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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren in welchem ein Eingangsstrom in einen Hilfsstrom und in eine Ausgangsspanung umgesetzt wird, wobei ein Regelkreislauf einen Strom mit zeitlich langsamen Hilfsstromänderungen dynamisch regelt.
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Zur Datenübertragung in einem digitalen Funkkommunikationssystem, beispielsweise RFID-Systemen, sind heutzutage eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt. Abhängig vom jeweiligen System findet dabei die Datenübertragung zwischen einem Transponder, z. B als Funketikett realisiert, und einem Lesegerät statt. Als Übertragungsmedium dienen bei niedrigen Übertragungsfrequenzen induktive Felder, bei höheren elektromagnetische Felder. Die Informationen solcher Systeme sind dabei in dem induktiven bzw. elektromagnetischen Feld moduliert. Eine Modulation ist die Veränderung von Signalparametern einer Trägerfrequenz, also Amplitude, Frequenz oder Phase, in Abhängigkeit von einem modulierenden Signal, dem Basisbandsignal.
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Zur Rückgewinnung des Basisbandsignals, also der eigentlichen Information, ist eine Demodulation des Feldes nötig. Da sowohl Transponder, als auch Lesegerät eine Informationsquelle aufweisen, und dementsprechend in beide Richtungen Informationen übertragen werden können, enthalten oft beide Einrichtungen sowohl einen Modulator als auch einen Demodulator.
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Zur Informationsrückgewinnung wird nun mittels einer Antenne dem Feld eine elektrische Leistung entnommen. In der Antennenspule entsteht, sobald sie in die Nähe des elektromagnetischen Feldes kommt, ein Induktionsstrom. Dabei wird die Modulation des Feldes in eine Modulation eines proportionalen elektrischen Stromes umgesetzt. Aus dem zeitlichen Stromverlauf kann nun die Information detektiert werden. Zur Detektion des Stromes werden Nebenschlussschaltkreise, auch als Shuntschaltkreise bekannt, verwendet.
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Ein digitales Funkkommunikationssystem besitzt unter anderem ein weites dynamisches elektromagnetisches Feld, d. h. in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen Sende- und Empfangseinrichtung wird die Information in einem stark variablen Feld übertragen. Das modulierte Feld besitzt also eine schnelle Modulationskomponente, die von den Informationen herrührt, und eine langsame Komponente, die durch Abstandsänderungen zwischen Sender und Empfänger oder Veränderung des Übertragungsmediums herrührt.
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Nach Umsetzung des Feldes in einen proportionalen Strom ist deshalb eine Normierung des Stromes zur Weiterverarbeitung der im Strom enthaltenen Informationen nötig, um nachfolgende Schaltungseinheiten nicht über deren Grenzen hinaus zu belasten.
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Eine solche Normierung wird als dynamische Komprimierung bezeichnet. Bislang wurde eine dynamische Komprimierung zum einen mit gestapelten Dioden realisiert. Eine andere Möglichkeit der Komprimierung wird mit einer spezialisierten Analog-Digital-Wandlung erreicht, bei der zwei Demodulationseinheiten mit Empfindlichkeitseinstellungsmodulen versehen werden und somit zwischen mehreren Ausgängen hin und her geschalten wird.
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Aus der
US 7,166,991 B2 ist ein Operations-Transkonduktanzverstärker (OTA) bekannt, dessen Transkonduktanz linear von einem Biasstrom abhängt. Der Biasstrom wird durch eine Rückkopplung vorgegeben, wobei der Rückkoppelpfad aus Stabilitätsgründen einen Tiefpassfilter aufweist.
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Es ist vorgesehen, eine Vorrichtung mit einem einen Eingangsstrom, welcher aus einer zeitlich langsamen Stromänderung und einer zeitlich schnellen Stromänderung zusammengesetzt ist, linear in einen Hilfsstrom umsetzenden Element, welches ausgangsseitig mit einem den Hilfsstrom in eine Ausgangsspannung umsetzenden Element sowie mit einem die zeitlich langsamen Stromkomponenten dynamisch regelnden Regelkreislauf verbunden ist, wobei der Regelkreislauf mit einer Regelrückführung vom Ausgang des den Eingangsstrom in den Hilfsstrom umsetzenden Elementes zum Eingang des den Eingangsstrom in den Hilfsstrom umsetzenden Elementes ausgebildet ist, wobei die Regelrückführung aus einem zeitlich langsame Hilfsstromänderungen von zeitlich schnellen Hilfsstromänderungen trennenden Element und einem stromregelnden Element besteht, wobei das stromregelnde Element mit ausschließlich zeitlich langsame Hilfsstromänderungen als Regelrückführgröße regelt, wobei das stromregelnde Element einen zweiten Hilfsstrom erzeugt, der zum Eingangsstrom addiert wird, und wobei die Addition des Eingangsstroms mit dem zweiten Hilfsstrom einen Konstantstrom erzeugt, so dass die zeitlich langsamen Stromänderungen kompensiert werden.
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Weiterhin ist vorgesehen, ein Verfahren, bei dem ein Eingangsstrom in einen Hilfsstrom umgesetzt wird, der Hilfsstrom in eine Ausgangsspannung umgesetzt wird und der Eingangsstrom mit zeitlich langsamen Hilfsstromänderungen dynamisch geregelt wird, wobei das dynamische Regeln eine Trennung der zeitlich langsamen von den zeitlich schnellen Hilfsstromänderungen beinhaltet, wobei als Regelgröße der Hilfsstrom mit zeitlich langsamer Hilfsstromänderung verwendet wird, wobei als Regelrückführgröße ein zweiter Hilfsstrom verwendet wird, wobei die Regelrückführgröße zum Eingangsstrom addiert wird, und wobei die Addition des Eingangsstromes mit dem zweiten Hilfsstrom einen Konstantstrom erzeugt, so dass die zeitlich langsamen Stromänderungen kompensiert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den untergeordneten Ansprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, wobei die Figuren gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen gezeichnet sind. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß beziehungsweise übertrieben vereinfacht dargestellt sein. Es zeigen:
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1 Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung eines Kommunikationssystems
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2 Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Reduzierung des Dynamikbereiches eines Eingangsstromes mittels dynamischen Regelkreislauf
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3 Prinzipschaltung des Ausführungsbeispiels
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4 Erste Realisierungsmöglichkeit des Ausführungsbeispiels
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5 Zweite Realisierungsmöglichkeit des Ausführungsbeispiels
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6 Stromlaufplan des Ausführungsbeispiels
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7 Erweiterter Stromlaufplan des Ausführungsbeispiels mit Differenzverstärker, Referenzspannung und Halte-Funktion
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In 1 wird ein Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung eines Funkkommunikationssystems dargestellt, was beispielsweise in RFID-Systemen eingesetzt wird.
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Eine Umsetzeinheit 1, die ein mit Informationen moduliertes elektromagnetisches Feld in einen elektrischen Strom umsetzt, besteht aus einer Empfangseinheit 1a und einem Nebenschlussschaltkreis 1b. Dieser Nebenschluss-Schaltkreis wird dabei beispielsweise als Shunt-Schaltkreis ausgeführt. Die übersendeten Informationen, die als Feld an der Empfangseinheit 1a anliegen, sind beispielsweise mittels eines Shunt-Widerstands in zeitlich schnelle, elektrische Stromänderungen umsetzbar.
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Aufgrund von Entfernungsänderungen zwischen Sender und Empfänger dieses Funkkommunikationssystems, ist das elektromagnetische Feld, welches die modulierte Feldstärke trägt, von einer weiteren Änderung überlagert, d. h. es ist zusätzlich durch die Entfernungsänderung moduliert. Durch größere Entfernungsänderungen kommt es nun zu einem großen Dynamikbereich des Feldes, das sich in einer zeitlich langsamen Stromänderung am Nebenschlusselement wiederspiegelt. Der aus einer zeitlich langsamen und einer zeitlich schnellen Stromänderung zusammengesetzte Strom wird nun einer Auskoppeleinheit 2 zugeführt. In einem linearen Stromumsetzer 2a wird der modulierte Strom, fortlaufend mit Eingangsstrom I1 bezeichnet, in einen Hilfsstrom I1' umgesetzt und einem Stromspannungsumsetzer 2b zugeführt. Am Ausgang der Auskoppeleinheit 2, die einen dynamischen Regelkreislauf beinhaltet, liegt eine Ausgangsspannung U1, die einer Demodulationseinheit 3 zugeführt wird In der Demodulationseinheit 3 wird die Information zurückgewonnen, wobei auf diese Rückgewinnung hier nicht näher eingegangen wird.
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In 2 wird nun ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Auskoppeleinheit 2 näher dargestellt. Ein linearer Stromumsetzer 2a ist mit einem Strom-Spannungsumsetzer 2b verbunden. Eine Regelrückführung, bestehend aus einem Tiefpass 2c und einem Stromregler 2d, wird zusätzlich vom Ausgang des Stromumsetzers 2a über einen Additonspunkt zum Eingang des Stromumsetzers 2a verbunden.
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Der Eingangsstrom I1, der aus einer zeitlich schnellen Stromänderung und einer zeitlich langsamen Stromänderung zusammengesetzt ist, liegt hierbei am linearen Stromumsetzer 2a an. Dieser Stromumsetzer 2a setzt alle Stromkomponenten des Eingangsstromes I1 linear um und stellt an seinem Ausgang die Hilfsstromstärke I1' bereit. Aufgrund der linearen Stromumsetzung sind sowohl die zeitlich langsamen als auch die zeitlich schnellen Stromänderungen im Hilfsstrom I1' vorhanden. Mittels des Stromspannungsumsetzers 2b wird aus dem Hilfsstrom I1' ein Ausgangssignal U1 generiert, welches der Weiterverarbeitung der Informationen dient. Zusätzlich zur Stromspannungsumsetzung wird der Hilfsstrom I1' zurückgeführt. Die Regelgröße dieses Regelkreislaufes ist der Anteil des Hilfsstromes I1', der die zeitlich langsame Stromänderung I5 beinhaltet. Mittels eines Tiefpasses 2c wird dazu der Hilfsstrom I1' derart gefiltert, dass am Ausgang des Tiefpassmodules 2c nur noch der Stromanteil mit der zeitlich langsamen Stromänderung I5 vorhanden ist. Über eine Stromregelschaltung 2d wird der Strom I5 zweiten Hilfsstrom I3 umgewandelt. Dieser Hilfsstrom I3 wird auch als Rückführgröße bezeichnet. Durch den Konstantstrom I2 wird nun die additive Überlagerung des Eingangsstrom I1 mit dem Hilfstrom I3 eine Kompensierung der zeitlich langsamen Änderungen hervorrufen.
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Die dynamische Regelung wird hierbei über die Komponenten 2c und 2d als Regelrückführstrecke realisiert. Die zu regelnde Größe des Regelkreises ist der Strom I5, der lediglich die zeitlich langsamen Stromänderungsanteile des Eingangsstromes besitzt. Wird nun die Regelrückführstrecke 2c und 2d derart ausgebildet, dass sich Strom I3 und I1 derart additiv überlagern, damit die zeitlich langsameren Stromänderungen kompensiert werden, so liegt am Ausgang des Stromspannungsumsetzers 2b eine Ausgangsspannung U1 an, die einen Pegel aufweist, der mit der Information moduliert ist. Durch diesen konstanten Ausgangspegel sind nachfolgende Schaltungen unabhängig von den zeitlich langsamen Stromänderungen und demzufolge unabhängig von der Entfernungsänderung zwischen Sender und Empfangseinrichtung eines solchen Kommunikationssystems.
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3 zeigt eine Prinzipschaltung des Blockschaltbildes aus 2. Es werden N-Kanal und P-Kanal Transistoren verwendet, die neben einem Gateanschluß jeweils einen Drain- und Sourceanschluß aufweisen. Bei N-Kanal Transistoren wird ein mit „N” beginnendes Bezugszeichen verwendet, bei P-Kanal Transistoren ein „P”. Es ist ein Eingangstransistor N1 aufgezeigt, dessen Gateanschluß als Eingangsanschluss dient ist mittels Drainanschluß mit dem Sourceanschluß des Transistors P1 verbunden. Der Transistor P1 weist eine Verbindung zwischen seinem Gate- und Sourceanschluss auf und ist darüber hinaus über seinen Gateanschluß mit dem Transistor P2 verbunden. Die Drainanschlüsse beider Transistoren P1 und P2 sind mit einer positiven Betriebsspannung verbunden. Der Sourceanschluß des Transistors P2 ist weiterhin mit einem Ausgangswiderstand R1 verbunden. Der zweite Anschluß des Ausgangswiderstandes R1 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden. Parallel zum Ausgangswiderstand R1 ist ein Ausgangskondensator C1 geschaltet. Über dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 fällt die Ausgangsspannung U1 ab. Der Bezugspunkt der Ausgangsspannung U1 ist ebenfalls mit einem Stromregler 3d verbunden. Der Ausgang des Stromreglers 3d ist wiederum mit dem Sourceanschluß des Eingangstransistors N1 verbunden. Damit stellt der Stromregler 3d eine Regelrückführstrecke dar. Eine Konstantstromquelle Q1 mit einem Anschluß ebenfalls mit dem Sourceanschluss des Transistors N1 verbunden, ist mit dem 2. Anschluß mit dem Bezugspotential GND verbunden.
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Der Eingangstransistor N1 ruft den Eingangsstrom I1 hervor. Da die Transistoren P1 und P2 als Stromspiegel ausgebildet sind, setzen sie den Strom I1 in einen Hilfsstrom I1' um. Die über dem Widerstand R1 beziehungsweise dem Kondensator C1 entstehende Ausgangsspannung U1 wird mittels des Hilfsstromes I1' erzeugt. Der Widerstand R1 ist demzufolge ein Strom in Spannung umsetzendes Element. Der Kondensator C1 dient hierbei lediglich der Ausfilterung hochfrequenter Anteile des Spannungsspektrums, die keinen signifikanten Beitrag zur Dateninformation leisten. Der Hilfsstrom I1' wird weiterhin über den Stromregler 3d in einen zweiten Hilfsstrom I3 umgesetzt, der additiv mit dem Eingangsstrom I1 derart überlagert wird, dass in der Konstantstromquelle Q1 ein Konstantstrom I2 erzeugt wird.
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4 zeigt eine erste Realisierungsmöglichkeit des Ausführungsbeispiels sowie verschiedene Strom- und einen Spannungsverläufe über der Zeit t. Im Unterschied zu 3 weist 4 lediglich eine detailierte Darstellung der Regelrückführstrecke auf. Die anderen beschriebenen Komponenten aus 3 sind dementsprechend erhalten und genauso verknüpft.
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Entgegen der 3 wird die Regelrückführung in 4a zunächst mit einem Differenzverstärker ΔU gebildet, dessen erster Eingang mit dem Ausgangsspannungspotential U1 und dessen zweiter Eingang mit einem Referenzspannungspotential U2 verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers weist die Differenzspannung U6 auf und ist mit einem Halte-Funktionsschalter A verbunden. Der zweite Anschluss des Schalters A ist mit einem Tiefpasskondensator C2 und dem Gateanschluss des Transistors Q2 verbunden. Der 2. Anschluß des Kondensators C2 ist wiederum mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der Transistor Q2, ist drainseitig mit der positiven Betriebsspannung und sourceseitig mit dem Eingangstransistor N1 verbunden.
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Im Unterschied zu 3 ist die Regelrückführgröße zunächst die Ausgangsspannung U1. Diese Spannung U1 wird über den Differenzverstärker ΔU mit der Referenzspannung U2 verglichen.
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Am Ausgang des Differenzverstärkers ΔU liegt nun die Differenzspannung U6 an, welche zum einen eine zeitlich schnelle Spannungsänderung und eine zeitlich langsame Spannungsänderung beinhaltet und abhängig vom Unterschied zwischen den Spannungen U1 und U2 ist. Da der Ausgang mit dem Tiefpasskondensator C2 verbunden ist, wird nun der Anteil der langsamen Spannungsänderung von dem Anteil der schnellen Spannungsänderung getrennt. C2 stellt quasi einen Kurzschluss für die schnellen Spannungsänderungen dar. Die langsame Spannungsänderung wird hier fortlaufend als U3 bezeichnet und stellt gleichzeitig eine Steuerspannung für den Steuertransistor Q2 dar. Der durch die Spannung U3 von dem Steuertranssitor Q2 hervorgerufene Strom I3 wird wiederum als zweiter Hilfsstrom bezeichnet. Durch den Konstantstrom I2 wird I3 bei einer Veränderung des Stromes I1 im Stromknotenpunkt B additiv mit dem Strom I1 überlagert und die Änderung kompensiert. Für eine zeitlich langsame Änderung des Stromes I1 wird der Strom I3 durch den Steuertransistor Q2 über dessen Gatespannung U3 geregelt. Zeitlich schnelle Änderungen des Stromes I1 werden werden an dieser Stelle direkt über das Sourcepotential des Transsitors Q2 geregelt. Eine zeitlich schneller Anstieg des Stromes I1 verursacht einen Anstieg des Sourcepotentials von Q2. Da U3 nur zeitlich langsame Änderungen beinhaltet, bleibt das Gatepotential des Transistors Q2 gleich, die resultierende Gate-Source-Spannung Spannung wird demnach kleiner. Der erzeugte zweite Hilfstrom I3 verringert sich dadurch und zeitlich schnelle Stromänderung von I1 im Stromknotenpunkt B kompensiert.
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Verdeutlicht werden diese Zusammenhänge in den Strom- und Spannungsverläufen der 4b. Durch den Konstantstrom I2 wird die Kompensation durch die additive Überlagerung der Ströme I1 und I3 im Stromknotenpunkt B erzielt. Hierbei ist schemenhaft skizziert, dass die beschriebene Regelrückführung, die den Strom I3 erzeugt, die zeitlich schnellen Stromänderungen nicht beeinflusst. Dadurch wird ein stets konstanter Ausgangsspannungspegel U1 erreicht, der lediglich abweicht, wenn schnelle Stromänderungen am Widerstand R1 zu schnellen Spannungsänderungen führen.
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In 5 wird eine zweite Realisierungsmöglichkeit des Ausführungsbeispieles dargestellt. Da sich die Ausführungsbeispiele ähneln, wird im folgenden nur auf die Unterschiede zwischen 4 und 5 eingegangen.
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Im Unterschied zu 4, wird der Ausgang des Differenzverstärkers ΔU an den Gateanschluß des Transistors P3 angeschlossen. Dieser wird sourceseitig mit dem Eingangstransistor N1 und drainseitig mit dem Bezugspotential GND verbunden. Die Konstantstromquelle Q1 entfällt in 5. Weiterhin wird der Differenzverstärker mit einer positiven +UB und einer negativen Betriebsspannung –UB betrieben, da die Spannung mit den langsamen Spannungsänderungen U3 ein negative Vorzeichen aufweist.
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Dadurch, dass die variable Stromquelle Q2 durch den Transistor P3 ersetzt wird, muss die Differenzspannung U6 der Regelrückführung auch negative Werte annehmen können. Dadurch wird der Differenzverstärker ΔU, anders als in 4 auch mit negativer Betriebsspannung versorgt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Gate-Source Spannung U3 ein negativeres Spannungspotential als der Source-Anschluss des Eingangstransistors N1 aufweist. Durch diese Spannung U3 wird der Strom I1 geregelt. Der Konstantstrom I2 wird hierbei im Transistor P3 gebildet und hier nicht aufgeführt.
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Die beiden Realisierungsmöglichkeiten, dargestellt in 4 und 5 besitzen eine optionale Haltefunktion. Der Schalter A, welcher bei Betätigen geschlossen oder geöffnet wird, sorgt für eine kurze Unterbrechnung der Regelung und somit zum kontrollierterem Abgriff der Ausgangsspannung U1.
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Ein vereinfachter Stromlaufplan des Ausführungsbeispieles ist in 6 dargestellt. Im Wesentlichen entspricht dieser Stromlaufplan den vorangegangenen Figuren.
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Unterscheidend von den vorigen Figuren sind zunächst einige Transistorbezeichnungen. Die Stromspiegeltransistoren sind in 6 mit P0 und P1, die Konstantstromquelle, als Transistor ausgebildet, ist mit N16, die variable Stromquelle mit N17 und der Tiefpasskondensator ist mit C3 bezeichnet.
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Weiterhin ist die Regelrückführungsstrecke anders aufgebaut. Der Ausgangsspannungspegel U1 wird in der 6 an den Gateanschluß des Transistors N18 angelegt. N18 ist sourceseitig mit dem Bezugspotential, drainseitig mit dem Sourceanschluß des Transistors P23 und dem Gateanschluß des Transistors P26 verbunden. P26 wiederum ist sourceseitig mit dem Drain von N21 und drainseitig mit dem Sourceanschluss des Transistors P24 verbunden. Die Drainanschlüsse von P24 und P23 sind mit dem positiven Bezugspotential GND +UB verbunden. Der Drainanschluss von N21 ist darüber hinaus mit dem Tiefpasskondensator C3 und dem Gateanschluß des Steuertransistors N17 verbunden. Der zweite Anschluß von C3 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der Drainanschluss von N17 ist mit dem positiven Bezugspotential GND verbunden, sourceseitig ist der Transistor mit dem Drainanschluss des Transistors N16 verbunden. Die Gateanschlüsse von N21 und N16 sind mit der N-Kanal Vorladespannung U4, hingegen die Gateanschlüsse von P23 und P24 mit der P-Kanal Vorladespannung U5 verknüpft.
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Der Ausgangsspannungspegel U1 wird hierbei über den Transistor N18 auf einen Spannungswert vorgespannt. Diese statische Sensorausgangsspannung lädt beziehungsweise entlädt den Tiefpasskondensator C3 über den Strom kontrollierten Invertierer, bestehend aus den Transistoren P24, P26 und N24. Vorgeladen wird dieser Invertierer mit den N-Kanal bzw. P-Kanal-Vorladespannungen U4 und U5. Die Spannung, die über C3 abfällt, kontrolliert den zweiten Hilfsstrom I3, welcher zum Source-Anschluss des Eingangstransistors N1 fließt. Die Konstantstromquelle, ausgebildet als Transistor N16, der ebenfalls mit der Vorladespannung U5 vorgeladen wird, weist den additiv überlagerten Konstantstrom I2 im Drain Source Kanal auf, der aus dem Eingangstrom I1 und dem zweiten Hilfsstrom I3 besteht.
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7 zeigt einen detaillierten Stromlaufplan des Ausführungsbeispiels und unterscheidet sich in folgenden Punkten von dem Stromlaufplan in 6. Er beinhaltet den in den Realisierungsmöglichkeiten beschrieben Differenzverstärker ΔU, eine Referenzspannungsquelle, die die Referenzspannung U2 erzeugt und den Haltefunktions-Schalter A in der Regelrückführstrecke.
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Dazu ist Die Ausgangsspannung U1 an den Gateanschluss des Transistor N25 angeschlossen. Drainseitig ist N25 mit dem Gate- und Sourceanschluss des Transistors P35 verbunden. Sourceseitig hingegen mit dem Sourceanschluss des Transistors N24 und dem Drainanschluss von N26. Äquivalent dazu ist N24 drainseitig mit dem Sourceanschluss von P34 verbunden. P34 weist am Gateanschluß eine Verbindung mit dem Gateanschluss von P35 auf. Die Drainanschlüsse von P34 und P35 sind mit der positiven Betriebsspannung verbunden. Der Gateanschluss von N24 ist mit dem Gate- und Sourceanschluss von P42 sowie dem Drainanschluss von P43 verbunden. Gate und Source von P43 ist Bezugspotential GND. Drain von P42 ist Gate und Source von P41. Drain von P41 ist Gate und Source von P40. Drain von P40 ist positives Betriebsspannungspotential. Der Drainanschluss von N24 ist mit dem Drain von N27 und dem Drain von P33 verbunden. Gate von N27 ist mit dem Ausgang eines Invertierers verbunden, Gate von P33 hingegen mit dem Eingang des Invertierers. Der Eingang des Invertierers wird mit „HOLD” bezeichnet und stellt einen Spannungseingang dar. Source von P33 und Source von N27 sind mit dem Tiefpasskondensator C3 verbunden. Ab diesem Punkt stimmt die Regelrückführstrecke wieder mit der der 6 überein.
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Die Ausgangsspannung U1 wird mit der Referenzspannung U2 über einen Differenzverstärker ΔU, gebildet aus N24 und N25, verglichen. Die Ausgangsspannung U1 liegt dabei am Eingangstransistor N25 des Differenzverstärkers ΔU an. Der Differenzverstärker ΔU wird durch einen Stromspiegel, bestehend aus P34 und P35 belastet und über den Transistor N26, der mittels der Spannung U5 vorgespannt ist, mit einem Betriebsstrom versorgt. Der zweite Eingang des Differenzverstärkers ΔU, welcher dem Gate-Anschluss des Transistors N24 entspricht, wird mit der Referenzspannungsspannung U2 versorgt. Diese Spannung U2 wird derart aus einer Referenzspannungsquelle, bestehend aus einer Reiheschaltung der Transistoren P40, P41, P42 und P43 gewonnen, dass am Sourceanschluss des Transistors P42 abgegriffen wird. Diese Reihenschaltung stellt dabei einen Spannungsteiler dar, der so dimensioniert, dass der Referenzspannungspegel U2 ungefähr 400 mV aufweist. Die entstehende Ausgangsspannung des Differenzverstärkers U6 steht nun am Drainanschluss des Transistors N24 zur Verfügung. Dieser Anschluss ist mit dem dargestellte CMOS-Schalter, bestehend aus P33, N27 verbunden. Der CMOS-Schalter ist hierbei der Halte-Funktions-Schalter A. Der Schalter A wird mittels des Invertierers betrieben. Mittels eines Highpegels am „Hold”-eingang wird der Schalter P33, N27 leitend geschaltet und lässt das Differenzspannungssignal U6 an den Kondensator C3.
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Basierend auf der Tatsache, dass der umgesetzte elektrische Strom, im folgenden mit Eingangsstrom bezeichnet, aus einer zeitlich schnellen und einer zeitlich langsamen Stromstärkeänderung besteht, wird in dieser Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung des Dynamikbereiches aufgezeigt. Da die Informationen lediglich in der zeitlich schnellen Stromänderung enthalten sind, wird mittels eines dynamischen Regelkreislaufes die langsame Stromstärkenänderungen kompensiert. Hierzu wird der Regelkreislauf derart ausgestaltet, dass sich der Arbeitspunkt dieses Regelkreislaufes bei schnellen Stromänderung nicht ändert. Ergebnis ist eine Datenübertragung, die unabhängig von langsamen Stromstärkeänderungen ist, also nicht von der Feldstärke und somit der Entfernung der Sende- zur Empfangseinheit abhängig ist und einen konstanten Ausgangsstrompegel für die Daten aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umsetzeinheit Feldstärke-Strom
- 1a
- Empfangseinheit
- 1b
- Nebenschlusselement
- 2
- Auskoppeleinheit
- 2a
- Linearer Stromumsetzer
- 2b
- Strom-Spannungsumsetzer
- 2c
- Tiefpass
- 2d
- Stromregler
- 3
- Demodulationseinheit
- 3d
- Stromregler
- A
- Halte-Funktionsschalter
- C1
- Ausgangskondensator
- C2, C3
- Tiefpasskondensator
- GND
- Bezugspotential
- I1
- Eingangsstrom
- I1'
- Hilfsstrom
- I2
- Konstantstrom
- I3
- Zweiter Hilfsstrom
- I5
- Hilfsstrom mit ausschließlich zeitlich langsamen Stromänderung
- N1
- Eingangstransistor N-Kanal
- N15
- Vorspanntransistor
- N16
- Konstantstromquelle
- N17
- N-Kanal Transistor, Steuertransistor
- N21
- N-Kanal Transistor für Invertierer
- N27
- N-Kanal Transistor für CMOS Schalter
- N24, N25
- N-Kanal Transistoren für Differenzver stärker
- P1, P0/P2
- P-Kanal Transistoren für Stromspiegelung
- P3
- Variable Stromquelle P-Kanal Transistor
- P24
- Stromquellentransistor für Invertierer
- P26
- P-Kanal Transistor für Invertierer
- P33
- P-Kanal Transistor für CMOS Schalter
- P34, P35
- Stromspiegeltransistoren Differenzver stärkung
- P40, P41, P42, P43
- Spannungsteiler
- Q1
- Konstantstromquelle
- Q2
- Steuertransistor
- R1
- Ausgangswiderstand
- t
- Zeit
- U1
- Ausgangsspannung
- U2
- Referenzspannung
- U3
- Gate-Source Spannung
- U4
- Vorladespannung N-kanal Transistoren
- U5
- Vorladespannung P-kanal Transistoren
- U6
- Differenzspannung
- +UB
- Positive Betriebsspannung
- –UB
- Negative Betriebsspannung
- ΔU
- Differenzverstärker
