電流源輸出電路的功耗

電流源輸出電路具有線性的優(yōu)勢(shì)，通常在一些專門的總路線應(yīng)用中采用。當(dāng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)長(zhǎng)的總線時(shí)，其電流輸出自然而然地相互疊加，與電壓源輸出中非線性方式的相互影響形成鮮明對(duì)比。

由于這些電路被設(shè)計(jì)線性甲類放大器，驅(qū)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。

集電極開路驅(qū)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(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(zhǎng)總線結(jié)構(gòu)中還是具有很大的優(yōu)勢(shì)。例展示了使用電流源驅(qū)動(dòng)器的一大好處。

例：電流源驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用

某些系統(tǒng)使用電流源驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成一個(gè)單向總線（見圖2.12）。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器分別從T1、T4和T8時(shí)刻開始劃分了一連串的時(shí)鐘間隔。時(shí)鐘信號(hào)從左到右與數(shù)據(jù)總線并行傳播，總線驅(qū)動(dòng)器分別被命名為A1PHA、BETA和GAMMA，負(fù)責(zé)在預(yù)定的時(shí)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(shí)間與時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)的時(shí)間一致。這樣的安排保證每個(gè)數(shù)據(jù)單元在正確的時(shí)鐘間隔區(qū)間里到達(dá)總線的右端，而不管它在總線上被發(fā)送時(shí)的物理位置。僅有的一個(gè)接收器位于總線的右端隨著到達(dá)的時(shí)鐘信號(hào)同步地將總線上的數(shù)據(jù)信號(hào)鎖存。

圖2.12顯示了兩個(gè)數(shù)據(jù)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(hào)A和B到達(dá)BETA處的時(shí)間相一致。同樣，在時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)的T5時(shí)刻ALPHA開始發(fā)送，一個(gè)時(shí)鐘隔后停止。

當(dāng)每個(gè)器件發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它的信號(hào)沿著數(shù)據(jù)總線同時(shí)向左右兩個(gè)方向傳播。在數(shù)據(jù)總路線的右端，兩個(gè)信號(hào)嚴(yán)格地終止于各自的指定時(shí)隙。

到目前為止，這里對(duì)該總線的運(yùn)行速度還沒有做理論上的限制。由于我們不必等待時(shí)鐘向下傳輸并從遠(yuǎn)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，而不是總線的物理傳播速度與長(zhǎng)度?？偩€可以同時(shí)傳送多個(gè)傳向右側(cè)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(guān)心了傳向總線右側(cè)的信號(hào)，然而實(shí)際上發(fā)送的信號(hào)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(hào)時(shí)的情況，它發(fā)送的信號(hào)傳向右側(cè)（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(dāng)ALPHA要啟動(dòng)發(fā)送的時(shí)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(gè)推拉輸出驅(qū)動(dòng)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(huì)有來自ALPHA驅(qū)動(dòng)器的電流流過數(shù)據(jù)總線。此時(shí)，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(duì)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(shí)刻，推拉輸出驅(qū)動(dòng)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(jìn)入ALPHA所分配的時(shí)隙之后還沒有從ALPHA發(fā)送的信號(hào)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(dòng)總線，于是數(shù)據(jù)B的前端部分在接收器輸入端D會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)超常的大脈沖。

解決這個(gè)問題的辦法是使用線性驅(qū)動(dòng)電路，無論總線上當(dāng)前是什么狀態(tài)，它都能疊加上自己的信號(hào)。正確的電路結(jié)構(gòu)應(yīng)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(shí)現(xiàn)。這類電路將預(yù)定數(shù)量的電流注入數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線的響應(yīng)如同一個(gè)阻性負(fù)載，產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電壓偏移。兩個(gè)邏輯狀態(tài)中的一個(gè)通常被設(shè)定為零電流，未激活的器件處于這個(gè)狀態(tài)。

根據(jù)總路線的長(zhǎng)度，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都可能工作在多個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)經(jīng)過的情況，每個(gè)數(shù)據(jù)分別來自位于電纜不同位置的驅(qū)動(dòng)器。這一要求意味著驅(qū)動(dòng)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(dòng)電流將會(huì)超耗費(fèi)大量的功率。