電流源輸出電路的功耗

電流源輸出電路具有線(xiàn)性的優(yōu)勢，通常在一些專(zhuān)門(mén)的總路線(xiàn)應用中采用。當驅動(dòng)一個(gè)長(cháng)的總線(xiàn)時(shí)，其電流輸出自然而然地相互疊加，與電壓源輸出中非線(xiàn)性方式的相互影響形成鮮明對比。

由于這些電路被設計線(xiàn)性甲類(lèi)放大器，驅動(dòng)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(kāi)路驅動(dòng)電路或者在電流很大時(shí)壓降很小，或者在壓降很大時(shí)幾乎沒(méi)有電流。兩種狀態(tài)消耗的能量都很少。與之相反，電流源驅動(dòng)器在一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)中有時(shí)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(cháng)總線(xiàn)結構中還是具有很大的優(yōu)勢。例展示了使用電流源驅動(dòng)器的一大好處。

例：電流源驅動(dòng)器的應用

某些系統使用電流源驅動(dòng)器構成一個(gè)單向總線(xiàn)（見(jiàn)圖2.12）。時(shí)鐘驅動(dòng)器分別從T1、T4和T8時(shí)刻開(kāi)始劃分了一連串的時(shí)鐘間隔。時(shí)鐘信號從左到右與數據總線(xiàn)并行傳播，總線(xiàn)驅動(dòng)器分別被命名為A1PHA、BETA和GAMMA，負責在預定的時(shí)隙把數據輸入到總線(xiàn)。發(fā)射器件上的總路線(xiàn)發(fā)送時(shí)間與時(shí)鐘信號到達的時(shí)間一致。這樣的安排保證每個(gè)數據單元在正確的時(shí)鐘間隔區間里到達總線(xiàn)的右端，而不管它在總線(xiàn)上被發(fā)送時(shí)的物理位置。僅有的一個(gè)接收器位于總線(xiàn)的右端隨著(zhù)到達的時(shí)鐘信號同步地將總線(xiàn)上的數據信號鎖存。

圖2.12顯示了兩個(gè)數據單元，第一個(gè)由BETA發(fā)出，第二個(gè)由ALPHA發(fā)出，BETA在T2時(shí)刻開(kāi)始發(fā)送，然后在一個(gè)時(shí)鐘間隔后的T6時(shí)刻停止，這一時(shí)間與時(shí)鐘信號A和B到達BETA處的時(shí)間相一致。同樣，在時(shí)鐘信號到達的T5時(shí)刻ALPHA開(kāi)始發(fā)送，一個(gè)時(shí)鐘隔后停止。

當每個(gè)器件發(fā)送數據時(shí)，它的信號沿著(zhù)數據總線(xiàn)同時(shí)向左右兩個(gè)方向傳播。在數據總路線(xiàn)的右端，兩個(gè)信號嚴格地終止于各自的指定時(shí)隙。

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

這種單向總線(xiàn)的問(wèn)題至于，我們只關(guān)心了傳向總線(xiàn)右側的信號，然而實(shí)際上發(fā)送的信號是同時(shí)向兩個(gè)方向傳播的。研究一下T2時(shí)刻BETA發(fā)送信號時(shí)的情況，它發(fā)送的信號傳向右側（接收器方向）的同時(shí)也朝相反方向的ALPHA傳播。在T5時(shí)刻，當ALPHA要啟動(dòng)發(fā)送的時(shí)候，來(lái)自BETA的數據A的后半部分正在通過(guò)數據總線(xiàn)。

如果發(fā)送器ALPHA是一個(gè)推拉輸出驅動(dòng)器，并且數據A的值和數據B相同，那么在數據B完全通過(guò)之前不會(huì )有來(lái)自ALPHA驅動(dòng)器的電流流過(guò)數據總線(xiàn)。此時(shí)，數據總線(xiàn)已經(jīng)處在所要的邏輯狀態(tài)，因此發(fā)送器ALPHA對總線(xiàn)沒(méi)有影響，就好像ALPHA沒(méi)有被連接到總線(xiàn)一樣。一旦數據B完全通過(guò)，在T7時(shí)刻，推拉輸出驅動(dòng)器ALPHA開(kāi)始輸出電流，以使總線(xiàn)保持在既定的狀態(tài)。在接收端，由于直到完全進(jìn)入ALPHA所分配的時(shí)隙之后還沒(méi)有從ALPHA發(fā)送的信號波到來(lái)，所以數據B的前端部分沒(méi)有接收到。

同樣，如果數據A和B正好相反，ALPHA必須用兩倍的輸出來(lái)驅動(dòng)總線(xiàn)，于是數據B的前端部分在接收器輸入端D會(huì )呈現出一個(gè)超常的大脈沖。

解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是使用線(xiàn)性驅動(dòng)電路，無(wú)論總線(xiàn)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(kāi)路和漏極開(kāi)路電流調整電路來(lái)實(shí)現。這類(lèi)電路將預定數量的電流注入數據總線(xiàn)。數據總線(xiàn)的響應如同一個(gè)阻性負載，產(chǎn)生一個(gè)相應的電壓偏移。兩個(gè)邏輯狀態(tài)中的一個(gè)通常被設定為零電流，未激活的器件處于這個(gè)狀態(tài)。

根據總路線(xiàn)的長(cháng)度，每個(gè)驅動(dòng)器都可能工作在多個(gè)數據同時(shí)經(jīng)過(guò)的情況，每個(gè)數據分別來(lái)自位于電纜不同位置的驅動(dòng)器。這一要求意味著(zhù)驅動(dòng)器必須在很寬的電壓范圍上提供線(xiàn)性的電流。在很寬電壓范圍上提供恒定驅動(dòng)電流將會(huì )超耗費大量的功率。