DE102009000126B4 - Drift compensation of charge amplifier circuits - Google Patents
Drift compensation of charge amplifier circuits Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009000126B4 DE102009000126B4 DE102009000126.3A DE102009000126A DE102009000126B4 DE 102009000126 B4 DE102009000126 B4 DE 102009000126B4 DE 102009000126 A DE102009000126 A DE 102009000126A DE 102009000126 B4 DE102009000126 B4 DE 102009000126B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- integrator
- differential amplifier
- output
- transistor
- supply voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 39
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 24
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 11
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/45—Differential amplifiers
- H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
- H03F3/45475—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/08—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
- G01L9/085—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor with temperature compensating means
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
- H03F2200/264—An operational amplifier based integrator or transistor based integrator being used in an amplifying circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
- H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
- H03F2203/45514—Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising one or more switched capacitors, and being coupled between the LC and the IC
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
- H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
- H03F2203/45594—Indexing scheme relating to differential amplifiers the IC comprising one or more resistors, which are not biasing resistor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Transmission-Gate (100) mit einem zwischen einen Signaleingang und einen Signalausgang geschalteten NMOS-Transistor (110) und einem dem NMOS-Transistor (110) parallel geschalteten PMOS-Transistor (120), wobei der NMOS-Transistor (110) und der PMOS-Transistor (120) jeweils einen Sourceanschluss, einen Drainanschluss, einen Gateanschluss und ein Bulk aufweisen, wobei das Bulk des NMOS-Transistors (110) an eine erste Versorgungsspannungsquelle (GND) für eine erste Versorgungsspannung und das Bulk des PMOS-Transistors (120) an eine zweite Versorgungsspannungsquelle (VDD) für eine zweite Versorgungsspannung, welche höher als die erste Versorgungsspannung ist, angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der NMOS-Transistor (110) eine erste Kanalweite (WN) und eine erste Kanallänge (LN) und der PMOS-Transistor (120) eine zweite Kanalweite (WP) und eine zweite Kanallänge (LP) aufweisen, wobei ein erstes Verhältnis (WN/LN) der ersten Kanalweite (WN) zur ersten Kanallänge (LN) und ein zweites Verhältnis (WP/LP) der zweiten Kanalweite (WP) zur zweiten Kanallänge (LP) so gewählt sind, dass ein erster Leckstrom (IleckN) vom Signaleingang zum Bulk des NMOS-Transistors (110) betragsmäßig gleich einem zweiten Leckstrom (IleckP) vom Bulk des PMOS-Transistors (120) zum Signaleingang ist.Transmission gate (100) with an NMOS transistor (110) connected between a signal input and a signal output and a PMOS transistor (120) connected in parallel with the NMOS transistor (110), the NMOS transistor (110) and the PMOS -Transistors (120) each have a source connection, a drain connection, a gate connection and a bulk, the bulk of the NMOS transistor (110) being connected to a first supply voltage source (GND) for a first supply voltage and the bulk of the PMOS transistor (120) are connected to a second supply voltage source (VDD) for a second supply voltage which is higher than the first supply voltage, characterized in that the NMOS transistor (110) has a first channel width (WN) and a first channel length (LN) and the PMOS -Transistor (120) have a second channel width (WP) and a second channel length (LP), a first ratio (WN / LN) of the first channel width (WN) to the first channel length (LN) and a second the ratio (WP / LP) of the second channel width (WP) to the second channel length (LP) are chosen so that a first leakage current (IleckN) from the signal input to the bulk of the NMOS transistor (110) is equal to a second leakage current (IleckP) from Bulk of PMOS transistor (120) to signal input is.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Transmission-Gate mit Driftkompensation, einen Integrator mit einem solchen Transmission-Gate, einen Drucksensor mit einem solchen Integrator und einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Drucksensor.The invention relates to a transmission gate with drift compensation, an integrator with such a transmission gate, a pressure sensor with such an integrator and an internal combustion engine with such a pressure sensor.
Sensoren können nach der Art des von ihnen zur Verfügung gestellten Messsignals kategorisiert werden. So gibt es beispielsweise resistive Sensoren, welche die Messgröße in einen variablen ohmschen Widerstand umsetzen, oder auch kapazitive Sensoren, welche eine Ladung als Messsignal erzeugen. Einen solchen kapazitiven Sensor stellen piezokeramische oder quarzkristalline Drucksensoren dar, die abhängig vom auf den Sensor einwirkenden Druck elektrische Ladungen aufbauen. Weil diese Ladungen nur sehr gering sind, müssen Ladungsverstärkerschaltungen eingesetzt werden, die das Messsignal verstärken. In der Praxis wird dabei gewöhnlich der Umweg über eine Wandlung in einen Ausgangsstrom genommen, wobei die vom Sensor erzeugten Ladungen als Strom in einer bestimmten Zeiteinheit nachgewiesen werden. Es gilt in einem linearisierten Ansatz mit dem Strom le, der vom Sensor erzeugten Ladung Qs und der Zeiteinheit Δt:
Da die aufgebauten Ladungen nur einen sehr geringen Strom bewirken können, ist es unter praktischen Bedingungen notwendig, diesen Messstrom über einen gewissen Zeitraum zu integrieren und dadurch zu verstärken. Ein Ladungsverstärker entspricht daher der bekannten Integratorschaltung mit einem Kondensator in der Rückkopplung. Die durch Integration erzeugte Ausgangsspannung kann dann durch übliche Methoden wie beispielsweise A/D-Umsetzung einfach ausgewertet werden und folgt der folgenden Gesetzmäßigkeit (wiederum linearisiert):
Nun ist es ein Problem bei der Integration des Messsignals, dass die Schaltungselemente der üblichen Integratorschaltungen selbst Leckströme erzeugen, welche das Messsignal verfälschen. Ist der vom Sensor erzeugte Strom sehr klein, wirken sich solche Verfälschungen umso stärker aus, was die Messgenauigkeit in unerwünschter Weise begrenzt. Zudem treiben die Leckströme den Integrator nach einer von der Größe der Leckströme und der Kapazität des Kondensators abhängigen Zeit in die Sättigung, so dass die auf dem Kondensator bereits gespeicherte Ladung in gewissen Zeitabständen durch Kurzschließen des Kondensators neutralisiert werden muss. Dies stellt z. B. für eine Druckmessung im Inneren einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors ein Problem dar, da hier die während eine Kurbelwellenumdrehung variierenden Druckbedingungen durch eine Messung über den vollen Zeitraum des Bewegungszyklus' ermittelt werden sollen, dieser Zeitraum aber länger als der hinsichtlich einer akzeptablen Fehlertoleranz maximal zur Verfügung stehende Zeitabstand bis zum erneuten Kurzschließen des Kondensators sein kann. Ein weiteres Problem ist, dass die Leckströme mit steigender Temperatur zunehmen, so dass sie für derartige Messungen, die naturgemäß bei hohen Temperaturen stattfinden, ein umso größeres Hindernis bedeuten. Es besteht folglich ein Bedarf an Schaltungselementen, die einen besonders geringen Leckstrom aufweisen, und es ist Aufgabe der Erfindung, solche Schaltungselemente für die aufgezeigten Zwecke einzuführen.A problem with the integration of the measurement signal is that the circuit elements of the customary integrator circuits themselves generate leakage currents which falsify the measurement signal. If the current generated by the sensor is very small, such falsifications have a greater effect, which undesirably limits the measurement accuracy. In addition, the leakage currents drive the integrator into saturation after a time dependent on the size of the leakage currents and the capacitance of the capacitor, so that the charge already stored on the capacitor has to be neutralized at certain time intervals by short-circuiting the capacitor. This represents e.g. B. for a pressure measurement inside a combustion chamber of an internal combustion engine is a problem, since here the pressure conditions varying during a crankshaft revolution are to be determined by a measurement over the entire period of the movement cycle, but this period is longer than the maximum available with regard to an acceptable error tolerance standing time interval until the capacitor is short-circuited again. Another problem is that the leakage currents increase with increasing temperature, so that they represent an even greater obstacle for measurements of this type, which naturally take place at high temperatures. There is consequently a need for circuit elements which have a particularly low leakage current, and it is the object of the invention to introduce such circuit elements for the purposes indicated.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Um die Aufgabe zu lösen, führt ein erster Aspekt der Erfindung ein Transmission-Gate gemäß Anspruch 1 ein.In order to achieve the object, a first aspect of the invention introduces a transmission gate according to claim 1.
Bei einer CMOS-Technologie liegt wenigstens einer der beiden grundlegenden Transistortypen (PMOS oder NMOS) in einer so genannten Wanne. Damit diese Wanne ein definiertes Potential besitzt, wird sie gewöhnlich mit der Source des Transistors kurzgeschlossen. Bei einem Transistor, der nicht in einer Wanne liegt, ist das Bulk des Transistors Teil des Substrats, welches üblicherweise in seiner Gänze mit einer der Versorgungsspannungen verbunden wird.In CMOS technology, at least one of the two basic transistor types (PMOS or NMOS) is located in a so-called tub. In order for this well to have a defined potential, it is usually short-circuited with the source of the transistor. In the case of a transistor that is not located in a well, the bulk of the transistor is part of the substrate which is usually connected in its entirety to one of the supply voltages.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Ausgangsleckstrom eines Transmission-Gates wenigstens näherungsweise unterdrückt werden kann, wenn der Leckstrom des PMOS-Transistors möglichst gleich dem Leckstrom des NMOS-Transistors wird. In einem solchen Fall wird der vom Bulk des PMOS-Transistors zu Source oder Drain des PMOS-Transistors fließende Leckstrom durch den Leckstrom von Source oder Drain des NMOS-Transistors zum Bulk des NMOS-Transistors kompensiert. Aus dem 1. Kirchhoffschen Gesetz folgt für den Ausgangsknoten eines Transmission-Gates:
Daraus folgt, dass im Fall eines sperrenden Transmission-Gates Ileckges Null wird, wenn IleckP gleich IleckN ist. Da lleckges einen unerwünschten Beitrag zu dem auf dem Kondensator des Integrators integrierten Strom liefert, ist in diesem Fall eine optimale Driftkompensation gegeben. Die Erfindung ermöglicht dies, indem gegenüber dem Stand der Technik die Bulks sowohl des NMOS-Transistors als auch des PMOS-Transistors an die jeweiligen Versorgungsspannungen angeschlossen werden, so dass beide Transistortypen wenigstens näherungsweise gleiche Leckströme aufweisen.It follows from this that in the case of a blocking transmission gate, I leakage becomes zero when I leakP equals I leakN . Since I leakges makes an undesirable contribution to the current integrated on the capacitor of the integrator, an optimal drift compensation is given in this case. The invention makes this possible in that, compared to the prior art, the bulks of both the NMOS transistor and the PMOS transistor are connected to the respective supply voltages, so that both transistor types have at least approximately the same leakage currents.
In der Schaltungstechnik ist es üblich, Transistoren für einen gegebenen Fertigungsprozess über ihre Kanallänge und Kanalweite bzw. das Verhältnis dieser beiden Größen zu charakterisieren. Daserfindungsgemäße Transmission-Gate umfasst dabei, dass Kanalweite und Kanallänge von NMOS-Transistor und PMOS-Transistor so gewählt werden, dass ein Leckstrom vom Signaleingang des Transmission-Gates zum Bulk des NMOS-Transistors betragsmäßig gleich einem Leckstrom vom Bulk des PMOS-Transistors zum Signaleingang des Transmission-Gates ist. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Kanalweite zur Kanallänge des PMOS-Transistors zwischen zwei- und viermal größer als das Verhältnis der Kanalweite zur Kanallänge des NMOS-Transistors.In circuit technology, it is customary to characterize transistors for a given manufacturing process by means of their channel length and channel width or the ratio of these two variables. The inventive transmission gate includes that the channel width and length of the NMOS transistor and PMOS transistor are selected so that a leakage current from the signal input of the transmission gate to the bulk of the NMOS transistor is equal to a leakage current from the bulk of the PMOS transistor to the signal input of the transmission gate is. The ratio of the channel width to the channel length of the PMOS transistor is preferably between two and four times greater than the ratio of the channel width to the channel length of the NMOS transistor.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung führt einen Integrator mit einem Integratoreingang und einem Integratorausgang ein, der über einen ersten Widerstand, einen ersten Kondensator und ein Transmission-Gate verfügt. Der erste Widerstand ist zwischen den Integratoreingang und einen invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers, der erste Kondensator zwischen den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers und einen Ausgang des Differenzverstärkers, und das Transmission-Gate zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Differenzverstärkers geschaltet. Das Transmission-Gate ist ausgebildet, den ersten Kondensator in Abhängigkeit von einem Steuersignal zu entladen. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit dem Integratorausgang verbunden. Das Transmission-Gate ist ein Transmission-Gate gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.A second aspect of the invention introduces an integrator with an integrator input and an integrator output which has a first resistor, a first capacitor and a transmission gate. The first resistor is connected between the integrator input and an inverting input of a differential amplifier, the first capacitor is connected between the inverting input of the differential amplifier and an output of the differential amplifier, and the transmission gate is connected between the inverting input and the output of the differential amplifier. The transmission gate is designed to discharge the first capacitor as a function of a control signal. The output of the differential amplifier is connected to the integrator output. The transmission gate is a transmission gate according to the first aspect of the invention.
Der erfindungsgemäße Integrator kann vorteilhafterweise auf einen gesonderten ESD-Schutz (Electrostatic Discharge) verzichten, da der erste Widerstand zusammen mit den Bulk-Dioden des Transmission-Gates bereits einen ESD-Schutz darstellen. Hierzu ist es erforderlich, an den Versorgungsspannungen entsprechende Ableitzenerdioden vorzusehen. Dadurch kann auf einen im Stand der Technik bekannten ESD-Schutz am Eingang oder an den Eingängen des Integrators verzichtet werden, welcher wiederum störende Leckströme verursachen würde. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise ein ESD-Schutz nach dem Human-Body-Modell von über 800 V erreicht werden kann.The integrator according to the invention can advantageously dispense with a separate ESD protection (electrostatic discharge), since the first resistor together with the bulk diodes of the transmission gate already represent an ESD protection. For this purpose, it is necessary to provide appropriate lead diodes on the supply voltages. As a result, ESD protection known in the prior art at the input or at the inputs of the integrator can be dispensed with, which in turn would cause disruptive leakage currents. It has been shown that ESD protection according to the human-body model of over 800 V can be achieved in this way.
Besonders bevorzugt wird eine differentielle Variante des Integrators, bei dem der Differenzverstärker ein double-ended Differenzverstärker ist und einen nichtinvertierenden Eingang und einen zweiten Ausgang aufweist. Der Integrator verfügt dabei über einen zweiten Widerstand, einen zweiten Kondensator und ein zweites Transmission-Gate. Der erste Widerstand ist zwischen einen zweiten Integratoreingang und den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers, der zweite Kondensator zwischen den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers und den mit einem zweiten Integratorausgang verbundenen zweiten Ausgang des Differenzverstärkers und das zweite Transmission-Gate zwischen den nichtinvertierenden Eingang und den zweiten Ausgang des Differenzverstärkers geschaltet. Das zweite Transmission-Gate ist ein Transmission-Gate gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und ausgebildet, den zweiten Kondensator in Abhängigkeit von dem Steuersignal zu entladen.A differential variant of the integrator in which the differential amplifier is a double-ended differential amplifier and has a non-inverting input and a second output is particularly preferred. The integrator has a second resistor, a second capacitor and a second transmission gate. The first resistor is between a second integrator input and the non-inverting input of the differential amplifier, the second capacitor between the non-inverting input of the differential amplifier and the second output of the differential amplifier connected to a second integrator output and the second transmission gate between the non-inverting input and the second output of the Differential amplifier switched. The second transmission gate is a transmission gate according to the first aspect of the invention and is designed to discharge the second capacitor as a function of the control signal.
Ein Problem der Kompensation der Leckströme besteht darin, dass die Leckströme von PMOS- und NMOS-Transistoren nicht über den gesamten Temperatur- und Parameterbereich angeglichen werden können. So ist es z. B. vorstellbar, dass bei einer Temperatur von 130 Grad Celsius sich beide Leckströme komplett gegeneinander aufheben, der Leckstrom des einen Transistortyps aber mit weiter steigenden Temperaturen schneller steigt als der des anderen Transistortyps. Die differentielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Integrators überwindet dieses Problem weitestgehend, weil durch den symmetrischen Aufbau jeder Eingang des Differenzverstärkers gleichen verbleibenden Leckströmen ausgesetzt wird. Steigt beispielsweise der Leckstrom des PMOS-Transistors des Transmission-Gates schneller, kann der Leckstrom des NMOS-Transistors des Transmission-Gates diesen nicht mehr kompensieren. Das Transmission-Gate gibt dann einen Leckstrom lleckges1 mit den obengenannten Folgen aus. Das zweite Transmission-Gate wird sich aber genauso verhalten und einen bis auf durch Produktionstoleranzen bedingte Abweichungen gleichen Leckstrom Ileckges2 erzeugen. Die Abweichungen aufgrund von Produktionstoleranzen liegen jedoch bei einem monolithischen Aufbau in einem Integrierten Chip aufgrund der anzunehmenden geringen Distanz der Komponenten zueinander nur in einem Bereich bis etwa zehn Prozent der Absolutwerte. Dieser Sachverhalt ist allgemein als „Matching“ bekannt. Da der Differenzverstärker nur die Differenz seiner Eingangssignale verstärkt, wirken sich allein die Abweichungen der Leckströme aufgrund des nicht vollständigen Matchings aus. Es ist daher möglich, die Auswirkung der Temperaturdrift aufgrund der Leckströme der Transistoren noch einmal um eine Größenordnung zu reduzieren, so dass der Common-Mode-Bereich des Differenzladungsverstärkers nicht über- bzw. unterschritten wird.One problem with compensating for leakage currents is that the leakage currents of PMOS and NMOS transistors cannot be matched over the entire temperature and parameter range. So it is e.g. For example, it is conceivable that at a temperature of 130 degrees Celsius both leakage currents cancel each other out completely, but the leakage current of one type of transistor increases faster than that of the other type of transistor as the temperature continues to rise. The differential embodiment of the integrator according to the invention largely overcomes this problem, because the symmetrical structure of each input of the differential amplifier is subjected to the same residual leakage currents. For example, if the leakage current of the PMOS transistor of the transmission gate increases faster, the leakage current of the NMOS transistor of the transmission gate can no longer compensate for it. The transmission gate then outputs a leakage current I leak1 with the consequences mentioned above. The second transmission gate will, however, behave in the same way and generate a leakage current I leak2 that is the same apart from deviations caused by production tolerances . However, in the case of a monolithic structure in an integrated chip, the deviations due to production tolerances are only in a range of up to about ten percent of the absolute values due to the assumed small distance between the components. This fact is commonly known as “matching”. Since the differential amplifier only amplifies the difference between its input signals, only the Deviations in leakage currents due to incomplete matching. It is therefore possible to reduce the effect of the temperature drift due to the leakage currents of the transistors by an order of magnitude, so that the common mode range of the differential charge amplifier is not exceeded or undershot.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Drucksensor mit einem piezoelektrischen Sensor und einem mit dem piezoelektrischen Sensor verbundenen Integrator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.A third aspect of the invention relates to a pressure sensor with a piezoelectric sensor and an integrator connected to the piezoelectric sensor according to the second aspect of the invention.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem für das Messen des Drucks in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors ausgebildeten Drucksensor gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.A fourth aspect of the invention relates to an internal combustion engine with a pressure sensor designed to measure the pressure in a combustion chamber of the internal combustion engine according to the third aspect of the invention.
FigurenlisteFigure list
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einiger Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Transmission-Gate gemäß der Erfindung; -
2 einen Integrator mit einem als Transmission-Gate ausgeführten Schalter; und -
3 einen differentiellen Integrator.
-
1 a transmission gate according to the invention; -
2 an integrator with a switch designed as a transmission gate; and -
3 a differential integrator.
Ausführliche Beschreibung der AbbildungenDetailed description of the images
Der PMOS-Transistor
In einer gewöhnlichen CMOS-Technologie liegen die Transistoren eines der beiden Transistortypen, n-Kanal-Transistor oder p-Kanal-Transistor, in einer so genannten Wanne, während der andere Transistortyp frei im Substrat angeordnet ist. Alternativ ist es auch möglich, dass die Transistoren beider Transistortypen in Wannen aufgebaut sind. Wannen wie Substrat werden zur Vermeidung von unkontrolliertem Kollektieren und Injizieren von Ladungsträgern auf ein definiertes Potential gelegt. Dies erfolgt im Fall des Substrats gewöhnlich, indem das Substrat rückseitig metallisiert und über diese Metallisierung die entsprechende Versorgungsspannung angelegt wird (im Fall des n-Kanal-Transistors GND, im Fall des p-Kanal-Transistors VDD). Bei einem in einer Wanne liegenden Transistor hingegen wird üblicherweise die Wanne mit dem Source-Gebiet kurzgeschlossen, so dass die Wanne niemals ein Potential aufweisen kann, das den p-n Übergang zwischen Wanne und Source durchschalten könnte. Die Erfindung weicht jedoch von dieser Regel ab und legt auch die Wanne an die entsprechende Versorgungsspannung an, also wiederum im Fall eines p-Kanal-Transistors an die positive Versorgungsspannung VDD bzw. im Fall eines n-Kanal-Transistors an die negative Versorgungsspannung GND. Diese ungewöhnliche Schaltungsmaßnahme stellt sicher, dass die Leckströme IleckP und IleckN unter möglichst identischen Bedingungen generiert werden und sich dadurch weitgehend betragsmäßig gleichen. Die erfindungsgemäße Beschaltung der Wanne mit einer Versorgungsspannung ist u. a. deshalb unüblich, weil es dazu einer zusätzlichen Leitung von der Versorgungsspannung zum Transistor bedarf, während ein Kurzschließen von Source und Bulk direkt am Transistor vorgenommen werden kann. Wie bereits beschrieben, können die Leckströme beider Transistoren
Die gegenseitige Kompensation der Leckströme im als Transmission-Gate ausgeführten Schalter
Der symmetrische Schaltungsaufbau bietet den Vorteil, dass eventuell verbleibende Leckströme Ileckgesl und Ileckges2 der Schalter
Es folgt mit einer tolerierbaren Driftspannung ΔUout von 1 mV nach 240 ms bei einer Integrationskapazität von 750 pF für die tolerierbare Leckstromanforderung:
Die angesetzten 240 ms entsprechen zwei Kurbelwellenumdrehungen bei einer Motordrehzahl von ca. 500 Umdrehungen pro Minute.The applied 240 ms correspond to two crankshaft revolutions at an engine speed of approx. 500 revolutions per minute.
Ein so geringer Leckstrom kann in einem integrierten Schaltkreis aufgrund der doppelten Kompensation der auftretenden Leckströme auch für Messungen bei hohen Temperaturen durchaus erreicht werden. Die Erfindung erlaubt daher beispielsweise die Messung des Innendrucks einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors über eine volle Kurbelwellenumdrehung.Such a low leakage current can definitely be achieved in an integrated circuit due to the double compensation of the leakage currents that occur, even for measurements at high temperatures. The invention therefore allows, for example, the measurement of the internal pressure of a combustion chamber of an internal combustion engine over a full crankshaft revolution.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009000126.3A DE102009000126B4 (en) | 2009-01-09 | 2009-01-09 | Drift compensation of charge amplifier circuits |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009000126.3A DE102009000126B4 (en) | 2009-01-09 | 2009-01-09 | Drift compensation of charge amplifier circuits |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009000126A1 DE102009000126A1 (en) | 2010-07-15 |
DE102009000126B4 true DE102009000126B4 (en) | 2021-02-11 |
Family
ID=42243465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009000126.3A Active DE102009000126B4 (en) | 2009-01-09 | 2009-01-09 | Drift compensation of charge amplifier circuits |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009000126B4 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3905824A1 (en) * | 1988-02-22 | 1989-11-16 | Mitsubishi Electric Corp | Device for detecting the pressure in a cylinder of an internal combustion engine |
US6348831B1 (en) * | 1998-12-17 | 2002-02-19 | Nec Corporation | Semiconductor device with back gate voltage controllers for analog switches |
US20050103977A1 (en) * | 2003-11-13 | 2005-05-19 | Alexander Krymski | Pixel signal binning and interpolation in column circuits of a sensor circuit |
US20050219102A1 (en) * | 2004-03-16 | 2005-10-06 | Hirotomo Ishii | Analog switch circuit and sample-and-hold circuit including the same |
-
2009
- 2009-01-09 DE DE102009000126.3A patent/DE102009000126B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3905824A1 (en) * | 1988-02-22 | 1989-11-16 | Mitsubishi Electric Corp | Device for detecting the pressure in a cylinder of an internal combustion engine |
US6348831B1 (en) * | 1998-12-17 | 2002-02-19 | Nec Corporation | Semiconductor device with back gate voltage controllers for analog switches |
US20050103977A1 (en) * | 2003-11-13 | 2005-05-19 | Alexander Krymski | Pixel signal binning and interpolation in column circuits of a sensor circuit |
US20050219102A1 (en) * | 2004-03-16 | 2005-10-06 | Hirotomo Ishii | Analog switch circuit and sample-and-hold circuit including the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102009000126A1 (en) | 2010-07-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102013110408B4 (en) | Sampling circuit, method for reducing distortion in a sampling circuit and an analog-digital converter with such a sampling circuit | |
DE102010041805B4 (en) | Device with a plurality of line or matrix-shaped photosensitive microcells | |
DE102014107504B4 (en) | INPUT LEVEL FOR TEMPERATURE MEASURING SYSTEM | |
DE102015101319B4 (en) | Two current and voltage generators proportional to the absolute temperature with low power and corresponding process | |
DE102004021863A1 (en) | Sensor element for providing a sensor signal and method for operating a sensor element | |
DE10348364A1 (en) | Oscillator circuit with stable frequency | |
EP0648019B1 (en) | CMOS circuit with high withstand-voltage | |
DE102004010356B4 (en) | Switched capacitor low pass filter and semiconductor pressure sensor device with this filter | |
EP1116957B1 (en) | Capacity measurement of structures in integrated circuits | |
DE102017121515A1 (en) | amplifier calibration | |
DE102006058292A1 (en) | Arrangement and method for charge integration | |
DE102005051742A1 (en) | Analog switch with minimized external leakage current and SC filter with analogue switch | |
DE202013012855U1 (en) | Transistor and circuit for sampling an analog input signal | |
DE102005051848A1 (en) | Temperature compensating circuit for a resistance measuring structure integrated in a semiconductor body has further resistance structure to measure temperature-dependent compensating voltage | |
EP0040795B1 (en) | Semiconductor sensor | |
DE102009000126B4 (en) | Drift compensation of charge amplifier circuits | |
WO2013102660A1 (en) | Charge measuring device | |
DE102017109019A1 (en) | System and method for a high resistance resistor | |
DE3511688C2 (en) | ||
CH623960A5 (en) | ||
DE10010946C2 (en) | Circuitry and method for evaluating capacities | |
DE112017007036T5 (en) | RESISTANCE CONTROL, OSCILLATION CIRCUIT, AND VEHICLE INNER SENSOR DEVICE | |
DE2822746C2 (en) | ||
DE102020207992A1 (en) | READING AMPLIFIER REUSE USING THE SAME ELEMENTS FOR EVALUATING A REFERENCE DEVICE AND MEMORY CELLS | |
DE102010013812B4 (en) | Circuit arrangement and method for capacitive level measurement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |