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電流源輸出電路的功耗

時間：2010-06-12 04:38:23

關鍵字：輸出電路電流 ALPHA 驅(qū)動器

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[導讀]電流源輸出電路具有線性的優(yōu)勢，通常在一些專門的總路線應用中采用。當驅(qū)動一個長的總線時，其電流輸出自然而然地相互疊加，與電壓源輸出中非線性方式的相互影響形成鮮明對比。由于這些電路被設計線性甲類放大器，驅(qū)

電流源輸出電路具有線性的優(yōu)勢，通常在一些專門的總路線應用中采用。當驅(qū)動一個長的總線時，其電流輸出自然而然地相互疊加，與電壓源輸出中非線性方式的相互影響形成鮮明對比。

由于這些電路被設計線性甲類放大器，驅(qū)動晶體管工作在非飽和狀態(tài)，因而輸出電路消耗大量的能量。

集電極開路驅(qū)動電路或者在電流很大時壓降很小，或者在壓降很大時幾乎沒有電流。兩種狀態(tài)消耗的能量都很少。與之相反，電流源驅(qū)動器在一個或多個狀態(tài)中有時壓降大而電流也大。盡管能量利用效率不高，但電流源輸出電路在長總線結構中還是具有很大的優(yōu)勢。例展示了使用電流源驅(qū)動器的一大好處。

例：電流源驅(qū)動器的應用

某些系統(tǒng)使用電流源驅(qū)動器構成一個單向總線（見圖2.12）。時鐘驅(qū)動器分別從T1、T4和T8時刻開始劃分了一連串的時鐘間隔。時鐘信號從左到右與數(shù)據(jù)總線并行傳播，總線驅(qū)動器分別被命名為A1PHA、BETA和GAMMA，負責在預定的時隙把數(shù)據(jù)輸入到總線。發(fā)射器件上的總路線發(fā)送時間與時鐘信號到達的時間一致。這樣的安排保證每個數(shù)據(jù)單元在正確的時鐘間隔區(qū)間里到達總線的右端，而不管它在總線上被發(fā)送時的物理位置。僅有的一個接收器位于總線的右端隨著到達的時鐘信號同步地將總線上的數(shù)據(jù)信號鎖存。

圖2.12顯示了兩個數(shù)據(jù)單元，第一個由BETA發(fā)出，第二個由ALPHA發(fā)出，BETA在T2時刻開始發(fā)送，然后在一個時鐘間隔后的T6時刻停止，這一時間與時鐘信號A和B到達BETA處的時間相一致。同樣，在時鐘信號到達的T5時刻ALPHA開始發(fā)送，一個時鐘隔后停止。

當每個器件發(fā)送數(shù)據(jù)時，它的信號沿著數(shù)據(jù)總線同時向左右兩個方向傳播。在數(shù)據(jù)總路線的右端，兩個信號嚴格地終止于各自的指定時隙。

到目前為止，這里對該總線的運行速度還沒有做理論上的限制。由于我們不必等待時鐘向下傳輸并從遠端返回，所以可以提高時鐘速率至任意的頻率，只受限于相關器件的工作速度，而不是總線的物理傳播速度與長度。總線可以同時傳送多個傳向右側接收器的數(shù)據(jù)單元。

這種單向總線的問題至于，我們只關心了傳向總線右側的信號，然而實際上發(fā)送的信號是同時向兩個方向傳播的。研究一下T2時刻BETA發(fā)送信號時的情況，它發(fā)送的信號傳向右側（接收器方向）的同時也朝相反方向的ALPHA傳播。在T5時刻，當ALPHA要啟動發(fā)送的時候，來自BETA的數(shù)據(jù)A的后半部分正在通過數(shù)據(jù)總線。

如果發(fā)送器ALPHA是一個推拉輸出驅(qū)動器，并且數(shù)據(jù)A的值和數(shù)據(jù)B相同，那么在數(shù)據(jù)B完全通過之前不會有來自ALPHA驅(qū)動器的電流流過數(shù)據(jù)總線。此時，數(shù)據(jù)總線已經(jīng)處在所要的邏輯狀態(tài)，因此發(fā)送器ALPHA對總線沒有影響，就好像ALPHA沒有被連接到總線一樣。一旦數(shù)據(jù)B完全通過，在T7時刻，推拉輸出驅(qū)動器ALPHA開始輸出電流，以使總線保持在既定的狀態(tài)。在接收端，由于直到完全進入ALPHA所分配的時隙之后還沒有從ALPHA發(fā)送的信號波到來，所以數(shù)據(jù)B的前端部分沒有接收到。

同樣，如果數(shù)據(jù)A和B正好相反，ALPHA必須用兩倍的輸出來驅(qū)動總線，于是數(shù)據(jù)B的前端部分在接收器輸入端D會呈現(xiàn)出一個超常的大脈沖。

解決這個問題的辦法是使用線性驅(qū)動電路，無論總線上當前是什么狀態(tài)，它都能疊加上自己的信號。正確的電路結構應該是電流源，通常是用集電極開路和漏極開路電流調(diào)整電路來實現(xiàn)。這類電路將預定數(shù)量的電流注入數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線的響應如同一個阻性負載，產(chǎn)生一個相應的電壓偏移。兩個邏輯狀態(tài)中的一個通常被設定為零電流，未激活的器件處于這個狀態(tài)。

根據(jù)總路線的長度，每個驅(qū)動器都可能工作在多個數(shù)據(jù)同時經(jīng)過的情況，每個數(shù)據(jù)分別來自位于電纜不同位置的驅(qū)動器。這一要求意味著驅(qū)動器必須在很寬的電壓范圍上提供線性的電流。在很寬電壓范圍上提供恒定驅(qū)動電流將會超耗費大量的功率。