。這就提供了能夠通過測量反射的光“脈沖”L2來控制反射率。在激光脈沖L1之間，為了獲取尋軌信息等等，還必須讀取激光脈沖L1信息(類似于讀取模式)。例如，由此就在時間t2和t3之間讀取此信息。因此，激光脈沖L1的激光功率LP的值就非常小。將此數(shù)值表示為RL(“讀電平”)。
因此，在記錄模式下，就必須通過處理裝置PR來處理高強度的反射光以及低強度的反射光。結(jié)果，四個信號A、B、C和D之一或多個信號的動態(tài)范圍就非常寬。因為它對放大級提出了非常高的設(shè)置要求，這就給在處理裝置中設(shè)置的放大級帶來了問題。為了進(jìn)一步闡明此問題，此問題通過本發(fā)明的應(yīng)用來進(jìn)行解決，現(xiàn)在將圖2作為參考。利用實例，只進(jìn)一步討論由光電二極管PHDS輸送的信號A。以下，只討論光盤驅(qū)動設(shè)備的記錄模式。
圖2示出了具有相對高增益因數(shù)G1的第一增益路徑GPTH1和具有相對低增益因數(shù)G2的第二增益路徑GPTH2。第一增益路徑GPTH1用于放大在高強度激光脈沖L1之中的弱信號(處于“RL”電平)。第二增益路徑GPTH2用于放大其具有更大強度的反射光“脈沖”L2。在處理強信號期間，例如在時間t1和t2之間。在第一增益路徑GPTH1中的一個或多個放大級將會被過驅(qū)動。除非進(jìn)行特定測量，這將會導(dǎo)致一個或多個雙極晶體管(如果使用)進(jìn)入飽和態(tài)，或者將會導(dǎo)致一個或多個場效應(yīng)晶體管(如果使用)離開飽和態(tài)。如果在已經(jīng)發(fā)生了這種過驅(qū)動之后，例如在時間t2和t3之間，信號A的幅度就會降低，為了在短時間之內(nèi)充分放大弱信號A，第一增益路徑GPTH1應(yīng)當(dāng)快速恢復(fù)。然而，雙極晶體管就需要一些時間以離開飽和態(tài)，而場效應(yīng)晶體管就需要一些時間來再次進(jìn)入飽和態(tài)。由于此原因，第一增益路徑GPTH1就需要一些時間來恢復(fù)。這種恢復(fù)時間就降低了光盤驅(qū)動設(shè)備的最大記錄速度，而且這是不希望的。
通過應(yīng)用本發(fā)明的電子電路就能夠顯著地提高最大記錄速度，本發(fā)明的電子電路具有在第一增益路徑GPTH1中使用的至少一個本發(fā)明的放大級。
圖4示出了用于解釋本發(fā)明原理的信號圖。信號圖表示本發(fā)明的放大級的信號傳遞函數(shù)G1，其中信號A形成放大級的輸入信號，且G1·A是放大級的輸出信號。只要輸入信號A的幅度不大于輸入基準(zhǔn)水平IA時，此放大級就處于所謂的正常模式。因此，在本實例中，輸出信號G1·A就大致恒定。因此，線性放大輸入信號A。(然而，應(yīng)當(dāng)注意，盡管在許多應(yīng)用中需要線性放大，但是在這個正常模式中，線性放大不是必須的)。必須選擇輸入基準(zhǔn)水平IA的值，以使它等于或高于在高強度激光脈沖L1之中的弱信號(處于“RL”電平)的最大幅度。
在激光脈沖L1期間，目前由輸入信號A表示的反射光“脈沖”L2就具有高于輸入基準(zhǔn)水平IA的幅度。(通過第二增益路徑GPTH2來監(jiān)視這些反射光“脈沖”L2)。然而，如果該幅度不高于更高的輸入基準(zhǔn)水平IB，那么放大級就處于所謂的限幅模式。因此，在本實例中，輸出信號G1·A就保持大致恒定。如果輸入信號A的幅度超過更高的輸入基準(zhǔn)水平IB，那么放大級就處于所謂的折回模式。優(yōu)選地，在折回模式下，必須設(shè)置輸出信號G1·A的幅度的最小值。將此最小值表示為甚至更高的輸出基準(zhǔn)水平Iomn。當(dāng)輸入信號A如此強以致輸出信號幅度到達(dá)甚至更高的輸出基準(zhǔn)水平Iomn時，放大級就處于所謂的最小折回模式。因此，當(dāng)輸入信號A超過甚至更高的輸入基準(zhǔn)水平IC時，就會發(fā)生這種模式。
圖5示出了與圖4中所示的信號圖不同的信號圖，其中更高的輸入基準(zhǔn)水平IB等于輸入基準(zhǔn)水平IA。因此，當(dāng)輸入信號A超過輸入基準(zhǔn)水平IA時，放大級就會立即進(jìn)入(最小)折回模式。
圖6示出了包括電流鏡CM的放大級AMPST，電流鏡CM具有輸入IP，輸出OP和公共節(jié)點cn。電流鏡CM包括在輸入IP和公共節(jié)點cn之間耦合的第一電流路徑CP1，以及在輸出OP和公共節(jié)點cn之間耦合的第二電流路徑CP2。放大級AMPST還包括其包括限制裝置LMT的第一控制裝置FCM。第一控制裝置FCM連接在輸入IP和公共節(jié)點cn之間。提供電流Ii的輸入電流源Js連接到輸入IP。例如，輸入電流源Js表示光電二極管PHDS(參見圖1)，以致電流Ii表示四個信號A、B、C和D的組合，例如信號A。第一控制裝置FCM控制公共節(jié)點cn處的電壓Vcn并將電流I2提供到公共節(jié)點cn。電流I2流入第一和第二電流路徑CP1和CP2。在本實例中，由于第一控制裝置FCM的輸入電流I1等于零，因此在第一電流路徑CP1中的電流值就等于電流Ii的值。在第二電流路徑CP2中的電流Io就形成放大級AMPST的輸出電流。
如果放大級AMPST處于正常模式，那么就將電流Ii線性放大為輸出電流Io。通過所謂的電流鏡系數(shù)來確定放大值，該電流鏡系數(shù)由電流路徑CP1和CP2限定。當(dāng)放大級AMPST進(jìn)入限幅模式時(或者如圖5中所示的情況下的折回模式)，限制裝置LMT就限制電流I2值。當(dāng)輸入電流Ii的幅度超過輸入基準(zhǔn)水平IA時(參見圖4和5)，就會發(fā)生這種模式。結(jié)果，就限制了電流Ii和Io。電流Io的最大值對應(yīng)于如圖4和5中所示的值Iomk。由于還限制了電流Ii(并且電流Ii等于零)，因此也限制了輸入電流，由此不再由電流源Js完全表示輸入電流。實際上，它就意味著信號電流源Js的飽和狀態(tài)。
圖7示出了不同于圖6中所示的一種放大級的放大級AMPST，其中該放大級AMPST還包括第二控制裝置SCM，當(dāng)輸入信號Ii已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平IA時，用于將補償電流Icmp提供到輸入IP。這就能夠防止所說的信號電流源Js的飽和狀態(tài)。
圖8示出了不同于圖7中所示的一種放大級的放大級AMPST，其中該放大級AMPST還包括第三電流路徑CP3和耦合到第二電流路徑CP2的第四電流路徑CP4，第三電流路徑CP3具有耦合到輸入IP的第一側(cè)和耦合到第二電流路徑CP2的第二側(cè)。
第三電流路徑CP3從第二電流路徑CP2中提取電流，以致當(dāng)放大級AMPST處于折回模式時輸出電流Io的幅度響應(yīng)于輸入信號Ii強度的增加而降低。當(dāng)輸入信號Ii強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平IB時，就會發(fā)生這種模式。(參見圖4和5)。
當(dāng)輸入信號Ii強度已經(jīng)超過甚至更高的輸入基準(zhǔn)水平IC時，第四電流路徑CP4將電流提供到第二電流路徑CP2(參見圖4和5)。這就實現(xiàn)了最小折回模式，其中輸出電流Io的值不會變得小于輸出基準(zhǔn)水平Iomn。
圖9示出了包括放大級AMPST的電子電路，該放大級AMPST包括第一控制裝置FCM和電流鏡CM，該電流鏡CM具有輸入IP、輸出OP和公共節(jié)點cn。放大級AMPST通過電壓源Vs供電，該電壓源Vs連接在放大級AMPST的第一電源端子VDD和第二電源端子VSS之間。放大級AMPST的輸入和輸出電流分別表示為Ii和Io。電流鏡CM包括雙極晶體管T1和T2，每個晶體管具有基極、發(fā)射極和集電極；電阻R1和R2；以及電容C1和C2。晶體管T1和T2的基極連接到基準(zhǔn)端子BRF。電壓源V1連接在基準(zhǔn)端子BRF和第二電源端子VSS之間。晶體管T1和T2的集電極分別連接到輸入IP和輸出OP。電阻R1連接在公共節(jié)點cn和晶體管T1的發(fā)射極之間。電阻R2連接在公共節(jié)點cn和晶體管T2的發(fā)射極之間。電容C1連接在公共節(jié)點cn和晶體管T1的集電極之間。電容C2連接在公共節(jié)點cn和晶體管T2的集電極之間。晶體管T1和電阻R1(并且還可以選擇C1)一起形成第一電流路徑CP1。晶體管T2和電阻R2(并且還可以選擇C2)一起形成第二電流路徑CP2。
第一控制裝置FCM包括具有基極、發(fā)射極和集電極的雙極晶體管T3；具有源極、漏極和柵極的場效應(yīng)晶體管M1；電阻R3；電流源J1；以及具有輸入和輸出的緩沖器VB1。晶體管M1的漏極連接到第一電源端子VDD。晶體管M1的柵極連接到輸入IP。電阻R3連接在晶體管M1的源極和第二電源端子VSS之間。晶體管T3的基極連接到晶體管M1的源極。晶體管T3的發(fā)射極連接到第二電源端子VSS。緩沖器VB1的輸入連接到晶體管T3的集電極。緩沖器VB1的輸出連接到公共節(jié)點cn。電流源J1連接在第一電源端子VDD和緩沖器VB1的輸入之間。
電壓源V1用于在晶體管T1和T2的基極處提供直流偏置電壓。晶體管M1和電阻R3一起形成所謂的源極跟隨器。電流鏡CM、源極跟隨器、由電流源J1偏置的晶體管T3和緩沖器VB1一起形成所謂的反饋回路。此反饋回路控制公共節(jié)點cn處的電壓Vcn。它還控制到達(dá)公共節(jié)點cn的電流I2。晶體管T1的集電極電流等于輸入電流Ii。優(yōu)選地，電流鏡CM的尺寸如下晶體管T2的發(fā)射區(qū)是晶體管T1的發(fā)射區(qū)的M倍，電阻R1的值是電阻R2的值的M倍，并且電容C2的值是電容C1的值的M倍。電容C1和C2改善電流鏡CM的高頻性能。如果輸出OP端接有特別對于高頻來說相對低的阻抗(例如，因為它耦合到另一個電流鏡)，那么輸出電流Io的，值就大致為輸出電流Ii的值的M倍。(M可以是小于1、等于1或大于1)。為了產(chǎn)生限幅模式，由緩沖器VB1來限制電流I2。
圖10示出了包括放大級AMPST的電子電路，該放大級AMPST不同于圖9中所示的一種放大級AMPST，其中它還包括具有連接到晶體管T3的集電極的輸入和輸出的緩沖器VB2，并且其中電容C1連接到緩沖器VB2的輸出，而不連接到公共節(jié)點cn。而且，公開了緩沖器VB1的組成。
緩沖器VB1包括具有連接到晶體管T3的集電極的同相輸入、連接到公共節(jié)點cn的反向輸入和輸出的OTA(運算跨導(dǎo)放大器)；第四、第五和第六雙極晶體管T4-T6，每個具有基極、發(fā)射極和集電極；連接在晶體管T6的基極和第二電源端子VSS之間的電壓源V2；連接在晶體管T4的發(fā)射極和第二電源端子VSS之間的電流源J2；以及連接在第一電源端子VDD和晶體管T5的發(fā)射極之間的電流源J3。晶體管T5和T6的集電極連接到第二電源端子VSS。晶體管T6的發(fā)射極和晶體管T4的基極連接到OTA的輸出。晶體管T5的基極連接到晶體管T4的發(fā)射極。晶體管T5的發(fā)射極連接到公共節(jié)點cn。晶體管T4的集電極連接到第一電源端子VDD。
雙極晶體管T4和T5、提供流經(jīng)晶體管T4和T5的電流的電流源J2和J3、以及OTA一起構(gòu)成所謂的改進(jìn)“射極跟隨器”。(改進(jìn)涉及甚至在非常低的電流下的“射極跟隨器”的操作)。電流源J3還將電流I2提供到公共節(jié)點cn。在正常模式下，晶體管T3的集電極處的電壓VC等于公共節(jié)點cn處的電壓Vcn。在本實例中，通過電流源J3來運行第一控制裝置FCM之中的限制裝置LMT。
在限幅模式下，在同相輸入、反向輸入和OTA輸出處的電壓顯著升高。為了防止OTA的飽和狀態(tài)，就通過現(xiàn)有的晶體管T6和電壓源V2來限制OTA輸出處的最大電壓。這是因為如果它的基極-發(fā)射極電壓超過大約0.6V，晶體管T6將顯著傳導(dǎo)電流。(此電壓可以根據(jù)所采用的晶體管類型而略有不同)。由此，例如，如果不希望OTA輸出處的電壓超過2.5V，那么其必須由電壓源V2提供的電壓就不必大于1.9V(2.5V-0.6V)。
對于高頻來說，由緩沖器VB2和電容C1旁通緩沖器VB1。由此反饋回路就保持穩(wěn)定，就是說，在限幅模式下就不會發(fā)生轉(zhuǎn)換速率振蕩，當(dāng)放大級已經(jīng)離開限幅模式時它們也不會處于正常模式。
圖11示出了包括放大級AMPST的電子電路，放大級AMPST不同于圖10中所示的一種放大級AMPST，其中它還包括第二控制裝置SCM，第二控制裝置SCM包括雙極晶體管T8a和T8b，每個晶體管具有基極、發(fā)射極和集電極；電壓源V3；和電壓源V4。晶體管T8a和T8b的發(fā)射極連接到晶體管T3的集電極。晶體管T8a的集電極連接到第二電源端子VSS。晶體管T8b的集電極連接到輸入IP。晶體管T8a和T8b的基極彼此相連。電壓源V3連接在基準(zhǔn)端子BRF和晶體管T8a和T8b的基極之間。電壓源V4連接在OTA的反向輸入一側(cè)和晶體管T5的發(fā)射極，并連接到電流源J3和另一側(cè)的公共節(jié)點cn。
參考圖10中的電路，附加元件的目的如下。當(dāng)放大級AMPST進(jìn)入限幅模式時，反饋回路的所謂的小信號回路增益就下降至非常低的值。不用第二控制裝置SCM，電壓VC就會升至第一電源端子VDD的電勢。這還會將電流源J1轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蛻B(tài)。然而，通過第二控制裝置SCM就防止了此情況。當(dāng)電壓VC超過確定數(shù)值時，晶體管T8a和T8b就開始傳導(dǎo)電流。這就具有限制電壓VC升高的效果。采用晶體管T8b的集電極電流作為補償電流Icmp(參見圖7和8)。優(yōu)選晶體管T8a和T8b尺寸(例如，如圖11中所示，發(fā)射極比率ax/bx＝a/b)和由電壓源V3傳送的電壓，以致仍然由電流I2來確定輸入基準(zhǔn)水平IA(參見圖4和5)。利用電壓源V4，就能夠不同地選擇電壓Vcn和電壓VC。由此，就能夠使放大級AMPST在尺寸上具有更高度的適應(yīng)性。
事實上，當(dāng)放大級AMPST進(jìn)入限幅模式時，第二控制裝置SCM降低了反饋回路的小信號回路增益。由發(fā)射極比率a/b確定小信號回路增益的減少量。發(fā)射極比率越高，小信號回路增益減少的就越多，小信號回路增益的顯著減少有利于反饋回路的穩(wěn)定性。因此，它還減少了放大級AMPST在轉(zhuǎn)換(電流增益)過程中的高頻峰值。然而，如果將發(fā)射極比率a/b選擇得太高，那么流過晶體管T3的電流就會太低，例如等于零。這就會不希望地增加放大級AMPST的恢復(fù)時間。
圖12示出了包括放大級AMPST的電子電路，該放大級AMPST不同于圖11中所示的一種放大級AMPST，其中它進(jìn)一步包括雙極晶體管T9，其具有基極、連接到輸入IP的發(fā)射極和連接到第一電源端子VDD的集電極；和連接在晶體管T9的基極和第二電源端子VSS之間的電壓源V5。
晶體管T9作為用于限幅輸入IP處的輸入電壓Vi的輸入限幅電路。因此，輸入電壓Vi就不會變得比由電壓源V5減去晶體管T9的基極-發(fā)射極電壓而輸送的電壓更低。結(jié)果，晶體管T3的基極-發(fā)射極電壓就不會變得太低，由此就防止了太低的電流通過晶體管T3。它就意味著，當(dāng)放大級AMPST不處于正常模式時，實際上輸入電壓Vi就減少了確定量。
優(yōu)選確定由電壓源V5輸送的電壓，以致當(dāng)放大級AMPST處于正常模式時，晶體管T9事實上不傳導(dǎo)任何電流。為了獲得此，就應(yīng)當(dāng)在溫度效應(yīng)和/或處理效應(yīng)之上(如果在IC中設(shè)置有放大級AMPST)跟蹤由電壓源V5輸送的電壓。例如，可以通過疊加兩個“二極管電壓”和場效應(yīng)晶體管的柵極-源極電壓來得到電壓源V5。例如，可以通過所謂的“Vbo倍增器”來得到兩個“二極管電壓”。
圖13示出了包括放大級AMPST的電子電路，該放大級AMPST不同于圖12中所示的一種放大級AMPST，其中電壓源V5不直接但通過電阻R4連接到第二電源端子VSS，并且其中晶體管T8a的集電極不連接到第二電源端子VSS，但連接到電壓源V5和電阻R4的公共節(jié)點。
當(dāng)根據(jù)如圖12中所示的電子電路的放大級AMPST不處于正常模式時，所說的輸入電壓Vi中減少確定量實際上就意味著輸入電壓Vi中的電壓波動。原則上，這就會增加放大級AMPST的恢復(fù)時間。優(yōu)選地，因此就應(yīng)當(dāng)防止它。通過圖13的電子電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。這是因為晶體管T8a的集電極電流引起電阻R4上的電壓降。結(jié)果，就會增加晶體管T9的基極處的電壓。因此，現(xiàn)在，通過增加晶體管T9的基極處的電壓來代替降低輸入電壓Vi的值，就能夠?qū)崿F(xiàn)所需的晶體管T9的基極-發(fā)射極電壓。
可選擇地，電壓源V5與電阻R4的順序可以反過來。因此，晶體管T8a的集電極就應(yīng)當(dāng)連接到晶體管T9的基極。
圖14示出了包括放大級AMPST的電子電路，該放大級AMPST不同于圖13中所示的一種放大級AMPST，其中現(xiàn)在由電阻R2a和R2b的串聯(lián)排列來代表電阻R2，其中現(xiàn)在晶體管T9的集電極不連接到第一電源端子VDD，但連接到電阻R2a和R2b的公共節(jié)點。
當(dāng)輸入電流Ii的幅度超過更高的輸入基準(zhǔn)水平IB時(參見圖4和5)，第三電流路徑CP3起作用并由此進(jìn)入折回模式，晶體管T9就從第二電流路徑CP2中提取電流。結(jié)果，輸出電流Io的值就隨著輸入電流Ii的值的增加而降低。優(yōu)選確定電阻R2a和R2b的比值，以致晶體管T9從不進(jìn)入飽和態(tài)?？梢缘贸?，使電阻R2b的適當(dāng)值等于零。在此情況下，晶體管T9的集電極實際上連接到電阻R2和晶體管T2的發(fā)射極的公共連接點(參見圖13)。
為了運行最小折回模式，其中輸出電流的值就不會變成比最小值更小，最小值稱為輸出基準(zhǔn)水平Iomn(參見圖4和5)，就必須進(jìn)行一些額外的測量。例如，這種測量可以是選擇電阻R2a和R2b的比值，以致在輸出電流Io的確定數(shù)值下就是輸出基準(zhǔn)水平Iomn使晶體管T9的集電極-發(fā)射極電壓變得如此低以使晶體管T9進(jìn)入飽和態(tài)，由此它的集電極電流就不會有任何進(jìn)一步的增加。然而，事實上，在不與放大級其它的尺寸需求產(chǎn)生矛盾的情況下，并不總能找到滿足這個結(jié)果的電阻R2a和R2b的合適的比值。而且，如上所述，由于晶體管T9進(jìn)入飽和態(tài)會增加放大級AMPST的恢復(fù)時間，因此就不希望晶體管T9飽和狀態(tài)的情況。
根據(jù)上述觀點，在圖15的電子電路中，公開了用于運行最小折回模式的另一種測量。
圖15示出了包括放大級AMPST的電子電路，該放大級AMPST不同于圖14中所示的一種放大級AMPST，其中該放大級AMPST還包括晶體管T10，其具有基極、耦合到第二電流路徑CP2的發(fā)射極(在本實例中，發(fā)射極連接到晶體管T9的集電極)和連接到第一電源端子VDD的集電極；緩沖器VB3，其具有連接到基準(zhǔn)端子BRF的輸入和輸出；以及連接在晶體管T10的基極和緩沖器VB3的輸出之間的電壓源V6。
由此，第四電流路徑CP4起作用，并由此進(jìn)入最小折回模式。選擇由電壓源V6輸送的電壓，以致當(dāng)輸出電流Io的幅度傾向于低于輸出基準(zhǔn)水平Iomn時，晶體管T10將電流(它的值隨輸入電流Ii值的進(jìn)一步增加而增加)輸送到第二電流路徑CP2。結(jié)果，輸出電流Io的值就大致保持恒定。
其中在根據(jù)圖14的電路中同時運行最小折回模式的方式還確定了在正常模式下的輸出電流Io的最小值Iomn。對于某些應(yīng)用，這不是問題。
圖16示出了包括放大級AMPST的電子電路，該放大級AMPST不同于圖15中所示的一種放大級AMPST，其中它進(jìn)一步包括連接在緩沖器VB3的輸出和電壓源V6之間的電阻R5；并且其中第二控制裝置SCM還包括雙極晶體管T8c，雙極晶體管T8c具有連接到晶體管T8a基極的基極，連接到晶體管T8a發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到電壓源V6和電阻R5的公共連接點的集電極?？蛇x地(圖16中未示出)，可以設(shè)置與緩沖器VB3串聯(lián)的附加電壓源。
當(dāng)放大級不處于正常模式時，晶體管T8c就輸送電流。由此產(chǎn)生電阻R5上的電壓。這就會增加晶體管T10的基極處的電壓。結(jié)果，在最小折回模式期間，晶體管T10就會傳導(dǎo)電流。然而，當(dāng)放大級處于正常模式時，晶體管T8c就不輸送任何電流。結(jié)果，在電阻R5上實際上就不存在電壓，由此晶體管T10就不傳導(dǎo)任何電流(如果由電壓源V6傳送的電壓值沒有選非常大的話)。
由此，在正常模式下，第四電流路徑CP4就不被激活，在正常模式下輸出電流的值就不被限制為最小值Iomn。
應(yīng)當(dāng)注意，公開的電子電路可以進(jìn)行許多應(yīng)用。例如，可以由N型晶體管來代替P型晶體管，反之亦然。因此，必須分別匹配由電壓源和電流源輸送的電壓和電流的極性。此外，可以適用其它類型的晶體管。實質(zhì)上，可以由其它類型的晶體管來代替所有指明類型的晶體管。例如，可以由場效應(yīng)晶體管來代替晶體管T1和T2(兩者)。可以由雙極晶體管來代替晶體管M1。電流鏡CM還可以由多個混合電流鏡構(gòu)成，例如附加使用級聯(lián)晶體管(用于級聯(lián)晶體管T1和T2)的電流鏡，或為了減少輸入阻抗和/或增加輸出阻抗目的而提供有反饋裝置的電流鏡。
而且，可以在一個IC中構(gòu)成此電子電路，或者可以全部/部分由分立元件構(gòu)成。
此電子電路可以應(yīng)用于所有種類的設(shè)備和系統(tǒng)，其需要限制輸出信號且當(dāng)將相對強的輸入信號降低至相對弱的輸入信號時其需要非常短的恢復(fù)時間。
權(quán)利要求
1.一種電子電路，包括具有用于接收輸入信號(Ii)的輸入(IP)和用于提供輸出信號(Io)的輸出(OP)的放大級(AMPST)，其中，在操作期間，只要輸入信號(Ii)強度不超過輸入基準(zhǔn)水平(IA)時，輸出信號(Io)強度響應(yīng)于輸入信號(Ii)強度的增加而增加，其特征在于，當(dāng)輸入信號(Ii)強度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平(IA)但不超過更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)時，輸出信號(Io)強度保持為大致恒定；并且當(dāng)輸入信號(Ii)強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)時，輸出信號(Io)強度響應(yīng)于輸入信號(Ii)強度的增加而降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路，其特征在于，當(dāng)輸入信號(Ii)強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)時，輸出信號(Io)強度不會變得比輸出基準(zhǔn)水平(Iomn)更低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電子電路，其特征在于，更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)大致等于輸入基準(zhǔn)水平(IA)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的電子電路，其特征在于，輸入信號(Ii)是輸入電流(Ii)，并且輸出信號(Io)是輸出電流(Io)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電子電路，其特征在于，放大級(AMPST)包括在輸入(IP)和公共節(jié)點(cn)之間耦合的第一電流路徑(CP1)；輸出(OP)和公共節(jié)點(cn)之間耦合的第二電流路徑(CP2)；在輸入(IP)和公共節(jié)點(cn)之間耦合的第一控制裝置(FCM)，用于控制公共節(jié)點(cn)處的電壓(Vcn)并用于將電流(I2)提供到公共節(jié)點(cn)，第一控制裝置(FCM)包括當(dāng)輸入信號(Ii)強度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平(IA)時用于限制到達(dá)公共節(jié)點(cn)的電流(I2)的限制裝置(LMT)；以及第二控制裝置(SCM)，當(dāng)輸入信號(Ii)強度已經(jīng)超過輸入基準(zhǔn)水平(IA)時用于將補償電流(Icmp)提供到輸入(IP)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電子電路，其特征在于，放大級(AMPST)還包括具有耦合到輸入(IP)的第一側(cè)和耦合到第二電流路徑(CP2)的第二側(cè)的第三電流路徑(CP3)，用于從第二電流路徑(CP2)中提取電流，以致當(dāng)輸入信號(Ii)強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)時，輸出電流(Io)強度響應(yīng)于輸入信號(Ii)強度的增加而降低。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電子電路，其特征在于，放大級(AMPST)還包括耦合到第二電流路徑(CP2)的第四電流路徑(CP4)，用于將電流提供到第二電流路徑(CP2)，以便防止當(dāng)輸入信號(Ii)強度已經(jīng)超過更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)時輸出電流(Io)低于輸出基準(zhǔn)水平(Iomn)。
8.一種光盤/磁光盤記錄設(shè)備，包括用于在光盤(DSK)上存儲數(shù)據(jù)的光源(LS)和用于從光盤(DSK)檢測數(shù)據(jù)的光接收裝置(PHDS)，其特征在于，該設(shè)備包括根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求中所限定的電子電路，其中放大級(AMPST)的輸入信號(Ii)響應(yīng)于由光接收裝置(PHDS)輸送的信號(A；B；C；D)。
9.一種方法，由此將輸入信號(Ii)轉(zhuǎn)換為輸出信號(Io)，并由此只要輸入信號(Ii)強度不超過輸入基準(zhǔn)水平(IA)時輸出信號(Io)強度響應(yīng)于輸入信號(Ii)強度的增加而增加，由此當(dāng)輸入信號(Ii)強度超過輸入基準(zhǔn)水平(IA)但不超過更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)時輸出信號(Io)強度保持大致恒定，由此當(dāng)輸入信號(Ii)強度超過更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)時輸出信號(Io)強度響應(yīng)于輸入信號(Ii)強度的增加而降低。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，當(dāng)輸入信號(Ii)強度超過更高的輸入基準(zhǔn)水平(IB)時，輸出信號(Io)強度不會變得比輸出基準(zhǔn)水平(Iomn)更低。
全文摘要
提供一種電子電路，在沒有被過驅(qū)動的情況下，能夠自動處理具有相對寬的動態(tài)范圍的輸入電流(I
文檔編號G11B7/13GK1689224SQ03824291
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者G·W·德榮格, J·H·A·布雷克曼斯, J·R·M·伯格沃伊特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司