DE10058952B4 - Circuit arrangement for converting an analog input signal - Google Patents

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Abstract

Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals (11) in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal (12) mit:
a) einem Eingangsschaltungsknoten (13) zum Eingeben des analogen Eingangssignals (11);
b) einem Ausgangsschaltungsknoten (106) zum Ausgeben des analogen Ausgangsstromsignals (12);
c) einer Transkonduktanzverstärkereinrichtung (14, 15, 16) zum Empfangen des Eingangssignals (11) und zum Erzeugen des Ausgangsstromsignals (12); und
d) einer Dämpfungseinrichtung (101; 102, 103), die mit einem Dämpfungsschaltungsknoten (107) der Transkonduktanzverstärkereinrichtung (14, 15, 16) verbunden ist, zur Verhinderung eines Überschwingens bei Eckfrequenzen im Übertragungsfrequenzbereich,
e) wobei zwischen den Dämpfungsschaltungsknoten (107) und den Eingangsschaltungsknoten (13) eine parasitäre Kapazität (19) geschaltet ist, durch welche in Kombination mit einem Übertragungsfaktor (56) der Transkonduktanzverstärkereinrichtung (14, 15, 16) und einer Quellenkapazität (18), die zwischen den Eingangsschaltungsknoten (13) und Masse (108) geschaltet ist, die Übertragungscharakteristik der Schaltungsanordnung bestimmt ist.Circuit arrangement for converting an analog input signal (11) into a corresponding analog output current signal (12) with:
a) an input circuit node (13) for inputting the analog input signal (11);
b) an output circuit node (106) for outputting the analog output current signal (12);
c) transconductance amplifier means (14, 15, 16) for receiving the input signal (11) and generating the output current signal (12); and
d) damping means (101, 102, 103) connected to an attenuation circuit node (107) of the transconductance amplifier means (14, 15, 16) for preventing overshoot at cut-off frequencies in the transmission frequency range,
e) wherein a parasitic capacitance (19) is connected between the attenuation circuit nodes (107) and the input circuit nodes (13), in combination with a transmission factor (56) of the transconductance amplifier device (14, 15, 16) and a source capacitance (18), which is connected between the input circuit node (13) and ground (108), the transmission characteristic of the circuit arrangement is determined.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal.The The present invention relates to a circuit for conversion an analog input signal into a corresponding analog output current signal.

Die DE 41 12 557 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung eines elektrischen Signals in der optischen Übertragungstechnik. Dabei ist ein Transistorverstärker vorgesehen, der eine Stromgegenkopplung aufweist, welche über ein Gegenkopplungsnetzwerk mit kapazitiven Spannungsteilern gebildet ist.The DE 41 12 557 A1 discloses a circuit arrangement for amplifying an electrical signal in the optical transmission technique. In this case, a transistor amplifier is provided, which has a negative current feedback, which is formed via a negative feedback network with capacitive voltage dividers.

Die DE-OS 25 36 355 offenbart einen Stromverstärker.The DE-OS 25 36 355 discloses a current amplifier.

Die EP 0 262 480 B1 offenbart eine Stromspiegel-Schaltungsanordnung.The EP 0 262 480 B1 discloses a current mirror circuit arrangement.

Bei der Verarbeitung sehr kleiner Ströme, beispielsweise im nA-Bereich und darunter, wird eine Rauschbegrenzung benötigt, die nach dem Stand der Technik durch eine Tiefpassfilterung vorgenommen wird. Hierbei wird das weiterzuverarbeitende Eingangsstromsignal von einer Stromquelle, beispielsweise einer Fotodiode geliefert. Aufgrund parasitärer Kapazitäten in der Eingangsstufe sowie parasitärer Kapazitäten in der übrigen Schaltungsanordnung kann im Übertragungsfrequenzbereich bei Eckfrequenzen ein Überschwingen auftreten. Die Frequenzen bei dem Überschwingen sind dann im Rauschen des Signals verstärkt vorhanden, was zu Erschwernissen bei der Signalauswertung führt.at the processing of very small currents, for example in the nA range and below, a noise limitation is needed, which is based on the state of the art Technique is made by a low-pass filtering. This is the further processing input current signal from a power source, for example, a photodiode supplied. Due to parasitic capacities in the Input stage as well as parasitic capacities in the rest Circuit arrangement can be in the transmission frequency range at corner frequencies an overshoot occur. The frequencies in the overshoot are then in noise amplified the signal present, which leads to difficulties in the signal evaluation.

Zur Umsetzung eines Eingangsstroms in einen Ausgangsstrom dient beispielsweise die aus "VLSI Design Techniques for Analoque and Digital Circuits", Geiger, Allen, Strader, Mc Graw Hill, 1990 bekannte Schaltungsanordnung. Hierbei wird ein Eingangsstrom IIN mittels einer Schaltungsanordnung, die aus sieben Feldeffekttransistoren besteht, die mit einer Versorgungsspannung VDD betrieben werden, in einen Ausgangsstrom IOUT umgesetzt. Ein Überschwingen bei Eckfrequenzen im Übertragungsfrequenzbereich dieser Schaltungsanordnung kann hierbei nicht verhindert werden.For converting an input current into an output current, for example, the circuitry known from "VLSI Design Techniques for Analogue and Digital Circuits", Geiger, Allen, Strader, Mc Graw Hill, 1990 is used. In this case, an input current I IN is converted into an output current I OUT by means of a circuit arrangement which consists of seven field-effect transistors which are operated with a supply voltage V DD . An overshoot at corner frequencies in the transmission frequency range of this circuit can not be prevented here.

Die EP 0 262 480 B1 beschreibt ein weiteres Verfahren zur Umsetzung kleiner Eingangsströme in entsprechende analoge Aus gangssignale mittels einer Stromspiegelschaltung. Stromspiegelschaltungen kommen vor allem in integrierter Schaltungstechnik in nahezu allen Analogschaltungen vor.The EP 0 262 480 B1 describes a further method for converting small input currents into corresponding analog output signals by means of a current mirror circuit. Current mirror circuits are mainly used in integrated circuit technology in almost all analog circuits.

Ein Transkonduktanzverstärker besitzt einen Übertragungsfaktor gm, wie in 5 dargestellt. Nach Maßgabe dieses Übertragungsfaktors gm wird ein analoges Eingangsspannungssignal, das am Eingang des Transkonduktanzverstärkers zwischen einem nicht-invertierenden Verstärkereingang und einem invertierenden Verstärkereingang anliegt, in ein entsprechendes analoges Verstärkerausgangsstromsignal umgesetzt. Das Verstärkerausgangsstromsignal kann am Verstärkerausgang entnommen werden. Der Übertragungsfaktor gm kann von der Größe und/oder der Frequenz des analogen Eingangsspannungssignals abhängen. Eine in 6 gezeigte Verschaltung dreier Transkonduktanzverstärker 14, 15 und 16 wandelt ein analoges Eingangssignal, das einem Eingangsschaltungsknoten zugeführt wird, in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal um, das an einem Ausgangsschaltungsknoten entnommen werden kann. Parasitäre Kapazitäten, hier dargestellt durch eine parasitäre Kapazität 19, können in Kombination mit Quellenkapazitäten, hier dargestellt durch eine Quellenkapazität 18 eines Stromquellenschaltkreises dazu führen, dass eine Rauschbegrenzung aufgrund eines Überschwingens bei Eckfrequenzen im Übertragungsfrequenzbereich nicht zufriedenstellend realisiert werden kann.A transconductance amplifier has a transmission factor g m , as in 5 shown. In accordance with this transmission factor g m , an analog input voltage signal, which is present at the input of the transconductance amplifier between a non-inverting amplifier input and an inverting amplifier input, is converted into a corresponding analog amplifier output current signal. The amplifier output current signal can be taken from the amplifier output. The transmission factor g m may depend on the size and / or frequency of the analog input voltage signal. An in 6 shown interconnection of three transconductance amplifier 14 . 15 and 16 converts an analog input signal supplied to an input circuit node into a corresponding analog output current signal that can be extracted at an output circuit node. Parasitic capacity, here represented by a parasitic capacity 19 , in combination with source capacities, represented here by a source capacity 18 a current source circuit cause a noise limitation due to overshoot at corner frequencies in the transmission frequency range can not be satisfactorily realized.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals in ein entsprechendes analoges Ausgangssignal bereitzustellen, wobei eine Filtercharakteristik derart einstellbar ist, dass im Übertragungsfrequenzbereich bei Eckfrequenzen ein Überschwingen vermieden wird.Accordingly, it is An object of the present invention is a circuit arrangement for converting an analog input signal into a corresponding one provide an analog output signal, wherein a filter characteristic is adjustable so that in the transmission frequency range at corner frequencies an overshoot is avoided.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die gesamte Signalverarbeitung in der Stromdomäne durchzuführen, um Ausgangsströme von stromliefernden Einrichtungen wie beispielsweise Fotodioden direkt ohne eine Strom-Spannungsumsetzung weiterverarbeiten zu können.A Another object of the present invention is the entire signal processing in the stream domain perform, around output currents of power supplying devices such as photodiodes directly without a current-voltage conversion to be able to process further.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das den Einfluss parasitärer Quellenkapazitäten auf das Frequenzübertragungsverhalten minimiert.Yet Another object of the invention is a method to provide the influence of parasitic source capacities the frequency transmission behavior minimized.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine bereits vorhandene Filtercharakteristik durch einfache Maßnahmen bezüglich der Rauschbegrenzung anzupassen, ohne die ursprüngliche Filtercharakteristik zu verändern.Yet Another object of the invention is to provide an already existing one Filter characteristic through simple measures with regard to noise limitation to adapt without the original one Filter characteristic change.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Eingangsspannungssignale in Eingangsstromsignale umzusetzen, und die auf diese Weise umgesetzten Eingangsstromsignale durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in entsprechende analoge Ausgangsstromsignale umzusetzen.Yet another object of the invention is to convert input voltage signals into input current signals, and convert the input current signals thus converted into corresponding ones by the inventive circuit arrangement and method implement analog output current signals.

Gelöst werden die obigen Aufgaben mit einer Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangsstromsignals in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal nach Anspruch 1.Be solved the above objects with a conversion circuit an analog input current signal into a corresponding analog Output current signal according to claim 1.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren weisen den Vorteil auf, dass kleine analoge Eingangsstromsignale in entsprechende analoge Ausgangsstromsignale umgesetzt werden können, ohne dass parasitäre Quellenkapazitäten und/oder sonstige parasitäre Kapazitäten einen Einfluss auf das Frequenzübertragungsverhalten der Schaltungsanordnung besitzen.The inventive circuit arrangement and the method according to the invention have the advantage that small analog input current signals can be converted into corresponding analog output current signals, without that parasitic source capacity and / or other parasitic capacities Influence on the frequency transmission behavior have the circuit arrangement.

Vorteilhafterweise wird insbesondere vermieden, dass im Übertragungsfrequenzbereich bei den Eckfrequenzen ein Überschwingen auftritt.advantageously, is particularly avoided that in the transmission frequency range at the corner frequencies overshoot occurs.

Überdies weist die Erfindung den Vorteil auf, dass die gesamte Signalverarbeitung in der Stromdomäne durchgeführt wird, wodurch insbesondere, aber nicht ausschließlich, Ausgangssignale von stromliefernden Einrichtungen, wie beispielsweise von Fotodioden, effizient weiterverarbeitet werden können.moreover the invention has the advantage that the entire signal processing in the stream domain carried out is, in particular, but not exclusively, output signals from stromladfernden Devices, such as photodiodes, processed efficiently can be.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung minimiert vorteilhafterweise den Einfluss parasitärer Quellenkapazitäten auf das Frequenzübertragungsverhalten der gesamten Schaltungsanordnung.The invention Circuitry advantageously minimizes the influence of parasitic source capacitances the frequency transmission behavior the entire circuit arrangement.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist den weiteren Vorteil auf, dass eine vorhandene Filtercharakteristik durch einfache Maßnahmen bezüglich einer Rauschbegrenzung anpassbar ist, ohne die ursprüngliche Filtercharakteristik zu verändern.The inventive circuit arrangement has the further advantage that an existing filter characteristic by simple measures in terms of a noise limit is customizable without the original one Filter characteristic change.

Vorteilhafterweise können überdies Eingangsspannungssignale in Eingangsstromsignale umgesetzt werden, um die umgesetzten Eingangsstromsignale daraufhin mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und durch das erfindungsgemäße Verfahren in entsprechende analoge Ausgangsstromsignale umzusetzen.advantageously, can also Input voltage signals are converted into input current signals, then the converted input current signals then with the circuit arrangement according to the invention and by the method according to the invention convert into corresponding analog output current signals.

Kern der Erfindung ist eine Dämpfungseinrichtung, die es ermöglicht, ein durch parasitäre Kapazitäten hervorgerufenes Überschwingen im Übertragungsfrequenzbereich einer Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal zu unterdrücken, um auf diese Weise eine einstellbare Tiefpasscharakteristik zur Anpassung der Rauschbegrenzung bereitzustellen.core the invention is a damping device, which makes it possible one by parasitic capacities caused overshoot in the transmission frequency range a circuit arrangement for converting an analog input signal in a corresponding analog output current signal to suppress in this way an adjustable low-pass characteristic for adaptation provide the noise limitation.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstandes der Erfindung.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of Subject of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Dämpfungseinrichtung einen Dämpfungswiderstand und eine Dämpfungskapazität auf.According to one preferred development, the damping device has a damping resistor and a damping capacity.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als analoges Eingangssignal ein Stromsignal bereitgestellt.According to one more Another preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention provided as an analog input signal, a current signal.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als analoges Eingangssignal ein Spannungssignal bereitgestellt.According to one more Another preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention provided as an analog input signal, a voltage signal.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals in ein entsprechendes analo ges Ausgangsstromsignal unter Verwendung von Transkonduktanzverstärkern gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 a circuit arrangement for converting an analog input signal into a corresponding analog output current signal using transconductance amplifiers according to the present invention;

2 eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangsstromsignals in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal unter Verwendung von Feldeffekttransistoren und Stromspiegeleinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 a circuit arrangement for converting an analog input current signal into a corresponding analog output current signal using field effect transistors and current mirror devices according to the present invention;

3 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangsstromsignals in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal unter Verwendung von Feldeffekttransistoren gemäß der vorliegenden Erfindung; 3 an alternative embodiment of a circuit arrangement for converting an analog input current signal into a corresponding analog output current signal using field effect transistors according to the present invention;

4 eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer analogen Eingangsspannung in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal unter Verwendung der in 1 gezeigten Transkonduktanzverstärker; 4 a circuit arrangement for converting an analog input voltage into a corresponding analog output current signal using the in 1 shown transconductance amplifier;

5 eine Darstellung eines Transkonduktanzverstärkers nach dem Stand der Technik; und 5 a representation of a transconductance amplifier according to the prior art; and

6 eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal nach dem Stand der Technik. 6 a circuit arrangement for converting an analog input signal into a corresponding analog output current signal according to the prior art.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the figures, like reference designate sign same or functionally identical components.

Die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung weist einen Eingangsschaltungsknoten 13 auf, dem ein analoges Eingangssignal 11 zugeführt wird. In der gezeigten Schaltungsanordnung wird das analoge Eingangssignal 11 durch eine Stromquelle 105, die zwischen dem Eingangsschaltungsknoten 13 und einer Masse 108 der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung geschaltet ist, erzeugt. Parallel zu der Stromquelle 105 liegt eine Quellenkapazität 18, die zwischen dem Eingangsschaltungsknoten 13 und der Masse 108 verbunden ist. Ein aus der Parallelschaltung der Stromquelle 105 und der Quellenkapazität 18 bestehender Stromquellenschaltkreis 104 kann beispielsweise durch eine Fotodiode 23 (2) dargestellt werden. Eine derartige Beschaltung liefert als analoges Eingangssignal 11 beispielsweise ein Eingangsstromsignal. Ein nicht-invertierender Verstärkereingang eines ersten Transkonduktanzverstärkers 14 ist mit dem Eingangsschaltungsknoten 13 verbunden. Ein invertierender Verstärkereingang des ersten Transkonduktanzverstärkers 14 ist mit Masse 108 verbunden. Ein nicht-invertierender Verstärkereingang eines zweiten Transkonduktanzverstärkers 15 ist ebenfalls mit dem Eingangsschaltungsknoten 13 verbunden. Ein Ausgang des ersten Transkonduktanzverstärkers 14 ist mit einem Dämpfungsschaltungsknoten 107 verbunden. Der Dämpfungsschaltungsknoten 107 ist mit einem invertierenden Verstärkereingang des zweiten Transkonduktanzverstärkers 15 verbunden. Zwischen dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 und dem Eingangsschaltungsknoten 13 liegt eine parasitäre Kapazität 19. Der Eingangsschaltungsknoten 13 ist mit einem invertierenden Eingang eines dritten Transkonduktanzverstärkers 16 verbunden. Ein nicht-invertierender Verstärkereingang des dritten Transkonduktanzverstärkers 16 ist mit dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 verbunden. Ein Ausgang des dritten Transkonduktanzverstärkers 16 ist mit einem Ausgangsschaltungsknoten 106 verbunden, an welchem ein analoges Ausgangsstromsignal entnommen werden kann. Ein Ausgang des zweiten Transkonduktanzverstärkers 15 ist mit dem Eingangsschaltungsknoten 13 verbunden, wobei dem Eingangsschaltungsknoten 13 ein Rückführstromsignal 17 zugeführt wird. Eine Dämpfungseinrichtung 101 ist mit dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Dämpfungsschaltung 101 aus einer Reihenschaltung eines Dämpfungswiderstands 102 und einer Dämpfungskapazität 103. Die Reihenschaltung des Dämpfungswiderstands 102 und der Dämpfungskapazität 103 ist zwischen dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 und Masse 108 ver bunden. Durch die Dämpfungseinrichtung 101 kann die Filtercharakteristik der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung derart eingestellt werden, dass kein Überschwingen bei Eckfrequenzen im Übertragungsfrequenzbereich der Schaltungsanordnung auftritt.In the 1 The circuit arrangement shown has an input circuit node 13 on which an analog input signal 11 is supplied. In the circuit arrangement shown, the analog input signal 11 through a power source 105 passing between the input node 13 and a crowd 108 the in 1 shown circuit arrangement is generated. Parallel to the power source 105 is a source capacity 18 passing between the input node 13 and the crowd 108 connected is. On from the parallel connection of the power source 105 and the source capacity 18 existing power source circuit 104 For example, by a photodiode 23 ( 2 ) being represented. Such a circuit provides as an analog input signal 11 for example, an input current signal. A non-inverting amplifier input of a first transconductance amplifier 14 is with the input node 13 connected. An inverting amplifier input of the first transconductance amplifier 14 is with mass 108 connected. A non-inverting amplifier input of a second transconductance amplifier 15 is also connected to the input node 13 connected. An output of the first transconductance amplifier 14 is with a snubber node 107 connected. The snubber node 107 is with an inverting amplifier input of the second transconductance amplifier 15 connected. Between the snubber node 107 and the input node 13 there is a parasitic capacitance 19 , The input node 13 is with an inverting input of a third transconductance amplifier 16 connected. A non-inverting amplifier input of the third transconductance amplifier 16 is with the snubber node 107 connected. An output of the third transconductance amplifier 16 is with an output node 106 connected to which an analog output current signal can be removed. An output of the second transconductance amplifier 15 is with the input node 13 connected to the input circuit node 13 a return current signal 17 is supplied. A damping device 101 is with the snubber node 107 connected. In the embodiment shown, there is the damping circuit 101 from a series connection of a damping resistor 102 and a damping capacity 103 , The series connection of the damping resistor 102 and the damping capacity 103 is between the snubber node 107 and mass 108 connected. By the damping device 101 can the filter characteristics of in 1 shown circuit arrangement are set such that no overshoot occurs at cut-off frequencies in the transmission frequency range of the circuit arrangement.

Die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung stellt ohne die mit dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 verbundene Dämpfungseinrichtung 101, die beispielsweise aus einem in Reihe mit einer Dämpfungskapazität 103 verbundenen Dämpfungswiderstand 102 besteht, eine Schaltungsanordnung dar, die ein Frequenzübertragungsverhalten entsprechend eines Tiefpasses zweiter Ordnung aufweist. Dabei ist die Dämpfung meist so gering, dass ein Überschwingen im Übertragungsfrequenzbereich bei Eckfrequenzen auftritt. Die erfindungsgemäße, mit dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 verbundene Dämpfungseinrichtung 101 verhindert ein Überschwingen im Übertragungsfrequenzbereich, so dass ein reines Frequenzspektrum frei von Rauschpeaks, die durch ein Überschwingen herbeigeführt werden, erhalten wird.In the 1 shown circuitry provides without the with the Dampungsschaltungsknoten 107 connected damping device 101 for example, one in series with a damping capacity 103 connected damping resistor 102 is a circuit arrangement having a frequency transfer characteristic corresponding to a second-order low-pass filter. The attenuation is usually so low that an overshoot occurs in the transmission frequency range at corner frequencies. The invention, with the damping circuit node 107 connected damping device 101 prevents overshoot in the transmission frequency range, so that a pure frequency spectrum free of noise peaks caused by overshoot is obtained.

Die Übertragungscharakteristik der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird dabei nach 1 durch die Übertragungsfaktoren 56 der Transkonduktanzverstärker 14, 15, 16 in Kombination mit den in der Schaltung vorhandenen Kapazitäten, die in 1 durch die Quellenkapazität 18 und die parasitäre Kapazität 19 dargestellt sind, bestimmt. Insbesondere bestimmt die Quellenkapazität 18 die Eckfrequenz mit.The transmission characteristic of the circuit arrangement according to the invention is thereby after 1 through the transmission factors 56 the transconductance amplifier 14 . 15 . 16 in combination with the existing capacity in the circuit, which in 1 by the source capacity 18 and the parasitic capacity 19 are shown determined. In particular, the source capacity determines 18 the corner frequency with.

2 zeigt eine schaltungstechnische Realisierung des Prinzips der vorliegenden Erfindung. 2 shows a circuit realization of the principle of the present invention.

Die in 2 gezeigte Schaltungsanordnung weist einen mit dem Eingangsschaltungsknoten 13 verbundenen Stromquellenschaltkreis 104 auf, der aus einer Parallelschaltung einer Fotodiode 23 und einer Quellenkapazität 18 besteht. Eine auf die Fotodiode 23 einfallende Lichtstrahlung 24 führt ein analoges Eingangssignal 11 in Form eines Eingangsstroms herbei.In the 2 The circuit arrangement shown has one with the input circuit node 13 connected power source circuit 104 on, which consists of a parallel connection of a photodiode 23 and a source capacity 18 consists. One on the photodiode 23 incident light radiation 24 performs an analog input signal 11 in the form of an input current.

Das analoge Eingangssignal 11 wird dem Eingangsschaltungsknoten 13 zugeführt. Ein Gate-Anschluss eines ersten Feldeffekttransistors 21 ist mit dem Eingangsschaltungsknoten 13 verbunden. Ein Source-Anschluss des ersten Feldeffekttransistors 21 ist mit Masse 108 verbunden. Ein Drain-Anschluss des ersten Feldeffekttransistors 21 ist mit dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 verbunden, wobei zwischen dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 und dem Eingangsschaltungsknoten 13 eine parasitäre Kapazität 19 liegt. Der Dämpfungsschaltungsknoten 107 ist mit dem Gate-Anschluss eines zweiten Feldeffekttransistors 22 verbunden. Die beiden Feldeffekttransistoren 21 und 22 führen eine Funktion aus, die äquivalent zu der durch die in 1 gezeigten Transkonduktanzverstärkern 14, 15 und 16 ausgeführten Funktion ist. Der Source-Anschluss des ersten Feldeffekttransistors 21 ist mit Masse 108 verbunden. Der Source-Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors 22 ist mit dem Eingangsschaltungsknoten 13 verbunden.The analog input signal 11 becomes the input node 13 fed. A gate terminal of a first field effect transistor 21 is with the input node 13 connected. A source terminal of the first field effect transistor 21 is with mass 108 connected. A drain terminal of the first field effect transistor 21 is with the snubber node 107 connected between the attenuation circuit node 107 and the input node 13 a parasitic capacity 19 lies. The snubber node 107 is connected to the gate terminal of a second field effect transistor 22 connected. The two field effect transistors 21 and 22 perform a function equivalent to that given by the in 1 shown transconductance amplifiers 14 . 15 and 16 is performed function. The source terminal of the first field effect transistor 21 is with mass 108 connected. The source terminal of the second field effect transistor 22 is with the input node 13 connected.

Unter Bezugnahme auf die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung, die auf der Verwendung miteinander verkoppelter Transkonduktanzverstärker 14, 15, 16 beruht, treten bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzliche Kapazitäten auf, die auf die Verwendung von Transistoren 21, 22 zurückzuführen sind. Hierbei ist erkennbar, dass die zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Transistors 21 auftretende Kapazität des Transistors 21 parallel zu der Quellenkapazität 18 liegt, wodurch sie zu der Quellenkapazität 18 hinzuaddiert werden kann.Referring to the in 1 shown circuitry based on the use of mutually coupled transconductance amplifier 14 . 15 . 16 is due to occur in the 2 shown embodiment, additional capacity based on the use of transistors 21 . 22 are attributed. It can be seen that the between the gate terminal and the source terminal of the transistor 21 occurring capacity of the transistor 21 parallel to the source capacity 18 which adds to the source capacity 18 can be added.

Auf der anderen Seite ist erkennbar, dass die zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Transistors 22 auftretende Kapazität des Transistors 22 parallel zu der parasitären Kapazität 19 liegt, wodurch sie zu der parasitären Kapazität 19 hinzuaddiert werden kann.On the other hand, it can be seen that the between the gate terminal and the source terminal of the transistor 22 occurring capacity of the transistor 22 parallel to the parasitic capacitance 19 which causes it to parasitic capacity 19 can be added.

Die in 1 gezeigte Dämpfungseinrichtung 101, die aus einer Reihenschaltung eines Dämpfungswiderstands 102 und einer Dämpfungskapazität 103 besteht, ist zwischen den Dämpfungsschaltungsknoten 107 und Masse 108 verbunden. Dem Dämpfungsschaltungsknoten 107 wird über eine Energieversorgungseinheit 29 und eine Einstellstromquelle 25 ein Einstellstrom 26 zugeführt. Der Drain-Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors 22 ist über eine Filterkapazität 214 mit der Energieversorgungseinheit 29 verbunden. Weiterhin ist der Drain-Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors 22 über den Filterwiderstand 212 mit einer ersten Stromspiegeleinrichtung 201 verbunden. Über den Filterwiderstand 212 wird der ersten Stromspiegeleinrichtung 201 ein Stromspiegeleingangssignal 204 zugeführt. Ein dem Stromspiegeleingangssignal 204 entsprechendes Stromspiegelausgangssignal 207 wird einem Kompensationsschaltungsknoten 216 zugeführt. Von dem Kompensationsschaltungsknoten 216 wird ein Kompensationsstrom 28, der durch eine Kompensationsstromquelle 27 bereitgestellt wird, abgeleitet. Die Kompensationsstromquelle 27 ist zwischen den Kompensationsschaltungsknoten 216 und Masse 108 geschaltet. Von dem Kompensationsschaltungsknoten 216 wird ein Stromspiegeleingangssignal 205 abgeleitet, das einer zweiten Stromspiegeleinrichtung 202 zugeführt wird. Ein dem Stromspiegeleingangssignal 205 entsprechendes Stromspiegelausgangssignal 208 wird einer zweiten Tiefpassfiltereinrichtung 211 zugeführt. Eine Filterkapazität 215 ist zwischen der Energieversorgungseinheit 29 und dem Ausgang der zweiten Stromspiegeleinrichtung 202 verbunden. Ein Filterwiderstand 213 ist zwischen dem Ausgang der zweiten Stromspiegeleinrichtung 202 und dem Eingang einer dritten Stromspiegeleinrichtung 203 verbunden. Auf diese Weise wird der dritten Stromspiegeleinrichtung 203 ein tiefpassgefiltertes Stromspiegeleingangssignal 206 zugeführt. Ein dem Stromspiegeleingangssignal 206 entsprechendes Stromspiegelausgangssignal 209 wird dem Ausgangsschaltungsknoten 106 zugeführt. Am Ausgangsschaltungsknoten 106 wird das dem Stromspiegelausgangssignal 209 äquivalente analoge Ausgangsstromsignal 12 bereitgestellt. Die ersten und dritten Stromspiegeleinrichtungen 201 bzw. 203 sind mit Energieversorgungseinheiten 29 verbunden. Die zweite Stromspiegeleinrich tung 202 ist mit Masse 108 verbunden. Eine erste Tiefpassfiltereinrichtung 210 besteht aus der Filterkapazität 214 und dem Filterwiderstand 212. Eine zweite Tiefpassfiltereinrichtung 211 besteht aus der Filterkapazität 215 und dem Filterwiderstand 213. Durch die in 2 veranschaulichte Schaltungsanordnung wird eine resultierende Tiefpassfilterung nach Maßgabe der beiden Tiefpassfiltereinrichtungen 210 und 211 erzielt.In the 1 shown damping device 101 consisting of a series connection of a damping resistor 102 and a damping capacity 103 is between the snubber nodes 107 and mass 108 connected. The attenuation circuit node 107 is via a power supply unit 29 and an adjustment current source 25 an adjustment current 26 fed. The drain terminal of the second field effect transistor 22 is about a filter capacity 214 with the power supply unit 29 connected. Furthermore, the drain terminal of the second field effect transistor 22 over the filter resistance 212 with a first current mirror device 201 connected. About the filter resistance 212 becomes the first current mirror device 201 a current mirror input signal 204 fed. A current mirror input signal 204 corresponding current mirror output signal 207 becomes a compensation circuit node 216 fed. From the compensation circuit node 216 becomes a compensation current 28 by a compensation current source 27 is derived derived. The compensation current source 27 is between the compensation circuit nodes 216 and mass 108 connected. From the compensation circuit node 216 becomes a current mirror input signal 205 derived, that of a second current mirror device 202 is supplied. A current mirror input signal 205 corresponding current mirror output signal 208 becomes a second low-pass filter device 211 fed. A filter capacity 215 is between the power supply unit 29 and the output of the second current mirror device 202 connected. A filter resistance 213 is between the output of the second current mirror device 202 and the input of a third current mirror device 203 connected. In this way, the third current mirror device 203 a low pass filtered current mirror input signal 206 fed. A current mirror input signal 206 corresponding current mirror output signal 209 becomes the output node 106 fed. At the output node 106 becomes the current mirror output 209 equivalent analog output current signal 12 provided. The first and third current mirror devices 201 respectively. 203 are with power supply units 29 connected. The second Stromspiegeleinrich device 202 is with mass 108 connected. A first low-pass filter device 210 consists of the filter capacity 214 and the filter resistance 212 , A second low-pass filter device 211 consists of the filter capacity 215 and the filter resistance 213 , By the in 2 illustrated circuitry is a resulting low-pass filtering in accordance with the two low-pass filter means 210 and 211 achieved.

3 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals 11 in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal 12 ohne Verwendung von Tiefpassfiltereinrichtungen und Stromspiegeleinrichtungen. Die übrige Anordnung der 3 entspricht dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel. 3 shows a circuit arrangement for converting an analog input signal 11 in a corresponding analog output current signal 12 without the use of low-pass filter devices and current mirror devices. The rest of the arrangement 3 corresponds to the in 2 shown embodiment.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangsspannungssignals in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal 12, wobei dem Eingangsschaltungsknoten 13 ein zum Eingangsspannungssignal proportionales analoges Eingangsstromsignal 11 zugeführt wird. Ein Spannungsquellenschaltkreis 41 ist zwischen dem Eingangsschaltungsknoten 13 und Masse 108 verbunden. Der Spannungsquellenschaltkreis 41 wandelt ein analoges Eingangsspannungssignal in ein entsprechendes analoges Eingangsstromsignal 11 um. Die übrige Schaltungsanordnung entspricht dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Mit der in 4 gezeigten Schaltungsanordnung ist es möglich, kleine Eingangsspannungssignale in entsprechende analoge Ausgangsstromsignale 12 zu wandeln, wodurch die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Umsetzung kleiner Eingangsspannungssignale genutzt werden können. 4 shows an embodiment of the inventive circuit arrangement for converting an analog input voltage signal into a corresponding analog output current signal 12 , wherein the input circuit node 13 an analog input current signal proportional to the input voltage signal 11 is supplied. A voltage source circuit 41 is between the input node 13 and mass 108 connected. The voltage source circuit 41 converts an analog input voltage signal into a corresponding analog input current signal 11 around. The remaining circuitry corresponds to the in 1 shown embodiment. With the in 4 As shown, it is possible to convert small input voltage signals into corresponding analog output current signals 12 to convert, whereby the advantages of the method according to the invention in the implementation of small input voltage signals can be used.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention above based on preferred embodiments It is not limited to this, but in many ways modifiable.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components.

1111
Analoges Eingangssignalanalog input
1212
Analoges Ausgangsstromsignalanalog Output current signal
1313
EingangsschaltungsknotenInput circuit node
14, 15, 1614 15, 16
Transkonduktanzverstärkertransconductance amplifier
1717
RückführstromsignalRecycle stream signal
1818
Quellenkapazitätsource capacity
1919
Parasitäre KapazitätParasitic capacity
101101
Dämpfungseinrichtungattenuator
102 102
Dämpfungswiderstanddamping resistor
103103
Dämpfungskapazitätdamping capacity
104 104
StromquellenschaltkreisCurrent source circuit
105 105
Stromquellepower source
106, 106'106 106 '
AusgangsschaltungsknotenOutput node
107107
DämpfungsschaltungsknotenDamping circuit node
108108
MasseDimensions
21, 2221 22
Transistoren, Biploar-, Feldeffekt,-transistors, Bipolar, field effect,
2323
Fotodiodephotodiode
2424
Lichtstrahlunglight radiation
2525
Einstellstromquellebias current
2626
EinstellstromCurrent setting
2727
KompensationsstromquelleCompensation current source
2828
Kompensationsstromcompensating current
2929
EnergieversorgungseinheitenPower supply units
201, 202, 203201 202, 203
StromspiegeleinrichtungenCurrent mirror devices
204, 205, 206204 205, 206
StromspiegeleingangssignaleCurrent mirror input signals
207, 208, 209207 208, 209
StromspiegelausgangssignaleCurrent mirror output signals
210, 211210 211
Tiefpaßfiltereinrichtungenlow pass filter means
212, 213212 213
Filterwiderständefilters resistors
214, 215214 215
Filterkapazitätenfilter capacity
216216
KompensationsschaltungsknotenCompensation circuit node
4141
SpannungsquellenschaltkreisVoltage source circuit
5151
Nicht-invertierender VerstärkereingangNon-inverting amplifier input
5252
Invertierender Verstärkereinganginverting amplifier input
5353
Analoges Eingangsspannungssignalanalog Input voltage signal
5454
Analoges Verstärkerausgangsstromsignalanalog Amplifier output current signal
5555
Verstärkerausgangamplifier output
5656
ÜbertragungsfaktorSensitivity

Claims (6)

Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals (11) in ein entsprechendes analoges Ausgangsstromsignal (12) mit: a) einem Eingangsschaltungsknoten (13) zum Eingeben des analogen Eingangssignals (11); b) einem Ausgangsschaltungsknoten (106) zum Ausgeben des analogen Ausgangsstromsignals (12); c) einer Transkonduktanzverstärkereinrichtung (14, 15, 16) zum Empfangen des Eingangssignals (11) und zum Erzeugen des Ausgangsstromsignals (12); und d) einer Dämpfungseinrichtung (101; 102, 103), die mit einem Dämpfungsschaltungsknoten (107) der Transkonduktanzverstärkereinrichtung (14, 15, 16) verbunden ist, zur Verhinderung eines Überschwingens bei Eckfrequenzen im Übertragungsfrequenzbereich, e) wobei zwischen den Dämpfungsschaltungsknoten (107) und den Eingangsschaltungsknoten (13) eine parasitäre Kapazität (19) geschaltet ist, durch welche in Kombination mit einem Übertragungsfaktor (56) der Transkonduktanzverstärkereinrichtung (14, 15, 16) und einer Quellenkapazität (18), die zwischen den Eingangsschaltungsknoten (13) und Masse (108) geschaltet ist, die Übertragungscharakteristik der Schaltungsanordnung bestimmt ist.Circuit arrangement for converting an analog input signal ( 11 ) into a corresponding analog output current signal ( 12 ) with: a) an input circuit node ( 13 ) for inputting the analog input signal ( 11 ); b) an output circuit node ( 106 ) for outputting the analog output current signal ( 12 ); c) a transconductance amplifier device ( 14 . 15 . 16 ) for receiving the input signal ( 11 ) and for generating the output current signal ( 12 ); and d) a damping device ( 101 ; 102 . 103 ) connected to an attenuation circuit node ( 107 ) of the transconductance amplifier device ( 14 . 15 . 16 ) to prevent overshooting at corner frequencies in the transmission frequency range, e) wherein between the attenuation circuit nodes ( 107 ) and the input node ( 13 ) a parasitic capacitance ( 19 ), in combination with a transmission factor ( 56 ) of the transconductance amplifier device ( 14 . 15 . 16 ) and a source capacity ( 18 ) between the input nodes ( 13 ) and mass ( 108 ), the transmission characteristic of the circuit arrangement is determined. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (101) einen Dämpfungswiderstand (102) und eine Dämpfungskapazität (103) aufweist, welche von dem Dämpfungsschaltungsknoten (107) nach Masse geschaltet sind.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the damping device ( 101 ) a damping resistor ( 102 ) and a damping capacity ( 103 ), which of the damping circuit node ( 107 ) are connected to ground. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Eingangssignal (11) ein Stromsignal ist.Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the analogue input signal ( 11 ) is a current signal. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensationsstromquelle (27) zum Kompensieren eines Gleichanteils in dem analogen Eingangssignal (11) vorgesehen ist.Circuit arrangement according to Claim 3, characterized in that a compensation current source ( 27 ) for compensating a DC component in the analog input signal ( 11 ) is provided. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellstromquelle (25) zum Zuführen eines Einstellstroms zu dem Dämpfungsschaltungsknoten (107) vorgesehen ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an adjustment current source ( 25 ) for supplying an adjustment current to the attenuation circuit node ( 107 ) is provided. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Eingangssignal (11) ein Spannungssignal ist.Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the analogue input signal ( 11 ) is a voltage signal.
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