DE102008010940B4

DE102008010940B4 - Schaltungsanordnung mit Interferenzschutz

Info

Publication number: DE102008010940B4
Application number: DE102008010940.1A
Authority: DE
Inventors: Pietro Brenner; Edmund Götz
Original assignee: Intel Deutschland GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: US20100219882A1; US20080204128A1; US9673913B2; DE102008010940A1; US7733165B2

Abstract

Schaltungsanordnung mit Interferenzschutz, die Folgendes aufweist: – eine Versorgungsleitung (122) und eine Erdungsleitung (123); – einen ersten Schaltkreis (124), der mit der Versorgungsleitung (122) und der Erdungsleitung (123) verbunden ist; – einen zweiten Schaltkreis (121) für eine Stromversorgung, der mit der Versorgungsleitung (122) und der Erdungsleitung (123) verbunden ist; – eine Schutzschaltung, die mit der Versorgungsleitung (122) und der Erdungsleitung (123) gekoppelt ist, um zu verhindern, dass interferierende Signale, die durch die zweite Schaltung (121) auf der Versorgungsleitung (122) und/oder auf der Erdungsleitung (123) hervorgerufen werden, in den ersten Schaltkreis (124) eingespeist werden und umgekehrt, wobei die Schutzschaltung Folgendes aufweist: – ein Element (126), das eine Admittanz mit einer Kennlinie in einem ersten Frequenzbereich besitzt, und – eine Transformationsschaltung (126a), die mit dem Element (126) gekoppelt ist, um die Kennlinie in mindestens einen zweiten Frequenzbereich zu transformieren, – wobei der erste Schaltkreis und die Schutzschaltung in Reaktion auf ein Aktivierungssignal selektiv aktiviert bzw. deaktiviert werden können.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit Interferenzschutz und insbesondere eine Schaltungsanordnung mit einer Sperrvorrichtung.
Allgemeiner Stand der Technik
Derzeitige Techniken zum Verkapseln von integrierten Schaltkreissystemen (System-in/on-Package (SiP/SoP) und Package-on-Package (POP)) verwenden hoch-modulare und hochintegrierte Bauelemente zum Realisieren einer gewünschten Anwendung. Für diesen Zweck werden oft verschiedene Schaltungsblöcke zur Signalverarbeitung in einem Halbleitersubstrat oder in kompakten Systemgehäusen als getrennte integrierte Schaltkreise konstruiert und implementiert. Solche Schaltkreise können aktive Elemente wie Transistoren, Verstärker und Dioden sowie passive Elemente wie Widerstände, Induktoren oder Kondensatoren enthalten. Jeder dieser Schaltungsblöcke innerhalb eines Halbleitersubstrats oder eines Gehäusesubstrats/einer Platine ist mit Stromversorgungsleitungen verbunden, um eine Versorgungsspannung und einen Versorgungsstrom zu empfangen. Diese Versorgungsleitungen sind oft intern mit Versorgungsvorrichtungen verbunden. Solche Vorrichtungen können zum Beispiel einen Spannungsregler, eine Stromquelle, einen Aufwärtswandler oder dergleichen aufweisen.
Derzeitige Entwicklungen zeigen eine Tendenz, dass die Signalverarbeitungsfrequenzen, die in den verschiedenen Schaltungsblöcken verwendet werden, sich zu höheren Frequenzen im Bereich einiger Gigahertz entwickeln. Zum Beispiel liegen bei den derzeitigen Mobilkommunikationstechniken die verwendeten HF-Frequenzen im Bereich von 1 GHz bis 5 GHz, während selbst die Frequenzen für Basisband-Signalverarbeitung bei ungefähr einem kHz bis mehreren Hundert MHz liegen. Um die Signalqualität zu gewährleisten und Fehler während der Signalverarbeitung zu verhindern, müssen Übersprecheffekte zwischen den verschiedenen Schaltungsblöcken minimiert werden. Folglich besteht der Wunsch nach Verringerung von Übersprecheffekten in integrierten Schaltkreisen und verkapselten Systemen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 42 28 480 A1 ist eine Gleichstrom-Versorgung mit einem LC-Filter zum Filtern von niederfrequenten Störungen bekannt, bei der die Induktivität des LC-Filters durch eine spulenlose Transistorschaltung nachgebildet wird.
In der Patentschrift US 6,040,730 A wird eine integrierte Kapazitätsvervielfacherschaltung mit einem Operationsverstärker beschrieben, bei der eine Temperaturabhängigkeit durch zwei individuell einstellbare Transistoren kompensiert wird.
Aus der Offenlegungsschrift DE 199 51 114 A1 ist eine Lampenansteuerschaltung für eine Gasentladungslampe bekannt, bei der zur Unterdrückung von elektromagnetischer Störung eine stromkompensierte Drossel zwischen einem Vorschaltgerät und einem Zündgerät angeordnet ist.
Die Patentschrift US 5,686,820 A offenbart einen Spannungsregler mit zwei Rückkopplungspfaden, der minimale Eingangsspanungsanforderungen aufweist.
Aus der Patentschrift US 6 344 772 B1 ist eine Kapazitätsvervielfacherschaltung mit einem Einheitsverstärker bekannt, die in einer integrierten Schaltung ausgebildet sein kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird weiter unten anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 zeigt eine allgemeine Ansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 bis 7 zeigen verschiedene Skizzen zu möglichen Ausführungsformen für eine Sperrvorrichtung zum Unterdrücken von Interferenzsignalen.
8 zeigt eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung, die eine Sperrvorrichtung zwischen zwei Schaltungsblöcken enthält.
9 zeigt eine zweite Ausführungsform, die Sperrvorrichtungen zum Unterdrücken von Interferenzsignalen zwischen benachbarten Schaltungsblöcken enthält.
10 zeigt eine Ausführungsform mit verschiedenen Sperrvorrichtungen und Schaltungsblöcken zum Unterdrücken von Interferenzsignalen und Übersprecheffekten.
11 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer Sperrvorrichtung zum Verhindern von Übersprecheffekten zwischen einer Versorgungsschaltung und einem Schaltungsblock.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schaltungsanordnung.
13 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung mit einer Sperrvorrichtung zwischen einer Versorgungsleitung und einer Erdungsleitung.
14 zeigt eine Ausführungsform mit einem Aufwärtswandler als einem ersten Schaltkreis.
15 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Sperrvorrichtungen, die ein Übersprechen auf einer negativen und einer positiven Stromversorgungsleitung verhindern.
16 zeigt eine Ausführungsform mit einem ersten Block, der einen Spannungsregler aufweist.
17 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Kapazitätsvervielfacherschaltung.
18 zeigt eine mögliche Ausführungsform für einen Kapazitätsvervielfacher mit Stromwandler.
19 zeigt eine Ausführungsform eines Stromwandlers, der zur Kapazitätsvervielfachung gemäß dem Stromwandler in 18 verwendet werden kann.
20 zeigt eine Ausführungsform eines stromgesteuerten Verstärkers gemäß der Ausführungsform von 18.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung werden weitere Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart. Außerdem wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil des vorliegenden Textes bilden und in denen veranschaulichend eine Möglichkeit gezeigt ist, wie die Erfindung praktiziert werden kann. Die Ausführungsformen der Zeichnungen bilden eine Besprechung, um ein besseres Verständnis einer oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Einige dieser Ausführungsformen können allgemeine Elemente anderer Bauelemente mit frequenzabhängigen Signal- und Übertragungsparametern enthalten. Solche Ausführungsformen sollen verschiedene Aspekte vor Augen führen, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vertiefen. Die Offenbarung soll nicht die Merkmale oder das Schlüsselelement der Erfindung auf eine konkrete Ausführungsform beschränken. Vielmehr können die verschiedenen Elemente, Aspekte und Merkmale, die in den Ausführungsformen offenbart sind, durch einen Fachmann auf verschiedenen Wegen kombiniert werden, um einen oder mehrere Vorteile der vorliegenden Erfindung zu realisieren. Des Weiteren kann ein Fachmann Variationen oder zusätzliche Bauelemente verwenden, um den Gegenstand der Erfindung, der geschützt werden soll, zu realisieren. Darum versteht es sich, dass auch andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne dass der Geltungsbereich der Erfindung verlassen wird. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht zueinander. Zu Veranschaulichungszwecken sind Elemente benannt und können Frequenzbereiche spezifiziert sein. Natürlich sind die Elemente sowie die Bereiche nicht auf die im vorliegenden Text gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
Bei der Realisierung hoch-integrierter Schaltkreise werden verschiedene Schaltungsblöcke mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung verbunden. Um Übersprecheffekte zu verhindern, ist es nicht nur erforderlich, Signale mit hohen Frequenzen zwischen den verschiedenen Schaltungsblöcken zu sperren, sondern es muss auch eine hohe Unterdrückung von Interferenzsignalen erreicht werden, die in die Versorgungsleitungen zwischen den Schaltungsblöcken gekoppelt werden. Anderenfalls können Interferenzsignale von einem Schaltungsblock in einen benachbarten Schaltungsblock eingekoppelt werden, der an dieselben Versorgungsleitungen angeschlossen ist, wodurch Interferenz und Übersprecheffekte hervorgerufen werden. Während Interferenzsignale mit hohen Frequenzen unterdrückt werden, wobei ungefähr über 1 GHz unter Verwendung passiver Filter mit Kondensatoren mit kleinen Werten erreicht werden kann, ist das Verhindern von Übersprecheffekten mit Interferenzsignalen niedriger Frequenzen ebenfalls von einer gewissen Bedeutung.
Diese Interferenzsignale werden durch aktive Elemente der Schaltungsblöcke verursacht, die während des Betriebes Intermodulationsprodukte erzeugen. Zum Beispiel verarbeitet ein Schaltungsblock ein erstes Signal mit 1 GHz und ein zweites Signal mit einer anderen Frequenz, und es können Intermodulations- und Mischprodukte infolge nicht-linearer Effekte einiger aktiver Transistoren entstehen. Diese Mischprodukte können Signalkomponenten mit Frequenzen im Bereich von weniger als 100 MHz bis einigen GHz enthalten. Einige dieser Signalkomponenten werden leicht in die Versorgungsleitungen eingekoppelt, die mit den Transistoren verbunden sind, wodurch Interferenzsignale und Übersprechen auf der Versorgungsspannung oder dem Versorgungsstrom hervorgerufen werden. Natürlich können die Interferenzsignale auf der Versorgungsspannung zusätzliche Interferenz und unerwünschte Effekte in benachbarten Schaltkreisen verursachen. Des Weiteren kann auch eine Stromversorgungsschaltung, die eine Versorgungsspannung oder einen Versorgungsstrom in die Versorgungsleitungen einspeist, unerwünschte niederfrequente Interferenzsignale auf der Versorgungsleitung erzeugen.
Alle diese Signale müssen ebenfalls unterdrückt werden, um eine einwandfreie Stromversorgung für die Schaltungsblöcke, die mit den Versorgungsleitungen verbunden sind, zu gewährleisten.
Um eine ausreichende Sperrwirkung auch bei niedrigen Frequenzen zu erreichen, muss man eine Kapazität mit sehr hohen Werten bzw. Elemente mit hohen Admittanzwerten realisieren. Zum Beispiel erfordert die Integration von passiven C- oder L-Elementen einen hohen Chipraum im Bereich von 0,5–5 fF/μm² für Kondensatoren.
Die Erfindung löst diese Problematik durch die Schaltungsanordnungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem Aspekt weist die Schaltungsanordnung mit einem Signalinterferenzschutz mindestens eine Versorgungsleitung und mindestens eine Erdungsleitung auf, wobei ein erster Schaltkreis und ein zweiter Schaltkreis mit der mindestens einen Versorgungsleitung und der mindestens einen Erdungsleitung verbunden sind. Während des Betriebes werden beide Schaltkreise über die mindestens eine Stromleitung und die mindestens eine Erdungsleitung versorgt. Um größere Übersprecheffekte zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltkreis zu unterdrücken und zu verhindern, wird eine geschützte Schaltung angeordnet und mit der mindestens einen Versorgungsleitung und der Erdungsleitung gekoppelt. Die Schutzschaltung unterdrückt interferierende Signale, die durch den zweiten Schaltkreis auf der Versorgungsleitung und/oder der Erdungsleitung verursacht werden und in den ersten Schaltkreis eingespeist werden.
In einem weiteren Aspekt ist eine Sperrvorrichtung, die mit einer Stromleitung einer Schaltungsanordnung gekoppelt ist, angeordnet, um interferierende Signale auf der Stromversorgungsleitung zu unterdrücken, die durch einen ersten und/oder einen zweiten Schaltkreis während ihres Betriebes verursacht werden. Diese interferierenden Signale haben mindestens eine Frequenz. Folglich weist die Sperrvorrichtung ein Übertragungsminimum bei diesen Frequenzen auf. Infolge dessen werden interferierende Signale von dem ersten zu dem zweiten Schaltkreis oder von dem zweiten zu dem ersten Schaltkreis durch die Vorrichtung gesperrt.
Das daraus resultierende Sperren von Interferenzsignalen auf der Stromversorgungsleitung und der Erdungsversorgungsleitung verringert die Schwankung einer Versorgungsspannung oder eines Versorgungsstroms und verbessert die Signalverarbeitung in benachbarten Schaltungsblöcken.
In einem Aspekt der Erfindung weist die Schutzschaltung bzw. die Sperrvorrichtung ein Element mit einer Admittanzkennlinie auf, die einen Extremwert in einem ersten Frequenzbereich aufweist. Die Schutzschaltung und die Sperrvorrichtung können auch eine Transformationsschaltung aufweisen, die mit dem Element gekoppelt ist, um den Extremwert in mindestens einen zweiten Frequenzbereich umzuwandeln. In diesem Aspekt der Erfindung ermöglicht die Transformationsschaltung ein signifikantes Sperren von Interferenzsignalen in einem zweiten Frequenzbereich, für den das Element allein nicht ausreichend oder zweckmäßig ist. Insbesondere kann der zweite Frequenzbereich niedriger als der erste Frequenzbereich sein. In einer solchen Ausführungsform der Erfindung kann das Element eine Filterkennlinie mit einer Sperrfrequenz aufweisen, die durch die Transformationsschaltung zu einer anderen Sperrfrequenz verschoben werden kann.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Sperrvorrichtung bzw. die Schutzschaltung eine Vervielfacherschaltung aufweisen, die mit einem Element gekoppelt ist, das eine Reaktanz oder Admittanz besitzt. Zum Beispiel kann das Element einen Kondensator oder einen Induktor mit einem Kapazitätswert bzw. einem Induktionswert aufweisen. Durch Koppeln des Elements mit der Vervielfacherschaltung wird die Kapazität des Elements vervielfacht, wodurch praktisch der virtuelle Gesamtkapazitätswert erhöht wird. Infolge dessen wird die Admittanz oder Reaktanz der Elemente verschoben. In einem weiteren Aspekt kann die Schutzschaltung einen Negativimpedanzwandler aufweisen. Alle diese Vorrichtungen sind in der Lage, den Gesamtkapazitätswert eines Elements, das einen Teil eines Filters bildet, zu verändern, wodurch praktisch die Sperrfrequenz des Filters zu einem anderen Frequenzbereich verschoben wird. Die Verwendung einer Vervielfacherschaltung oder eines Negativimpedanzwandlers ermöglicht die Realisierung einer Sperrvorrichtung, die in der Lage ist, Interferenzsignale mit sehr niedrigen Frequenzen zu unterdrücken, mit einer kleinen Chipgröße.
In einem Aspekt der Erfindung weist der erste Schaltkreis eine Spannungsversorgungsschaltung auf, die mit der Versorgungsleitung oder der Erdungsleitung verbunden ist. Durch Anordnen einer Schutzschaltung oder einer Sperrvorrichtung zwischen der Spannungsversorgungsschaltung und dem Schaltungsblock, der ebenfalls mit der Spannungsversorgungsleitung und der Erdungsleitung verbunden ist, wird verhindert, dass Übersprecheffekte und interferierende Signale von den zweiten Schaltungsblöcken in die Spannungsversorgungsschaltung eingespeist werden. Außerdem werden alle interferierenden Signale, die durch die Spannungsversorgungsschaltung verursacht werden oder bereits in der externen Versorgung, die in die Spannungsversorgungsschaltung eingespeist wird, enthalten sind, unterdrückt und daran gehindert, zu den entsprechenden Schaltungsblöcken zu gelangen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Spannungsversorgungsschaltung eine Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung auf. In einem weiteren Aspekt kann der erste Schaltkreis einen Spannungsregler aufweisen, der einen Differenzverstärker aufweist, dessen Ausgang mit einem Gatteranschluss eines Regeltransistors verbunden ist. Der Regeltransistor ist zwischen einem externen Versorgungsanschluss und der Versorgungsleitung angeordnet.
In einigen Anwendungen könnte es nützlich sein, wenn die Schaltungsblöcke und die Sperrvorrichtung selektiv aktiviert bzw. deaktiviert werden können. Für diesen Zweck können die Schaltungsblöcke wie auch die Sperrvorrichtung einen Steueranschluss zum Empfangen eines Aktivierungssignals aufweisen. In einem weiteren Aspekt weist die Schutzschaltung oder Sperrvorrichtung einen Versorgungseingang auf, um ein Versorgungssignal von einem externen Stromversorgungsleitungsanschluss zu empfangen. Eine solche Anordnung gewährleistet eine einwandfreie Sperrfunktion, weil die Schutzschaltung nun unabhängig von der Hauptstromleitung und der Erdungsleitung versorgt wird.
1 zeigt eine allgemeine Illustration einer Ausführungsform, die einige Aspekte der vorliegenden Erfindung repräsentiert. Die Schaltungsanordnung enthält einen Schaltungsblock 1, der für einige Übersprecheffekte und Interferenzsignale empfindlich ist. Der Schaltungsblock 1 wird mit einer Versorgungsspannung und einem Versorgungsstrom versorgt und ist folglich mit einer Versorgungsleitung 2 und einer Erdungsleitung 3 verbunden. Ein Versorgungspotenzial VDD bzw. VCC wird in die Versorgungsleitung 2 eingespeist, während die Erdungsleitung 3 das Bezugspotenzial VSS oder VEE führt. Dem Fachmann ist klar, dass eine Versorgungsspannung die Differenz zwischen zwei Potenzialen ist, von denen eines als Bezugspotenzial bezeichnet wird. Folglich wird die Versorgungsleitung mit einem Versorgungspotenzial beaufschlagt, während die Erdungsleitung das Bezugspotenzial führt.
Der empfindliche Schaltungsblock 1 enthält aktive Elemente wie zum Beispiel Dioden oder Transistoren, die Verstärker, Mischer und dergleichen bilden. Weitere passive Elemente wie Widerstände, Induktoren und Kondensatoren sind ebenfalls enthalten. Jedes der Elemente innerhalb des Schaltungsblocks 1 weist ein frequenzabhängiges Verhalten auf. Zusammenfassend ausgedrückt, weist der empfindliche Schaltungsblock 1 eine frequenzabhängige Admittanz auf. Die Admittanz eines Schaltungsblocks oder eines Schaltungselements ist als das Verhältnis des durch den Block oder das Element fließenden Zeigerstroms zu der Zeigerspannung an dem Block oder Element definiert. Während des Betriebes verarbeitet der empfindliche Schaltungsblock Signale und kann Intermodulationsprodukte und unerwünschte Signale erzeugen. Diese heißen interferierende Signale oder Übersprecheffekte. Die interferierenden Signale können in die Stromleitung 2 bzw. die Erdungsleitung 3 eingekoppelt werden. Des Weiteren können einige Wechselstromsignale auf der Stromleitung oder Erdungsleitung in die empfindliche Schaltung eingekoppelt werden und unerwünschte Interferenzen während der Signalverarbeitung erzeugen.
Außerdem ist eine Spannungsversorgungsschaltung 4 an die Stromleitung und die Erdungsleitung 2 bzw. 3 angeschlossen. Die Spannungsversorgungsschaltung 4 enthält eine Spannungsversorgung V_Supply sowie einige Elemente mit einer Impedanz Z_sup. Die Spannungsversorgungsschaltung 4 gibt eine Versorgungsspannung und einen Versorgungsstrom in die Erdungsleitung und die Versorgungsleitung zwischen den Ausgangsanschlüssen P1, P2 aus. Während des Betriebes können die interferierenden Signale, die durch den Schaltungsblock hervorgerufen werden, auf den Versorgungsblock 4 übersprechen und sein Verhalten beeinflussen.
Um eine solche Interferenz zu verhindern, ist eine Sperrvorrichtung 6 zwischen Block 4 und 1 angeordnet. Die Ausgangsanschlüsse P1, P2 bilden zwei Ports einer 4-Port-Entkopplungsschaltung 5. Die Entkopplungsschaltung 5 enthält ein arbiträres 4-Port-Rauschsperrfilter und ist Teil der Sperrvorrichtung 6. Die Sperrvorrichtung 6 enthält des Weiteren ein erstes Umgehungsnetz 7, das zwischen den ersten beiden Ports P1, P2 angeordnet ist, und ein zweites Umgehungsnetz 8, das zwischen Port P3 bzw. P4 angeordnet ist. Beide Umgehungsnetze 7 und 8 besitzen eine frequenzabhängige Admittanz. Während in dieser Ausführungsform die Sperrvorrichtung 6 eine Entkopplungsschaltung 5 und zwei Umgehungsnetze 7 und 8 enthält, wird das Entkopplungsnetz nicht benötigt. Folglich braucht die Sperrvorrichtung 6 nur die beiden Umgehungsnetze 7 und 8 zu enthalten. Dies kann ausreichend sein, um unerwünschte Signalabschnitte auf der Erdungsleitung und der Versorgungsleitung zu sperren.
Um die Schaltungsblöcke 4 und 1 voneinander zu isolieren, um Interferenzeffekte zu verhindern, besitzen die Umgehungsnetze 7 und 8 eine Hochpassfilterkennlinie. Insbesondere nimmt die Admittanz der Umgehungsnetze 7 und 8 mit niedrigeren Frequenzen ab. Solche Umgehungsnetze kann man realisieren, indem man einen kleinen Kondensator im Bereich von einigen 100 fF bis 100 pF implementiert. Diese Kapazität wird zum Beispiel an eine Kapazitätsvervielfacherschaltung angeschlossen, welche die Kapazität des Kondensators um einen jeweiligen Wert vervielfacht. Eine solche Sperrvorrichtung, die einen Kondensator enthält, dessen Kapazität durch eine entsprechende Vervielfacherschaltung vervielfacht wird, weist eine virtuelle vergrößerte Kapazität auf und ermöglicht die effiziente und Platz sparende Implementierung einer Sperrvorrichtung.
Folglich wird in einer allgemeineren Herangehensweise eine Sperrvorrichtung realisiert, indem eine komplexe Admittanz oder Impedanzen mit Hilfe geeigneter Vervielfacher- oder Transformationsschaltungen von einem ersten Frequenzbereich in einen zweiten Frequenzbereich umgewandelt werden. Der empfindliche Schaltungsblock 1 gemäß 1 kann infolge von Intermodulation und Mischprodukten während der Signalverarbeitung Interferenzsignale auf den Versorgungsleitungen mit sehr niedrigen Frequenzen verursachen. Um solche Niederfrequenzsignale zu unterdrücken, kann man zum Beispiel ein Tiefpassfilter mit einer sehr niedrigen Sperrfrequenz verwenden.
Jedoch erfordern solche Tiefpassfilter, die mit passiven Elementen realisiert sind, Kondensatoren und Induktoren von relativ enormer Chipgröße. Solche Anordnungen erhöhen die Gesamtchipfläche und die Kosten. Um die benötigte Chipgröße zu verkleinern und trotzdem eine ausreichende Unterdrückung zu erreichen, wird vorgeschlagen, zusätzliche Vervielfacherschaltungen und Negativimpedanzwandler anzuordnen, um eine Gesamtkapazität zu erhöhen, was zu einer vergrößerten virtuellen Kapazität führt. Mit Hilfe geeigneter Vervielfachungs- und Transformationsschaltungen ist es möglich, komplexe Admittanz- oder Impedanzkennlinien der verwendeten Kondensatoren und Induktoren zu anderen Kennlinien umzuwandeln. Ein Wert X oder ein Bereich mit bestimmten Werten in den frequenzabhängigen Kennlinien wird durch die Transformationsschaltung in einen anderen Frequenzbereich verschoben, wo der Wert einen Extremwert Y enthalten kann.
Solche Vervielfacherschaltungen können allgemein Kapazitätsvervielfacher-, Induktivitätsvervielfacher-, Negativimpedanzwandler- oder allgemeinere Admittanz- und Impedanztransformationsschaltungen enthalten. Tiefpassfilter, die mit solchen Schaltungen realisiert sind, haben eine niedrigere Sperrfrequenz im Vergleich zu Tiefpassfiltern, die nur mit passiven Elementen implementiert sind. Insbesondere für sehr niedrige Frequenzen unterhalb 50 MHz lassen sich sehr effiziente On-Chip-Sperrstrukturen realisieren.
Die 2 bis 7 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen einer 4-Port-Sperrvorrichtung mit einer Darstellung der entsprechenden frequenzabhängigen Admittanzen Y_ij. Zum Beispiel nehmen die Admittanzen Y1, Y2, Y4 und Y5 der Sperrvorrichtung gemäß 2 schnell zu, während die Admittanz Y3 in Richtung 0 abnimmt, wenn ein Gleichstrom in die Eingangsports P1 bis P4 eingespeist wird. Für alle diese Ausführungsformen einer Sperrvorrichtung erfordern die Admittanzen zwischen den Ports P1 und P3 oder P2 und P4 einen sehr niedrigen Gleichstromwiderstand.
Um seinen Zweck unter den oben angesprochenen Bedingungen zu erfüllen, sind noch andere Ausführungsformen möglich. Zum Beispiel sind in der Ausführungsform gemäß 4 die Ports P2 und P4 direkt angeschlossen, während zwei verschiedene Admittanzen Y₁, Y₂ zwischen Port P1 und P3 angeordnet sind. Diese Admittanzen nehmen mit größer werdenden Frequenzen ab, während die dritte Admittanz Y₃, die zwischen der Leitung VDD und VSS angeordnet ist, mit höheren Frequenzen zunimmt.
Es ist ebenso möglich, die Ports P1 und P4 bzw. P3 und P2 zu koppeln. Eine solche Anordnung ist in 3 und in 5 gezeigt. Zusätzlich zu der Ausführungsform von 5 sind zwei weitere Admittanzen zwischen Port P1 und P2 bzw. P3, P4 angeordnet. Gemäß 3 müssen die gekoppelten Admittanzen Y₁₃ zwischen den Ports P1 und P3 auf der Versorgungsleitung und Y₂₄ zwischen den Ports P2, P4 auf der Erdungsleitung bei kleiner werdenden Frequenzen zunehmen. Folglich nehmen die Admittanzen Y₁₂, Y₃₄ zwischen den Ports P1, P2 und P3, P4 mit kleiner werdenden Frequenzen ab. Das gleiche Verhalten muss für die Admittanzen Y₁₄ und Y₂₃ gelten.
Wenn zum Beispiel das Interferenzsignal nur auf den Versorgungsleitungen auftritt und zwischen den Ports P1 und P3 unterdrückt werden soll, so kann die allgemeine Ausführungsform gemäß 6 mit Admittanzen Y₂₄ zwischen Port P2 und P4 zu der Ausführungsform gemäß 7 vereinfacht werden.
8 zeigt eine schematische Darstellung mit einer Sperrvorrichtung 86, die verhindert, dass Interferenzsignale, die durch eine erste Schaltung 84 in einem ersten Taktbereich verursacht werden, in eine zweite Schaltung 81 in einem zweiten Taktbereich eingespeist werden. Diese Anwendung ist besonders für eine digitale Signalverarbeitung und insbesondere für die digitalen Schaltungsblöcke 81 bzw. 84 geeignet. Beide Schaltungsblöcke 81 und 84 sind in verschiedenen Taktbereichen angeordnet und an eine gemeinsame Stromversorgungsleitung 82 und eine gemeinsame Erdungsleitung 83 angeschlossen. Jeder der digitalen Schaltungsblöcke 81, 84 weist einen Takteingangsanschluss 801 bzw. 804 und einen entsprechenden Ausgangsanschluss 811, 814 auf. An die jeweiligen Takteingangsanschlüsse 801, 804 eines jeden digitalen Schaltungsblocks wird ein Taktsignal angelegt. Das Taktsignal wird für die digitale Signalverarbeitung verwendet, wodurch einige Interferenzsignale oder Modulationsprodukte auf der Versorgungsleitung oder Erdungsleitung und den jeweiligen Versorgungssignalen hervorgerufen werden.
Um eine einwandfreie Signalqualität an den Ausgangsanschlüssen jedes digitalen Schaltungsblocks zu gewährleisten, wird eine Sperrvorrichtung 86 bereitgestellt, um alle Schaltungsblöcke in jedem Taktbereich voneinander zu entkoppeln. Genauer gesagt verhindert die Sperrvorrichtung 86, dass Interferenzsignale, die in dem ersten Taktbereich auf der Versorgungsleitung und der Erdungsleitung hervorgerufen werden, zu der Versorgungsleitung und der Erdungsleitung des zweiten Taktbereichs gelangen. Um zu gewährleisten, dass selbst niederfrequente Interferenzsignale ausreichend unterdrückt werden, kann die Sperrvorrichtung 86 eine Vervielfacherschaltung enthalten, um eine Kapazität eines Sperrkondensators oder eines Sperrinduktors zu vervielfachen.
9 zeigt eine ähnliche Ausführungsform einer Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung enthält eine Spannungsversorgungseinheit 91, die an einen externen Spannungsversorgungsanschluss VDD gekoppelt ist. Die Spannungsversorgungseinheit 91 gibt eine Versorgungsspannung und einen Versorgungsstrom aus. Die Einheit ist mit einer Stromversorgungsleitung 92 und einer Erdungsleitung 93 verbunden. In dieser Ausführungsform ist die Versorgungseinheit 91 für Interferenzsignale auf der Erdungsleitung oder der Versorgungsleitung empfindlich. Folglich sind eine erste Sperrvorrichtung 906 und eine zweite Sperrvorrichtung 916 vorhanden. Die erste Sperrvorrichtung 906 besitzt eine Tiefpassfilterkennlinie mit einer ersten Sperrfrequenz, die speziell dafür geeignet ist, jegliche interferierenden Signale zu unterdrücken, die durch den Schaltungsblock 94 auf der Versorgungsleitung oder Erdungsleitung erzeugt werden. Die Sperrfrequenz der ersten Sperrvorrichtung 906 wird so gewählt, dass sie niedriger ist als die niedrigste Frequenz des Interferenzsignals, das durch die Schaltung 94 erzeugt wird. Eine zweite Sperrvorrichtung 916 mit einer Filterkennlinie mit einer zweiten Sperrfrequenz ist angeordnet, um zu verhindern, dass Interferenzsignale von dem Schaltungsblock 94a in die Versorgungseinheit 91 eingespeist werden.
Eine komplexere Ausführungsform ist in 10 gezeigt, die ebenfalls Sperrtechniken demonstriert, um Übersprecheffekte zwischen verschiedenen Versorgungsbereichen zu verhindern. In dieser Ausführungsform weist ein Chip mit einem Halbleitersubstrat mehrere integrierte Schaltungsblöcke Circ.A bis Circ.I zur Signalverarbeitung auf. In die Blöcke werden eine Spannung und ein Strom eingespeist. Es sind jedoch zwei verschiedene Versorgungsbereiche innerhalb des Chips vorhanden, weil die verschiedenen Blöcke verschiedene Versorgungsspannungen erfordern können. In eine erste Mehrzahl von Schaltungsblöcken Circ.A bis Circ.E wird eine erste Versorgungsspannung VDD1 eingespeist. Die erste Versorgungsspannung wird in einen Anschluss eingespeist, der an eine Stromleitung 102 angeschlossen ist. Die Stromleitung 102 weist einen gewissen Widerstand auf, der durch die Widerstandselemente R12 und R23 dargestellt ist. An einem Knoten 100, einem sogenannten Sternknoten, ist die Versorgungsleitung in mehrere Versorgungsleitungsleitungen aufgespalten, die jeweils einen Widerstand aufweisen, der durch ein Widerstandselement R2A bis R2E dargestellt wird. Die Versorgungsleitungen sind an die jeweiligen Schaltungsblöcke Circ.A bis Circ.E angeschlossen. Jeder dieser Schaltungsblöcke führt während des Betriebes eine Signalverarbeitung mit verschiedenen Signalfrequenzen und unterschiedlichem Stromverbrauch aus.
Außerdem ist eine serielle Stromversorgungsroute in dem unteren Teil, der die Schaltungsblöcke Circ.F bis Circ.I mit einer Versorgungsleitung 102a verbindet, vorhanden. Eine zweite Versorgungsspannung VDD2 wird in die zweite Versorgungsleitung 102a eingespeist. Auch hier weist die zweite Versorgungsleitung einen elektrischen Widerstand auf, der durch die Widerstandselemente R34 und R45 dargestellt ist.
Jede der Stromversorgungsleitungen kann als ein RL-Element-Baum angenommen werden. An wichtigen Knoten entlang der Versorgungsleitung sind Sperrvorrichtungen BL1 bis BL5 gemäß den vorgeschlagenen Ausführungsformen angeordnet. Sie können die Stromversorgung stabilisieren. Des Weiteren unterdrücken sie alle parasitären Störsignale zwischen den Versorgungsleitungen 102 und 102a und leiten sie um. Im vorliegenden Text sind zwei parasitäre Kondensatoren C_par,1 und C_par,2 beispielhaft veranschaulicht. Jede der Sperrvorrichtungen BL1 bis BL5 ist mit dem Erdungsanschluss VSS und den jeweiligen Versorgungsleitungen 102 und 102a verbunden. Sie können ähnliche Elemente enthalten, um die gleiche Sperrfrequenz zu realisieren, oder können je nach Anwendung auch andere Elemente enthalten. Zum Beispiel kann die Sperrvorrichtung BL1 und BL4 Elemente für eine ähnliche Sperrkennlinie enthalten, während die Sperrvorrichtung BL3 eine andere Sperrkennlinie aufweist, um zu verhindern, dass Interferenzsignale in den externen Stromversorgungsanschluss für die zweite Versorgungsspannung VDD2 eingespeist wird.
11 zeigt eine Ausführungsform des ersten Schaltungsblocks 111 und eines zweiten Schaltungsblocks 114, zwischen denen eine Sperrvorrichtung 116 angeordnet ist. Die Sperrvorrichtung 116 weist einen Kapazitätsvervielfacher 116a auf, dessen Stromversorgungsanschluss an eine externe Versorgung VDD und an den Erdungsanschluss VSS angeschlossen ist. Die Vervielfacherschaltung 116a enthält einen ersten Eingangsanschluss, der mit einem ersten Kondensator 116c verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss, der mit der internen Versorgungsleitung 112 verbunden ist. Ein zweiter Anschluss des Kondensators 116c ist mit der Erdungsleitung 113 verbunden.
Des Weiteren ist zwischen der internen Versorgungsleitung 112 und der Erdungsleitung 113 ein erster Schaltungsblock 111 angeordnet. Wie zu sehen ist, stellt die Verbindung des Ausgangsanschlusses des Kapazitätsvervielfachers 116a einen ersten Port P1 dar. Dementsprechend stellt der zweite Anschluss des Kondensators 116a den zweiten Portanschluss P2 dar, während die Anschlüsse P3 und P4 der Verbindung des Schaltungsblocks 211 mit der internen Versorgungsleitung 112 und der Erdungsleitung 113 entsprechen.
Zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung und eines Versorgungsstroms ist eine Spannungsreglerschaltung 114 zwischen dem externen Versorgungsanschluss VDD und dem Erdungsanschluss VSS als ein integrierter Schaltkreis innerhalb des Halbleitersubstrats angeordnet. Der Spannungsregler 114 weist einen Ausgang auf, der direkt mit der Stromversorgungsleitung 112 verbunden ist. Die Sperrvorrichtung 116 verhindert, dass interferierende Signale von dem Spannungsregler 114 oder dem Schaltungsblock 111 aneinander angelegt werden. Weil eine Sperradmittanz Y zwischen den Ports P1, P2 proportional zu dem Kondensatorwert der Kapazität 116c ist, führt die Vervielfachung der Kapazität des Kondensators 116c mit dem Kapazitätsvervielfacher zu einer virtuellen Kapazität, die viel höher als der reale Kapazitätswert des Elements 116C ist. Folglich führt die höhere virtuelle Kapazität auch zu einer ausreichenden Sperradmittanz selbst für interferierende Signale bei niedrigeren Frequenzen.
12 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der der Spannungsregler sowie der Kapazitätsvervielfacher 126a der Sperrvorrichtung jeweils einen Steueranschluss zum Empfangen eines Abschaltsignals aufweisen. Das Abschaltsignal wird durch eine Abschalteinheit 129 bei Aktivierung oder Deaktivierung des integrierten Schaltkreises ausgegeben. Für einige Anwendungen könnte es nützlich sein, den Kapazitätsvervielfacher der Sperrvorrichtung zu deaktivieren, um den Gesamtstromverbrauch zu senken.
In einer ähnlichen Ausführungsform kann die Sperrvorrichtung auch direkt an den externen Versorgungsanschluss angeschlossen sein. Eine solche Ausführungsform ist in 13 veranschaulicht. In dieser Ausführungsform ist die Vervielfacherschaltung 136a mit der internen Versorgungsleitung 132 und der internen Erdungsleitung für ihre eigene Stromversorgung verbunden. Außerdem ist die interne Versorgungsleitung direkt mit dem externen Stromversorgungsanschluss VDD gekoppelt. Während des Betriebes vervielfacht der Kapazitätsvervielfacher 136a die Kapazität des angeschlossenen Kondensators 136c und wandelt darum die komplexe Admittanz des Kondensators 136c in einen anderen Frequenzbereich um. Oder anders ausgedrückt: die Vervielfacherschaltung verschiebt die Sperrfrequenz des Elements 136c zu einer niedrigeren Frequenz. Wenn der Schaltungsblock 131 oder andere Blöcke, die mit den internen Stromleitungen 132, 133 verbunden sind, interferierende Signale auf den Stromleitungen erzeugen, so werden die Signale daran gehindert, zu dem externen Versorgungsanschluss VDD zu gelangen. Interferenzsignale mit sehr niedriger Frequenz können nun durch den virtuellen Kondensator der Sperrvorrichtung 136 unterdrückt werden.
14 zeigt eine andere Ausführungsform, die mit einem Aufwärtswandler für die Stromversorgung der internen Versorgungsleitung 142 und der Erdungsleitung 141 arbeitet. Der Aufwärtswandler wandelt eine externe Versorgungsspannung am Anschluss VDD zu einer internen Versorgungsspannung am Anschluss 141, 142 um. Die umgewandelte Spannung ist höher als die an den Anschluss VDD angelegte Versorgungsspannung. Des Weiteren ist eine Abschalteinheit 149 vorhanden, die an entsprechende Steueranschlüsse des Aufwärtswandlers und des Kapazitätsvervielfachers der Sperrvorrichtung 146 angeschlossen ist. Weil der Kapazitätsvervielfacher 146a eine aktive Vorrichtung mit zusätzlichen Transistoren ist, muss der Vervielfacher mit der Versorgungsspannung verbunden werden. Für diesen Zweck zeigt die Ausführungsform gemäß 14 zwei alternative Versorgungsverbindungen.
In einer Alternative ist der Kapazitätsvervielfacher 146a direkt an den externen Versorgungsanschluss VDD angeschlossen. Eine direkte Verbindung kann verwendet werden, wenn der Kapazitätsvervielfacher eine Versorgungsspannung erfordert, die kleiner als die Spannung ist, die durch den Aufwärtswandler erzeugt wird. In der anderen Alternative ist der Kapazitätsvervielfacher direkt mit dem Ausgang des Aufwärtswandlers verbunden, wodurch das Versorgungssignal von dem Wandler empfangen wird. Auch hier können der Aufwärtswandler sowie der Vervielfacher 146a der Sperrvorrichtung separat aktiviert und deaktiviert werden.
Bei einigen Anwendungen müssen zwei verschiedene Aufwärtswandler verwendet werden, um eine positive Stromversorgungsspannung sowie eine negative Stromversorgungsspannung zu erzeugen. Für die letztere wird ein Abwärtswandler anstelle eines Aufwärtswandlers verwendet.
15 zeigt eine entsprechende Ausführungsform, die eine Sperrvorrichtung mit zwei Kapazitätsvervielfachern enthält, die an jeweilige Sperrkondensatoren C angeschlossen sind. Eine Anordnung eines Vervielfachers und eines entsprechenden daran angeschlossenen Kondensators ist zwischen der Erdungsleitung 151 und der positiven Stromversorgungsleitung 152 angeordnet. Der zweite Kapazitätsvervielfacher und Kondensator sind zwischen der Erdungsleitung 151 und der negativen Stromversorgungsleitung 152a angeordnet. Die Vervielfacher für die beiden Sperrvorrichtungen sind über ihre jeweiligen Versorgungsanschlüsse mit dem Ausgang des entsprechenden Wandlers verbunden. Außerdem enthalten der Aufwärtswandler, der Abwärtswandler sowie beide Vervielfacher Steueranschlüsse zum Empfangen des Aktivierungssignals von der Abschalteinheit.
16 zeigt eine Ausführungsform für eine Spannungsreglerschaltung mit einem Operationsverstärker 164a mit einem ersten Eingangsanschluss zum Empfangen eines Bezugspotenzials V_ref. Der Spannungsregler enthält des Weiteren einen Regeltransistor 164b, der mit seinem Gatteranschluss an den Ausgang des Operationsverstärkers 164a angeschlossen ist. Während ein Anschluss des Regeltransistors an den externen Versorgungsanschluss VDD angeschlossen ist, ist der zweite Anschluss an die interne Versorgungsleitung 162 und an zwei in Reihe geschaltete Widerstände 164C, 164D angeschlossen. Zwischen den zwei Widerständen ist ein Knoten mit einem zweiten Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 164a für eine Rückkopplung verbunden.
Für einen Kapazitätsvervielfacher können verschiedene Ausführungsformen verwendet werden. Als ein nichteinschränkendes Beispiel zeigt 17 einen Kapazitätsvervielfacher, der einen Operationsverstärker 170 mit einem Rückkopplungspfad aufweist. Am Ausgangsanschluss P1 wird die Kapazität C_out, die durch den Vervielfacher erzeugt und von der Eingangskapazität C abgeleitet wird, durch die Formel C_out = R1/R2 × C abgeleitet, wobei R1 und R2 die jeweiligen Widerstandswerte der Widerstände R1, R2 sind. Der Operationsverstärker 170 weist einen ersten Eingangsanschluss ”+” auf, der mit dem Kondensator C, dessen Kapazität vervielfacht werden soll, verbunden ist. Der Kondensator C entspricht dem Kondensator der Sperrvorrichtung, wie in den oben veranschaulichten Ausführungsformen gezeigt. Der erste Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 170 ist ebenfalls mit seinem Ausgang über einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2 verbunden. Der Ausgang weist auch eine Rückkopplung zu einem zweiten Eingangsanschluss ”–” des Verstärkers 170 auf. Zwischen den zwei Widerständen R1, R2 ist ein Knoten mit dem Ausgang verbunden, der auch einen Port P1 darstellt.
Eine Vervielfacherschaltung für einen Kondensator unter Verwendung eines Stromwandlers ist in 18 gezeigt. Ein Stromwandler ist eine spezielle Ausführungsform eines Verstärkers, die besonders geeignet ist, wenn Strom mit sehr niedrigen Impedanzen verstärkt werden muss. In dieser Ausführungsform ist der Stromwandler 186a ein sogenannter Wandler der zweiten Generation, der eine vielfältiger einsetzbare Vorrichtung ist. Allgemein ausgedrückt, kann man den Stromwandler insofern als einen ”Doppelfolger” ansehen, als er einen Spannungs- oder Stromfolger bilden kann. Es können jedoch auch ein anderer Stromwandler oder sogar ein Transimpedanzverstärker für eine Vervielfachungsschaltung verwendet werden. Für eine Kapazitätsvervielfachung wird der Stromwandler mit seinem Ausgangsanschluss Z an einen Eingangsanschluss i eines strombasierten Operationsverstärkers 186b angeschlossen. Außerdem sind der Ausgangsanschluss Z und der Eingangsanschluss i über einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2 mit der Erdungsleitung VSS verbunden. Ein Knoten zwischen den Widerständen R1, R2 ist mit einem ersten Ausgangsanschluss ”–” des strombasierten Verstärkers 186b verbunden. Ein zweiter Ausgangsanschluss ”+” des stromgesteuerten Verstärkers 186b stellt die gewünschte vervielfachte Kapazität bereit und ist mit einem ersten Eingangsanschluss Y des Stromwandlers 186a verbunden. Der zweite Eingangsanschluss X des Stromwandlers ist mit der zu vervielfachenden Kapazität 186c verbunden.
Eine Ausführungsform des negativen Stromwandlers der zweiten Generation gemäß 18 ist in 19 gezeigt. Der Stromwandler weist einen ersten Differenzverstärker mit den Transistoren M1 und M2 auf, die mit ihren Abzugsanschlüssen mit einem ersten Stromspiegel der Transistoren M3 und M4 verbunden sind. Der Gatteranschluss des ersten Transistors M1 ist mit dem ersten Eingangsanschluss Y gekoppelt, während der Gatteranschluss des zweiten Transistors M2 den zweiten Anschluss X des Stromwandlers darstellt.
Zum Vorspannen wird der Differenzverstärker mit einem Vorspanntransistor M5 verbunden, der einen Teil eines Stromspiegels mit dem Transistor M14 bildet, der mit einer Vorspanneinheit IB1 verbunden ist. Der Transistor M5 ist auch die Stromquelle für den Verstärker. Der Abzugsanschluss des Transistors M2 des Differenzverstärkers ist mit einem Gatteranschluss eines Transistors M6 verbunden. Der Transistor M6 selbst ist zwischen einem weiteren Stromspiegel der Transistoren M7, M8 und dem zweiten Eingangsanschluss X angeordnet. Das Hinzufügen des Transistors M6 verringert die Mindestbetriebsversorgungsspannung. Der Stromspiegel der Transistoren M7 und M8 spiegelt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers im Verhältnis 1:A. Um den negativen Stromwandler zu realisieren, weist die Struktur des Weiteren einen zusätzlichen Stromspiegel mit Transistoren M10 und M11 auf, dessen zweiter Anschluss der Transistor M11 mit dem Ausgang Z des Stromwandlers verbunden ist. Ein Stromspiegel der Transistoren M12 und M13 spannt den Ausgangsstrom vor.
20 zeigt einen stromgesteuerten Operationsverstärker (COA) mit Feldeffekttransistoren. Der stromgesteuerte Verstärker enthält einen ersten Differenzverstärker mit einem Ausgangsanschluss I, der mit dem Gatter und dem Abzug eines ersten Transistors M2 verbunden ist. Zusammen mit einem zweiten Transistor M1 bildet der Transistor M2 den ersten Differenzverstärker. Der Ausgang des ersten Differenzverstärkers zwischen dem Abzug des Transistors M1 und einer Stromquelle 2IB ist mit einem Transistor M3 verbunden, der durch eine Spannung VB vorgespannt wird. Der Transistor M3 ist mit einem Eingangsanschluss eines zweiten Differenzverstärkers verbunden, der die Transistoren M4 bzw. M5 enthält. Jeder Ausgangsanschluss des zweiten Differenzverstärkers ist mit einem ersten Anschluss eines Quellenfolgers verbunden, der die Transistoren M6 und M7 enthält. Die zweiten Anschlüsse der Transistoren M6, M7 sind mit den Ausgangsanschlüssen ”+”, ”–” des strombasierten Operationsverstärkers gekoppelt. Wie ebenfalls in 20 zu sehen, sind Stromquellen in den verschiedenen Zweigen des Verstärkers angeordnet, welche die entsprechenden Ströme IB abgeben.
Obgleich konkrete Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, ist dem Durchschnittsfachmann klar, dass jede Anordnung, die darauf berechnet ist, den gleichen Zweck zu erreichen, an die Stelle der konkret gezeigten Ausführungsform treten kann. Es versteht sich, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend ist. Es ist beabsichtigt, dass die Anmeldung jegliche Varianten der Erfindung erfasst. Der Geltungsbereich der Erfindung erstreckt sich auf sämtliche sonstigen Ausführungsformen und Anwendungen, in denen die oben beschriebenen Strukturen und Verfahren verwendet werden können. Der Geltungsbereich der Erfindung ist daher anhand der angehängten Ansprüche – zusammen mit dem Geltungsbereich von Äquivalenten, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind – zu bestimmen.

Claims

Schaltungsanordnung mit Interferenzschutz, die Folgendes aufweist: – eine Versorgungsleitung (122) und eine Erdungsleitung (123); – einen ersten Schaltkreis (124), der mit der Versorgungsleitung (122) und der Erdungsleitung (123) verbunden ist; – einen zweiten Schaltkreis (121) für eine Stromversorgung, der mit der Versorgungsleitung (122) und der Erdungsleitung (123) verbunden ist; – eine Schutzschaltung, die mit der Versorgungsleitung (122) und der Erdungsleitung (123) gekoppelt ist, um zu verhindern, dass interferierende Signale, die durch die zweite Schaltung (121) auf der Versorgungsleitung (122) und/oder auf der Erdungsleitung (123) hervorgerufen werden, in den ersten Schaltkreis (124) eingespeist werden und umgekehrt, wobei die Schutzschaltung Folgendes aufweist: – ein Element (126), das eine Admittanz mit einer Kennlinie in einem ersten Frequenzbereich besitzt, und – eine Transformationsschaltung (126a), die mit dem Element (126) gekoppelt ist, um die Kennlinie in mindestens einen zweiten Frequenzbereich zu transformieren, – wobei der erste Schaltkreis und die Schutzschaltung in Reaktion auf ein Aktivierungssignal selektiv aktiviert bzw. deaktiviert werden können.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Transformationsschaltung eine Vervielfacherschaltung (126a) aufweist, die mit dem Element (126) gekoppelt ist, um einen Kapazitätswert des Elements (126) zu vervielfachen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Transformationsschaltung einen Negativimpedanzwandler aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung dafür verwendet wird zu verhindern, dass interferierende Signale, die durch den ersten Schaltkreis (124) verursacht werden, in den zweiten Schaltkreis (121) eingespeist werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung eine Reaktanzvervielfacherschaltung aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Reaktanzvervielfacherschaltung ein Element mit einer ersten Reaktanz und eine damit verbundene Vervielfacherschaltung aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Reaktanzvervielfacherschaltung mindestens eine Kapazitätsvervielfacherschaltung oder mindestens eine Induktivitätsvervielfacherschaltung oder mindestens eine Negativimpedanzschaltung aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Reaktanzvervielfacherschaltung einen Operationsverstärker (170) aufweist, der mit seinem Ausgangsanschluss mit einem zweiten (–) seiner Eingangsanschlüsse und über mindestens einen Widerstand (R1, R2) mit einem ersten (+) seiner Eingangsanschlüsse verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, wobei der erste (+) der Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers (170) mit einem kapazitiven Element gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, wobei der zweite der Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers mit einem induktiven Element gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Reaktanzvervielfacherschaltung eine Stromwandlerschaltung (186a) und einen damit verbundenen Verstärker (186b) aufweist, wobei ein erster Eingangsanschluss (Y) des Stromwandlers (186a) mit einem ersten Ausgang (+) des Verstärkers (186b) verbunden ist und ein Ausgang (Z) des Stromwandlers (186a) mit einem Eingangsanschluss (i) des Verstärkers (186b) und mit einem zweiten Ausgangsanschluss (–) des Verstärkers (186b) gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei ein Element (186c), das eine Kapazität aufweist, mit einem zweiten Eingangsanschluss (X) der Stromwandlerschaltung (186a) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei ein Element, das eine Induktivität aufweist, mit einem zweiten Eingangsanschluss der Stromwandlerschaltung verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Schaltkreis (124) eine Spannungsversorgungsschaltung aufweist, die mit der Versorgungsleitung (122) und der Erdungsleitung (123) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Schaltkreis (124) einen Spannungsregler mit einem Differenzverstärker (164a) aufweist, der mit seinem Ausgang mit einem Gatteranschluss eines Regeltransistors (164b) gekoppelt ist, wobei der Regeltransistor (164b) zwischen einem externen Versorgungsanschluss (VDD) und der Versorgungsleitung (122, 162) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Schaltkreis einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler aufweist, der mit seinem Ausgang mit der Versorgungsleitung verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der zweite Schaltkreis (121) einen Signaleingang zum Empfangen eines zu verarbeitenden Signals aufweist, wobei die Signalverarbeitung Interferenzsignale auf der Versorgungsleitung (122) oder der Erdungsleitung (123) hervorruft.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, wobei die Interferenzsignale mindestens eine Frequenz aufweisen, die niedriger als eine Frequenz des empfangenen Signals ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung einen Versorgungseingang zum Empfangen eines Versorgungssignals (VDD) von einem externen Versorgungsanschluss aufweist, wobei der externe Versorgungsanschluss mit der Versorgungsleitung (122) gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung mit Interferenzschutz, die Folgendes aufweist: – einen ersten (124) und einen zweiten Schaltkreis (121), die dem Verarbeiten von Signalen dienen und mit einer Stromversorgungsleitung (122) gekoppelt sind, wobei der erste Schaltkreis (124) oder der zweite Schaltkreis (121) oder beide Schaltkreise (121, 124) während des Betriebes interferierende Signale auf der Stromversorgungsleitung (122) verursachen, wobei die interferierenden Signale mindestens eine Frequenz aufweisen; – eine Sperrvorrichtung, die mit der Stromversorgungsleitung (122) gekoppelt ist, zum Unterdrücken der interferierenden Signale mit der mindestens einen Frequenz, wobei die Sperrvorrichtung einen ersten Port (P1) und einen zweiten Port (P2) aufweist, wobei die Sperrvorrichtung dafür verwendet wird, interferierende Signale, die in den ersten Port (P1) oder in den zweiten Port (P2) eingespeist werden, zu dem jeweils anderen Port zu unterdrücken, – wobei die Sperrvorrichtung einen Steuereingangsanschluss zum Empfangen eines Aktivierungssignals aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, wobei die Sperrvorrichtung ein Tiefpassfilter mit einem Kondensator und eine damit verbundene Kapazitätsvervielfacherschaltung aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, wobei die Kapazitätsvervielfacherschaltung einen Operationsverstärker (170) aufweist, der mit seinem Ausgangsanschluss mit einem zweiten seiner Eingangsanschlüsse (–) und über mindestens einen Widerstand (R1, R2) mit einem ersten (+) seiner Eingangsanschlüsse gekoppelt ist, wobei der erste Eingangsanschluss (+) ebenfalls mit dem Kondensator verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, wobei die Kapazitätsvervielfacherschaltung eine Stromwandlerschaltung (186a) aufweist, wobei ein erster Eingangsanschluss (Y) mit einem Ausgangsanschluss gekoppelt ist und ein zweiter Eingangsanschluss (X) mit dem Kondensator gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 23, die des Weiteren einen Verstärker (186b) aufweist, der Folgendes aufweist: einen Eingangsanschluss (i), der mit dem Ausgangsanschluss (Z) der Stromwandlerschaltung (186a) verbunden ist, einen ersten Ausgangsanschluss (–), der mit dem Eingangsanschluss (i) des Verstärkers (186b) gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgangsanschluss (+), der mit dem ersten Eingangsanschluss (Y) der Stromwandlerschaltung (186a) gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, wobei die Sperrvorrichtung mit einem externen Versorgungsanschluss gekoppelt ist, um ein Versorgungssignal (VDD) zu empfangen, wobei der externe Versorgungsanschluss ebenfalls mit der Stromversorgungsleitung (122) gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, wobei der erste Schaltkreis (124) einen Spannungsregler mit einem Differenzverstärker (164a) aufweist, der mit seinem Ausgang mit einem Gatteranschluss eines Regeltransistors (164b) gekoppelt ist, wobei der Regeltransistor (164b) zwischen einem externen Versorgungsanschluss (VDD) und der Versorgungsleitung (122, 162) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, wobei der erste Schaltkreis (124) einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler aufweist, um ein Versorgungssignal auf der Stromversorgungsleitung (122) bereitzustellen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, wobei der mindestens eine des ersten (124) und des zweiten Schaltkreises (121) einen Signaleingang aufweist, um ein zu verarbeitendes Signal zu empfangen, wobei die Signalverarbeitung Interferenzsignale verursacht.