(57)【要約】負荷を駆動する電子回路装置は、負荷端子と制御端子と電源に接続するための電源端子とを備えている。回路装置は電源の帰路端子に並列に接続された３つの電気素子、すなわち負荷22のキャパシタンスと、バイアス電流源14と、電流バイパス16とを有している。電圧センサ18は制御端子と負荷端子との間に接続されて制御端子と負荷端子との間に発生した電圧降下を感知する。電圧センサは前記電圧降下がしきい値を越えたとき、バイアス電流源の電流と並列に電流を流すように電流バイパスを付勢して動作させる。それにより回路装置は負荷を１方向に駆動し、電流源と電流バイパスは反対方向に負荷を駆動する。
2006500865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御端子(A) と、負荷端子(B) と、電源に接続するための電源端子(36)とを備えている電子回路装置(12)において、
電子回路装置は、制御端子に供給された信号に応答して負荷端子に接続された負荷(22)に信号を供給するように動作し、負荷端子は前記電子回路装置のエミッタ端子またはソース端子であり、負荷は負荷端子と電源の帰路端子(38)との間に接続されており、
電子回路装置はさらに、
負荷端子と電源の帰路端子との間に接続されてバイアス電流源(14)と、
このバイアス電流源と並列の電流バイパス(16)と、
制御端子と負荷端子との間に発生した電圧降下を感知するために制御端子と負荷端子との間に接続されている電圧センサ(18)とを具備し、
この電圧センサは前記電圧降下がしきい値を越えたとき、前記バイアス電流源の電流と並列に電流を流すように電流バイパスを付勢して動作させるように構成されている電子回路装置。
【請求項２】
電子回路装置は電界効果トランジスタである請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電流源は電流ミラー回路である請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記電流バイパスは電界効果トランジスタで構成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記電圧センサは差動増幅器(18)を含み、前記駆動装置はさらに前記差動増幅器の１つの入力端子の電圧を前記差動増幅器の第２の入力端子の電圧に対してオフセットさせる回路(20)を備えている請求項１乃至４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記差動増幅器は比較器として動作する請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記電子回路装置(12)は前記負荷を第１の方向に駆動するように動作し、前記電流バイパス(16)は前記負荷を前記第１の方向とは反対の第２の方向に駆動するように動作する請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷駆動増幅器に関し、また、バッファとして知られており、赤外線検出器のような検出器のアレイを含む焦点平面検出回路中の信号伝送ケーブルを駆動するライン駆動装置として使用されるのに適している駆動増幅器に関し、特に、ソースフォロアまたはエミッタフォロア回路の形態のバッファの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここで特に関心のある状態は焦点平面検出器アレイであり、それは入射電磁放射をそれぞれ電気信号に変換する多数の検出素子を含んでいる。ケーブルは各検出素子を信号処理回路に接続し、各検出素子の信号は集められて電子的に処理されて検出素子のアレイによって観察されている情景のイメージを生成する。バッファはケーブルによって検出素子を相互接続して検出された信号によりケーブルを駆動する。急激に変化する主題および／または検出素子の迅速なサンプリング信号に対して、検出された信号の前縁および後縁の両者を通過させるために各バッファは適切な帯域幅とスリューレートに関するダイナミック応答特性を持たなければならない。
【０００３】
ライン駆動装置増幅器はプッシュプル回路の形態およびソースおよびエミッタフォロア回路の形態で構成されている。典型的に電圧フォロア演算増幅器に基づいたプッシュプルバッファは所定の設定速度に対して部分的にスリューレートの制限により高い電力消費を有している。設計によってはまた、演算増幅器が出力負荷キャパシタンスにより補償される場合には、安定性を保証するために最小の出力キャパシタンスを必要とする。上述の問題を有しない回路設計は典型的に低い出力電圧範囲を有しており、或いは非常に複雑な回路構造となり、焦点平面検出器アレイの場合のようにスペースが非常に制限されなければならない状態では欠点となる。さらに、典型的に、従来技術のプッシュプルバッファは出力電圧範囲が減少され、または出力電圧範囲を増加させるために付加的な特別のバイアス電圧を必要としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の簡単なソースフォロアまたはエミッタフォロア回路は、スリューレートの制限によって焦点平面検出器アレイの場合に所望されるよりも所定の設定速度に対して高い電力消費を有する欠点がある。焦点平面検出器アレイは典型的に超低温環境内に設置されることに注意する必要がある。過度の電力消費は温度を調整するために使用されるデュワー容器に付加的な負担を強いることになる。利用可能なエミッタまたはソースフォロアバッファはプッシュプル構造および電流ミラー回路のような他の回路よりも高い電力消費を受ける。それは高いスリューレートと帯域幅を得るために大きい定常電流が必要なためである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の問題は本発明による低い電力アナログライン駆動装置によって解決され、付加的な利益が与えられる。本発明による低い電力アナログライン駆動装置は、ソースフォロアまたはエミッタフォロアバッファのいずれかにより必要とされる電力を顕著に減少させるために感知回路と高速でダイナミックに付勢される電流負荷とを使用する。その回路はバッファに対する入力信号を感知し、バッファの出力信号と入力信号とを比較する。入力信号と出力信号との間に大きい差がある場合には、大きな負荷電流はバッファの応答を一時的にスピードアップするためにバッファの出力に切換えられる。このスピードアップが得られたならば、大きな負荷電流は終了され、エミッタフォロアまたはソースフォロアは非常に低い負荷電流で正常の動作を行う。
【０００６】
本発明の回路は、競合する回路（同じ設定速度に対して）と比較して非常に電力消費が低く、典型的なプッシュプル出力バッファよりも大きい出力スイングを有する。本発明の回路は、スペースを節約し、製造を容易にするために電子システムの他の部品と共にチップ上に直接構成されることができる付加的な利点がある。赤外線イメージングシステムのような光学システムの焦点平面アレイによる本発明の場合には、全ての部品は共通の回路板またはチップ上に配置され、それには読取り集積回路が含まれ、それ故、オフチップ支持回路は必要ない。さらに、本発明の回路は使用において現在の既存の電子システムと両立可能であり、回路はすでにオフ焦点平面電流源負荷を含んでいる。低いパワーは集積されたデュワー構造およびクーラーマージンに顕著な有効なインパクトを有しており、それは非常に低い超低温パワー消費が存在するからである。一般的な電池給電によるアナログ応用では、パワー消費の減少は電池の寿命を増加させる。本発明の回路は、多くの焦点平面プログラムで利用されることができる。最も顕著な利点は、小型の戦術的機械的クーラーまたは受動スペースクーラーを使用するプログラムで使用されることである。しかしながら、本発明の回路は、迅速な立上がり、立下がり時間を有する信号により高キャパシタンス負荷を駆動することが必要である多数の他の応用においてもまた有効であることに注意すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の前述の特徴およびその他の特徴は、添付図面を参照にした以下の記述により説明される。  
異なった図面に同じ参照符号は同じ素子を示しているが、図面によってはそうでない場合もある。
【０００８】
図１を参照すると、本発明によるアナログ負荷駆動装置10は、トランジスタ12として示された電子回路と、トランジスタ12と直列に接続された電流源14と、電流源14と並列に接続された電流バイパス16と、電圧センサ18と、電圧オフセット回路20とを備えている。駆動装置10への入力信号は端子Ａで入力信号ラインに供給され、負荷への接続に対する出力信号は端子Ｂで出力信号ライン上に与えられる。駆動装置10により駆動された負荷は端子Ｂで接続され、例えば、キャパシタ22により表されている電気信号ケーブルである。その理由は負荷のインピーダンスの主成分はキャパシタンスであるからである。
【０００９】
トランジスタ12はバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のいずれであってもよく、本発明の好ましい実施形態では後者のＦＥＴが使用されている。トランジスタ12は、ソース24、ドレイン26、ゲート28を有している。電流バイパス16もまたトランジスタで構成され、それはバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタのいずれでもよくあり、本発明の実施形態では後者が使用されている。電流バイパス16のトランジスタは、ソース30、ドレイン32、ゲート34を有している。センサ18は差動増幅器として構成され、その２つの入力端子における電圧入力を比較するための比較器として動作される。その２つの入力端子の１つは正の端子であり、他の１つは負の端子である。センサ18の出力端子は端子Ｃとして示され、電流バイパスのトランジスタのゲートに接続されている。端子Ｂにおける出力信号はセンサ18の正の入力端子に結合されている。端子Ａにおけるいる信号はオフセット回路20を介してセンサ18の負の入力端子に結合され、またトランジスタ12のゲート28i 供給される。
【００１０】
駆動装置10の回路の動作において、トランジスタ12の電流は端子36で電源により与えられ、電流はドレイン26からトランジスタ12に入り、ソース24から出て端子Ｂおよび電流源14を介して接地点38へ流れる。接地点38はまた電源の帰路端子として機能している。電流源14により与えられる電流の大きさは本質的に端子Ｂにおける電圧とは無関係であり、したがって、電流源14により与えられる電流の大きさはトランジスタ12の動作におけるバイアス電流として機能する。
【００１１】
立上り電圧により特徴付けられる端子Ａにおける入力信号の場合には、端子Ｂにおける出力電圧もまた端子Ａにおける電圧に対応して立上がる。端子Ｂにおける電圧の立上りに適合するために、付加的な電流がトランジスタ12によりキャパシタ22に与えられてキャパシタ22を端子Ｂにおける所望の電圧レベルまで充電する。端子Ａにおける電圧が下降する場合には端子Ｂにおける電圧もまた下降するが、しかしながら、このような下降はキャパシタ22から引き出されることができる電荷の割合で制限される。
【００１２】
キャパシタ22から電荷が引き出される割合をスピードアップするために、バイパス16が付勢されて端子Ｂを介してキャパシタ22から付加的な電流を引き出す。その結果、キャパシタ22の迅速な放電が生じて結果的に端子Ｂの電圧が迅速に下降する。それにより端子Ｂの電圧が端子Ａの電圧の下降に対応して下降することができる。したがって、端子Ａにおける立上り電圧中、トランジスタ12はキャパシタ22によって表される負荷を駆動し、端子Ａにおける電圧の下降中、バイパス16は負荷を駆動する。
【００１３】
本発明の１特徴によれば、バイパス16は必要な時間にのみ付勢される。すなわち、端子Ｂの電圧の立上りおよび立下りが端子Ａにおける電圧の立上りおよび立下り時間に適切に追従するならば、その場合にはバイパス16は付勢される必要がない。したがって、そのような状態ではバイパス16は付勢されない状態のままである。しかしながら、端子Ｂの下降電圧が端子Ａの下降電圧のように迅速に下降しない場合には、バイパス16が付勢されて増加した割合でキャパシタ22から電荷を引き出して端子Ｂの電圧が端子Ａの電圧の下降に追従することを可能にする。
【００１４】
センサ18はバイパス16を付勢する必要があるか否かを決定する。センサの出力端子Ｃはバイパス16のトランジスタのゲート34に接続されている。電圧オフセット回路20と組合わされてセンサ18は端子ＡおよびＢ間の電圧差を測定するように機能する。この電圧差が予め定められたしきい値よりも下に維持される場合には、端子Ｂの電圧は端子Ａの電圧に適切に追従していると考える。しかしながら、端子Ａの電圧が端子Ｂの電圧よりも迅速に下降してそれにより電圧差がしきい値を越える場合には、センサ18は電圧信号を出力してそれはバイパス16のトランジスタを導通状態にする。それにより駆動装置の回路は本発明の特徴を達成し、バイパス16の付加的な電流は必要なときにのみ存在し、その他の場合には存在しない。
【００１５】
図２ではセンサ18に端子Ａを接続しているオフセット回路20がさらに詳細に示されている。また、電流源14がさらに詳細に示されており、端子Ｂとセンサ18に接続されている。オフセット回路20ではトランジスタ40がソースフォロアとして端子Ａとセンサ18の負の入力端子との間に接続されている。トランジスタ40はソース42、ゲート44、およびドレイン46を有している。オフセット回路20はさらに、ソース50、ゲート52、およびドレイン54を有するトランジスタ48を有している。オフセット回路20はまた、トランジスタ48のゲート52とソース50との間に接続されたバイアス電圧源56を備えている。ソース50は接地されている。トランジスタ40では、ドレイン46は端子36で電源に接続され、ゲート44は端子Ａに接続され、ソース42はトランジスタ48のドレイン54およびセンサ18の負の入力端子の両者に接続されている。電流源14はソース60、ゲート62、およびドレイン64を有するトランジスタ58を有している。電流源14にはまたトランジスタ58のゲート62とソース60との間に接続されたバイアス電圧源66を備えている。トランジスタ58のドレイン64は端子Ｂに接続され、また、センサ18の正の入力端子に接続されている。トランジスタ58のソース60は接地されている。
【００１６】
オフセット回路20の動作では、バイアス電圧源56はトランジスタのゲート52とソース50との間の予め定められた電圧差を維持する。応答してトランジスタ48はトランジスタ40で現れる信号電圧に実質上無関係にドレイン54と接地点38との間の固定電流を維持するように動作する。それによりドレイン54の電圧は端子Ａにおける入力信号電圧に追従するが、バイアス電圧源56の電圧だけそれからオフセットする。同様に電流源14において、トランジスタ58は、ドレイン64とソース60との間のバイアス電流の固定量を設定することによりゲート62の固定されたバイアス電圧に応答する。
【００１７】
上述の駆動装置10の回路は、駆動装置10により駆動されるケーブルのキャパシタンスのような負荷のキャパシタンスの迅速な放電のためのバイパス電流路を提供する本発明の特徴を達成する。上述の回路はまた、駆動装置10の入力電圧と出力電圧との間の差を感知するための回路を提供し、この差電圧の大きさを使用してバイパス16の付勢の必要性を決定する。バイパス16へのセンサ18の出力端子Ｃの接続は、センサ18のしきい値が超過されたときのような期間中バイパス16の付勢を可能にする。図３に示されるように、バイパス16の使用の典型的な状態において、上方のグラフは入力信号“Ａ”に対する理想的な波形を示し、下方のグラフは駆動装置10の回路の動作により生じた出力信号“Ｂ”の近似的な波形を示している。入力信号において、前縁68と後縁70は直線の傾斜部で示されている。出力信号では前縁72は入力信号の前縁と本質的に同じ形状の直線の傾斜部である。
【００１８】
しかしながら、出力信号の後縁74は対応する入力信号の後縁70から遅延された実質上直線の中間部分を有している。遅延は、入力信号と出力信号との間の差電圧がしきい値に到達するまでバイパス16が付勢されないために生じたものである。この結果、後縁74の初めの部分に非線形の肩部76が生じる。対応するように、後縁74の最後の部分で差電圧がしきい値の下の降下し、後縁74の最後の部分に非線形の肩部78が生じる。肩部76, 78の両者の大きさはバイアス電流源14の大きさに依存し、バイアス電流の大きさが増加すると共に増加する。電力の節約のためには、バイアス電流の大きさを減少させることが望ましい。バイアス電流の値の選択は設計選択の事項であり、その選択は駆動装置回路の安定な動作の確保に基づいている。
【００１９】
駆動装置10の回路は他の半導体回路、特に光学システムで使用される焦点平面アレイ回路を含むチップ上に容易に製造することができる。これは本発明の駆動装置を使用するシステムに対する一体的な設計に都合がよい。
【００２０】
本発明の前述の実施形態は単なる例示だあり、その変形は当業者によって行われることができることを理解すべきである。したがって、本発明はここで開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲によってのみ規定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】例えば電気ケーブルのキャパシタンスとして示された負荷を駆動する本発明の負荷駆動装置の概略図。
【図２】図１の感知増幅器に対する電圧オフセット回路の概略図。
【図３】入力および出力信号波形を示すタイミング図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2006500865.tif 000007
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