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Die
Erfindung betrifft Hochgeschwindigkeitsverstärker und deren Offset- und
Verstärkungskalibrierung,
insbesondere Hochgeschwindigkeitsverstärker mit variabler und justierbarer
Verstärkung.
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Schaltkreise
mit Hochgeschwindigkeitsverstärkern
werden zur Verstärkung
der Amplitude eines Signals verwendet. Die Verstärkung eines Verstärkers mit
variabler Verstärkung
(VGA = Variable Gain Amplifier) hängt von einem Steuersignal
ab. Um eine präzise
Verstärkung
zu ermöglichen,
werden üblicherweise
die Endpunkte der Verstärkungskurve
mit großer
Präzision
eingestellt. Dies kann beispielsweise mittels einer ersten Steuerspannung,
mittels derer die minimale Verstärkung
justiert wird, und einer zweiten Steuerspannung bewirkt werden,
mit der die maximale Verstärkung
eingestellt wird. Solche Schaltkreise mit Hochgeschwindigkeitsverstärkern können beispielsweise
in Lese-Schaltkreisen von Computerfestplatten verwendet werden.
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Werden
VGAs bei hohen Frequenzen eingesetzt, so ist die Bandbreite begrenzt,
wobei die Bandbegrenzungen mit steigenden Frequenzen auf Grund der
steigenden Anzahl parasitärer
Pole, die die Übertragungsfunktion
beeinflussen, zunehmen. Implementierungen von VGAs in Anwendungen
für niedrigere
Frequenzen basieren häufig
auf einem Ansatz mit Rückkopplung,
wobei die Verstärkung
durch den Rückkopplungsfaktor
bestimmt ist, beispielsweise duch Widerstände im Rückkopplungspfad. Dieser Rückkopplungspfad
weist jedoch parasitäre
Pole auf, die die maximale Bandbreite für einen stabilen Betrieb begrenzen.
Bei hohen Frequenzen mangelt es dieser Technik ohne Rückkopplung
an Bandbreite und damit auch mit Rückkopplung. VGAs für extrem schnelle
Anwendungen basieren daher typischerweise auf einem Ansatz ohne
Rückkopplung
und benötigen
zusätzliche
Maßnahmen,
um eine gut steuerbare Verstärkung
zu ermöglichen.
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1 zeigt
einen schematischen Schaltkreis eines konventionellen Hochgeschwindigkeits-Verstärkungsschaltkreises 100.
Das zu verstärkende Eingangssignal
wird dabei als differentielles Signal in den Schaltkreis gespeist,
das heißt
mit einem positiven Anteil Vin_P und einem negativen Anteil Vin_N. Die Signalkomponenten
werden zur Erzeugung eines Ausgangssignals in einen VGA 110 gespeist,
wobei das Ausgangssignal eine positive Signalkomponente Vout_P und
eine entsprechende negative Signalkomponente Vout_N aufweist. Die
tatsächliche Verstärkung des
VGA kann mittels eines Steuersignals, wie beispielsweise einer Steuerspannung Vtune_max,
die die maximale Verstärkung
bestimmt, und einer zweiten Steuerspannung Vtune_min, die die minimale
Verstärkung
bestimmt, justiert werden.
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Wie
in 1 dargestellt ist ein Beispiel einen solchen zusätzlichen
Steuerschaltkreis eine parallele Implementierung (oder mehr als
eine) des Verstärkers
ohne Rückkopplung 110,
der auf die benötigte Verstärkung eingestellt
wird (oder auf mehr als eine Verstärkung, beispielsweise eine
maximale und eine minimale Verstärkung).
Diese so genannten Replica-Schaltkreise 160, 161 weisen
langsame Verstärker 180, 181 auf,
die zur Justierung der Verstärkungssteuersignale
dienen. Diese Steuersignale können
beispielsweise Spannungen sein, die verstärkungsbestimmende Vorrichtungen
der Verstärker in
einem gewünschten
Betriebszustand halten. In diesen konventionellen Implementierungen
ist erheblicher Aufwand zur Justierung der gewünschten minimalen und maximalen
Verstärkung
notwendig. Weiterhin sind die Komponenten in diesen Schaltkreisen nicht
ideal, so dass diese parasitäre
Effekte, wie beispielsweise Offsets, in dem Steuerschaltkreis bewirken
können,
die die erreichbare Genauigkeit verringern. Diese Parameter können in
Abhängigkeit
von der Temperatur während
des Betriebs variieren.
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Typischerweise
können
die VGAs 110, 160 und 161 aus mehreren
Transistoren (entweder MOS oder bipolare Typen oder beide) zusammengesetzt sein,
die eine Offset-Spannung zu den Ausgangsspannungen Vout_P und Vout_N
hinzufügen
können. Der
VGA 110 bietet das Zuführen
eines Signals zur Kompensation der Offset-Spannung an, das heißt eine
Spannung Offset_comp kann zur Kompensation in den VGA einspeist
werden.
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Zwei
Verfahren sind zur Generierung des Steuersignals Offset_corp bekannt.
Falls die Mittelung der Eingangssignale Vin_P und Vin_N Null ist, so
kann hierfür
ein Tiefpassfilter an den Ausgang des VGA gekoppelt werden. Tiefe
Frequenzen oder Gleichspannung (DC) passieren den Tiefpassfilter, wohingegen
ein Ausgangssignal hoher Frequenz blockiert wird. Auf diese Weise
kann ein Offset-Kompensationssignal, beispielsweise ein Strom oder
eine Spannung, aus der Gleichspannungskomponente am Ausgang des
Tiefpassfilters gewonnen werden, welches als Steuersignal zur Justierung
des Offset des VGA zu Null dient.
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Nachteilig
bei diesem Verfahren ist die lange Einschwingzeit bei der Justierung
des Steuersignals wegen der niedrigen Grenzfrequenz des Tiefpassfilters.
Alternativ kann der in 1 dargestellte Schaltkreis implementiert
werden.
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In
dieser Alternative kann das Eingangssignal, also Vin_P und Vin_N,
beispielsweise mittels der Schalter 120 von dem VGA getrennt
werden, und die Eingangskontakte des VGA 110 können mittels
der Schalter 130 kurzgeschlossen werden. Der Kurzschluss
der Eingangskontakte erzwingt ein Nullsignal an den Eingangskontakten
des VGA 110. Idealerweise sollte das Ausgangssignal dann
ebenfalls Null sein, das heißt
zwischen den Ausgangskontakten sollte keine Spannung anliegen. Der
Auto-Zero-Block 140, der mit den Ausgangskontakten des
VGA verbunden ist, erzeugt ein in den VGA 110 einzuspeisendes
Steuersignal Offset_comp, welches typischerweise eine Steuerspannung
ist, und mit der eine Offset-Spannung am Ausgang des VGA kompensiert
wird. Da in diesem Auto-Zero-Kalibrierungsintervall kein Eingangssignal
in den VGA eingespeist wird, muss die Einschwingzeit kurz sein,
um die Dauer der Auto-Zero-Phase zu minimieren. In einer Ausführungsform
kann der Auto-Zero-Block 140 als Operationsverstärker mit
einer Rückkopplungsschleife betrieben
werden, um die Offset-Spannung des VGA 110 durch Erzeugen
eines entsprechenden Steuersignals Offset_Corp auf Null einzuregeln.
Dabei kann der Wert des Offset_corp Signals in einem analogen Speicherschaltkreis,
beispielsweise in einem Kondensator, gespeichert werden. Analoge
Elemente wie Kondensatoren verlieren jedoch ihre Ladung, so dass
das Auto-zero Intervall regelmäßig wiederholt werden
muss, um den Wert der Offset_comp Spannung zu aktualisieren. Aufgrund
der nicht-idealen Eigenschaften der Komponenten können sich
deren Charakteristika beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur
verändern.
Wiederholte Auto-Zero Phasen können
diese Veränderungen
ausgleichen. Alternativ kann eine schrittweise Annäherung mittels eines
Komparators, eines Digital-Analog-Konverters (DAC = Digital-to-Analog
Converter) oder einer anderen Steuerlogik anstelle eines Operationsverstärkers verwendet
werden. Nachdem der DAC auf den erforderlichen Wert eingeschwungen
ist, ist das Offset_corp Signal damit statisch. Dies verringert
die Anforderungen an die Schaltungen zum Speichern des Wertes, beseitigt
jedoch nicht die Notwendigkeit zur Aktualisierung des Offset_corp
Signals, um den Veränderungen
der Offset-Spannung des VGA zu begegnen. Weiterhin muss ein aufwendige
Steuerschaltung eingesetzt werden, bei der beispielsweise für den DAC
Komparator oder die Steuerlogik ein passendes Taktsignal bereitgestellt
werden muss.
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Der
Schaltkreis aus 1 weist zur Erzeugung der Signale,
beispielsweise Steuerspannungen, zur Steuerung der minimalen und
maximalen Verstärkung
des VGA den von dem strichlinierten Viereck umgrenzten Spannungsgenerator 150 auf. Der
Spannungsgenerators 150 weist auf der linken Seite einen
ersten Schaltungsbereich, der das Steuersignal Vtune_max zur Steuerung
der maximalen Verstärkung
erzeugt, und auf der rechten Seite einen zweiten identischen Schaltungsbereich
auf, der das Steuersignal Vtune_min zur Justierung der minimalen
Verstärkung
des VGA 110 erzeugt. Da diese Schaltungsbereiche identische
Elemente aufweisen und in derselben Weise betrieben werden, gilt
die nachfolgende Beschreibung für
beide Schaltungsbereiche gleichermaßen.
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Die
Schaltungsbereiche sind außerhalb
des Signalpfades des zu verarbeitenden Eingangssignals platziert
und sind nahezu Kopien des im Signalpfad angeordneten VGA 110.
Die gewünschten
Steuersignale Vtune_max und Vtune_min können dadurch erzeugt werden,
dass in den Schaltungsbereich zur Erzeugung des Signals Vtune_max
eine geringe Spannung und entsprechend in den Schaltungsbereich zur
Erzeugung des Vtune_min Signals eine hohe Spannung eingespeist wird,
wobei das jeweils erzeugte Ausgangssignal mit einer gewünschten
Zielspannung verglichen wird. Beispielsweise kann dies mittels eines
Spannungsteilers 170, 171 und einem nachfolgenden
Operationsverstärker 180, 181 erreicht
werden, der das gewünschte
Steuersignal Vtune_max bzw. Vtune_min einregelt. Der Spannungsteiler,
der dabei beispielsweise differentiell betrieben werden kann, teilt
eine erste Eingangsspannung, die vom VGA Ausgang gepuffert wird,
und eine zweite Eingangsspannung, die von der Referenzspannung gepuffert,
und die an den Eingang des VGA angelegt ist. Die resultierenden
Spannungen Verr und Vε sind dabei genau dann
Null, wenn das Verhältnis
dieser beiden Spannungen dem Verhältnis der Widerstände des Spannungsteilers
entspricht, der die Verstärkung
definiert.
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Für den Schaltungsbereich,
der das Vtune_max Signal erzeugt, wird beispielsweise der geringere
Spannungsanteil des Teilers 170 an den Eingang des VGA 160 gekoppelt,
also die niedrige Spannung Vref_L. Trifft die Ausgangsspannung des VGA 160 nicht
die gewünschte
Verstärkung
und dementsprechend nicht die gewünschte Spannung, so gibt der
Spannungsteiler 170 das Fehlersignal Verr aus, das dem
Verstärker 180 zugeführt wird.
Der Operationsverstärker 180 gibt
ein entsprechendes Signal aus, welches als Steuersignal zur Justierung der
Verstärkung
des VGA 160 verwendet wird. Da der VGA 160 eine
Replica, also ein Nachbau, des VGA 110 ist, kann das Steuersignal
des Verstärkers 180 als
Steuersignal für
den VGA 110 verwendet werden.
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Hinsichtlich
des Schaltungsteils, der das Steuersignal zur Justierung der minimalen
Verstärkung
generiert, wird der Teil des Teilers 171 für den höheren Spannungsanteil
an die Referenzspannung Vref_H gekoppelt. Analog zu dem ersten Schaltungsteil
wird das von dem Verstärker 181 ausgegebene Steuersignal
als Steuersignal Vtune_min zur Justierung der minimalen Verstärkung des
VGA 110 verwendet.
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Auf
diese Weise emulieren die VGAs 160 und 161 in
den Schaltungsteilen den VGA 110, um so die Steuersignale
Vtune_max und Vtune_min zu erzeugen.
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Offset-Spannungen
in den Replica-Schaltungen wie auch in den übrigen Elementen der Schaltungsteile
beeinflussen jedoch die Erzeugung der gewünschten Steuersignale Vtune_min
und Vtune_max, insbesondere die Erzeugung des Steuersignals für die maximale
Verstärkung.
Dies wird noch dadurch verschärft,
dass Elemente in den Verstärkerkreisen,
beispielsweise Transistoren und Widerstände, so klein wie möglich ausgelegt
werden, um parasitäre
Kapazitäten
zu minimieren und um so hohe Bandbreiten zu erreichen. Die Elemente
sind daher mit kleinen Flächen
bemessen, was wiederum wegen Unzulänglichkeiten der Herstellungsprozesse und
in Vergleich zu den Spannungen der Eingangssignale hohe Offset-Spannungen
bewirkt.
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Um
die Steuerspannungen Vtune_max und Vtune_min erzeugen zu können, sind
die VGAs 160 und 161 in den meisten Fällen möglichst
genaue Kopien des im Signalpfad angeordneten VGAs 110.
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Die
Offset-Spannungen der Schaltungsteile können mittels konventioneller
sogenannter "Chopper"-Verfahren minimiert
werden. Hierzu weisen die Replica-Schaltungen Schalter 190 bis 195 auf,
um die Eingangsleitungen der Referenzspannungen Vref_L und Vref_H
und ebenso die Ausgangsspannungen der VGAs 160, 161 im
Takt des Chopper-Taktsignals jeweils kreuzweise zu vertauschen, wobei
das Chopper-Taktsignal von einem konventionellen Taktsignalgenerator 1100 erzeugt
wird. Wie dargestellt sind die Schalter 190 bis 195 mit
dem Chopper-Taktsignal verbunden. Die Schalter 190 bis 195 tauschen
damit im Takt des Chopper-Signals die Polarität ihres Ausgangs. Folglich
tauschen damit die Polarität
der Ein- und der Ausgangsspannungen der VGAs 160 und 161 ihre
Polarität,
wobei die Speicher 1110 bis 1113 die Spannungen
speichern, wenn die Signale getauscht werden. Die Ausgangssignale
der VGAs 160 und 161 sowie die Referenzspannungen Vref_L
und Vref_H, die mit den Eingängen
der VGAs 160 und 161 verbunden sind, werden entsprechend mittels
der Schalter 192 bis 195 vertauscht, so dass die
Eingangsspannung des Spannungsteilers nicht wechselt.
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Eine
durch die VGAs 160 und 161 erzeugte Offset-Spannung,
die während
eines Chopper-Zyklus gleich bleibt, wird somit im Takt des Chopper-Taktes
moduliert und auf die Fehlerspannung Verr am Eingang der Verstärker 180, 181 jeweils
aufaddiert. Die Rückkopplungsschleife
koppelt diesen Wechsel auf den Eingang der Operationsverstärker jeweils
zurück,
nämlich
indem die Steuersignal Vtune_max_chop und Vtune_min_chop einen Wechselanteil
mit der Frequenz des Chopper-Taktsignals aufweisen. Da der Wechselanteil
herausgefiltert werden muss, bevor die Ausgangssignale der Schaltungsteile
dem VGA 110 zugeführt
werden, weist jeder Schaltungsteil einen Tiefpassfilter 1120 bzw. 1121 auf,
der den Wechselanteil jeweils entfernt, so das die Steuersignale
Vtune_max und Vtune_min den Wechselanteil jeweils nicht enthalten.
Diese zusätzliche
Filterung erhöht
die Einschwingzeit der Steuersignale, nachdem der gesamte Schaltkreis hochgefahren
wurde. Falls der Schaltkreis 100 regelmäßig und in kurzen Zeitabständen abgeschaltet
und gestartet wird, kann es notwendig werden, die Schaltungsteile,
welche die Replica-VGAs 160 und 161 umfassen,
ständig
in Betrieb zu halten, um damit eine längere Einschwingzeit nach einem
Startvorgang zu verhindern, was jedoch die Verlustleistung erhöht.
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Weiterhin
funktioniert dieser Schaltkreis nur solange wie es eine lineare
Korrelation zwischen den Steuersignalen und der Verstärkung der
VGAs gibt. Dies ist für
gewöhnlich
der Fall in einem begrenzten Bereich um einen Betriebspunkt herum,
wohingegen große
Offset-Spannungen zu einem nichtlinearen Wechsel der Steuerspannungen
führen,
was unterschiedliche Steuerspannungen in den Intervallen des Chopper-Taktsignals
bewirkt. Diese Nichtlinearität kann
nicht durch eine einfachen Tiefpassfilter eliminiert werden, die
damit eine Verzerrung in den Verstärkungswerten des VGA 110 hervorruft.
Dementsprechend muss zusätzlicher
Aufwand betrieben werden, um diese Effekte zu vermeiden, beispielsweise
in dem die Fehlerspannung Verr in den Verstärkern 180 und 181 integriert
wird, um so die Amplitude der Schwankungen des Steuersignals zu
verringern und damit einen linearen Betrieb zu ermöglichen.
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Weiterhin
gibt es Unterschiede zwischen dem VGA 110 und den Replica-Schaltkreisen 160, 161,
durch die eine verfälschte
Fehlerspannung Verr erzeugt werden kann. Da die Bandbreite eines
Verstärkers
von der Temperatur und anderen Faktoren abhängt, wird es somit immer Unterschiede
zwischen dem VGA 110 und den Replica-Schaltkreisen geben.
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Aufgrund
der Replika-Schaltungsteile benötigt
der Auto-Zero Block 140 mit den Schaltern 120 und 130 eine
große
Fläche
auf einem Chip, verbraucht viel Energie und ist anfällig für Abweichungen
in der Verstärkung,
die durch unterschiedliche Temperaturen und Produktionsschwankungen
verursacht werden.
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Folglich
besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen neuen Schaltkreis
zur Ermittlung von Steuersignalen für einen Verstärker vorzuschlagen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt
einen Verstärker
variabler Verstärkung
(VGA) nach dem Stand der Technik mit zwei Replica-Schaltungsanteilen
zur Erzeugung der Steuersignale;
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2 zeigt
eine schematische Übersicht
eines Schaltkreises gemäß der Erfindung;
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3 zeigt
schematisch einen analogen Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsschaltkreis;
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4 zeigt
schematisch einen MUX- und Halteschaltkreis;
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5 zeigt
schematisch einen digitalen Auto-Zero und Verstärkungskalibrierungsschaltkreis;
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6 zeigt
schematisch eine Alternative eines Auto-Zero und Verstärkungskalibrierungsschaltkreises
mit einem Analog-digital-Konverter;
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben.
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2 zeigt
einen schematischen Schaltkreis 200 gemäß der Erfindung, wobei in diesem
Ausführungsbeispiels
zur Verstärkung
eines Eingangssignals ein VGA 210 verwendet wird. Verstärker mit
fixer Verstärkung
können
ebenso verwendet werden, für die
beispielsweise ein Signal für
eine Offset-Kompensation ermittelt werden kann.
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Das
Eingangssignal, das ein differentielles Signal mit einer ersten
Spannung Vin_P, die der positive Anteil sein kann, und einer komplementären Spannung
Vin_N, wird in den VGA 210 eingespeist. Der VGA 210 erzeugt
an seinen Ausgangsanschlüssen
ein verstärktes
Ausgangssignal, welches einen positiven Signalanteil Vout_P und
einen dazu komplementären
Signalanteil Vout_N aufweist.
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Das
Eingangssignal kann jedoch auch ein nicht-differentielles Signal
sein, also ein Signal auf einer einzelnen Leitung mit Erd- oder
irgend einem anderen Potential als Referenzpotential, wobei das
Referenzpotential dem VGA zugeführt
wird. In diesem Fall weist der VGA nur einen Anschluss für das zu verarbeitende
Eingangssignal und ebenso nur einen Anschluss für das entsprechende Ausgangssignal auf.
Eine Offset-Spannung entsteht in diesem Fall entsprechend zwischen
dem Ausgangsanschluss und dem Referenzpotential. Zur Kompensation
der Offset-Spannung können
die nachfolgend beschriebenen Schaltkreise und Verfahren verwendet
werden.
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Ähnlich wie
der VGA im Signalpfad des vorbeschriebenen Schaltkreises nach dem
Stand der Technik weist der VGA 210 zwei Eingangsanschlüsse für die Steuersignale
Vtune_max und Vtune_min auf, die typischerweise Steuerspannungen
sind, und mit denen die maximale sowie die minimale Verstärkung gesteuert
werden. Weiterhin weist der VGA 210 einen Anschluss für ein drittes
Steuersignal Voffset_comp auf, welches die Offset-Spannung des VGA 210 steuert
und damit die Offset-Spannung des Ausgangssignals zu Null regelt.
Der VGA 210 weist insoweit dieselben Eigenschaften auf
wie derjenige im Signalpfad von 1.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf Kalibrierschaltungen, wie diese
beispielsweise durch das strichlinierte Viereck umgrenzt ist, zur
Bestimmung und Erzeugung der Signale Vtune_max und Vtune_min zur
Verstärkungsjustierung
und bzw. zur Bestimmung und Erzeugung des Signals zur Offset-Justierung
Voffset_comp.
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Nachfolgend
werden die Elemente des Kalibrierschaltkreises und ihre Funktion
anhand des schematischen Schaltkreises beschrieben, wobei funktionale
Komponenten durch Kästen
beispielhaft dargestellt sind. Einige werden im Folgenden detaillierter
beschrieben.
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Die
Erzeugung der Steuersignale kann in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen
erfolgen, wobei in jedem Zeitintervall ein oder mehrere Steuersignale Vtune_min
oder Vtune_max oder Voffset_comp ermittelt werden können. Die
Reihenfolge der Bestimmung kann dabei variiert werden, beispielsweise
in Abhängigkeit
davon, welches Steuersignal am schnellsten von seinem zuletzt bestimmten
Wert abdriftet. Alternativ können,
beispielsweise beim Einschalten des Schaltkreises oder falls gewünscht, alle Steuersignale
in einem einzigen Zeitintervall betsimmt werden, wobei die Reihenfolge
variiert werden kann. Die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Bestimmungen
eines Wertes eines Steuersignals kann beispielsweise davon abhängen, wie
schnell der Wert veraltet sein wird, wobei der Wert eines Steuersignals
beispielsweise in Abhängigkeit
von temperaturveränderlichen
Charakteristiken des Schaltkreises veralten kann. Weiterhin kann
eine Kalibrierung eines Steuersignals wiederholt werden, falls der
bestimmte Wert nicht verlustlos gespeichert werden kann. Das heißt, falls
der bestimmte und gespeicherte Wert beispielsweise aufgrund eines Kriechverlusts
in einem nicht-idealen Speicherelement seinen Wert verliert, so
kann ein neuer Wert bestimmt und gesetzt werden.
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Die
Bestimmung des Offset justierenden bzw. kompensierenden Steuersignals
kann beispielsweise als erstes erfolgen, so dass die nachfolgenden Bestimmungen
der Steuersignale Vtune_min und Vtune_max nicht durch eine Offset-Spannung
beeinflusst werden.
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Nachfolgend
wird ein erster Modus zur Justierung der Werte der Steuersignale
näher beschrieben,
der nachfolgend Initialmodus genannt wird. Ein Zeitintervall zur
Bestimmung eines Wertes eines Steuersignals beginnt mit dem Setzen
des Auto-Zero- und Kalibriersignals AZCAL, welches den Auto-Zero
und Verstärkungskalibrierlogikblock 220 startet,
der nachfolgend Logikblock 220 genannt wird. Der Block 220 ist
mittels einer Signalleitung mit einem Referenzspannungsgenerator 230,
mit dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 und einem
analogen MUX- und Steuerspannungshalteblock 250 verbunden
und stößt die Bestimmung
eines Steuersignalwertes in diesen Blocks an.
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Zur
Bestimmung der Offset-Kompensationssteuerspannung Voffset_comp öffnet der
Logikblock 220 die Schalter 260 durch Setzen eines
geeigneten Signals switch_ctrl1. Gleichzeitig werden die Schalter 270 durch
ein geeignetes Signal switch_ctrl2 geschlossen. Auf diese Weise
wird das Eingangssignal, das heißt die Signale Vin_P und Vin_N,
von dem VGA 210 getrennt, und die Ausgangssignale des VGA 210 werden
mit dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 verbunden.
Das heißt, dass
die Kalibrierkreise mit dem Ein- und Ausgang des VGA 210 verbunden
werden. Logik-Block 220 stößt den Referenzspannungsgenerator
an eine Nullspannung als Vin_ref an den Eingang des VGA 210 anzulegen.
Falls der Offset-Kompensationswert zum ersten Mal bestimmt wird,
beispielsweise nach einem Einschaltvorgang, so wird der Verstärkungswert
des VGA auf einen Mittelwert gesetzt, da die Verstärkungswerte
noch nicht bestimmt worden sind. Entsprechend der Nullspannung an
seinem Eingang gibt der VGA 210 nur die Offset-Spannung
aus, die dem Auto-zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 zugeführt wird.
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Abhängig von
der eingespeisten Offset-Spannung erzeugt der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 eine
Steuerspannung Vcontrol, die an den analogen Multiplexer- und Abstimmspannungshaltekreis 250 gekoppelt
ist, nachfolgend MUX- und Haltekreis 250 genannt. Eine
Referenzspannung Vout_target, in diesem Ausführungsbeispiel eine Nullspannung,
wird von dem Referenzspannungsgenerator 230 erzeugt und
als Referenzspannung an den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 geliefert,
so dass der Block 240 seine Ausgangs-Steuerspannung Vcontrol zur
Steuerung des VGA 210 so einregelt, dass dieser die Referenzspannung
ausgibt. Das heißt,
falls die Ausgangssignale Vout_P und Vout_N des VGA 210 nicht
mit der vom Referenzspannungsgenerator eingespeisten Referenzspannung übereinstimmen,
so regelt der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungskreis 240 sein
Ausgangssignal Vcontrol so ein, dass der VGA 210 entsprechende
Ausgangssignalkomponenten Vout_P und Vout_N ausgibt. Der MUX- und Haltekreis 250 leitet
den eingeregelten Signalwert Vcontrol an den entsprechenden Steueranschluss des
VGA 210 weiter, so wie dies in der Zeichnung für das Signal
Voffset_comp dargestellt ist. Der VGA 210 stellt dementsprechend
die Offset-Spannung an seinem Ausgang ein und schließt damit
den Rückkopplungspfad
zu dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240,
der das Steuersignal wiederum so einregelt, dass die Offset-Spannung
des VGA 210 vollständig
kompensiert ist.
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Der
MUX- und Haltekreis 250 dient zum multiplexen, das heißt zum Ankoppeln über einen
Schalter, der eingespeisten Steuerspannung Vcontrol an einen passenden
Steuersignaleingang des VGA 210, der für ein ermitteltes Steuersignal
vorgesehen ist. Beim Ermitteln des Offset-Kompensationssignals koppelt
der MUX- und Haltekreis 250 das Signal Vcontrol, das von
Block 240 eingespeist wird, an den Steuersignaleingang
für die
Offsetkompensation des VGA 210. In gleicher Weise koppelt
der MUX- und Haltekreis die entsprechenden Steuersignale Vtune_max
oder Vtune_min an die entsprechenden Steuersignaleingänge des
VGA 210, wenn die Werte für die maximale und minimale
Verstärkung
bestimmt sind. Weiterhin kann der MUX- und Haltekreis 250 Werte
von Steuersignalen speichern, um diese ohne Unterbrechung an die
entsprechenden Eingänge
des VGA 210 zu koppeln. Das heißt, wenn ein Wert eines Steuersignals
einmal in dem MUX- und Haltekreis 250 gespeichert ist,
wird dieser permanent an den VGA geliefert bzw. angelegt.
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Das
Zeitintervall zur Einregelung eines Wertes eines Steuersignals endet,
sobald das Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungssignal
AZCAL zurückgesetzt
wird und der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungslogikblock 220 durch
Rücksetzen
des Signals switch_ctrl2 entsprechend die Schalter 270 öffnet, um
den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 vom
Ausgang des VGA 210 und den Referenzspannungsgenerator 230 vom
Eingang des VGA 210 zu trennen. Ebenso werden die Schalter 260 durch
ein entsprechendes Signal switch_ctrl1 geschlossen, um wieder das
Eingangssignal an den VGA 210 anzukoppeln. Das heißt, dass
am Ende eines Zeitintervalls das Eingangssignal an den VGA 210 an-
und die Blöcke
des Kalibrierungskreises von dem VGA 210 abgekoppelt werden,
mit Ausnahme des MUX- und Haltekreises 250, der die ermittelten Steuersignale
permanent in den VGA einspeisen soll. Der Verstärker wird damit vor dem Beginn
eines Zeitintervalls zur Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierung von seiner
Produktionsumgebung getrennt und danach wieder mit dieser verbunden.
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Im
Anschluss an die Bestimmung des Wertes für das Offset-Kompensationssignal Voffset_comp
kann ein Wert zur Steuerung der maximalen oder minimalen Verstärkung des
VGA 210 ermittelt werden, wobei es keine bevorzugte Reihenfolge
zur Bestimmung eines Wertes gibt, da sich diese nicht gegenseitig
beeinflussen.
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Das
heißt,
dass beispielsweise in einer nachfolgenden Auto-Zero und Verstärkungskalibrierungsphase
der Wert des Steuersignals Vtune_max zur Steuerung der maximalen
Verstärkung
des VGA 210 bestimmt, d. h. kalibriert werden kann, wobei
die Ermittlung über
das Auto-Zero und Kalibrierungssignal AZCAL angestoßen wird.
Der Logikblock 220 steuert die Signale switch_ctrl1 und
switch_ctrl2 entsprechend, welche die Schalter 260 öffnen und
die Schalter 270 schließen, den VGA 210 von
den Eingangssignalkomponenten Vin_P und Vin_N trennen und mit dem
Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 sowie
mit dem Referenzspannungsgenerator 230 verbinden. Der Referenzspannungsgenerator wird
angestoßen
eine niedrige Referenzspannung Vin_ref zu erzeugen, die an den Eingang
des VGA 210 angelegt wird, und eine hohe Referenzspannung zu
erzeugen, die der Höhe
des gewünschten
Ausgangssignals des VGA bei maximaler Verstärkung entspricht, und die in
den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock
als Zielspannung Vout_target eingespeist wird. Der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock,
der mit dem Ausgangssignal des VGA verbunden ist, wird angestoßen seine
Ausgangssteuerspannung Vcontrol so einzuregeln, dass die Ausgangsspannung
des VGA mit der Höhe
der gewünschten
Zielspannung Vout_target übereinstimmt,
beispielsweise indem der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock die Steuerspannung
Vcontrol erhöht,
falls Vout_N oder Vout_P unterhalb der Spannungshöhe von Vout_target
sind, um so die Verstärkung
in dem VGA zu erhöhen.
Ebenso wie bereits zuvor erläutert
leitet der MUX- und Haltekreis 250 diese Steuerspannung an
den VGA weiter, wobei in diesem Fall der Logikblock den MUX- und
Haltekreis 250 anstößt, das Steuersignal
als Signal Vtune_max auf denjenigen Eingang zu schalten, der für das die
maximale Verstärkung
bestimmende Signal vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das Steuersignal Vtune_max
in einer geschlossenen Regelschleife ermittelt werden, so dass eine
genaue Bestimmung des Steuersignals Vtune_max erreicht wird. Sobald
das Signal ermittelt ist, wird es in dem MUX- und Haltekreis 250 gespeichert
und permanent in den VGA 210 eingespeist.
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So
wie für
die Ermittlung des Steuersignals für die Offset-Kompensation wird
das Zeitintervall für die
Bestimmung eines Steuersignals zur Steuerung der maximalen Verstärkung des
VGA beendet, wenn das AZCAL Signal zurückgesetzt wird. Der Logikblock 220 setzt
die Signale switch_ctrl1 und switch_ctrl2 entsprechend zurück, um den
Referenzspannungsgenerator 230 und den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 vom
VGA zu trennen und das Eingangssignal mit dem VGA zu verbinden.
Ebenso wie oben beschrieben sind alle Steuereingänge des VGA ununterbrochen
mit dem MUX- und Haltekreis 250 verbunden, sodass diese Verbindungen
von den Schaltvorgängen
unbeeinflusst bleiben.
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Zur
Bestimmung des Wertes des Steuersignals Vtune_max muss die Amplitude
der geringen Spannung des Referenzsignals, die in den VGA 210 eingespeist
wird, klein genug sein, um den Wert des Steuersignals für die maximale
Verstärkung
bestimmen zu können.
Das Referenzsignal mit geringer Spannung muss jedoch gleichzeitig
groß im
Vergleich zu jeder Offset-Spannung im Verstärker sein, das heißt insbesondere
denen in der ersten Verstärkungsstufe
des VGA 210, da anderenfalls der Fehler bei der Bestimmung
des Wertes für
das Steuersignal groß wird.
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Der
Wert des Steuersignals Vtune_min kann analog wie für Vtune_max
bestimmt werden. Das heißt,
der Eingang des VGA 210 wird vom Eingangssignal getrennt
und mit dem Referenzspannungsgenerator 230 verbunden, und
der Ausgang des VGA wird mit dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock
verbunden. Der Logikblock 220 steuert den Referenzspannungsgenerator 230 so
an, dass dieser eine hohe Eingangsspannung Vin_ref an den Eingang
und eine entsprechende gewünschte
Zielspannung Vout_target an den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 liefert.
Der Block 240 regelt dann sein Ausgangssignal Vcontrol
so ein, dass die Amplitude der Ausgangsspannung des VGA 210 mit
der gewünschten
Zielspannung Vout_target übereinstimmt.
Der MUX- und Haltekreis 250 wird von dem Logikblock 220 so
angesteuert, dass dieser die Steuerspannung Vcontrol als Steuersignal Vtune_min
an den zum Empfang des Steuersignals zur Steuerung der minimalen
Verstärkung
vorgesehenen Eingang des VGA 210 anlegt. Der ermittelte Wert
des Steuersignals Vtune_min wird schließlich in dem MUX- und Haltekreis 250 gespeichert,
um den Signalwert von da an permanent an den VGA 210 zu liefern.
Alternativ kann ein Zwischenwert von Vtune_min in dem MUX- und Haltekreis
gespeichert werden, sodass im Falle eines unerwarteten Endes der
Kalibrierung zumindest ein sinnvoller, wenngleich nicht idealer
Wert gespeichert ist. Die Kalibrierphase kann durch ein entsprechend
gesetztes bzw. zurückgesetztes
Signal AZCAL beendet werden, welches den Logikblock 220 anstößt den Auto-Zero- und Kalibrierungsblock
vom Ausgang des VGA 210 und den Referenzspannungsgenerator 230 vom
Eingang des VGA 210 zu trennen und das Eingangssignal,
also Vin_P und Vin_N, auf den VGA zu schalten.
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Da
in diesem Fall das Verhältnis
der Referenzeingangsspannung Vin_ref zur gewünschten Zielspannung Vout_target
groß und
damit auch die Ausgangsspannung des VGA groß ist, wird der Fehler in dem
zugehörigen
Steuersignal Vtune_max klein sein.
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Auf
diese Weise können
mit dem Logikblock 220, dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240,
dem Referenzspannungsgenerator 230 und dem MUX- und Haltekreis 250 die
ersten Werte der Steuersignale Voffset_comp, Vtune_max und Vtune_min
zu Beginn des Betriebs ermittelt werden, wobei jeder Wert in dem
MUX- und Haltekreis gespeichert wird.
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Sobald
die Steuersignale einmal bestimmt wurden, können die Werte je nach Notwendigkeit
mit den oben beschriebenen Verfahren aktualisiert werden, wobei
in einer Kalibrierphase einer oder mehrere der Steuersignalwerte
bestimmt werden können.
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Alternativ
zu dem vorbeschriebenen Initial-Modus Verfahren zur Bestimmung der
Werte ist folgendes Verfahren möglich,
welches nachfolgend Nachfolge-Modus genannt wird. Ein Grund für die Ermittlung
eines Wertes für
ein Steuersignal ist, dass der Wert von seinem zuletzt gesetzten
Wert abdriften kann, das heißt,
dass ein gespeicherter Wert beispielsweise auf Grund eines Kriechstroms
oder einer anderen nicht-idealen Eigenschaft des Speichermittels
in dem MUX- und Haltekreis 250 abdriften kann. Ein weiterer
möglicher
Grund für
eine Aktualisierung eines gespeicherten Wertes eines Steuersignals
ist das Abdriften einer Eigenschaft des VGA 210, so dass
die Steuersignale den sich ändernden
Eigenschaften des VGA folgen.
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Im
Nachfolge-Modus wird der Eingang des VGA 210 von dem Eingangssignal
getrennt, das heißt
von seiner normalen Betriebsumgebung, und wird mit der Referenzspannung
Vin_ref des Spannungsgenerators 230 verbunden. Weiterhin
wird der Ausgang des VGA mit dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 verbunden,
was durch ein geeignetes Setzen des Signals AZCAL erreicht werden
kann, so dass der Logikblock 220 die Signale switch_ctrl1
und switch_ctrl2 entsprechend setzt, um die Schalter 260 zu öffnen und
die Schalter 270 zu schließen. Die Werte des Ausgangs
des VGA können auf
Speichermitteln gespeichert werden, beispielsweise als Spannungen
auf Kondensatoren in dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock. Sobald
die Ausgangswerte in dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock gespeichert
sind, kann der VGA von der Referenzspannung Vin_ref getrennt und
mit seiner normalen Betriebsumgebung durch Schließen der
Schalter 260 und entsprechendes Öffnen der Schalter 270 verbunden
werden. Auf diese Weise kann die Zeitspanne minimiert werden, während der
der VGA 210 von seiner Produktionsumgebung getrennt ist.
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Logikblock 220 stößt den Referenzspannungsgenerator 230 an
eine Eingangsreferenzspannung Vin_ref an den VGA anzulegen, wobei
die Eingangsreferenzspannung wie oben beschrieben ist. Das heißt, zum
Nachverfolgen der Offsetkompensationssteuerspannung Voffset_comp,
wird eine Nullspannung, also keine Spannung, angelegt; eine niedrige
Spannung wird als Vref_in angelegt, um das Steuersignal Vtune_max
für die
maximale Verstärkung,
und eine hohe Spannung wird als Vref_in angelegt, um das Steuersignal
Vtune_min für
die minimale Verstärkung
zu bestimmen. Weiterhin werden zugehörige Zielspannungen Vout_target
an den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 angelegt.
Entsprechend der jeweiligen Eingangsspannung wird der VGA 210 entsprechende
Ausgangsspannungen Vout_N und Vout_P erzeugen, die als Eingangssignal
an den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 beliefert
werden. Der Logikblock 220 stößt den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 an,
die angelegte Zielspannung Vout_target mit der jeweiligen Ausgangsspannung des
VGA 210 zu vergleichen und ein Ausgangssignal Vcontrol
zu erzeugen, wobei das Signal Vcontrol ein binäres Signal ist, welches angibt,
ob die Ausgangsspannung des VGA höher oder niedriger als die
angelegte Zielspannung Vout_target ist. Das heißt, dass der Auto-Zero- und
Verstärkungskalibrierungsblock 240 angibt,
ob das entsprechende Steuersignal Vtune_min, Vtune_max oder Voffset_comp
heraufgesetzt oder verringert werden muss. Der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 funktioniert damit
als Komparator, und der MUX- und Haltekreis 250 passt den
Wert des entsprechenden Steuersignals durch Erhöhen oder Verringern des Wertes
mit einem inkrementellen Justierschritt an. Bei diesem Verfahren
wird somit der Wert des anzupassenden Steuersignals in jedem Fall
verändert.
Auch wenn das Ausgangssignal des VGA 210 mit den angelegten
Zielspannungen übereinstimmt
verändert
der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 240 den Wert
des entsprechenden Steuersignals um einen inkrementellen Schritt.
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Die
Schrittweite kann dabei fest oder variabel sein, wobei eine variable
Schrittweite nach einem vordefinierten Algorithmus vorgegeben werden
kann. So kann die Schrittweite beispielsweise von einem zum nächsten Schritt
erhöht
werden, wenn eine vorbestimmte Anzahl vorheriger und aufeinander
folgender Schritte in diese Richtung waren. Wenn beispielsweise
drei vorangegangene Schritte den Wert eines Steuersignals jeweils
erhöht
haben, so kann die Schrittweite vergrößert werden. Auf diese Weise
können
schnell driftende Werte durch flexible Anpassung der Schrittweite
beherrscht werden, so dass eine Abweichung eines Wertes von seinem
Optimum mit zunehmender Zeit nicht größer werden kann.
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Der
MUX- und Haltekreis 250 erhöht oder verringert dementsprechend
den Wert des entsprechenden Steuersignals, indem der gespeicherte
Wert um einen Schritt erhöht
oder verringert wird. Zur schrittweisen Erhöhung oder Verringerung einer Steuerspannung
sind zahlreiche Verfahren bekannt. Falls beispielsweise ein Kondensator
zur Speicherung eines bestimmten Wertes einer Steuerspannung verwendet
wird, so kann mittels einer Ladungspumpe die Ladung auf dem Kondensator
erhöht
oder verringert werden, um so die gespeicherte Spannung zu erhöhen oder
zu verringern.
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Das
schrittweise Ändern
des Wertes eines Steuersignals mit vordefinierter Schrittweite erlaubt damit
eine besser kontrollierbare und schnellere Änderung des Ausgangssignals
des VGA 210. Das heißt,
wenn beispielsweise die Offset-Spannung des Ausgangssignals des
VGA betrachtet wird, dass die Offset-Spannung nur in vordefinierten
Grenzen variieren kann, selbst wenn für eine optimale Kompensation
der Schritt hätte
größer sein
können.
Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Angleichung des Ausgangssignals
an die erzeugte Referenzspannung Vout_target erreicht.
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Für beide
Modi, also sowohl für
den Initial-Modus zum Erhalten der ersten Werte der Steuersignale
als auch für
den Nachfolge-Modus zum Aktualisieren der Werte, kann derselbe Auto-Zero
und Verstärkungskalibrierungsblock 240 verwendet
werden. Betrachtet man die Beseitigung der Offset-Spannungen des
VGA 210, so können
auch die Offset-Spannungen des Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblocks 240 betrachtet
werden, da die Offset-Spannungen dieses Blocks Auswirkungen auf
die Bestimmung aller Steuersignale hat. Die Offset-Spannung des
Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblocks 240 kann
dabei mittels eines beliebigen konventionellen Schaltkreises kompensiert
werden. Da die Zeitabstände
zwischen aufeinander folgenden Auto-Zero- und/oder Kalibrierphasen
wahrscheinlich deutlich länger
sind als die Auto-Zero- und/oder Kalibrierphasen selbst, ist genug
Zeit, um den Offset des Blocks 240 zwischen diesen Phasen zu
kompensieren. Demzufolge wird der Block 240 keinen oder
eine zu vernachlässigende
Offset-Spannung aufweisen.
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Damit
kann vor dem Bestimmen des Steuersignals Voffset_comp, also bevor
die nächste
Auto-Zero-Phase zur Bestimmung des Steuersignals zur Kompensation
des Offset des VGA 210 beginnt, die Offset-Spannung des
Blocks 240 kompensiert werden, wobei die Kompensation des
Offsets mit einem Nullsignal durchgeführt wird, also keiner Spannung.
Das heißt,
dass der Offset des Blocks 240 mit Bezug auf eine Zielspannung
einer nächsten
Auto-Zero-Phase erfolgen kann. Ebenso kann der Offset des Blocks 240 mit
Bezug auf die nächste
Auto-Zero- oder Kalibrierphase durchgeführt werden, also mit Bezug
zu einer nächsten
Zielspannung ungleich Null. In der Auto-Zero oder Kalibrierphase kann
damit der Vergleich zwischen der rückgekoppelten Spannung und
einer angelegten Zielspannung als Nullausgleich durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann der Offset des Blocks 240 speziell
auf den Signalpegel in der nächsten
Auto-Zero oder Kalibrierphase kompensiert werden.
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Der
Referenzspannungsgenerator 230 erzeugt dazu sowohl die
an den VGA 210 angelegte Referenzeingangsspannung Vin_ref
also auch die gewünschte
Zielspannung Vout_target, die der VGA während einer Kalibrierphase
ausgeben soll. Im Falle einer Kalibrierphase zur Bestimmung des
Steuersignals für
die maximale Verstärkung
erzeugt der Generator 230 eine niedrige Spannung als Vin_ref
und eine hohe Spannung als Vout_target. Das Verhältnis dieser beiden Spannungen
kann beispielsweise mittels eines Spannungsteilers eingestellt werden,
so dass das Verhältnis
der Spannungen dem Verhältnis der
Widerstände
in dem Spannungsteiler entspricht, der mit hoher Genauigkeit produziert
werden kann.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungskreises 300,
der dem Block 240 entspricht. Der Schaltkreis umfasst einen
Verstärker 320,
zwei Auto-Zero Kondensatoren CazN 360 und CazP 370 und
einen Satz von Schaltern 310, 330 und 340,
die zur Durchführung
der Offset Kompensation verwendet werden. Im Initial-Modus arbeitet
der Verstärker 320 in
einer geschlossenen Schleife, welche die Kondensatoren CazN 360 und
CazP 370, den MUX- und Haltekreis 250 und den
VGA 210 umfasst. In dieser Schleife wird das analoge Steuersignal
Vcontrol erzeugt, um die Auto-Zero- und Kalibriersignale Voffset_comp, Vtune_max
und Vtune_min einzustellen. Im Initialmodus sind dazu die über das
Signal P1 gesteuerten Schalter geöffnet und die über P2 gesteuerten
Schalter geschlossen.
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Im
Nachfolgemodus arbeitet der Verstärker 320 als Komparator,
um ein Signal Vcontrol abzuleiten, welches von der Polarität der Fehlerspannung zwischen
dem Ausgang des VGA und der Referenzzielspannung Vout_target abhängt. Hinsichtlich
der Funktion als Komparator sind zwei Modi möglich. In einem ersten Modus
wird der Vergleich während
der Auto-Zero- und Kalibrierphase durchgeführt, die durch das Signal AZCAL
bestimmt ist. Dieser Modus wird im Weiteren direkter Nachfolgemodus
genannt. Alternativ kann im sogenannten indirekten Nachfolgemodus
der Vergleich außerhalb
des Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsintervalls
stattfinden, das heißt,
wenn das Signal AZCAL nicht gesetzt ist. Die Modi unterscheiden
sich damit nur durch die Abfolge in der die Steuersignale P1 und
P2 an den Schaltkreis 300 angelegt werden.
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Sowohl
im Initialmodus wie auch im Nachfolgemodus ist es notwendig, die
Wirkung der nicht-idealen Eigenschaften des Verstärkers 320 zu
minimieren, beispielsweise die Wirkung einer Eingangsoffsetspannung
Voffset des Verstärkers 320.
Im normalen Betrieb sind die Eingangsanschlüsse des VGA 210 mit
dem zu verstärkenden
Eingangssignal verbunden, nämlich
mit den Signalkomponenten Vin_P und Vin_N, und sind von dem Auto-Zero-
und Verstärkungskalibrierkreis 300 getrennt.
Wie bereits oben erwähnt
kann in dieser Zeit die Offset-Kalibrierung des Schaltkreises 300 stattfinden,
wobei die Offset-Kompensation für
die speziellen Zielspannungen der nächsten Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsphasen
durchgeführt
wird.
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Verfahren
für die
Offsetkompensation des Schaltkreises 300 sind verschieden
und abhängig von
dem auszuführenden
Modus. Falls eine initiale Kalibrierung oder eine Kalibrierung im
direkten Nachfolgemodus durchzuführen
ist, so wird während
der Offset-Kompensation von Schaltkreis 300, die der nächsten Auto-Zero-
und Verstärkungskalibrierphase vorausgeht,
die differentielle Referenzspannung auf die Kondensatoren CazN 360 und
CazP 370 zusammen mit der Eingangsoffsetspannung des Verstärkers 320 gespeichert.
In dem Fall, dass eine indirekte Nachverfolgung durchzuführen ist,
kann die Offset-Kompensation von Block 240, der Schaltkreis 300 verwendet,
durch Speichern von sowohl der VGA Ausgangsspannungen sowie der
Eingangsoffsetspannungen des Verstärkers 320 auf den
Kondensatoren in der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierphase durchgeführt werden.
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Im
Folgenden wird zunächst
eine Offsetkompensation des Schaltkreises 300 vor einer
initialen oder im direkten Nachfolgemodus durchzuführenden Kalibrierung
näher beschrieben.
Während
der Offsetkompensationsphase P1 des Schaltkreises 300 ist der
Schalter 310 im negativen Rückkopplungspfad um den Verstärker 320 geschlossen.
Der positive Eingang des Verstärkers 320 wird
mit der Referenzspannung Vref_cm durch Schließen des Schalters 330 verbunden,
der an das selbe Steuersignal wie Schalter 310 angeschlossen
sein kann. Dementsprechend wird der Verstärker 320 die Spannung
an seinem negativen Eingang auch auf Vref_cm einstellen. Weiterhin
werden die Eingänge
des Schaltkreises 300 mit den Zielspannungen verbunden,
wie sie in der nächsten
Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsphase
gewünscht
sind. Das heißt,
dass eine Zielspannung Vtarg_p, die der positive Anteil der differentiellen
Zielspannung ist, durch Schließen
des Schalters 340 an den Knoten Vp des Schaltkreises 300 angekoppelt
wird. Durch Schließen
des Schalters 350 wird ein entsprechendes negatives Signal des
differentiellen Referenzeingangssignals als Zielspannung Vtarg_n
an den Knoten Vn des Schaltkreises 300 gekoppelt. Die Kondensatoren
CazN 360 und CazP 370 werden auf die Differenz
zwischen der Gleichspannung Vref_cm und dem positiven bzw. dem negativen
Referenzeingangssignal aufgeladen. Falls der Verstärker 320 eine
Offset-Spannung ausgibt, so wird diese ebenfalls an dem Kondensator CazN
anliegen. Das ist deswegen so, weil die Eingangsoffsetspannung Voffset
des Verstärkers 320 auf
Vref_cm aufaddiert wird. Die angelegte differentielle Spannung auf
den linken Seiten der Kondensatoren wird so eingeregelt, dass diese
mit der Referenzzielspannung Vout_target übereinstimmt, während die
differentielle Spannung auf den rechten Seiten der Kondensatoren
nahezu mit der Offsetspannung des Verstärkers übereinstimmt, falls die Verstärkung des
Verstärkers
groß ist.
Durch Auswählen einer
geeigneten Verstärkung
des Verstärkers 320, beispielsweise
größer 60 dB,
ist es möglich,
jegliche Eingangsoffsetspannung präzise zu kompensieren. Die Referenzspannung
Vref_cm sollte nahe zu den zu erwartenden Offset- und Verstärkungssteuersignalen
Voffset_comp, Vtune_max oder Vtune_min sein, so dass der Verstärker 320 nur
eine geringe Anpassung seines Ausgangspegels vornehmen muss, so
dass die benötigte
differentielle Spannung an seinen Eingängen vernachlässigbar
ist. Ein Verstärker mit
hoher Verstärkung
funktioniert dabei am besten. Dies ist insbesondere im Nachfolge-Modus
von Bedeutung, da das Steuersignal Vcontrol dann hohe Pegel erreicht,
um so eine digitale Verarbeitung im MUX- und Haltekreis zu ermöglichen.
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Die
Spannungsdifferenz Vtarg_n – Vref_cm wird
als Ladung auf dem Kondensator CazP 370 gespeichert und
die Spannungsdifferenz Vtarg_p – (Vref_cm – Voffset)
wird als Ladung auf dem Kondensator CazN 360 gespeichert,
wobei die Eingangsspannungen Vtarg_n und Vtarg_p beliebig gewählt werden
können,
beispielsweise entsprechend zu den gewünschten Zielspannungen in der
nächsten
Auto-Zero- und Kalibrierungsphase.
-
Anschließend, also
in der nächsten
Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierphase,
werden die Schalter 310, 330, 340 und 350 geöffnet, so
dass die Spannungen Vtarg_n, Vtarg_p und Vref_cm von dem Verstärker 320 und
den Kondensatoren CazN 360 und CazP 370 getrennt
werden, wobei die Ladungen auf den Kondensatoren erhalten bleiben.
Damit bleibt auch die Offsetspannung Voffset des Verstärkers 320 auf
den Kondensatoren. Durch Schließen
der Schalter 380 und 390 werden die Eingangssignale
Vcal_p und Vcal_n an den Schaltkreis 300 angelegt, wobei die
Schalter mittels eines geeigneten Signals P2 geschlossen werden
können.
So wie in einer Auto-Zero- und Kalibrierungsphase die Eingangssignale
des Blocks 240 und damit der Schaltkreis 300 an
die Ausgangssignale des VGA 210 gekoppelt werden, sind nun
Vcal_p und Vcal_n die Eingangssignale des Schaltkreises 300.
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In
dem Fall, dass die Spannung Vcal_p – Vcal_n die gespeicherte Zielspannung
Vtarg_p – Vtarg_n übersteigt,
wird der Verstärker
positiv angesteuert und erzeugt eine negative Ausgangsspannung Vcontrol,
die kleiner als Vcm_ref ist. Umgekehrt erzeugt der Verstärker 320 eine
positive Ausgangsspannung Vcontrol, die größer als Vcm_ref ist, falls die
Spannungsdifferenz Vcal_p – Vcal_n
geringer ist als die Spannung Vtarg_p – Vtarg_n, die den Verstärker negativ
ansteuert und einen positiven Wert für Vcontrol bewirkt. Ob die
Ausgangssignale Vout_P und Vout_N des VGA 210 direkt als
Vcal_p beziehungsweise Vcal_n angelegt werden hängt davon ab, wie der MUX-
und Haltekreis 250 und der VGA 210 das Signal
Vcontrol verarbeiten. Um eine korrekte (negativen) Rückkopplung
zu erhalten, kann eine Invertierung der Eingänge von Schaltkreis 300 stattfinden.
Der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungskreis 300 leitet
das Signal Vcontrol an den MUX- und Haltekreis 250, der
dementsprechend die Werte von Voffset_comp oder Vtune_min oder Vtune_mx
erhöht
oder verringert.
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Auf
diese Weise kann jede der Steuerspannungen Vtune_min, Vtune_max
und Voffset_comp unter Verwendung des selben Schaltkreises 300 und durch
Aufladen der Kondensatoren auf die gewünschten Zielspannungen erhalten
werden. Dieses Verfahren kann jedes Mal durchgeführt werden, wenn ein neuer
Wert für
eine der Steuerspannungen zu ermitteln ist, also zum Erhalten der
initialen Werte und für
das spätere
Nachverfolgen driftender Werte.
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Im
indirekten Nachfolge-Modus gibt es eine andere Reihenfolge bei den Schaltvorgängen. In
diesem Fall wird die Offsetspannung des Verstärkers auf den Kondensatoren
CazN und CazP während
einer Offset- und Kalibrierphase gespeichert, dass heißt durch
Setzen des Steuersignals AZCAL und Schließen der Schalter 310 und 330.
Dies setzt die Gleichspannung an dem positiven Eingang des Verstärkers auf
Vref_cm und den negativen Eingang auf Vref_cm – Voffset, sofern der Verstärker eine
Offset-Spannung ausgibt. Die Ausgangsspannungen des VGA 210 werden
als Eingangssignale Vcal_p und Vcal_n geschaltet. Dadurch werden
die differentielle Ausgangsspannung des VGA 210 sowie die
Offset-Spannung des Verstärkers 320 auf
die Kondensatoren CazP und CazN geladen. Mit dem Ende der Auto-Zero-
und Verstärkungskalibrierungsphase,
das heißt,
wenn das Signal AZCAL zurückgesetzt
wird und die Schalter 310, 330, 380 und 390 entsprechend
geöffnet
werden, verbleiben die Ladungen auf den Kondensatoren und dementsprechend
sowohl die differentielle Ausgangsspannung des VGA als auch die
Eingangsoffsetspannung des Verstärkers.
-
Durch
einen Vergleich dieser Information mit einer Referenzzielspannung
Vout_target wird das indirekte Nachfolgen durchgeführt. Das
heißt,
durch Schließen
der Schalter 340 und 350 wird auf der linken Seite
der Kondensatoren CazP und CazN die Referenzzielspannung erzwungen.
In dem Fall, dass die gehaltene differentielle Spannung nicht mit
der Referenzspannung übereinstimmt
entsteht mittels der Kondensatoren CazP und CazN eine differentielle
Spannung an den Eingängen
des Verstärkers 320. Die
Polarität
dieses Signals hängt
von der Polarität der
Fehlerspannung ab, die aus der Differenz zwischen Vout_target und
der Ausgangsspannung des VGA erzeugt wird in dem Moment, wenn das
Signal AZCAL zurückgesetzt
wird. Die Ausgangsspannung des Verstärkers wird damit steigen oder
fallen.
-
Falls
der Verstärker
eine ausreichende Verstärkung
liefert, beispielsweise größer als
60 dB, und die Kondensatoren CazP und CazN im Vergleich zur Eingangskapazität des Verstärkers, der
offenen Schalter 310 und 330 und der parasitären Kapazitäten des
Verstärkereingangs
groß ist,
können
auch kleine Fehlerspannungen verarbeitet werden. In einem Beispiel
könnten
die Kondensatoren beispielsweise zehnmal größer als die Summe der parasitären und
der Verstärkereingangskapazitäten sein.
Falls weiterhin im Vergleich zur Bandbreite des Verstärkers 320 ausreichend
Zeit zur Verfügung
steht, so kann die Ausgangsspannung Vcontrol auch mit den kleinsten
Eingangsfehlerspannungen auf große Werte eingeregelt werden.
Der Verstärker 320 arbeitet somit
als Komparator und ermöglicht
eine einfache digitale Verarbeitung des Signals Vcontrol.
-
Dabei
ist zu beachten, dass es hinsichtlich des Betriebs als Komparator
einen Unterschied zwischen direktem und indirektem Nachfolge-Modus gibt.
Die Zeit zum Generieren eines großen Ausgangssignals Vcontrol
hängt von
der Bandbreite des Verstärkers 320 und
dem Eingangssignal des Verstärkers
ab. Im Falle kleiner Eingangssignale und unter Berücksichtigung,
dass der VGA 210 die Ausgangsspannung einstellt, während er
von einer Referenzspannung angesteuert wird, kann die Zeit zu gering
sein, um das Signal Vcontrol auf einen Pegel einzustellen, um am
Ende einer Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsphase
eine einfache digitale Verarbeitung in dem MUX- und Haltekreis 250 durchzuführen. Da
der Systemablauf üblicherweise
eine minimale Zeit für
eine Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsphase
benötigt,
kann das direkte Nachfolgeverfahren unmöglich sein. Das indirekte Nachfolgeverfahren
benötigt
eine signifikant längere
Zeitspanne außerhalb
der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsphase
zur Generierung eines großen
Signals Vcontrol. Die digitale Verarbeitung des Signals Vcontrol
kann zu Beginn der nächsten
Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsphase
durchgeführt werden.
Demgegenüber
ist das vergleichsweise schnelle inkrementelle Aktualisieren der
Signale Vtune_min, Vtune_max und Voffset_comp möglich, wobei Änderungen
der Verstärkung
oder der Offset-Spannung mit dem Einstellen der VGA Ausgangsspannung
auf den Zielwert zusammenfallen.
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Zum
Nachverfolgen der Drift eines Steuersignals können der oben erwähnte direkte
und indirekte Nachfolgemodus verwendet werden, wobei der Auto-Zero-
und Verstärkungskalibrierungsblock 240 als
Komparator betrieben wird, der ein Signal ausgibt, das ein schrittweises
Vergrößern oder
Verringern des entsprechenden Steuersignals anstößt. In diesem Fall kann das
Ausgabesignal Vcontrol von einem nachfolgenden digitalen Schaltkreis
verarbeitet werden, der das schrittweise Erhöhen oder Verringern eines gespeicherten
Voffset_comp oder Vtune_max oder Vtune_min in dem MUX- und Haltekreis 250 anstößt.
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4 zeigt
ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel 400 eines
analogen MUX- und Haltekreises 250. Zur Vereinfachung weist
der Schaltkreis 400 einen Haltekreis 410 für ein einzelnes
Verstärkungssteuersignal
auf, wie es für
einen Verstärker
mit fester Verstärkung
erforderlich ist, und einen Haltekreis 420 für das Auto-Zero
Steuersignal. Für
einen Fachmann ist offensichtlich, dass dieser Schaltkreis zu einem
MUX- und Haltekreis erweitert werden kann, der Unterblöcke für mehrere
Steuersignale aufweist. Daneben sind ein analoger MUX 430 zum
Multiplexen des Steuersignals Vcontrol auf die internen Halteknoten
Vhold_gain und Vhold_az und ein Logikblock 440 zur Steuerung
des Schaltkreisbetriebs im Nachfolgemodus enthalten.
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Schaltkreis 400 weist
einen Multiplexer 430 auf, der mit dem Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 220 über eine
Leitung verbunden ist, die das Signal State_ctrl liefert, wie in 2 gezeigt. Entsprechend
dem von Block 220 empfangenen Steuersignal koppelt der
Multiplexer einen seiner Ausgangsanschlüsse für Vtune_gain oder Voffset_comp über die
Zwischenspeicher 411 und 421 an seinen Eingang
Vcontrol, um das Signal Vcontrol an der VGA 210 weiter
zu leiten. Tatsächlich sind
die Zwischenspeicher 411 und 421 Operationsverstärker, wie
in der Zeichnung dargestellt, die einen unendlichen Eingangswiderstand
aufweisen und deswegen die Kondensatoren nicht entladen, und welche
die Spannung des Kondensators an ihrem Ausgang ausgeben, so dass
die Spannung des Kondensators zwischengespeichert ist. Weiterhin
weist der Schaltkreis 400 Mittel zum Speichern eines Wertes
einer Steuerspannung auf. Im einfachsten Ausführungsbeispiel können die
Kondensatoren 412 und 422 Mittel zur Speicherung
eines Wertes eines Steuerwertes sein, wobei die Spannung, die der
Ladung entspricht, den jüngsten
Wert des Steuersignals darstellt. Um beispielsweise eine Spannung
eines Steuersignals zu speichern, kann der Kondensator bis zu dieser
Spannung aufgeladen werden. Die Spannung des Kondensators kann dann
zwischengespeichert und auf einen entsprechenden Anschluss des VGA 210 gekoppelt
werden, um die Spannung permanent zu liefern. Alternativ kann der
Kondensator permanent mit dem entsprechenden Ausgangsanschluss verbunden
werden.
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Aufgrund
der nicht-idealen Eigenschaften wird die Spannung des Kondensators
abdriften, beispielsweise wird sich sie Ladung aufgrund eines internen
Leckstroms verringern. Dementsprechend muss die Ladung auf dem Kondensator
von Zeit zu Zeit aktualisiert werden, oder eine neue Ladung, die einen
neuen Wert des Steuersignals darstellt, wird auf dem Kondensator
gespeichert.
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Im
Initialmodus findet das Laden des Kondensators innerhalb einer einzigen
Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsphase
statt und das Einstellen der Verstärkung oder die Offset-Kompensation
werden vollständig
abgearbeitet. Während
der Nachverfolgungsmodi, also in direktem oder indirektem Nachverfolgungsmodus,
wird die Ladung auf den Haltekondensatoren 412 und 422 wiederholt
aktualisiert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine
inkrementelle Ladungsmenge auf die Haltekondensatoren aufgeladen
oder von diesen mittels einer Ladungspumpe abgezogen wird. Beispielsweise
kann in jedem Haltekreis in 4 eine Ladungspumpe 413 bzw. 423 vorgesehen
sein. Die Menge der von den beiden Ladungspumpen gelieferten Ladung
bestimmt die Spannung, um welche die Steuersignale erhöht werden.
Für geringe
Abweichungen kann diese Ladungsmenge auf einen kleinen Wert gesetzt
werden, der durch die Abdrift des Kondensator und die Erfordernisse
zur Reaktion auf unterschiedliche Umgebungsbedingungen bestimmt
wird, wie beispielsweise Temperaturänderungen.
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Die
oben beschriebenen Schaltkreise können zur Verstärkung eines
Eingangssignals verwendet werden, wobei das Eingangssignal eine
differentielles oder ein nicht-differentielles, das heißt ein unsymmetrisches,
Signal sein kann. In dem Fall, dass ein unsymmetrisches Eingangssignal
zu verarbeiten ist, können
die oben beschriebenen Schaltkreise wie oben kurz erwähnt geändert werden.
Dabei wird im Wesentlichen eine Eingangsleitung durch eine Referenzspannung
ersetzt, beispielsweise Erdpotential.
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Durch
Anwendung der beschriebenen Verfahren können verschiedene Verstärkungseinstellungs-
und Offset-Kompensationssignale erzeugt werden. Auf diese Weise
können
geeignete Einstellungssignale und Offset-Kompensationssignale für Verstärker mit
fixer oder variable Verstärkung
erzeugt werden. Weiterhin ist der Gültigkeitsbereich der Erfindung
nicht auf Verstärker
beschränkt.
Vielmehr können
die beschriebenen Schaltkreise in jedem Schaltkreis eingesetzt werden,
in dem eine exakte Verstärkungssteuerung
notwendig ist. Ein weiteres Beispiel ist ein zeitkontinuierlicher
Filter (CTF = continuous time filter). Die Erfindung ist ferner
nicht auf schnelle Schaltkreise bestimmt, erfüllt jedoch insbesondere die
Anforderungen in solchen Schaltkreisen.
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In
den beschriebenen Schaltkreisen wird die Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierung
mittels eines Zustandssignals AZCAL gesteuert, welches beispielsweise
von einem weiteren Logikblock abgegeben werden kann, wie er in großen Schaltkreisen
mit gemischten Signalen vorhanden ist. Das Statussignal AZCAL kann
beispielsweise über
einen geeigneten Signalverbinder dem Schaltkreises zugeführt werden,
der beispielsweise ein bestimmter Pin eines Chips sein kann. Damit
wird nur eine Steuerleitung AZCAL zur Steuerung der Offset- und
Verstärkungskalibrierung
benötigt.
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Der
vorbeschriebene Schaltkreis verwendet einen analogen Ansatz zur
Durchführung
des Kalibrierungsschemas, das heißt Öffnen des Signalpfads, Anlegen
einer Eingangsreferenzspannung an den VGA, abtasten der VGA Ausgangsspannung
und Korrigieren der Abweichung der Ausgangsspannung des VGA von
einer bewünschten
Zielspannung. Alternativ kann ein digitaler Ansatz realisiert werden
für den
Fall, dass mehrere Steuerleitungen inklusive eines Taktsignals erzeugt
werden können,
beispielsweise mittels eines übergeordneten
Logikblocks.
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5 zeigt
einen beispielhaften Schaltkreis 500 eines digitalen Ansatzes
für die
Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierung,
wobei einige enthaltene Elemente, wie beispielsweise die Schalter 560, 570 identisch
zu denen in oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind, und
wobei der Referenzspannungsgenerator 530 über einen
digitalen Wert gesteuert wird.
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Die
Steuerung der Kalibrierschaltkreise wird nun über ein oder mehrere Zustandssteuersignale AZCAL_ctrl
und ein Taktsignal CLK gesteuert. Das heißt, der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 540 liefert
ein digitales Signal von beispielsweise k Bits, das dem analogen
Signal aus 2 entspricht, an den analogen
MUX- und Haltekreis 550. Der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungskreis 540 vergleicht
die Spannungen Vout_target und die Ausgangsspannung des Verstärkers 510 und
kann einen Komparator aufweisen, der die Polarität des Fehlerstroms liefert,
sowie eine Logik, die den MUX- und Haltekreis über eine k-Bit breite digitale
Schnittstelle ansteuert. Der MUX- und Haltekreis 550 kann weiterhin
einen Satz von Digital-Analog-Konverter (DAC = Digital-to-Analog
Converter) aufweisen, einen für
jedes Einstell- oder Offset-Signal, der das gelieferte Signal in
eine Spannung umwandelt, die wiederum dem Verstärker 510 als Steuersignal
zugeführt
werden kann. Mit diesen beiden Einheiten kann das Regeln der Abstimmsignale
innerhalb des Initialmodus erfolgen, welcher durch den Logikblock 520 gesteuert
wird, zum Beispiel mittels schrittweiser Näherung oder eines binären Suchalgorithmus.
Im Nachverfolgungsmodus kann eine inkrementelle Aktualisierung stattfinden,
beispielsweise durch Ändern des
DAC Wertes durch beispielsweise Ändern
des LSB Schrittes (LSB = least significant bit = geringwertigstes
Bit) oder in größeren Schritten,
falls geeignet.
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Weiterhin
kann ein Analog-Digital-Konverter (ADC = Analog-to-Digital Converter)
Teil des Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblocks 540 sein,
der die analoge Ausgangsspannung des Verstärkers 510 in einen
digitalen Code umwandelt, der mit einem digitalen Zielwert der Ausgangsspannung verglichen
werden kann.
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Wie
in 6 dargestellt muss der erwähnte ADC nicht notwendigerweise
Teil des Kalibrierschaltkreises sein. Es besteht die Möglichkeit
einen ADC im Signalpfad zu verwenden, der eine Verstärkerstufe 610 aufweist,
die an einen weiterverarbeitenden analogen Schaltkreis 680 und
einen ADC 690 angeschlossen ist. Der Verstärker 610 ist
während
der Kalibrierung mittels der Schalter 660 von seinen Eingangsleitungen
getrennt, und der Referenzspannungsgenerator 630 ist mit
dem VGA verbunden, um den VGA mit einer Referenzspannung anzusteuern. Die
Aktualisierung der Verstärkungs-
und Offset-Steuerungssignal basiert nun auf dem digitalen Ausgang
des ADC, der bezogen ist auf die Referenzspannungen, die dem ADC
zugeführt
werden. Diese können
von dem Referenzspannungsgenerator 630 abgeleitet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel liefert
der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungslogikblock
ein Signal State_ctrl an den Referenzspannungsgenerator 630,
den MUX-und Abstimmspannungshaltekreis 650 und den Auto-Zero-
und Verstärkungskalibrierungskreis 640,
wobei das Signal State_ctrl ein digitales Signal sein kann. Der
Referenzspannungsgenerator 630 erzeugt eine entsprechende
Spannung Vin_ref, die auf den Eingang des Verstärkers gekoppelt wird, jedoch
wird im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
kein Zielsignal an den Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock 640 liefert.
Da das Signal State_ctrl Informationen über die gewünschte Zielspannung aufweist,
das heißt
die gewünschte Ausgangsspannung
des Verstärkers,
entnimmt der Auto-Zero- und Verstärkungskalibrierungsblock diese
Information aus dem Signal State_ctrl und vergleicht diese mit dem
Ausgangssignal des ADC 690, um ein Steuersignal zu erzeugen,
das dem MUX- und Abstimmspannungshaltekreis 650 zugeleitet
wird. Die Kompensation der Offset-Spannung und die Abstimmung der
Verstärkung
wird damit über
den einzelnen Verstärker
hinaus auf den gesamten Signalpfad ausgedehnt (oder auf einen Teil
des Signalpfads), der zusätzliche
analoge Blöcke
wie beispielsweise Filter oder auch einen ADC aufweisen kann.
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Der
digitale Ansatz bietet eine unbegrenzte Speicherdauer. Die Ausgänge der
DACs, welche die Abstimmsignale liefern, driften nicht. Dennoch
ist eine wiederholte Aktualisierung notwendig, um eine Drift der
Parameter des VGA nach zu verfolgen. Andererseits muss jedoch ein
komplizierteres Steuerschema zur Synchronisierung der Takt- und
Steuersignale von einem Schaltkreis außerhalb der Auto-Zero- und
Verstärkungskalibrierungseinheit
geliefert werden.
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Grundsätzlich können die
Schaltkreise in beliebigen Schaltungen verwendet werden, in denen ein
Signal zu verstärken
ist. Beispielsweise kann der Schaltkreis in einer Anwendung zum
Lesen und Schreiben von Daten von bzw. auf ein Festplatte in einem
Computer eingesetzt werden, wobei Signalfrequenzen von bis zu 3
GHz zu verarbeitet werden, und in dem die Signale exakt zu verstärken sind.
Da in diesen oder ähnlichen
Anwendungsfällen
der Signalfluss unterbrochen werden kann, beispielsweise wenn der
Schreib-Lesekopf mechanisch auf der Festplatte positioniert wird,
kann eine Auto-Zero- und Kalibrierphase in diesen Pausen durchgeführt werden,
so dass die Verarbeitung der Signale nicht exklusiv für eine Auto-Zero-
und Verstärkungskalibrierung
angehalten werden muss.