DE102005036100B4 - Verstärkeranordnung und Verfahren zum Verstärken einer Spannung - Google Patents

Abstract

Verstärkeranordnung mit einem ersten und einem zweiten Widerstandsnetzwerk (2, 3) zur Einstellung eines Verstärkungsfaktors in der Verstärkeranordnung umfassend: – einen Verstärker (1) mit einem ersten Eingang (4), der als nicht-invertierender Eingang ausgeführt ist, einem zweiten Eingang (5), der als invertierender Eingang ausgeführt ist, und einem Ausgang (6), – ein erstes Widerstandsnetzwerk (2), umfassend eine erste Parallelschaltung (7) einer ersten Anzahl N parallelgeschalteter Widerstände und, – ein zweites Widerstandsnetzwerk (3), wobei die Widerstände des ersten und des zweiten Widerstandsnetzwerkes (2, 3) je den gleichen Nennwert aufweisen sowie das erste und das zweite Widerstandsnetzwerk (2, 3) mit dem Verstärker (1) gekoppelt sind, und wobei das zweite Widerstandsnetzwerk (3), entweder die folgenden parallel zueinander geschalteten Zweige umfasst: – eine Serienschaltung umfassend einen ersten Schalter (S1) und einen ersten Widerstand (10) und – mindestens eine weitere Serienschaltung umfassend einen zweiten Schalter (S2, S3, S4) und eine dritte...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung mit einem ersten und einem zweiten Widerstandsnetzwerk und ein Verfahren zum Verstärken einer Spannung.
• Verstärkeranordnungen werden in einer Reihe von Bereichen der Elektronik wie beispielsweise der Kommunikationstechnik und der industriellen Elektronik eingesetzt. Eine Verstärkeranordnung kann als einzelner integrierter Schaltkreis hergestellt sein. Eine Verstärkeranordnung kann jedoch auch zusammen mit weiteren Schaltungsmodulen auf einem umfangreichen integrierten Schaltkreis realisiert sein.
• 1A bis 1D zeigen übliche Verstärkeranordnungen gemäß dem Prinzip des invertierenden Verstärkers. Funktions- bzw. wirkungsgleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugszeichen.
• 1A zeigt einen Verstärker 1 mit einem ersten Eingang 4, einem zweiten Eingang 5 und einem Ausgang 6. Der erste Eingang 4 ist als nicht-invertierender Eingang und der zweite Eingang 5 als invertierender Eingang ausgeführt. Der Verstärker 1 ist mit einem Versorgungsspannungsanschluss 9 und einem Bezugspotenzialanschluss 8 zur Versorgung mit einer Versorgungsspannung U_C verbunden. Der Ausgang 6 des Verstärkers 1 treibt somit eine Spannung, die eine Funktion der Differenz einer Spannung an dem ersten Eingang 4 und einer Spannung an dem zweiten Eingang 5 ist.
• Der Ausgang 6 ist mittels eines Rückkoppelwiderstands 31 mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 verbunden. Ein Eingang 12 der Verstärkeranordnung ist über einen Eingangswiderstand 30 mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 verbunden. Der Eingang 12 der Verstärkeranordnung dient zur Zuleitung einer zu verstärkenden Eingangsspannung U_IN. Der Ausgang 6 des Verstärkers 1 ist mit einem Ausgang 13 der Verstärkeranordnung zur Abgabe einer Ausgangsspannung U_OUT verbunden. Der erste Eingang 4 des Verstärkers 1 ist mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden.
• Der Verstärkungsfaktor G des invertierenden Verstärkers hängt von dem Verhältnis des Wertes des Eingangswiderstands 30 zum Wert des Rückkoppelwiderstands 31 ab. Der Verstärkungsfaktor G lässt sich näherungsweise aus folgender Gleichung berechnen:

  

  wobei U_IN die Eingangsspannung, U_OUT die Ausgangsspannung, R₃₀ der Wert des Eingangswiderstands 30 und R₃₁ der Wert des Rückkoppelwiderstands 31 ist.
• 1B zeigt eine Verstärkeranordnung, die weitgehend der Verstärkeranordnung von 1A entspricht. Anstelle des Rückkoppelwiderstands 31 in der Verstärkeranordnung gemäß 1A sind in der Verstärkeranordnung gemäß 1B vier Rückkoppelwiderstände 32, 33, 65, 66 zwischen dem Ausgang 6 des Verstärkers 1 und dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 in Serie geschaltet.
• Der Eingangswiderstand 30 und die vier Rückkoppelwiderstände 32, 33, 65, 66 weisen denselben Nennwert auf. Daher beträgt der Verstärkungsfaktor G der Verstärkeranordnung gemäß 1B ungefähr –4.
• 1C zeigt eine Verstärkeranordnung, die in Weiterbildung der Verstärkeranordnung in 1B aufgebaut ist. Ein Widerstandsnetzwerk verbindet den Ausgang 6 des Verstärkers 1 mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 und umfasst vier in Serie geschaltete Rückkoppelwiderstände 34, 35, 36, 37. Ein erster Anschluss des Rückkoppelwiderstandes 34 ist über einen Schalter S₃₁ mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 verbunden. Ein Knoten, der zwischen dem Rückkoppelwiderstand 34 und dem Rückkoppelwiderstand 35 gebildet ist, ist über einen Schalter S₃₂ mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 verbunden. Ebenso ist ein Knoten zwischen dem Rückkoppelwiderstand 35 und dem Rückkoppelwiderstand 36 bzw. ein Knoten zwischen dem Rückkoppelwiderstand 36 und dem Rückkoppelwiderstand 37 mittels jeweils eines Schalters S₃₃, S₃₄ mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 verbunden.
• Ist der Schalter S₃₄ geschlossen, so ist der Betrag des Verstärkungsfaktors G das Verhältnis aus dem Wert des Rückkoppelwiderstands 37 zum Wert des Eingangswiderstands 30. Ein betragsmäßig größter Verstärkungsfaktor G ist in der Verstärkeranordnung gemäß 1C einstellbar, wenn der Schalter S₃₁ geschlossen und die drei Schalter S₃₂, S₃₃, S₃₄ offen sind.
• 1D zeigt eine Verstärkeranordnung, die in Weiterbildung der Verstärkeranordnung gemäß 1C aufgebaut ist. Als Rückkoppelwiderstände 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 sind acht Widerstände vorgesehen, die den gleichen Nennwert wie der Eingangswiderstand 30 aufweisen.
• Durch Schließen des Schalters S₃₄ ist der Verstärkungsfaktor G näherungsweise auf einen Wert –1 einstellbar. Durch Schließen des Schalters S₃₃ ist der Verstärkungsfaktor G näherungsweise auf –2, durch Schließen des Schalters S₃₂ ist der Verstärkungsfaktor G näherungsweise auf –4 und durch Schließen des Schalters S₃₁ ist der Verstärkungsfaktor G näherungsweise auf –8 einstellbar.
• Da die absoluten Werte von Widerständen mit unterschiedlichem Nennwert aufgrund vielfältiger Einflüsse insbesondere bei einer Herstellung in integrierter Schaltungstechnik großen Schwankungen unterliegen, ist es ein Nachteil der Verstärkeranordnungen gemäß den 1A und 1C, dass der Verstärkungsfaktor aufgrund der großen Streuung der Werte der Widerstände nur sehr ungenau einstellbar ist.
• Da in den Verstärkeranordnungen gemäß den 1B und 1D die Widerstände den gleichen Nennwert aufweisen, reduzieren sich die für die Schwankungen verantwortlichen Faktoren und es ist eine höhere Genauigkeit des Verstärkungsfaktors G zu erwarten. Es ist jedoch ein Nachteil dieser Verstärkeranordnungen gemäß den 1B und 1D, dass ein sehr hoher Flächenbedarf für die Realisierung der Vielzahl der Widerstände besteht.
• Aus der US 4,551,685 ist eine programmierbare Verstärkeranordnung bekannt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstärkeranordnung zu schaffen, die eine genaue Einstellung des Verstärkungsfaktors und eine flächensparende Realisierung der Verstärkeranordnung ermöglicht. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verstärken einer Spannung mit genau einstellbarem Verstärkungsfaktor bereitzustellen.
• Diese Aufgaben werden mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 und dem Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 17 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Die Verstärkeranordnung umfasst den Verstärker aufweisend den ersten und den zweiten Eingang sowie den Ausgang. Der erste Eingang ist als nicht-invertierender Eingang und der zweite Eingang als invertierender Eingang ausgeführt. Eine Spannung an dem Ausgang des Verstärkers ist eine Funktion einer Differenz einer Spannung an dem ersten Eingang des Verstärkers und einer Spannung an dem zweiten Eingang des Verstärkers.
• Die vorgeschlagene Verstärkeranordnung umfasst weiter das erste und das zweite Widerstandsnetzwerk. Das erste Widerstandsnetzwerk ist aus der ersten Parallelschaltung einer ersten Anzahl N Widerstände gebildet. Das zweite Widerstandsnetzwerk ist aus dem ersten Widerstand oder der zweiten Parallelschaltung einer zweiten Anzahl M Widerstände gebildet.
• Die Widerstände des ersten und des zweiten Widerstandsnetzwerks weisen je den gleichen Nennwert auf. Das erste Widerstandsnetzwerk hat bevorzugt einen ersten Gesamtwiderstandswert R₁ und das zweite Widerstandsnetzwerk hat bevorzugt einen zweiten Gesamtwiderstandswert R₂.
• Der erste Eingang, der zweite Eingang und der Ausgang des Verstärkers sind bevorzugt derart mit dem ersten und dem zweiten Widerstandsnetzwerk gekoppelt, dass der Verstärkungsfaktor G vorzugsweise eine Funktion des Verhältnisses des ersten Gesamtwiderstandswertes R₁ und des zweiten Gesamtwiderstandswert R₂ ist.
• Die Verstärkeranordnung weist somit mindestens eine Parallelschaltung von Widerständen gleichen Nennwerts auf. Ein Widerstand des ersten Widerstandsnetzwerks kann daher auf einer Fläche realisiert sein, die um den Faktor N kleiner als eine Fläche eines Widerstands ist, der den Widerstandwert des gesamten ersten Widerstandsnetzwerkes aufweist, also den ersten Gesamtwiderstandswert R₁ aufweist. Die Parallelschaltung von Widerständen gleichen Nennwerts zur Bildung des ersten und/oder zweiten Widerstandsnetzwerkes kann es ermöglichen, Widerstände mit einer kleinen Fläche zu realisieren.
• Während die absoluten Werte der Widerstände durchaus eine hohe Streuung aufweisen können, ist das Verhältnis des Wertes eines Widerstandes zu dem Wert eines weiteren Widerstandes mit einer geringeren Streuung behaftet. Wird für die Streuung des Verhältnisses zweier Widerstände ein Wert σ angenommen, so ist die Streuung des Verhältnisses einer ersten Anzahl N Widerstände zu einem Widerstand nur eine Größe √N·σ. Dies resultiert daher, dass die Streuung des Verhältnisses von Werten mehrerer Widerstände als unkorreliert angenommen werden kann.
• Zu einer vereinfachten Erläuterung wird angenommen, dass das erste Widerstandnetzwerk die erste Anzahl N parallelgeschalteter Widerstände und das zweite Widerstandsnetzwerk einen ersten Widerstand aufweist, wobei allen Widerstände den gleichen Nennwert R haben. Bevorzugt beträgt der erste Gesamtwiderstandswert R₁ somit R/N auf, während der zweite Gesamtwiderstandswert R₂ gleich R ist. Das Verhältnis des zweiten Gesamtwiderstandswertes R₂ zu dem ersten Gesamtwiderstandswert R₁ hat somit den Wert N und eine Streuung √N·σ. Die relative Streuung des Verhältnisses des zweiten Gesamtwiderstandswertes R₂ zu dem ersten Gesamtwiderstandswert R₁, das heißt die Streuung dieses Verhältnisses dividiert durch dieses Verhältnis, ist somit √N·σ/N und damit kleiner als σ.
• Es ist ein Vorteil dieser Verstärkeranordnung, dass durch die Aufteilung der Widerstände in kleine Widerstände die relative Streuung des Verhältnisses des zweiten Gesamtwiderstandswerts R₂ zu dem ersten Gesamtwiderstandswert R₁ klein gehalten werden kann.
• Die Streuung des Verhältnisses zweier Widerstände mit dem gleichen Nennwert und ebenso einer gleichen Länge L und einer gleichen Weite W kann mit folgender Gleichung beschrieben sein:

  

  wobei σ die Streuung des Verhältnisses, k eine Konstante mit einem beispielhaften Wert 1,7%/μm für eine gegebene Integrationstechnik und einen Zustand eines Prozesses, W die Weite und L die Länge eines Widerstandes ist. Das Produkt aus der Länge L und der Weite W gibt die von dem Widerstand benötigte Fläche an.
• Die relative Streuung des Verhältnisses des zweiten Gesamtwiderstandswertes R₂ zu dem ersten Gesamtwiderstandswert R₁ kann als ein Wert in einer Spezifikation vorgegeben sein. Mit der Annahme von Werten für die Anzahl parallelgeschalter Widerstände lässt sich eine tolerierbare Streuung für das Verhältnis zweier Widerstände mit gleichem Nennwert berechnen. Bei einem bekannten Wert für die Konstante k kann damit die Fläche eines Widerstandes angebbar sein. Dies ergibt einen weiteren Vorteil der Verstärkeranordnung, nämlich dass durch die Aufteilung von Widerständen in parallel geschaltete Widerstände gleichen Nennwerts Widerstandsnetzwerke mit kleinerem Flächenbedarf verglichen mit bekannten Widerstandsnetzwerken erzielbar sind.
• Die Widerstände weisen mit Vorteil den gleichen Aufbau auf. Bevorzugt weisen die Widerstände den gleichen Aufbau und näheringsweise gleiche Abmessungen auf. Mit Vorteil ist eine Länge L und eine Weite W einer resistiven Schicht der Widerstände näherungsweise gleich. Bevorzugt weist die resistive Schicht eine näherungsweise gleiche Dicke D auf.
• Mit Vorteil sind die Widerstände, die zu dem ersten Gesamtwiderstandswert R₁ und zu dem zweiten Gesamtwiderstandswert R₂ beitragen, mit denselben Herstellungsschritten hergestellt. Mit denselben Herstellungsschritten ist eine Herstellung im identischen Prozessdurchlauf bezeichnet.
• Die Widerstände können als entsprechend geschaltete Feldeffekttransistoren realisiert sein. Mit Vorteil umfassen die Widerstände jeweils die gleiche Anzahl von Feldeffekttransistoren. Ein Feldeffekttransistor kann als ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, abgekürzt MOS-Feldeffekttransistor ausgeführt sein. Die Kanalstrukturen der MOS-Feldeffekttransistoren weisen mit Vorteil näherungsweise die gleiche Weite W und die gleiche Länge L auf. Die Widerstände können als p-Kanal-MOS-Transistoren ausgebildet sein. Alternativ können die Widerstände als n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren ausgebildet sein.
• Die Widerstände können aus einem leitenden Kunststoff als Widerstandsmaterial ausgebildet sein. Mit Vorteil weisen die Widerstände aus Kunststoff näherungsweise die gleiche Länge L und die gleiche Weite W auf. Bevorzugt weist der Kunststoff die gleiche Dicke D auf.
• Die Widerstände können als Cermetwiderstände ausgeführt sein. Cermetwiderstände sind aus Chromsiliziumoxid Cr-Si-Oxid gebildet. Sie werden im allgemeinen durch reaktives Sputtern abgeschieden. Durch eine Formiergastemperung bei einer Temperatur von etwa 300°C ist ein Temperaturkoeffizient nahe Null erreichbar. Alternativ weisen die Widerstände Nickelchrom als Widerstandsmaterial auf. Bevorzugt haben die Cermet- beziehungsweise die Nickelchromwiderstände näherungsweise die gleiche Weite W und die gleiche Länge L. Weiter ist bevorzugt, dass die Widerstände die gleiche Dicke D aufweisen. Es ist ein Vorteil der Cermet- und der Nickelchromwiderstände, dass der Temperaturkoeffizient dieser Widerstände sehr klein im Vergleich mit Widerständen aus anderen Metallen eingestellt sein kann.
• Die Widerstände können aus Metall als resistivem Material hergestellt sein, wie Aluminium mit Zusätzen von Silizium und/oder Kupfer, Gold mit einer Haftschicht, Titan, Tantal, Molybdän, Wolfram, Nickel oder Platin. Die Widerstände weisen mit Vorteil näherungsweise die gleiche Weite W und die gleiche Länge L auf; weiter ist bevorzugt, dass die Widerstandsdicke D der Widerstände gleich ist. Es ist ein Vorteil von Gold als Widerstandsmaterial, dass Gold ein sehr inertes Material ist und nicht oxidierbar ist.
• Bevorzugt sind die Widerstände aus Aluminium hergestellt und weisen die gleiche Länge L und die gleiche Weite W auf. Darüber hinaus ist weiter bevorzugt, dass die Aluminiumwiderstände die gleiche Dicke D aufweisen. Alternativ können die Widerstände aus Kupfer realisiert sein. Auch hier ist bevorzugt, dass die Kupferwiderstände näherungsweise die gleiche Weite W und die gleiche Länge L aufweisen. Weiter weisen die Kupferwiderstände bevorzugt die gleiche Dicke D auf. Mit Vorteil ist Aluminium oder Kupfer als Widerstandsmaterial vorgesehen, weil diese Metalle in Standardprozessabläufen der Halbleitertechnologie zur Verfügung stehen.
• In einer anderen Ausführungsform sind die Widerstände als diffundierte Widerstände realisiert. In diesem Falle ist das Substrat in einem Halbleiterkörper durch Dotierung geeignet umdotiert. Die Widerstandsbahnen sind damit durch einen pn-Übergang vom übrigen Halbleiterkörper isoliert. Eine Widerstandsbahn kann an der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegen. Alternativ kann sie sich nach mehrfachen Dotiervorgängen im einkristallinen Halbleiterkörper befinden und allseitig von einem pn-Übergang umgeben sein. Bevorzugt weisen die diffundierten Widerstände näherungsweise die gleiche Weite W und die gleiche Länge L auf. Darüber hinaus ist weiter bevorzugt, dass ein Dotierprofil der Widerstände näherungsweise gleich ist.
• In einer anderen Ausführungsform umfassen die Widerstände Silizide oder Salizide. Salizide können auf der Basis von Kobalt, Nickel, Palladium, Platin oder alternativ Titan gebildet sein. Silizide können mit Übergangsmetallen gebildet sein und Molybdänsilizium MoSi₂, Titansilizid TiSi₂, Wolframsilizid WSi₂, Tantalsilizid TaSi₂ oder alternativ Kobaltsilizid CoSi₂ umfassen. Bevorzugt weisen die Silizid- oder Salizidwiderstände näherungsweise die gleiche Länge L und die gleiche Weite W auf.
• In einer Weiterbildung umfassen die Widerstände Polysilizium als resistivem Material. Die Widerstände können aus p-dotiertem Polysilizium gebildet sein. Alternativ sind die Widerstände aus n-dotiertem Polysilizium gebildet. Bevorzugt weisen die Polysiliziumwiderstände die gleiche Weite W und näherungsweise die gleiche Länge L auf. Weiter ist bevorzugt, dass die Polysiliziumwiderstände die gleiche Dicke D des Widerstandsmaterials aufweisen. Darüber hinaus ist weiter bevorzugt, dass die Polysiliziumwiderstände die gleiche Dotierstoffkonzentration aufweisen.
• Ein Polysiliziumwiderstand kann mit einem Kontaktanschluss an einem Ende und einem weiteren Kontaktanschluss an einem zweiten Ende angeschlossen sein. Alternativ kann ein Polysiliziumwiderstand an dem Ende mit einem ersten Feld von Kontaktanschlüssen und an dem weiteren Ende mit einem zweiten Feld von Kontaktanschlüssen kontaktiert sein. Mit Vorteil weisen Widerstände dieselbe Anzahl von Kontaktanschlüssen an dem ersten Ende und an dem zweiten Ende des Polysiliziumwiderstandes auf. Mit Vorteil weisen die Kontaktanschlüsse die gleiche geometrische Anordnung und Größe auf.
• In einer anderen Ausführungsform kann ein Salizid oder ein Silizid über einer Polysiliziumbahn abgeschieden sein. In einer weiteren Ausführungsform ist das Salizid ausschließlich an den Enden des Polysiliziumwiderstandes vorgesehen.
• Da der Verstärkungsfaktor G vom Verhältnis des zweiten Gesamtwiderstandswertes R₂ zu dem ersten Gesamtwiderstandswert R₁ abhängt, ist ein Temperaturkoeffizient eines einzelnen Widerstandes nahezu ohne Einfluss auf den Temperaturkoeffizienten des Verstärkungsfaktors G und der Verstärkungsfaktor G ist mit Vorteil näherungsweise temperaturunabhängig.
• Der Verstärker kann ein Operationsverstärker, ein Leistungsverstärker oder ein Komparator sein.
• Das erste und das zweite Widerstandsnetzwerk können mittels Dünnfilm- oder Dickschichttechnologie realisiert sein. Als Träger kann ein Halbleiterkörper, ein Glaskörper oder ein Keramikkörper eingesetzt sein. Der Verstärker kann hybrid mit dem ersten und dem zweiten Widerstandsnetzwerk integriert sein.
• Das erste und das zweite Widerstandsnetzwerk und der Verstärker können mit Vorteil in einer Feldeffekttransistortechnologie, Bipolartechnologie oder einer gemischten Technologie realisiert sein.
• Die Widerstände des ersten und zweiten Widerstandnetzwerkes können in einer bevorzugten Ausführungsform einzelne Widerstände sein, die durch Leiterbahnen verknüpft sind.
• Die Schalter können identisch aufgebaut und ausgelegt sein. Die Schalter können in einer anderen Ausführungsform unterschiedlich ausgelegt sein. Die Schalter können in einer Weiterbildung in ihrem Durchlasswiderstand so angepasst sein, dass sie einen gleich großen relativen Fehler des Verstärkungsfaktors G verursachen.
• Zu anderen Weiterbildungen der Verstärkeranordnung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
• Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- bzw. wirkungsgleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugszeichen.
• 1A bis 1D zeigen beispielhafte Ausführungsformen einer üblichen invertierenden Verstärkeranordnung.
• 2A bis 2D zeigen beispielhafte Verstärkeranordnungen eines invertierenden Verstärkers nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
• 3A bis 3C zeigen weitere Verstärkeranordnungen, in denen ein erstes und ein zweites Widerstandsnetzwerk nach dem vorgeschlagenen Prinzip anwendbar sind.
• 1A bis 1D zeigen beispielhafte Ausführungsformen einer üblichen invertierenden Verstärkeranordnung. Die 1A bis 1D wurden in der Beschreibungseinleitung erläutert, so dass die Erläuterung an dieser Stelle nicht wiederholt wird.
• Die 2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer invertierenden Verstärkeranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Verstärkeranordnung umfasst einen Verstärker 1 mit einem ersten Eingang 4, welcher nicht invertierend ausgebildet ist, einem zweiten Eingang 5, der invertierend ausgebildet ist, und einem Ausgang 6. Der zweite Eingang 5 des Verstärkers 1 ist über ein erstes Widerstandsnetzwerk 2 mit einem Eingang 12 der Verstärkeranordnung verbunden. Der Eingang 12 der Verstärkeranordnung dient der Zuführung des zu verstärkenden Signals, der Eingangsspannung U_IN. Der zweite Eingang 5 des Verstärkers 1 ist über einen ersten Widerstand 10 mit dem Ausgang 6 des Verstärkers 1 verbunden. Der Ausgang 6 des Verstärkers 1 ist wiederum mit dem Ausgang 13 der Verstärkeranordnung verknüpft, an dem das verstärkte Signal, die Ausgangsspannung U_OUT, abgreifbar ist. Der Verstärker 1 ist mit einem Versorgungsspannungsanschluss 9 und einem Bezugspotenzialanschluss 8 zur Zuführung einer Versorgungsspannung U_C verbunden. Der Verstärker 1 ist an seinem ersten Eingang 4 an einen Bezugspotenzialanschluss 8 angeschlossen.
• Das erste Widerstandsnetzwerk 2 besteht aus einer ersten Parallelschaltung 7, welche vier Widerstände umfasst. Die vier Widerstände der ersten Parallelschaltung 7 und der erste Widerstand 10 weisen je den gleichen Nennwert auf.
• Der Verstärkungsfaktor G der Verstärkeranordnung gemäß 2A hat einen Wert von ungefähr –4. Der Betrag der Ausgangsspannung U_OUT ist somit ungefähr das Vierfache des Betrages der Eingangsspannung U_IN.
• Die Verstärkeranordnung gemäß 2A weist somit denselben Wert des Verstärkungsfaktors auf wie die übliche Verstärkeranordnung gemäß 1B. In beiden Verstärkeranordnungen werden jeweils Widerstände gleichen Nennwerts angesetzt.
• Es ist ein Vorteil der Verstärkeranordnung gemäß 2A, dass die Widerstände, welche die erste Parallelschaltung 7 bilden, flächensparender ausgeführt werden können als die vier hintereinander geschalteten Widerstände 32, 33, 65, 66 in der Verstärkeranordnung gemäß 1B. Der Grund dafür ist, dass sich die vier Widerstände an ihrem jeweiligen ersten Anschluss und an ihrem jeweiligen zweiten Anschluss auf demselben Potenzial befinden, sodass keine Potenzialdifferenzen zwischen den räumlich nebeneinanderliegenden Segmenten der Widerstände auftreten. Daher können die Abstände zwischen den vier Widerständen sehr klein gehalten sein. Dies ist bei den vier Widerständen 32, 33, 65, 66 in der Verstärkeranordnung gemäß 1B nicht der Fall.
• 2B zeigt eine weitere Ausführungsform einer invertierenden Verstärkeranordnung gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip, welche in Analogie zur 2A aufgebaut ist. Im Unterschied zur Verstärkeranordnung gemäß 2A ist in der Verstärkeranordnung gemäß 2B ein zweites Widerstandsnetzwerk 3, umfassend eine Parallelschaltung 11 von sechs Widerständen, zwischen dem Ausgang 6 des Verstärkers 1 und dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 geschaltet.
• Die sechs Widerstände der zweiten Parallelschaltung 11 und die vier Widerstände der ersten Parallelschaltung 7 weisen den gleichen Nennwert auf. Der Verstärkungsfaktor G der Verstärkeranordnung gemäß 2B hat einen Wert –4/6. Der Betrag der Ausgangsspannung U_OUT ist somit näherungsweise 2/3 des Betrags der Eingangsspannung U_I.
• Es ist ein Vorteil der Verstärkeranordnung gemäß 2B, aufweisend zwei Parallelschaltungen 7, 11, dass der Verstärkungsfaktor G aufgrund der Vielzahl der eingesetzten Widerstände gleichen Nennwerts eine sehr geringe Streuung aufweist. Die Streuung ist geringer, als es eine Streuung des Verstärkungsfaktors G einer Verstärkeranordnung wäre, bei der die erste Parallelschaltung 7 zu einem einzigen Widerstand und die zweite Parallelschaltung 11 ebenfalls zu einem weiteren einzigen Widerstand zusammengefasst sind.
• Die 2C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verstärkeranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der Verstärkeranordnung gemäß den 2A und 2B darstellt.
• Der zweite Eingang 5 des Verstärkers 1 ist über das erste Widerstandsnetzwerk 2, umfassend in dieser Ausführungsform acht parallel geschaltete Widerstände, mit dem Eingang 12 der Verstärkeranordnung verbunden. Der zweite Eingang 5 des Verstärkers 1 ist darüber hinaus über das zweite Widerstandsnetzwerk 3, aufweisend in dieser Ausführungsform eine Parallelschaltung von vier Serienschaltungen, mit dem Ausgang 6 des Verstärkers 1 verbunden.
• Eine dieser Serienschaltungen umfasst den ersten Widerstand 10 und einen ersten Schalter S₁. Eine weitere Serienschaltung umfasst eine Parallelschaltung 14 aus zwei Widerständen und einen zweiten Schalter S₂. Eine weitere Serienschaltung umfasst eine Parallelschaltung, die aus vier Widerständen aufgebaut ist, und einen Schalter S₃. Eine weitere Serienschaltung enthält eine Parallelschaltung 16, umfassend acht Widerstände und einen Schalter S₄. Die Widerstände im ersten und zweiten Widerstandsnetzwerk 2, 3 weisen je den gleichen Nennwert auf.
• Ist der Schalter S₄ geschlossen und sind die Schalter S₃, S₂, S₁ offen, so ist der Verstärkungsfaktor G der Anordnung ungefähr –1. Durch Öffnen des Schalters S₄ und Schließen des Schalters S₃ wird der Verstärkungsfaktor auf einen Wert ungefähr –2 eingestellt. Durch Öffnen des weiteren zweiten Schalters S₃ und Schließen des weiteren zweiten Schalters S₂ ist als Wert des Verstärkungsfaktor ungefähr –4 einstellbar. Das Schließen des ersten Schalters S₁ und das Öffnen des zweiten Schalters und der Schalter S₂, S₃, S₄ ergibt einen Verstärkungsfaktorwert von ungefähr –8.
• Werden mehrere Schalter aus der Menge der vier Schalter S₁, S₂, S₃, S₄ geschlossen, so sind damit auch andere Werte für den Verstärkungsfaktor G einstellbar. Mit der Verstärkeranordnung gemäß 2C sind verschiedene diskrete Werte des Verstärkungsfaktors G von ungefähr –8/15 bis –8 einstellbar. Die Anzahl der Widerstände in 2C ist nur ein Beispiel. Es können auch andere Werte für den Verstärkungsfaktor G mittels einer anderen Anzahl von Widerständen in den Parallelschaltungen 14, 15, 16 oder durch zusätzliche Serienschaltungen, umfassend einen Schalter und eine Parallelschaltung von Widerständen, realisiert sein.
• In dieser Verstärkeranordnung ergibt sich die größte Streuung des Verstärkungsfaktors dividiert durch den Verstärkungsfaktor bei einem geschlossenen ersten Schalter S₁. Der erste Widerstand 10, der denselben Nennwert wie alle anderen Widerstände im ersten und zweiten Widerstandsnetzwerk 2, 3 aufweist, ist somit bei einem Entwurf der Verstärkeranordnung gemäß 2C so auszulegen, dass eine vorgegebene Streuung für den relativen Verstärkungsfaktor, also die Streuung des Verstärkungsfaktors dividiert durch den Wert des Verstärkungsfaktors, nicht überschritten wird.
• Somit ist in dieser beispielhaften Ausführungsform sichergestellt, dass die relative Streuung bei der Auswahl der Werte –4, –2 und –1 für den Verstärkungsfaktor G unter dem vorgegebenen Wert für eine relative Streuung bleibt.
• Der Grund dafür ist, dass aufgrund der hohen Anzahl von Widerständen mit gleichem Nennwert und da die Streuung des Verhältnisses zweier Widerstände statistisch unabhängig von der Streuung des Verhältnisses zweier anderer Widerstände gleichen Nennwerts ist, insgesamt eine sehr geringe relative Streuung des Wertes des Verstärkungsfaktors G auftritt.
• Umgekehrt lassen sich bei einer vorgegebenen relativen Streuung des Verstärkungsfaktors die Widerstände der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer kleineren Fläche verglichen mit den Widerständen in bekannten Anordnungen realisieren.
• Die Verstärkeranordnung gemäß 2C liefert dieselben Verstärkungsfaktoren wie die Verstärkeranordnung in der bekannten 1D. Um in der Verstärkeranordnung gemäß 1D eine kleine relative Streuung des Verstärkungsfaktors zu erzielen, sind der Eingangswiderstand 30 und der Rückkoppelwiderstand 45 sehr groß zu wählen.
• Die Verstärkeranordnung gemäß 1D umfasst 9 Widerstände, während die Verstärkeranordnung gemäß 2C 23 Widerstände enthält. Da die Widerstände in der Verstärkeranordnung gemäß 2C kleiner ausgelegt werden können als in der Verstärkeranordnung gemäß 1D, ist trotz der höheren Anzahl der Widerstände in der Verstärkeranordnung gemäß 2C mit Vorteil ein geringerer Flächenbedarf für die Realisierung des Netzwerks in der Verstärkeranordnung gemäß 2C erzielbar.
• 2D zeigt eine weitere beispielhafte Verstärkeranordnung mit invertierendem Verstärker entsprechend dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Verstärkeranordnung gemäß 2D ist in Analogie zur Verstärkeranordnung in 2A aufgebaut. In diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Widerstandsnetzwerk 3, welches zwischen dem Ausgang 6 des Verstärkers 1 und dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 geschaltet ist, aus einer Serienschaltung eines dritten Schalters S₂₁, des ersten Widerstands 10, einer vierten Parallelschaltung 22, umfassend zwei Widerstände, einer weiteren vierten Parallelschaltung 23, umfassend vier Widerstände, und einer weiteren vierten Parallelschaltung 24, umfassend vier Widerstände, gebildet.
• Ein erster Anschluss des dritten Schalters S₂₁ ist an den zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 angeschlossen. Ein Knoten, welcher zwischen dem ersten Widerstand 10 und der vierten Parallelschaltung 22 gebildet ist, ist mittels eines vierten Schalters S₂₂ ebenfalls mit dem zweiten Anschluss 5 des Verstärkers 1 verbunden. In Analogie dazu ist ein weiterer Knoten, welcher sich zwischen der Parallelschaltung 22 und der weiteren vierten Parallelschaltung 23 befindet, mittels eines weiteren vierten Schalters S₂₃ mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 verbunden. Ein Knoten, welcher sich zwischen der weiteren vierten Parallelschaltung 23 und der weiteren vierten Parallelschaltung 24 befindet, ist über einen weiteren vierten Schalter S₂₄ mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 verknüpft.
• Der zweite Eingang 5 des Verstärkers 1 ist mittels einer ersten Parallelschaltung 7, umfassend vier Widerstände, mit dem Eingang 12 der Verstärkeranordnung verbunden.
• Ist der weitere vierte Schalter S₂₄ geschlossen, so ist der Wert des Verstärkungsfaktors G der Verstärkeranordnung gemäß 2D näherungsweise –1. Durch Öffnen des weiteren vierten Schalters S₂₄ und Schließen des weiteren vierten Schalters S₂₃ steigt der Betrag des Verstärkungsfaktors der Anordnung auf näherungsweise –2. Werden die weiteren vierten Schalter S₂₃, S₂₄ geöffnet und der vierte Schalter S₂₂ geschlossen, so ist die Verstärkeranordnung ausgelegt, mit einem Verstärkungsfaktor von näherungsweise –4 die Eingangsspannung U_IN zu verstärken. Das Schließen des dritten Schalters S₂₁ und das Öffnen der drei vierten Schalter S₂₂, S₂₃, S₂₄ bewirkt einen Verstärkungsfaktor von näherungsweise –8.
• Die Verstärkeranordnung gemäß 2D weist wie die Verstärkeranordnung gemäß 1D eine Serienschaltung zur Kopplung des Ausgangs 6 des Verstärkers 1 mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 auf. In 1D ist dies die Serienschaltung der acht Widerstände 38 bis 45. In 2D wird der erste Widerstand 10 in Serie mit den Parallelschaltungen 22, 23, 24 von Widerständen geschaltet. Da die Widerstände in der Verstärkeranordnung gemäß 2D kleiner ausgelegt werden können als die Widerstände in der Verstärkeranordnung gemäß 1D, ist trotz der größeren Anzahl der Widerstände in der Verstärkeranordnung gemäß 2D der Flächenbedarf für die Realisierung der Widerstände in der Verstärkeranordnung gemäß 2D geringer.
• Um in einer Verstärkeranordnung gemäß 1D eine kleine relative Streuung des Verstärkungsfaktors zu erreichen, sind der Eingangswiderstand 30 und der Rückkoppelwiderstand 45 relativ groß zu wählen. Sie sind deshalb groß zu wählen, um eine geringe Streuung des relativen Verstärkungsfaktors auch bei nur zwei eingesetzten Widerständen zu erreichen.
• Die Verstärkeranordnung gemäß 2D weist mindestens acht Widerstände auf, die im Betrieb stromdurchflossen sind. Durch Zuschalten der weiteren vierten Parallelschaltung 23 und der vierten Parallelschaltung 22 und dem ersten Widerstand 10 erhöht sich die Anzahl der Widerstände weiter.
• Aus einer vorgebbaren Größe für die relative Streuung des Verstärkungsfaktors kann aufgrund der vier Widerstände in der weiteren vierten Parallelschaltung 24 und der vier Widerstände in der ersten Parallelschaltung 7 mit Vorteil eine sehr kleine Fläche des Widerstands gewählt werden.
• Somit ist mit Vorteil die für die beiden Widerstandsnetzwerke benötigte Fläche bei der Verstärkeranordnung gemäß 2D bei gleicher relativen Streuung des Verstärkungsfaktors G kleiner als bei der Verstärkeranordnung gemäß 1D.
• Ist die Fläche für die Widerstandsnetzwerke vorgegeben, so kann gemäß der Verstärkeranordnung der 2D eine geringere relative Streuung des Verstärkungsfaktors verglichen mit der relativen Streuung des Verstärkungsfaktors in der Verstärkeranordnung gemäß 1D erzielt werden.
• Die 3A bis 3C zeigen weitere Verstärkeranordnungen, in denen ebenfalls ein erstes Widerstandsnetzwerk 2 und ein zweites Widerstandsnetzwerk 3 gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip vorgesehen sein kann. Funktions- bzw. wirkungsgleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugszeichen.
• 3A zeigt eine nicht invertierende Verstärkeranordnung, die einen Verstärker 1 umfasst. Der Verstärker 1 weist einen ersten Eingang 4 auf, der als nicht invertierender Eingang ausgebildet ist, und einen zweiten Eingang 5 auf, welcher als invertierender Eingang ausgebildet ist. Der Verstärker 1 gibt eine Spannung an einen Ausgang 6 ab. Der Verstärker 1 ist an einem Versorgungspotenzialanschluss 9 und einem Bezugspotenzialanschluss 8 angeschlossen, sodass ihm eine Versorgungsspannung U_C zuführbar ist.
• In dieser nicht-invertierenden Verstärkeranordnung ist der erste Eingang 4 des Verstärkers mit einem Eingang 12 der Verstärkeranordnung verbunden. An dem Eingang 12 der Verstärkeranordnung ist ein zu verstärkendes Signal, eine Eingangsspannung U_IN, zuführbar. Der Ausgang 6 des Verstärkers 1 ist über eine Serienschaltung, umfassend einen Widerstand 80 und einen Widerstand 81, mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. Die Serienschaltung, umfassend den Widerstand 80 und den Widerstand 81, ist durch eine Serienschaltung des ersten Widerstandsnetzwerks 2 und des zweiten Widerstandsnetzwerks 3 ersetzbar, wie sie in den Ausführungsbeispielen der 2A bis 2D gezeigt sind.
• Ein Knoten, der zwischen dem Widerstand 80 und dem Widerstand 81 bzw. dem ersten Widerstandsnetzwerk 2 und dem zweiten Widerstandsnetzwerk 3 gebildet ist, ist mit dem zweiten Eingang 5 des Verstärkers 1 verbunden. Der Widerstand 80, 81 kann als Widerstandsnetzwerk 2, 3 ausgebildet sein. Dabei kann der Widerstand 80 als das erste Widerstandsnetzwerk 2 und der Widerstand 81 als das zweite Widerstandnetzwerk 3 realisiert sein. Es ist jedoch auch der Widerstand 80 als das zweite Widerstandsnetzwerk 3 und der Widerstand 81 als das erste Widerstandnetzwerk 3 realisierbar.
• Der Ausgang 6 des Verstärkers 1 ist mit einem Ausgang 13 der Verstärkeranordnung, an dem ein verstärktes Signal, eine Ausgangsspannung U_OUT, abgreifbar ist, verbunden.
• Ein Verstärkungsfaktor G einer Verstärkeranordnung gemäß 3A berechnet sich näherungsweise gemäß folgender Gleichung:

  

  wobei R₈₀ der Wert des Widerstandes 80, R₃₁ der Wert des Widerstandes 81, U_OUT die Ausgangsspannung, U_IN die Eingangspannung und G der Verstärkungsfaktor ist.
• Der Verstärkungsfaktor G der Verstärkeranordnung gemäß 3A ist durch Schalter, wie sie in 2C und 2D gezeigt sind, schaltbar.
• Vorteile, die durch die Anordnung der Widerstände gemäß der vorliegenden Erfindung bei invertierenden Verstärkeranordnungen auftreten, gelten entsprechend ebenfalls für die in 3A gezeigte nichtinvertierende Verstärkeranordnung sowie für die in der 3B gezeigte Strom-zu-Strom-Verstärkeranordnung beziehungsweise für die in 3C gezeigte Differenzverstärkeranordnung.
• Durch die Aufteilung der Widerstände in parallel geschaltete Widerstände ist auch in einer Verstärkeranordnung gemäß 3A bei vorgegebener relativer Streuung des Verstärkungsfaktors eine kleinere Fläche für die Widerstandsnetzwerke 2, 3 erforderlich verglichen mit einer herkömmlichen Ausführung.
• Ist die Fläche für die Widerstände die vorgegebene Größe, so ist gemäß der Verstärkeranordnung in 3A und einem Einbau von dem ersten Widerstandsnetzwerk 2 bzw. dem zweiten Widerstandsnetzwerk 3 eine kleinere relative Streuung des Verstärkungsfaktors verglichen mit bekannten Verstärkeranordnungen erzielbar.
• 3B zeigt eine Strom-zu-Strom-Verstärkeranordnung, bei der ein erstes und ein zweites Widerstandnetzwerk 2, 3 gemäß 2A bis 2D zur Realisierung eines Widerstands 82 und eines Widerstands 83 vorgesehen sein kann.
• Der zu verstärkende Strom I_IN wird an dem Eingang 12 der Verstärkeranordnung zugeführt. Der verstärkte Strom T_OUT wird an dem Ausgang 13 der Verstärkeranordnung abgegeben. Dieser verstärkte Strom I_OUT ist an einen weiteren Ausgang der Verstärkeranordnung 70 der Verstärkeranordnung zurückzuführen. Der Eingang 12 der Verstärkeranordnung ist mit dem zweiten Anschluss 5 des Verstärkers 1 verbunden. Der Ausgang 6 des Verstärkers 1 ist mit dem Ausgang 13 der Verstärkeranordnung verbunden. Der Verstärker 1 ist an seinem ersten Eingang 4 mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verknüpft.
• Ebenso ist der Verstärker 1 an seinem zweiten Eingang 5 über eine Serienschaltung, umfassend den Widerstand 82 und den Widerstand 83, mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verknüpft.
• Ein Knoten, welcher zwischen dem Widerstand 82 und dem Widerstand 83 gebildet ist, ist mit dem zweiten Ausgang der Verstärkeranordnung 70 verbunden. Anstelle des Widerstands 82 und des Widerstands 83 können ein erstes Widerstandsnetzwerk 2 beziehungsweise ein zweites Widerstandsnetzwerk 3 gemäß den in den 2A bis 2D gezeigten Verstärkeranordnungen eingesetzt werden.
• Ein Verstärkungsfaktor G_I, in diesem Fall das Verhältnis des Ausgangsstroms I_OUT zu dem Eingangsstrom I_IN, ergibt sich ungefähr mit folgender Gleichung:

  

  wobei R₈₂ der Wert des Widerstandes 82, R₈₃ der Wert des Widerstandes 83 ist.
• Mit Vorteil kann in einer Verstärkeranordnung gemäß 3B eine geringe Streuung des Verstärkungsfaktors erzielt werden.
• 3C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Differenzverstärkeranordnung, bei der ein erstes und ein zweites Widerstandnetzwerk 2, 3 gemäß 2A bis 2D zur Realisierung von vier Widerständen 84, 85, 86, 87 vorgesehen sein kann.
• Die Differenzverstärkeranordnung kann auch als Subtrahier-Verstärkeranordnung bezeichnet sein.
• Der Verstärker 1 ist an seinem zweiten Ausgang 5 über einen Widerstand 84 mit dem Eingang 12 der Verstärkeranordnung zur Zuführung eines zu verstärkenden Signals, der Eingangsspannung U_IN, verbunden. Weiter ist der zweite Eingang 5 des Verstärkers 1 über einen Widerstand 85 an dem Ausgang 6 des Verstärkers 1 angeschlossen. Der Verstärker 1 ist an seinem Ausgang 6 mit dem Ausgang 13 der Verstärkeranordnung zur Abgabe des verstärkten Signals, der Ausgangsspannung U_OUT, Verknüpft.
• Der Verstärker 1 ist an seinem ersten Eingang 4 über einen Widerstand 86 mit einem zweiten Eingang 71 der Verstärkeranordnung zur Zuführung einer weiteren Eingangsspannung U_IN2 verbunden. Weiter ist der erste Eingang 4 des Verstärkers 1 mittels eines Widerstands 87 an dem Bezugspotenzialanschluss 8 angeschlossen.
• Der Widerstand 86 ist durch eine beispielhafte Ausführung eines ersten Widerstandsnetzwerks 2 aus den 2A bis 2D ersetzbar, entsprechend ist der Widerstand 87 durch ein zweites Widerstandsnetzwerk 3 ersetzbar. Der Verstärkungsfaktor G ist in der Verstärkeranordnung gemäß 3C eine Funktion des Verhältnis des Widerstands 86 zum Widerstand 87.
• Ebenso ist der Verstärkungsfaktor G in der Verstärkeranordnung gemäß 3C eine Funktion des Verhältnis des Widerstands 84 zum Widerstand 85. Daher ist der Widerstand 84 und der Widerstand 85 mit dem ersten Widerstandsnetzwerk 2 bzw. dem zweiten Widerstandsnetzwerk 3 der 2A bis 2D realisierbar. Beide Kombinationen sind möglich: Der Widerstand 84 kann durch das erste Widerstandsnetzwerk 2 und der Widerstand 85 durch das zweite Widerstandsnetzwerk 3 ersetzt sein. Es kann jedoch auch umgekehrt der Widerstand 84 durch das zweite Widerstandsnetzwerk 3 und der Widerstand 85 durch das erste Widerstandsnetzwerk 2 ausgeführt sein.
• Die entsprechenden Kombinationen sind auch bei den beiden Widerständen 86 und 87 möglich.
• Weisen der Widerstand 84 und der Widerstand 86 bzw. die zu ersetzenden Widerstandsnetzwerke denselben Nennwert auf und weisen der Widerstand 85 und der Widerstand 87 bzw. die sie ersetzenden Widerstandsnetzwerke denselben Nennwert auf, so ergibt sich eine einfache, näherungsweise geltende Gleichung für den Verstärkungsfaktor G:

  
• In dieser Gleichung ist U_IN die Eingangsspannung, U_IN2 die weitere Eingangsspannung, U_OUT die Ausgangsspannung, R₈₅ der Wert des Widerstandes 85 beziehungsweise der Wert des Widerstandes 87, R₈₄ der Wert des Widerstandes 84 beziehungsweise der Wert des Widerstandes 86.
• Durch die Aufteilung der Widerstände in kleine parallel geschaltete Widerstände kann eine sehr geringe relative Streuung des Verstärkungsfaktors G verglichen mit einer Verstärkeranordnung, bei der die Widerstände nicht durch Parallelschaltungen von Widerständen ersetzt sind, erzielt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Verstärker

2

erstes Widerstandsnetzwerk

3

zweites Widerstandsnetzwerk

4

erster Eingang

5

zweiter Eingang

6

Ausgang

7

erste Parallelschaltung

8

Bezugspotentialanschluss

9

Versorgungsspannungsanschluss

10

erster Widerstand

11

zweite Parallelschaltung

12

Eingang der Verstärkeranordnung

13

Ausgang der Verstärkeranordnung

14, 15, 16

dritte Parallelschaltung

22, 23, 24

vierte Parallelschaltung

30

Eingangswiderstand

31 bis 45

Rückkoppelwiderstand

65, 66

Rückkoppelwiderstand

70

weiterer Ausgang der Verstärkeranordnung

71

weiterer Eingang der Verstärkeranordnung

72

weiteres erstes Widerstandsnetzwerk

73

weiteres zweites Widerstandsnetzwerk

80 bis 87

Widerstand

90, 92

Halbleiterschalter

91

Feldeffekttransistor

93

Transmission Gate

I_IN

Eingangsstrom

I_OUT

Ausgangsstrom

S₁

erster Schalter

S₂, S₃, S₄

zweiter Schalter

S₂₁

dritter Schalter

S₂₂, S₂₃, S₂₄

vierter Schalter

S₃₁, S₃₂, S₃₃, S₃₄

Schalter

U_IN

Eingangsspannung

U_IN2

weitere Eingangsspannung

U_OUT

Ausgangsspannung

U_C

Versorgungsspannung

Claims (17)

1. Verstärkeranordnung mit einem ersten und einem zweiten Widerstandsnetzwerk (2, 3) zur Einstellung eines Verstärkungsfaktors in der Verstärkeranordnung umfassend: – einen Verstärker (1) mit einem ersten Eingang (4), der als nicht-invertierender Eingang ausgeführt ist, einem zweiten Eingang (5), der als invertierender Eingang ausgeführt ist, und einem Ausgang (6), – ein erstes Widerstandsnetzwerk (2), umfassend eine erste Parallelschaltung (7) einer ersten Anzahl N parallelgeschalteter Widerstände und, – ein zweites Widerstandsnetzwerk (3), wobei die Widerstände des ersten und des zweiten Widerstandsnetzwerkes (2, 3) je den gleichen Nennwert aufweisen sowie das erste und das zweite Widerstandsnetzwerk (2, 3) mit dem Verstärker (1) gekoppelt sind, und wobei das zweite Widerstandsnetzwerk (3), entweder die folgenden parallel zueinander geschalteten Zweige umfasst: – eine Serienschaltung umfassend einen ersten Schalter (S₁) und einen ersten Widerstand (10) und – mindestens eine weitere Serienschaltung umfassend einen zweiten Schalter (S₂, S₃, S₄) und eine dritte Parallelschaltung (14, 15, 16) einer dritten Anzahl L parallelgeschalteter Widerstände, oder das zweite Widerstandsnetzwerk (3) mindestens eine vierte Parallelschaltung (22, 23, 24) umfasst, welche eine vierte Anzahl P parallelgeschalteter Widerstände umfasst und welche in Serie zu dem ersten Widerstand (10) geschaltet ist, wobei – der erste Widerstand (10) an ihrem ersten Anschluss mittels eines dritten Schalter (S₂₁) mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstandsnetzwerkes (3) verbunden ist und – die mindestens eine vierte Parallelschaltung (22, 23, 24) an ihrem ersten Anschluss mittels eines vierten Schalters (S₂₂, S₂₃, S₂₄) mit dem ersten Anschluss des zweiten Widerstandsnetzwerkes (3) verbunden ist und an ihrem zweiten Anschluss mit einem zweiten Anschluss des zweiten Widerstandsnetzwerkes (3) gekoppelt ist.
2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Widerstandsnetzwerk (2) einen ersten Gesamtwiderstandswert R₁ aufweist und das zweite Widerstandsnetzwerk (3) einen zweiten Gesamtwiderstandswert R₂ aufweist und das erste und das zweite Widerstandsnetzwerk (2, 3) derart mit dem ersten Eingang (4), dem zweiten Eingang (5) und dem Ausgang (6) des Verstärkers (1) gekoppelt sind, dass in Abhängigkeit von dem Verhältnis des zweiten Gesamtwiderstandswertes R₂ zu dem ersten Gesamtwiderstandswertes R₁ der Verstärkungsfaktor eingestellt ist.
3. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der mindestens eine zweite Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄) als Halbleiterschalter (90, 92) ausgeführt ist.
4. Verstärkeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte und/oder der mindestens eine vierte Schalter (S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄) als Halbleiterschalter (90, 92) ausgeführt ist.
5. Verstärkeranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (90, 92) einen Feldeffekttransistor (91) umfasst.
6. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (92) als Transmission Gate (93) ausgebildet ist.
7. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkeranordnung in einem Halbleiterkörper ausgebildet ist.
8. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erstes und das zweite Widerstandsnetzwerk (2, 3) Widerstände, die mit denselben Herstellungsschritten hergestellt sind, umfasst.
9. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Widerstandsnetzwerk (2, 3) Widerstände mit einer näherungsweise gleichen Weite W und einer näherungsweise gleichen Länge L der resistiven Schicht umfasst.
10. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Widerstandsnetzwerk (2, 3) Widerstände mit einer näherungsweise gleichen Dicke D der resistiven Schicht umfasst.
11. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erstes und das zweite Widerstandsnetzwerk (2, 3) Widerstände mit einer resistiven Schicht aus n-dotiertem Polysilizium oder p-dotiertem Polysilizium oder Aluminium oder Kupfer umfasst.
12. Verstärkeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erstes und das zweite Widerstandsnetzwerk (2, 3) diffundierte Widerstände umfasst, die in den Halbleiterkörper eindiffundiert und n-dotiert oder p-dotiert sind.
13. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein invertierender Verstärker dadurch gebildet ist, dass das erste Widerstandsnetzwerk (2) einen Eingang (12) der Verstärkeranordnung zum Zuführen eines zu verstärkenden Signals (U_IN) mit dem zweiten Eingang (5) des Verstärkers (1) und das zweite Widerstandsnetzwerk (3) den Ausgang (6) des Verstärkers (1) mit dem zweiten Eingang (5) des Verstärkers (1) koppelt, sowie ein Ausgang der Verstärkeranordnung (13) zum Abgreifen eines verstärkten Signals (U_OUT) mit dem Ausgang (6) des Verstärkers (1) und der erste Eingang (4) des Verstärkers (1) mit einem Bezugspotentialanschluss (8) gekoppelt ist.
14. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht-invertierender Verstärker dadurch gebildet ist, dass das erste Widerstandsnetzwerk (2) und das zweite Widerstandsnetzwerk (3) eine Serienschaltung bilden, welche den Ausgang (6) des Verstärkers (1) mit einem Bezugspotentialanschluss (8) koppelt, und ein Eingang der Verstärkeranordnung (12) zum Zuführen eines zu verstärkenden Signals (U_IN) mit dem ersten Eingang (4) des Verstärkers (1), ein Ausgang der Verstärkeranordnung (13) zum Abgreifen eines verstärkten Signals (U_OUT) mit dem Ausgang (6) des Verstärkers (1) und ein zwischen dem ersten Widerstandsnetzwerk (2) und dem zweiten Widerstandsnetzwerk (3) vorhandener Knoten mit dem zweiten Eingang (5) des Verstärkers (1) gekoppelt ist.
15. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom-/Strom-Verstärker dadurch gebildet ist, dass das erste Widerstandsnetzwerk (2) und das zweite Widerstandsnetzwerk (3) eine Serienschaltung bilden, welche den zweiten Eingang (5) des Verstärkers (1) mit einem Bezugspotentialsanschluss (8) koppelt, und ein Eingang (12) der Verstärkeranordnung zum Zuführen eines zu verstärkenden Signals (I_IN) mit dem zweiten Eingang (5) des Verstärkers (1), ein Ausgang der Verstärkeranordnung (13) zum Abgreifen eines verstärkten Signals (T_OUT) mit dem Ausgang (6) des Verstärkers (1) und ein zwischen dem ersten Widerstandsnetzwerk (2) und dem zweiten Widerstandsnetzwerk (3) gebildeter Knoten mit einem weiteren Ausgang der Verstärkeranordnung (70) zur Rückführung des verstärkten Signals (T_OUT) und der erste Eingang (4) des Verstärkers (1) mit dem Bezugspotentialanschluss (8) gekoppelt ist.
16. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzverstärker dadurch gebildet ist, dass – ein weiteres erstes Widerstandsnetzwerk (86) mit einer gleichen Verschaltung und mit Bauteilen mit den gleichen Nennwerten wie das erste Widerstandsnetzwerk (2) und – ein weiteres zweites Widerstandsnetzwerk (87) mit einer gleichen Verschaltung und mit Bauteilen mit den gleichen Nennwerten wie das zweite Widerstandsnetzwerk (3) gebildet ist und – das erste Widerstandsnetzwerk (2) einen Eingang der Verstärkeranordnung (12) zum Zuführen einer Eingangsspannung (U_IN) mit dem zweiten Eingang (5) des Verstärkers (1), – das zweite Widerstandsnetzwerk (3) den Ausgang (6) des Verstärkers (1) mit dem zweiten Eingang (5) des Verstärkers (1), – das weitere erste Widerstandsnetzwerk (86) einen weiteren Eingang der Verstärkeranordnung (71) zum Zuführen einer weiteren Eingangsspannung (U_IN) mit dem ersten Eingang (4) des Verstärkers (1) und – das weitere zweite Widerstandsnetzwerk (87) den ersten Eingang (4) des Verstärkers (1) mit einem Bezugspotentialsanschluss (8) koppelt sowie ein Ausgang der Verstärkeranordnung (13) zum Abgreifen einer Ausgangsspannung (U_OUT) mit dem Ausgang (6) des Verstärkers (1) gekoppelt ist.
17. Verfahren zum Verstärken einer Spannung, umfassend folgende Schritte: – Anlegen einer Eingangsspannung (U_IN) an einen Eingang (12) einer Verstärkeranordnung, der über ein erstes Widerstandsnetzwerk (2), umfassend eine erste Parallelschaltung (7) einer ersten Anzahl N parallelgeschalteter Widerstände, mit einem zweiten Eingang (5), welcher einen invertierenden Eingang eines Verstärkers (1) bildet, gekoppelt ist, wobei ein zweites Widerstandsnetzwerk (3) den zweiten Eingang (5) des Verstärkers (1) mit einem Ausgang (6) des Verstärkers (1) koppelt und die folgenden parallel zueinander geschalteten Zweige umfasst: – eine Serienschaltung umfassend einen ersten Schalter (S₁) und einen ersten Widerstand (10) und – mindestens eine weitere Serienschaltung umfassend einen zweiten Schalter (S₂, S₃, S₄) und eine dritte Parallelschaltung (14, 15, 16) einer dritten Anzahl L parallelgeschalteter Widerstände, wobei die Widerstände des ersten und des zweiten Widerstandnetzwerkes (2, 3) je den gleichen Nennwert aufweisen, – Einstellen des ersten Schalters (S₁) und des einen zweiten Schalters (S₂, S₃, S₄) des zweiten Widerstandsnetzwerkes (3) in Abhängigkeit von mindestens einem Steuersignal, – Abgreifen einer Ausgangsspannung (U_OUT) an einem Ausgang der Verstärkeranordnung (13), der mit einem Ausgang (6) des Verstärkers (1) gekoppelt ist, wobei der erste Widerstand (10) so auszulegen ist, dass eine vorgegebene Streuung für eine Streuung eines Verstärkungsfaktor der Verstärkeranordnung dividiert durch den Wert des Verstärkungsfaktors nicht überschritten wird.

Images