-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Erfassen einer Änderung einer Kapazität oder zum Verstärken oder Filtern eines Signals.
-
Eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Erfassen einer Kapazitätsänderung ist bekannt. Die vorläufige
Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 8-145717 und die deren Priorität in Anspruch nehmende europäische Anmeldung
EP 0 715 153 A1 offenbaren eine Kapazitätsänderungs-Erfassungsschaltung als die Signalverarbeitungsvorrichtung. Bei dieser Schaltung werden Trägersignale an zwei Sensorkondensatoren angelegt. Die Ladungen in den zwei Sensorkondensatoren werden einem C/V- bzw. Kapazitäts/Spannungswandler zugeführt. Ein Ausgangssignal des C/V-Wandlers wird von einem Verstärker verstärkt und von zwei Abtast/Halteschaltungen gleichphasig zu den Trägersignalen abgetastet und gehalten. Ein Differentialverstärker gibt eine Differenz zwischen abgetasteten Spannungen als ein Spannungssignal aus, das der physikalischen Größe entspricht.
-
Wenn es ein beträchtliches Ungleichgewicht zwischen Sensorkapazitäten gibt, beinhaltet das Ausgangssignal des C/V-Wandlers einen beträchtlichen Versatz. Bei dieser Schaltung wird das Ausgangssignal des C/V-Wandlers mit Spannungssignalen verarbeitet, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers eine Sättigung bei einem hohen Verstärkungsfaktor aufweisen kann.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Signalverarbeitungsvorrichtung zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Signalverarbeitungsvorrichtung geschaffen, die aufweist:
eine veränderliche Kondensatoreinrichtung (1), deren Kapazität sich mit einer physikalischen Größe ändert;
eine C/V-Wandlerschaltung (2) zum Wandeln einer Kapazitätsänderung zu einem Spannungssignal;
erste und zweite Ladungshalteeinrichtungen (3, 4) zum Halten des Spannungssignals zu unterschiedlichen Zeitpunkten als erste bzw. zweite Ladungen (Q1, Q2);
eine Versatzkompensationsladungs-Halteeinrichtung (5) zum Erzeugen und Halten einer Versatzladung (Q3) zum Kompensieren eines Versatzes des Spannungssignals;
eine Ladungskombinier- und -halteeinrichtung (6) zum Kombinieren und Halten der ersten und zweiten Ladungen (Q1, Q2) und der Versatzladung (Q3); und
eine Ausgabeeinrichtung (7) zum Aufnehmen der kombinierten Ladung (Q4) von der Ladungskombinier- und -halteeinrichtung und zum Ausgeben eines Ausgangsspannungssignals, das der physikalischen Größe entspricht, in Übereinstimmung mit der aufgenommenen Ladung,
wobei die ersten und zweiten Ladungshalteeinrichtungen (3, 4) die ersten und zweiten Ladungen (Q1, Q2) zu der gleichen Zeit, zu der die Versatzkompensationsladungs-Halteeinrichtung (5) die Versatzladung (Q3) zu der Ladungskombinier- und -halteeinrichtung (6) entlädt, zu der Ladungskombinier- und -halteeinrichtung (6) entlädt, und
die erste Ladungshalteeinrichtung (3) das Spannungssignal als die erste Ladung (Q1) hält, die einer Versatzspannung der C/V-Wandlerschaltung (2) entspricht, die zweite Ladungshalteeinrichtung (4) das Spannungssignal als die zweite Ladung (Q2) hält, die die Kapazitätsänderung der veränderlichen Kondensatoreinrichtung (1) darstellt, und die Ladungskombinier- und -halteeinrichtung (6) die kombinierte Ladung (Q4) hält, die durch Subtrahieren der zweiten Ladung (Q2) und der Versatzladung (Q3) von der ersten Ladung (Q1) abgeleitet wird.
-
Daher wird die Signalverarbeitung mit Ladungssignalen durchgeführt. Daher kann, wenn es einen beträchtlichen Versatz der veränderlichen Kondensatoren gibt, dieser wirksam entfernt werden und ein Verstärken mit einem hohen Verstärkungsfaktor vorgesehen werden.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigt:
-
1 ein schematisches Schaltbild einer Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
2 ein Zeitablaufsdiagramm der Funktionsweise der in 1 gezeigten Signalverarbeitungsvorrichtung;
-
3 ein schematisches Schaltbild einer in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten veränderlichen Spannungsquelle;
-
4 ein schematisches Schaltbild einer anderen in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten veränderlichen Spannungsquelle;
-
5 ein schematisches Schaltbild einer Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
6 ein Zeitablaufsdiagramm der Funktionsweise der in 5 gezeigten Signalverarbeitungsvorrichtung; und
-
7 ein schematisches Schaltbild einer Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
Die gleichen oder entsprechende, Elemente oder Teile sind durchgängig durch die Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
-
1 zeigt eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm der Funktionsweise der Signalverarbeitungsvorrichtung.
-
Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist als eine Kapazitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung ausgebildet, die eine differentielle veränderliche Kondensatoreinheit 1, eine C/V-Wandlerschaltung 2, erste und zweite Ladungshalteschaltungen 3 und 4, eine Versatzeinstell-Ladungshalteschaltung 5, eine Schaltung 6 zum Halten einer kombinierten Ladung, eine Ausgabeschaltung und eine Steuerschaltung 8 beinhaltet, um eine Kapazitätsänderung der differentiellen veränderlichen Kondensatoreinheit 1 zu erfassen.
-
Die differentielle veränderliche Kondensatoreinheit 1 beinhaltet Kondensatoren Cs1 und Cs2, die zwischen Anschlüssen für Trägersignale Vp1 und Vp2 von der Steuerschaltung 8 in Reihe geschaltet sind. Die Trägersignale Vp1 und Vp2 weisen zueinander eine gegenphasige Beziehung auf. Kapazitäten der differentiellen veränderlichen Kondensatoreinheit 1 ändern sich mit einer physikalischen Größe, wie zum Beispiel einer Beschleunigung oder einem Druck.
-
Die C/V-Wandlerschaltung 2 ist als eine geschaltete Kondensatorschaltung ausgebildet, um eine Ladung zu wandeln, die einer Differenz zwischen den Kapazitäten (der Kondenstoren Cs1 und Cs2) in der differentiellen veränderlichen Kondensatoreinheit 1 entspricht, die durch eine Phasenumkehr in den Trägersignalen Vp1 und Vp2 erzeugt wird. In der C/V-Wandlerschaltung 2 ist der Zwischenanschluß (Abgriff) der differentiellen veränderlichen Kondensatorschaltung 1 mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 21 verbunden und an den nichtinvertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 21 wird eine Referenzspannung RV (zum Beispiel 2,5 V oder Massepotential) angelegt. Weiterhin sind ein Schalter 22 und ein Kondensator (Cf) 23 zwischen den invertierenden Eingangsanschluß und den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 21 parallel geschaltet.
-
Die erste Ladungshalteschaltung 3 beinhaltet einen Kondensator (C1) 31, einen Schalter 32 zum Schalten einer Verbindung von einer Elektrode (Eingangsseite) des Kondensators C1 zu entweder einem Ausgang des Operationsverstärkers 21 oder zu Masse und einen Schalter 33 zum Schalten einer Verbindung der anderen Elektrode (Ausgangsseite) des Kondensators C1 zu entweder einem Ausgang der C/V-Wandlerschaltung 2 oder zu Masse. Die erste Ladungshalteschaltung 3 hält eine Versatzspannung des Operationsverstärkers 21 in der C/V-Wandlerschaltung 2 in dem Kondensator 31 durch Ein- und Ausschalten der Schalter 32 und 33 als Reaktion auf die Steuersignale a und b von der Steuerschaltung 8.
-
Die zweite Ladungshalteschaltung 4 beinhaltet einen Kondensator (C2) 41, einen Schalter 42, der zum umschaltenden Verbinden des Ausgangs des Operationsverstärkers 21 zu einer Elektrode des Kondensators C2 (die andere Elektrode des Kondensators C2 ist an Masse gelegt) auf ein Steuersignal reagiert und einen Schalter 43, der zum umschaltenden Verbinden einer Elektrode des Kondensators C2 zu dem Ausgang der zweiten Ladungshalteschaltung 4 auf das Steuersignal reagiert. Die zweite Ladungshalteschaltung 4 hält eine Spannung, die durch Wandeln der Kapazitätsänderung der differentiellen veränderlichen Kondensatorschaltung 1 durch die C/V-Wandlerschaltung 2 abgeleitet wird, durch Ein- und Ausschalten der Schalter 42 und 43 als Reaktion auf die Steuersignale c und a von der Steuerschaltung 8 in dem Kondensator 41.
-
Die Versatzeinstell-Ladungshalteschaltung 5 beinhaltet einen Kondensator (C3) 51, einen Schalter 52, der zum Anlegen einer Versatzspannung Voff an eine Elektrode des Kondensators C3 (die andere Elektrode des Kondensators C3 ist an Masse gelegt) auf das Steuersignal c reagiert, und einen Schalter 53 zum umschaltenden Verbinden einer Elektrode des Kondensators C3 mit dem Ausgang der Versatzeinstell-Ladungshalteschaltung 5. Die Versatzeinstell-Ladungshalteschaltung 5 hält eine Ladung, die aus der Versatzspannung Voff erzeugt wird, durch Ein- und Ausschalten der Schalter 52 und 53 als Reaktion auf die Steuersignale c und a von der Steuerschaltung 8 in dem Kondensator 51.
-
Die Versatzspannung Voff kann durch eine veränderliche Spannungsquelle erzeugt werden. Weiterhin kann die Versatzspannung erzeugt werden, wie es in 3 gezeigt ist. Diese Schaltung beinhaltet einen Speicher 91 und einen D/A-Wandler 92. Digitale Werte (Daten), die der Versatzspannung Voff entsprechen, werden in dem Speicher 91 gespeichert. Die gelesenen Daten werden von dem D/A-Wandler 92 gewandelt, um die Versatzspannung Voff auszugeben. Weiterhin kann die Versatzspannung Voff durch eine Schaltung erzeugt werden, die einen Abstimmwiderstand 93 und ein Impedanzwandlerelement 94, wie zum Beispiel einen Operationsverstärker, beinhaltet. Ein Abstimmen des Abstimmwiderstands 93 stellt den Wert der Versatzspannung Voff ein.
-
Die Schaltung 6 zum Halten einer kombinierten Ladung beinhaltet einen Operationsverstärker 61, einen Kondensator (C4) 62 und Schalter 63 bis 65 und hält Ladungen, die gleichzeitig von den Kondensatoren 31, 41 und 51 zugeführt werden, in dem Kondensator 62. Bei diesem Vorgang werden die Ladungen aus den Kondensatoren 31, 41 und 51 dem Kondensator 62 derart zugeführt, daß die Ladungen in den Kondensatoren 31 und 51 von der Ladung in dem Kondensator 41 subtrahiert werden. Der Kondensator 62 hält die sich ergebende Ladung, d. h. die kombinierte Ladung oder die Differenzladung.
-
Die Ausgabeschaltung 7 beinhaltet einen Operationsverstärker 71 und einen Kondensator (Ch) 72. Die Ladung in dem Kondensator 62 wird zu dem Kondensator 72 verteilt. Die verteilte Ladung wird zu einer Ausgangsspannung gewandelt.
-
Die Steuerschaltung 8 erzeugt die Trägersignale Vp1 und Vp2, die Steuersignale a bis f zum Steuern der Schalter 22, 32, 33, 42, 43, 52, 53 und 63 bis 65, die zu den Trägersignalen Vp1 und Vp2 synchronisiert sind, wie es in 2 gezeigt ist.
-
Die Schalter 22, 32, 33, 42, 43, 52, 53 und 63 bis 65 beinhalten Schaltelemente, die mit Halbleiterelementen ausgebildet sind, und schalten sich ein, wenn sich die Steuersignale jeweils an hohen Pegeln befinden, und schalten sich aus, wenn sich die Steuersignale an jeweils niedrigen Pegeln befinden. Die Referenzen a bis f, die in der Zeichnung jeweiligen Schaltern zugewiesen sind, zeigen an, daß die Schalter als Reaktion auf die jeweiligen Steuersignale a bis f arbeiten. Die Schalter 32 und 33 werden geöffnet, wenn die Steuersignale a bzw. b nicht ausgegeben werden. Auf ähnliche Weise werden die Schalter 63 und 64 geöffnet, wenn die Steuersignale e bzw. d nicht ausgegeben werden.
-
Im Betrieb werden die Trägersignale Vp1 und Vp2, die die gegenphasige Beziehung aufweisen, an die veränderliche Kondensatoreinheit 1 angelegt. Wenn das Steuersignal a ein hoher Pegel wird „während das Trägersignal Vp1 ein hoher Pegel ist, wird der Schalter 22 in der C/V-Wandlerschaltung 2 vorübergehend eingeschaltet. In diesem Zustand wirkt die C/V-Wandlerschaltung 2 als eine Spannungsfolgerschaltung und daher wird die Ladung in dem Kondensator 23 entladen und wird ein Potential an dem Zwischenabgriff der veränderlichen Kondensatoreinheit 1 zu der Referenzspannung RV abgeglichen.
-
Dann wird der Schalter 22 geöffnet, aber das Potential an dem Zwischenabgriff der veränderlichen Kondensatoreinheit 1 wird durch die Wirkung des Operationsverstärkers 21 an dem gleichen Potential wie die Referenzspannung RV gehalten, und daher wird eine Versatzspannung V1 des Operationsverstärkers 21 von der C/V-Wandlerschaltung 2 ausgegeben. Als nächstes wird das Steuersignal b ein hoher Pegel und wird der Kondensator 31 in der ersten Ladungshalteschaltung 3 auf die Versatzspannung V1 geladen. Die Ladung Q1, die in dem Kondensator 31 geladen ist, ist gegeben durch: Q1 = C1·V1 (1)
-
Als nächstes werden die Trägersignale Vp1 und Vp2 invertiert, wodurch die C/V-Wandlerschaltung 2 eine Spannung V2 in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen den Kapazitäten in der veränderlichen Kondensatoreinheit 1 und der Amplitude Vp der Trägersignale Vp1 und Vp2 ausgibt. Die Spannung V2 ist gegeben durch: V2 = Vp·(Cs1 – Cs2)/Cf (2)
-
Als nächstes wird, wenn das Steuersignal c ein höher Pegel wird, der Kondensator 41 in der zweiten Ladungshalteschaltung 4 auf die Spannung V2 geladen. Die Spannung, die in dem Kondensator 41 gespeichert ist, ist gegeben durch: Q2 = C2·V2 (3)
-
Gleichzeitig wird der Kondensator 51 in der Versatzeinstell-Ladungshalteschaltung 5 auf die Versatzspannung Voff geladen. Die Ladung Q3, die in dem Kondensator 51 gespeichert ist, ist gegeben durch: Q3 = C3·Voff (4)
-
Als nächstes werden, wenn das Steuersignal a ein hoher Pegel wird, die Ladungen, die in den Kondensatoren 31, 41 und 51 gespeichert sind, dem Kondensator 62 in der Schaltung 6 zum Halten einer kombinierten Ladung zugeführt. Bei diesem Vorgang werden Zwischenverbindungen in den ersten und zweiten Ladungshalteschaltungen 3 und 4 und der Versatzladungs-Halteschaltung 5 derart vorgesehen, daß eine Differenz der Ladungen zwischen dem Kondensator 31 und den Kondensatoren 41 und 51 dem Kondensator C4 in der Schaltung 6 zum Halten einer kombinierten Ladung zugeführt wird. Die Ladung Q4, die in dem Kondensator C4 gespeichert ist, ist gegeben durch: Q4(Q1 – Q2) – Q3 = C1·V1 – C2·V2 – C3·Voff (5)
-
Das heißt, die Differenz zwischen Q1 und Q2 wird vorgesehen und die Differenz zwischen dem Ergebnis und Q3 wird ebenso vorgesehen.
-
Dann ist die Ausgangsspannung V4 des Operationsverstärkers 61 in der Schaltung 6 zum Halten einer kombinierten Ladung gegeben durch: V4 = Q4/C4 = (C1·V1 – C2·V2 – C3·Voff)/C4 (6)
-
Hierbei ist unter der Annahme, daß C1 = C2 = C3 = C und V1 – V2 = ΔV ist, die Spannung V4 gegeben durch: V4 = (ΔV – Voff)·C/C4 (7)
-
Wie es in Gleichung 7 gezeigt ist, ist die Spannung V4 durch C/C4-mal der Spannung gegeben, die durch Subtrahieren der Versatzspannung Voff von der Ausgangsspannung ΔV der C/V-Wandlerschaltung 2 abgeleitet wird.
-
Das heißt, Q2 = C2·V2 beinhaltet die Ladung, die der Versatzspannung des Operationsverstärkers 21 entspricht, und Q1 entspricht der Versatzspannung V1 des Operationsverstärkers 21, so daß die Ladung der Versatzspannung in C·ΔV aufgehoben wird. Jedoch verbleibt der Versatz aufgrund eines Ungleichgewichts der veränderlichen Kapazitäten Cs1 und Cs2 in C·ΔV. Dann wird die Versatzladung aufgrund eines Ungleichgewichts der veränderlichen Kapazitäten Cs1 und Cs2 durch C·Voff aufgehoben.
-
Die Ladung, die in dem Kondensator 62 gespeichert ist, wird zu dem Kondensator 72 der Ausgabeschaltung 7 verteilt, so daß die Spannung V4 an die Ausgabeschaltung 7 angelegt wird. Ein Verteilen der Ladung von dem Kondensator 62 zu dem Kondensator 72 sieht einen Tiefpaßfiltereffekt erster Ordnung vor. Die Grenzfrequenz wird durch ein Verhältnis zwischen der Kapazität Ch des Kondensators 72 und der Kapazität C4 des Kondensators 62 und Schaltfrequenzen der Schalter 63 und 64 bestimmt.
-
Wie es zuvor erwähnt worden ist, wird die Ausgangsspannung der C/V-Wandlerschaltung 2 als Ladungen gehalten, werden die Versatzspannungen mit Ladungen aufgehoben und wird die Signalkomponente mit einem Verhältnis der Kapazitäten verstärkt, so daß die Signalkomponente verstärkt werden kann, die keine Versatzkomponenten beinhaltet.
-
Wenn die Ausgangsspannung direkt ohne Aufheben der Versatzkomponenten verstärkt wird, gibt es die Möglichkeit, daß das Ausgangssignal der Ausgabeschaltung gesättigt wird. Jedoch kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, obgleich der Versatz groß ist, der Versatz aufgehoben werden, so daß der dynamische Bereich der Signalverarbeitungsschaltung verbessert wird.
-
Das heißt, das Eingangssignal (die Ladung) kann bis zu der oberen Grenze des dynamischen Bereichs der Signalverarbeitungsschaltung verstärkt werden.
-
Weiterhin sind in der zuvor erwähnten Signalverarbeitungsschaltung die Schaltung 6 zum Halten der kombinierten Ladung und die Ausgabeschaltung 7 durch die Schalter 63 und 64 voneinander getrennt, so daß ein Fehler der Ladung in dem Operationsverstärker 71 in der Ausgabeschaltung 7 beseitigt werden kann, wodurch eine hohe Genauigkeit beim Verstärken vorgesehen werden kann.
-
Ein Einstellen der Versatzspannung Voff wird wie folgt durchgeführt:
In einem derartigen statischen Zustand, daß sich die veränderliche Kondensatoreinheit 1 nicht als Reaktion auf einen äußeren Faktor (eine physikalische Größe, wie zum Beispiel eine Beschleunigung) ändert, werden die Trägersignale Vp1 und Vp2 angelegt. Die Versatzspannung Voff wird derart bestimmt, daß das Ausgangssignal der Ausgabeschaltung 7 null Volt wird.
-
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
-
5 zeigt eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und 6 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm der Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist im wesentlichen die gleiche Struktur wie die des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung auf. Der Unterschied besteht darin, daß eine veränderliche Kondensatoreinheit 11, die einen einzigen veränderlichen Kondensator beinhaltet, die veränderliche Kondensatoreinheit 1 ersetzt und lediglich ein Trägersignal Vp1 von der Steuerschaltung 8 an die eine Elektrode der veränderlichen Kapazität Cs1 angelegt wird. Weiterhin gibt die Steuerschaltung 8 das Trägersignal Vp1 und die Steuersignale a bis f aus.
-
Wenn die einzige veränderliche Kapazität Cs1 als der Sensor verwendet wird und die Anfangsladung nicht aufgehoben wird, wird die Anfangsladung in der veränderlichen Kapazität Cs1 auf das Ausgangssignal der C/V-Wandlerschaltung 2 überlagert. Daher könnte der Verstärkungsfaktor der Schaltungen nach einer C/V-Wandlung bei der Spannungssignalverarbeitung nicht hoch gemacht werden. Andererseits wird in der Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Ausgangsspannung der C/V-Wandlerschaltung 2 als Ladungen gehalten und werden die Versatzkomponenten durch Versatzladungen beseitigt, so daß das Eingangssignal mit einem hohen Verstärkungsfaktor verstärkt werden kann.
-
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
-
7 zeigt eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist im wesentlichen die gleiche Struktur wie die des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung auf. Der Unterschied besteht darin, daß die Ausgabeschaltung 7 weggelassen ist und daher die Schaltung 6' zum Halten einer kombinierten Ladung abgewandelt ist, um eine Ausgabefunktion zu vorzusehen, um die Spannung auszugeben, die der, physikalischen Größe entspricht. Daher beinhaltet die Schaltung 6' zum Halten einer kombinierten Ladung den Operationsverstärker 61; einen Kondensator (C4) 62, die Schalter 63 und 64 und einen Kondensator (Ch) 66. Die Schaltung 6' zum Halten einer kombinierten Ladung wirkt ebenso als ein Tiefpaßfilter. Die Schalter 63 und 64 werden als Reaktion auf die Steuersignale a und b gesteuert. Die Steuerschaltung 8 erzeugt die Trägersignale Vp1 und Vp2 und die Steuersignale a bis c.
-
Bei der Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Abtrennen der Schaltung 6' zum Halten einer kombinierten Ladung von der Ausgabeschaltung durch die Schalter 63 und 64 nicht bewirkt. Daher kann, wenn Rauschen während eines Übertragens von Ladungen von den ersten und zweiten Ladungshalteschaltungen 3 und 4 und der Versatzeinstell-Ladungshalteschaltung 5 entwickelt wird, ein Fehler in der Höhe der gehaltenen Ladungen auftreten. Jedoch ist diese Struktur durch eine einfache Schaltungsstruktur gekennzeichnet, da die Anzahl von Operationsverstärkern und anderen zugehörigen Schaltungselementen verringert wird.
-
Weiterhin ist es bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, den einzelnen veränderlichen Kondensator auf die gleiche Weise wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu verwenden.
-
Bei dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn der Versatz verhältnismäßig niedrig ist und wenn kein derart hoher Verstärkungsfaktor erforderlich ist, daß das Ausgangssignal gesättigt wird, die Versatzeinstell-Ladungshalteschaltung weggelassen werden. Das heißt, die Versatzeinstell-Ladungshalteschaltungen 5 in den 1, 3, 5 und 7 können gelegentlich weggelassen werden.
-
Weiterhin kann, wenn die Ladung, die in der ersten Ladungshalteschaltung 3 gespeichert ist, stabil ist, die erste Ladungshalteschaltung 3 anstelle der Versatzeinstell-Ladungshalteschaltung 5 weggelassen werden. In diesem Fall hält die Versatzeinstell-Ladehaltungsschaltung 5 die Versatzladungen der differentiellen veränderlichen Kondensatoreinheit 1 und der C/V-Wandlerschaltung 2.
-
Weiterhin ist bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung das Tiefpaßfilter erster Ordnung durch die Schaltung 6 zum Halten einer kombinierten Ladung und die Ausgabeschaltung 7 ausgebildet und bildet bei dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Schaltung 6' zum Halten einer kombinierten Ladung ein Tiefpaßfilter erster Ordnung. Jedoch ist es ebenso möglich, daß ein Filtern mit einer anderen Filterstruktur nach einem Kombinieren von Ladungen bewirkt wird.
-
Bei den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind in den ersten und zweiten Ladungshalteschaltungen 3 und 5 und der Versatzeinstell-Ladehalteschaltung 5 eine Elektrode oder beide Elektroden mit einer Referenzspannung (zum Beispiel dem Massepotential) verbunden. Hierbei ist es erwünscht, daß die Referenzspannungen der Ladungshalteschaltungen mit einem gemeinsamen Anschluß verbunden sind. Dies beseitigt, daß das Ausgangssignal durch die Referenzspannung an den Ladungsschaltungen beeinträchtigt wird. Das heißt, es ist wichtig, daß der Referenzspannunganschluß, der mit den Kondensatoren verbunden ist, gemeinsam ist. Dieser Punkt ist beim Ausführen der vorliegenden Erfindung wichtig.
-
Wie es zuvor beschrieben worden ist, ändern sich eine oder mehrere Kapazitäten von einem oder mehreren veränderlichen Kondensatoren mit einer physikalischen Größe. Eine C/V-Wandlerschaltung wandelt eine Kapazitätsänderung zu einem Spannungssignal. Erste und zweite Ladungshalteschaltungen halten das Spannungssignal zu unterschiedlichen Zeitpunkten als erste bzw. zweite Ladungen. Eine Versatzkompensationsladungs-Halteschaltung erzeugt und hält eine Versatzladung zum Kompensieren eines Versatzes des Spannungssignals. Eine Ladungskombinier- und -halteschaltung kombiniert und hält die ersten und zweiten Ladungen und die Versatzladung. Eine Ausgabeschaltung nimmt die kombinierte Ladung von der Ladungskombinier- und -halteschaltung auf und gibt ein Ausgangsspannungssignal, das der physikalischen Größe entspricht, in Übereinstimmung mit der aufgenommenen Ladung aus. Die Ausgabeschaltung, die Versatzkompensationsladungs-Halteschaltung und die C/V-Wandlerschaltung können weggelassen werden. Der veränderliche Kondensator kann einen Kondensator oder einen differentiellen Kondensator beinhalten.
