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Sensoren werden in einem breiten Bereich technologischer Anwendungen eingesetzt, einschließlich Automobil-, Industrie- und Verbraucheranwendungen. Diese Anwendungen benötigen Sensoren, die gemäß spezifizierten Leistungsfähigkeitscharakteristika zuverlässig wirksam sind. Aus diesem Grund werden Sensoren kalibriert, um Abweichungen bei einer Sensorleistungsfähigkeit zu kompensieren und um sicherzustellen, dass Messungen genau durchgeführt werden. Die Sensorbranche hat selbstkalibrierende Sensoren entwickelt, um Kalibrierungszeit und -kosten zu verringern. Selbstkalibrierende Sensoren umfassen einige Hall-Effekt-Sensoren, magnetoresistive Sensoren und andere geeignete Sensoren.
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Bei Hall-Effekt-Sensoren wird für gewöhnlich ein konstanter Strom an ein Hall-Element oder eine Hall-Platte geliefert und ein Magnetfeld wird senkrecht zu dem Strom angelegt, der durch die Hall-Platte fließt. Ladungsträger in der Hall-Platte werden aufgrund der Lorentz-Kraft abgelenkt, um eine Hall-Spannung zu erzeugen, die senkrecht zu sowohl dem Magnetfeld als auch dem Stromfluss ist. Diese Hall-Spannung kann gemessen werden und ist direkt proportional zu dem Magnetfeld. Hall-Effekt-Sensoren werden für Geschwindigkeits-, Drehzahl-, Linearpositions-, Linearwinkel- und Positionsmessungen bei Automobil-, Industrie- und Verbraucheranwendungen verwendet.
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Magnetoresistive Sensoren (XMR-Sensoren) umfassen typischerweise einen Trägermagneten und eines oder mehrere XMR-Sensorelemente zum Messen eines Magnetfelds. Der Trägermagnet und die XMR-Sensorelemente befinden sich in einer festen Position relativ zueinander. Die XMR-Sensorelemente sind für gewöhnlich nicht in dem Sättigungsbereich derselben wirksam und der Trägermagnet liefert ein Sperrvorspannungsmagnetfeld, das den XMR-Sensorelementen überlagert wird, um die Übertragungscharakteristik der XMR-Sensorelemente zu stabilisieren. Wenn sich die Position eines erfassten Objekts relativ zu der Quelle des Magnetfelds ändert, erzeugt das Magnetfeld ein Proportionalspannungssignal in den XMR-Sensorelementen. Geeignete XMR-Sensorelemente umfassen anisotrope magnetoresistive Sensorelemente (AMR-Sensorelemente; AMR = anisotropic magneto-resistive), Riesenmagnetowiderstandssensorelemente (GMR-Sensorelemente; GMR = giant magneto-resistive), Tunnelmagnetowiderstandssensorelemente (TMR-Sensorelemente; TMR = tunneling magneto-resistive) und Kollossalmagnetowiderstandssensorelemente (CMR-Sensorelemente; CMR = colossal magnetoresistive). XMR-Sensoren können als Näherungssensoren, Bewegungssensoren, Positionssensoren oder Geschwindigkeitssensoren verwendet werden.
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Typischerweise sind selbstkalibrierende Sensoren mit Schaltausgängen auf einen Schaltpunkt selbsteingestellt. Minimal- und Maximalwerte des eingehenden Signals werden erhalten und der Schaltpunkt wird aus denselben berechnet. Beispielsweise kann der optimale Schaltpunkt genau auf halbem Weg zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert liegen. Für gewöhnlich verfolgt eine schnelle Regel- oder Nachführschleife das eingehende Signal, um ein Versatzsignal zu bestimmen, das mit dem eingehenden Signal summiert wird, um das eingehende Signal auf den Schaltpunkt einzustellen. In dem eingestellten Zustand ist das Versatzsignal ein DC-Signal (DC = direct current, Gleichstrom bzw. Gleichsignal), das dem eingehenden Signal überlagert ist. Ein Hauptkomparator empfängt das eingehende Signal oder ein Signal, das auf dem eingehenden Signal beruht, und liefert eine Ausgabe, die von einem Zustand zu einem anderen schaltet.
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Die Auflösung der Nachführschleife muss hoch genug sein, um das eingehende Signal zu verfolgen und das Versatzsignal zu liefern. Manchmal kann auch die Nachführschleifenschaltungsanordnung Versatzsprünge in dem eingehenden Signal nicht verfolgen, wobei die Versatzsprünge durch externe Störungen oder das Verändern eines Sensorluftspalts bewirkt sein können. Zusätzlich umfasst die Nachführschleife häufig eine Schaltungsanordnung, die Fehler in das eingehende Signal einbringt, wie beispielsweise Verstärker, die einen Versatzfehler, einen Gewinnfehler bzw. Verstärkungsfehler und ein Rauschen einbringen, und Komparatoren, die einen Versatzfehler einbringen.
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Die
DE 197 07 263 A1 beschreibt eine selbstkalibrierende Sensoranordnung, die ein Signal von einer Hall-Sonde empfängt und mittels eines Verstärkers verstärkt, und die über einen Komparator ein Ausgangssignal bereitstellt. Die Schaltung umfasst ferner einen DAW, der einen Versatz einstellt, und das verstärkte, versatzeingestellte Signal wird an eine Kalibrierschaltung abgegeben, welche zwei Komparatoren umfasst, die das Signal mit Referenzsignalen vergleichen, um abhängig von dem Vergleich zum einen eine Einstellung des Versatzes über den DAW zu bewirken, und zum anderen eine Einstellung eines Stromspiegels zur Einstellung der Referenzsignale zu bewirken.
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Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedarf nach der vorliegenden Erfindung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Schaltung, ein System und ein Verfahren zum Selbstkalibrieren eines Sensors mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um ein weitergehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen zu liefern, und sind in diese Beschreibung integriert und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Grundlagen von Ausführungsbeispielen zu erläutern. Andere Ausführungsbeispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne weiteres ersichtlich, wenn dieselben durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht relativ zueinander. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines selbstkalibrierenden Sensorsystems darstellt;
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2 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines selbstkalibrierenden Sensorsystems darstellt, das ein Versatzsignal einstellt, um ein Ausgangssignal zu liefern;
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3 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Hauptkomparators darstellt; und
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4 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Nachführschaltung darstellt, die ein Eingangssignal verfolgt.
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In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen veranschaulichend spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „Vorder-”, „Hinter-” etc. mit Bezug auf die Ausrichtungen der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Veranschaulichungszwecken verwendet und ist keinesfalls einschränkend. Es sollte klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele genutzt und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Es sollte klar sein, dass die Merkmale der verschiedenen exemplarischen Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, wenn es nicht spezifisch anderweitig angegeben ist.
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1 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines selbstkalibrierenden Sensorsystems 20 darstellt. Der Sensor 20 umfasst einen Eingangsverstärker 22, eine Verfolgungs- bzw. Nachführschaltung 24 (Tracking-Schaltung) und eine Ausgangsschaltung 26. Die Nachführschaltung 24 ist elektrisch mit der Ausgangsschaltung 26 über einen Eingangssignalweg 28 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensor 20 um einen integrierten Schaltungschip.
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Der Eingangsverstärker 22 empfängt erfasste Signale von einem oder mehreren Sensorelementen und liefert ein verstärktes Signal, das auf den empfangenen erfassten Signalen beruht. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensor 20 um einen integrierten Schaltungschip, der eines oder mehrere Sensorelemente umfasst, die die erfassten Signale liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensor 20 um einen integrierten Schaltungschip, der die erfassten Signale von einem oder mehreren Sensorelementen empfängt, die nicht Teil des integrierten Schaltungschips sind. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem einen oder den mehreren Sensorelementen um Hall-Effekt-Sensorelemente. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem einen oder den mehreren Sensorelementen um XMR-Sensorelemente.
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Die Nachführschaltung 24 und die Ausgangsschaltung 26 empfangen ein Eingangssignal, das auf dem verstärkten Signal von dem Eingangsverstärker 22 beruht, über den Eingangssignalweg 28. Ein Versatzsignal wird mit dem verstärkten Signal summiert, um das Eingangssignal zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Versatzsignal mit dem verstärkten Signal summiert und die Summierung wird tiefpassgefiltert, um das Eingangssignal zu liefern.
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Die Nachführschaltung 24 empfängt das Eingangssignal und verfolgt das Eingangssignal in einer Nachführschleife oder einem Nachführweg. Die Nachführschaltung 24 liefert ein Nachführsignal, das mit dem Eingangssignal summiert wird, um dem Eingangssignal zu folgen, über die Nachführschleife. Die Nachführschaltung liefert auch ein Zitter-Signal bzw. Dithering-Signal, das mit dem Eingangssignal summiert wird, um die Auflösung der Nachführschleife zu erhöhen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Nachführsignal über zumindest elf Bit Auflösung in der Nachführschleife geliefert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Nachführsignal über zumindest zwölf Bit Auflösung in der Nachführschleife geliefert. Bei einem Ausführungsbeispiel erhöht das Zitter-Signal die Auflösung der Nachführschleife um zumindest drei Bit.
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Die Nachführschaltung 24 liefert ein Komparatorausgangssignal auf der Basis eines Komparatoreingangssignals, das die Summierung des Eingangssignals, des Nachführsignals und des Zitter-Signals umfasst. Die Nachführschaltung 24 liefert eine digitale Ausgabe auf der Basis des Komparatorausgangssignals, wobei die digitale Ausgabe verwendet wird, um das Nachführsignal zu liefern. Die Nachführschaltung 24 berechnet ferner ein digitales Versatzaktualisierungssignal, das verwendet wird, um das Versatzsignal zu liefern, das mit dem verstärkten Signal summiert wird, um das Eingangssignal zu liefern. Das verstärkte Signal ist versatzeingestellt, um das Eingangssignal zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das verstärkte Signal versatzeingestellt, um das Eingangssignal zu liefern, derart, dass das Eingangssignal um den Schaltpunkt einer Ausgangsschaltung, wie beispielsweise der Ausgangsschaltung 26, variiert.
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Die Nachführschleife ist eine schnelle Regelschleife, die dem Eingangssignal folgt, um das schnelle Nachführsignal und das langsamere Versatzsignal zu bestimmen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das langsamere Versatzsignal mit dem verstärkten Signal summiert, um das Eingangssignal auf den Schaltpunkt der Ausgangsschaltung 26 einzustellen. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Versatzsignal in dem eingestellten Zustand um ein DC-Versatzsignal, das dem verstärkten Signal überlagert ist.
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Die Ausgangsschaltung 26 empfängt das Eingangssignal und liefert ein Ausgangssignal in hohem Zustand oder in niedrigem Zustand auf der Basis des Eingangssignals. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Ausgangsschaltung 26 eine Schaltungsanordnung zum Ausgeben eines Stroms, der zwischen einem hohen Stromwert und einem niedrigen Stromwert umschaltet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Ausgangsschaltung 26 eine Schaltungsanordnung zum Ausgeben einer Spannung, die zwischen einem hohen Spannungswert und einem niedrigen Spannungswert umschaltet.
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Die Ausgangsschaltung 26 umfasst einen Hauptkomparator, der das Eingangssignal empfängt und basierend auf dem Eingangssignal einen hohen Zustand oder einen niedrigen Zustand liefert. Der Hauptkomparator ist ein versatzkompensierter zeitkontinuierlicher Komparator, der ein kontinuierliches Ausgangssignal liefert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Hauptkomparator ein Zerhackungskomparator (Chopping-Komparator). Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Hauptkomparator ein Ping-Pong-Komparator, bei dem das Ausgangssignal durch ein Schalten zwischen zwei Komparatoren geliefert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Hauptkomparator ein Zerhackungskomparator mit automatischer Nullung. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Hauptkomparator ein Ping-Pong-Komparator mit automatischer Nullung.
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Der Sensor 20 sieht eine hoch auflösende Nachführschleife vor, um das Eingangssignal zu verfolgen und das langsamere Versatzsignal zu liefern. Die Nachführschaltung 24 liefert ein schnelles Nachführsignal in der Nachführschleife, um Versatzsprüngen in dem Eingangssignal zu folgen. Die Nachführschaltung 24 umfasst ferner keine Schaltungsanordnung, wie beispielsweise Verstärker und Komparatoren, die Fehler in das Eingangssignal und letztlich das Ausgangssignal einbringen.
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2 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines selbstkalibrierenden Sensorsystems 40 darstellt, das ein Versatzsignal einstellt, um ein Ausgangssignal zu liefern. Der Sensor 40 umfasst eines oder mehrere Sensorelemente, wie beispielsweise ein Sensorelement 42, einen Eingangsverstärker 44, eine Summierungsschaltung 46, ein Filter 48, eine Nachführschaltung 50, einen Versatz-Digital-zu-Analog-Wandler (Versatz-DAC; DAC = digital to analog converter) 52 und eine Ausgangsschaltung 54. Der Eingangsverstärker 44 ist dem Eingangsverstärker 22 (in 1 gezeigt) ähnlich. Die Nachführschaltung 50 ist der Nachführschaltung 24 ähnlich und die Ausgangsschalung 54 ist der Ausgangsschaltung 26 ähnlich. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensor um einen integrierten Schaltungschip.
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Das Sensorelement 42 ist elektrisch mit dem Eingangsverstärker 44 über einen Sensoreingangsweg 56 gekoppelt und der Eingangsverstärker 44 empfängt erfasste Signale bei 56 von dem Sensorelement 42 über den Sensoreingangsweg 56. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem einen oder den mehreren Sensorelementen, wie beispielsweise dem Sensorelement 42, um Hall-Effekt-Sensorelemente. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem einen oder den mehreren Sensorelementen, wie beispielsweise dem Sensorelement 42, um XMR-Sensorelemente.
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Der Eingangsverstärker 44 ist elektrisch mit der Summierungsschaltung 46 über einen ersten Summierungseingangsweg 58 gekoppelt und der Eingangsverstärker 44 liefert ein verstärktes Signal bei 58, das auf den empfangenen erfassten Signalen bei 56 beruht. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Eingangsverstärker 44 um einen Differenzverstärker, der erfasste Signale bei 56 empfängt. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert der Eingangsverstärker 44 ein einendiges verstärktes Signal bei 58. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert der Eingangsverstärker 44 differenzverstärkte Signale bei 58.
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Die Summierungsschaltung 46 ist elektrisch mit dem Versatz-DAC 52 über einen zweiten Summierungseingangsweg 60 und mit dem Filter 48 über einen Filtereingangsweg 62 gekoppelt. Die Summierungsschaltung 46 empfängt das verstärkte Signal bei 58 von dem Eingangsverstärker 44 über den ersten Summierungseingangsweg 58 und das Versatzsignal bei 60 von dem Versatz-DAC 52 über den zweiten Summierungseingangsweg 60. Die Summierungsschaltung 46 summiert das verstärkte Signal bei 58 und das Versatzsignal bei 60, um ein versatzeingestelltes Signal bei 62 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Summierungsschaltung 46 zwischen dem Sensorelement 40 und dem Eingangsverstärker 44 gelegen, wobei die Summierungsschaltung 46 die erfassten Signale bei 56 von dem Sensorelement 42 und das Versatzsignal von dem Versatz-DAC 52 empfängt und summiert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Summierungsschaltung 46 Teil des Eingangsverstärkers 44. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Summierungsschaltung 46 ein einendiges versatzeingestelltes Signal bei 62. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Summierungsschaltung 46 ein differenzversatzeingestelltes Signal bei 62.
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Das Filter 48 ist elektrisch mit der Nachführschaltung 50 und der Ausgangsschaltung 54 über einen Eingangssignalweg 64 gekoppelt. Das Filter 48 empfängt das versatzeingestellte Signal bei 62 über einen Filtereingangsweg 62 und filtert das versatzeingestellte Signal bei 62, um ein Eingangssignal bei 64 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Filter 48 um ein Tiefpassfilter, das hochfrequentes Rauschen in dem versatzeingestellten Signal bei 62 herausfiltert. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Sensor 40 das Filter 48 nicht und das versatzeingestellte Signal bei 62 ist das Eingangssignal bei 64. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert das Filter ein einendiges Eingangssignal bei 64. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert das Filter 48 ein Differenzeingangssignal bei 64.
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Die Nachführschaltung 50 und die Ausgangsschaltung 54 empfangen das Eingangssignal bei 64 über den Eingangssignalweg 64. Die Nachführschaltung 50 ist elektrisch mit dem Versatz-DAC 52 über einen Versatzaktualisierungsweg 66 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Eingangssignal bei 64 ein einendiges Eingangssignal. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Eingangssignal bei 64 ein Differenzeingangssignal.
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Die Nachführschaltung 50 empfängt das Eingangssignal bei 64 und verfolgt das Eingangssignal bei 64 in einer Nachführschleife, wobei ein Nachführsignal mit dem Eingangssignal bei 64 summiert wird, um das Eingangssignal bei 64 nachzuführen bzw. zu verfolgen, und ein Zitter-Signal mit dem Eingangssignal bei 64 summiert wird, um die Auflösung der Nachführschleife zu erhöhen. Die Nachführschaltung 50 liefert ein Komparatorausgangssignal, das auf einem Komparatoreingangssignal beruht, einschließlich der Summierung des Eingangssignals, des Nachführsignals und des Zitter-Signals. Auf der Basis des Komparatorausgangssignals liefert die Nachführschaltung 50 eine digitale Ausgabe, die verwendet wird, um das Nachführsignal zu liefern, und berechnet die Nachführschaltung 50 ein digitales aktualisiertes Versatzsignal bei 66, das verwendet wird, um das Versatzsignal bei 60 zu liefern.
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Der Versatz-DAC 52 empfängt das aktualisierte Versatzsignal bei 66 über den Versatzaktualisierungsweg 66 und liefert das Versatzsignal bei 60. Die Summierungsschaltung 46 empfängt das Versatzsignal bei 60 und summiert das Versatzsignal bei. 60 und das verstärkte Signal bei 58, um das versatzeingestellte Signal bei 62 zu liefern. Das Filter 48 empfängt das versatzeingestellte Signal bei 62 und liefert das Eingangssignal bei 64. Das verstärkte Signal bei 58 wird versatzeingestellt und gefiltert, um das Eingangssignal bei 64 zu liefern, derart, dass das Eingangssignal bei 64 um den Schaltpunkt der Ausgangsschaltung 54 herum variiert. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Versatzsignal bei 60 in dem eingestellten Zustand um ein DC-Versatzsignal, das dem verstärkten Signal bei 58 überlagert ist.
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Die Ausgangsschaltung 54 empfängt das Eingangssignal bei 64 und liefert ein Ausgangssignal in hohem Zustand oder in niedrigem Zustand basierend auf dem Eingangssignal bei 64, das um den Schaltpunkt der Ausgangsschaltung 54 herum variiert. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Ausgangsschaltung 54 eine Schaltungsanordnung zum Ausgeben eines Stroms, der zwischen einem hohen Stromwert und einem niedrigen Stromwert umschaltet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Ausgangsschaltung 54 eine Schaltungsanordnung zum Ausgeben einer Spannung, die zwischen einem hohen Spannungswert und einem niedrigen Spannungswert umschaltet.
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3 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Hauptkomparators 80 in der Ausgangsschaltung 54 darstellt. Der Hauptkomparator 80 ist ein versatzkompensierter zeitkontinuierlicher Komparator, der ein kontinuierliches Ausgangssignal über einen Ausgangsweg 82 liefert. Der Hauptkomparator 80 empfängt das Eingangssignal über den Eingangssignalweg 64 und liefert das Ausgangssignal bei 82. Der Hauptkomparator 80 liefert ein kontinuierliches Ausgangssignal bei 82, das zwischen einem hohen Zustand und einem niedrigen Zustand umschaltet, basierend auf dem Eingangssignal 64.
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Regelungsfehler, wie beispielsweise Phasenfehler und Belastungszyklusfehler bzw. Tastverhältnisfehler in dem Ausgangssignal bei 82 werden durch automatische Nullung oder einen zerhackten Betrieb des Hauptkomparators 54 vermieden. Ebenfalls befindet sich der Hauptkomparator 80 außerhalb der Nachführschleife in der Nachführschaltung 50, derart, dass der Hauptkomparator 80 das Ausgangssignal bei 82 unabhängig von Taktsignalen in der Nachführschaltung 50 schaltet. Dies verringert Phasenfehler und zeitliches Zittern bzw. zeitliches Jittering in dem Ausgangssignal bei 82.
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Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Hauptkomparator 80 um einen Zerhackungskomparator (Chopping-Komparator). Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Hauptkomparator 80 um einen Ping-Pong-Komparator, der zwei Komparatoren umfasst, die zwischen einem Normalmodus und einem Autonullungsmodus wechseln, wobei das Ausgangssignal bei 82 durch Schalten zu dem Komparator in einem Normalmodus und weg von dem Komparator in dem Autonullungsmodus geliefert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Komparator 80 um einen Zerhackungskomparator mit automatischer Nullung. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Hauptkomparator 80 um einen Ping-Pong-Komparator mit automatischer Nullung.
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4 ist ein Diagram, das ein Ausführungsbeispiel einer Nachführschaltung 100 darstellt, die ein Eingangssignal nachführt bzw. verfolgt. Die Nachführschaltung 100 empfängt das Eingangssignal und verfolgt das Eingangssignal in einer Nachführschleife oder einem Nachführweg. Die Nachführschaltung 100 summiert ein Nachführsignal und ein Zitter-Signal (Dithering-Signal) mit dem Eingangssignal, um das Eingangssignal zu verfolgen und die Auflösung der Nachführschleife zu erhöhen. Die Nachführschaltung 100 ist der Nachführschaltung 50 (in 2 gezeigt) ähnlich.
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Die Nachführschaltung 100 umfasst eine erste Summierungsschaltung 102, eine zweite Summierungsschaltung 104, einen Nachführkomparator 106, eine Logik 108, einen Nachführ-DAC 110 und einen Dreieck-DAC 112. Die erste Summierungsschaltung 102 ist elektrisch mit der zweiten Summierungsschaltung über einen Summierungsschaltungsweg 114 und mit dem Nachführ-DAC 110 über einen Nachführsignalweg 116 gekoppelt. Die zweite Summierungsschaltung 104 ist elektrisch mit dem Nachführkomparator 106 über einen Komparatoreingangssignalweg 118 und mit dem Dreieck-DAC 112 über einen Zittersignalweg 120 gekoppelt.
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Die Logik umfasst eine Nachführlogik 122 und eine Versatzlogik 124. Der Nachführkomparator 106 ist elektrisch mit der Nachführlogik 122 über einen Komparatorausgangsweg 126 gekoppelt und die Nachführlogik 122 ist elektrisch mit dem Nachführ-DAC 110 über einen digitalen Nachführsignalweg 128 und mit dem Dreieck-DAC 112 über einen digitalen Steuersignalweg 130 gekoppelt. Die Versatzlogik ist elektrisch mit dem Versatz-DAC 52 (in 2 gezeigt) über den Versatzaktualisierungsweg 66 gekoppelt. Die Nachführlogik 122 und die Versatzlogik 124 sind elektrisch miteinander gekoppelt und die Versatzlogik 124 liefert ein aktualisiertes Versatzsignal über den Versatzaktualisierungsweg 66.
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Die erste Summierungsschaltung 102 empfängt das Eingangssignal über den Eingangssignalweg 64 und das Nachführsignal über den Nachführsignalweg 116 und summiert das Eingangssignal bei 64 und das Nachführsignal bei 116, um eine Summierung des Eingangssignals und des Nachführsignals bei 114 zu liefern. Die zweite Summierungsschaltung 104 empfängt die Summierung des Eingangssignals und des Nachführsignals über den Summierungsschaltungsweg 114 und das Zittersignal über den Zittersignalweg 120. Die zweite Summierungsschaltung 104 summiert die Summierung des Eingangssignals und des Nachführsignals bei 114 mit dem Zittersignal bei 120, um ein Komparatoreingangssignal bei 118 zu liefern.
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Der Nachführkomparator 106 empfängt das Komparatoreingangssignal bei 118, bei dem es sich um die Summierung des Eingangssignals, des Nachführsignals und des Zittersignals handelt, und liefert ein Komparatorausgangssignal bei 126. Der Nachführkomparator 106 ist ein versatzeingestellter Nachführkomparator. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nachführkomparator 106 um einen Autonullungskomparator. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nachführkomparator 106 um einen Autonullungskomparator, der bei 1,4 Megahertz wirksam ist. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nachführkomparator 106 um einen zerhackten Komparator. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nachführkomparator 106 um einen Ping-Pong-Komparator.
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Die Nachführlogik 122 empfängt das Komparatorausgangssignal bei 126 und liefert einen digitalen Wert, der die Summierung des Eingangssignals, des Nachführsignals und des Zittersignals darstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Nachführlogik 122 einen Auf/Ab-Zähler, der bei einem Übergang des Komparatorausgangssignals bei 126 aufwärts und bei dem anderen Übergang des Komparatorausgangssignals bei 126 abwärts zählt, um einen Zählwert zu liefern, der die Summierung des Ausgangssignals, des Nachführsignals und des Zittersignals darstellt.
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Die Nachführlogik 122 liefert eine digitale Ausgabe an den Nachführ-DAC 110 über den Digitalnachführsignalweg 128. Die digitale Ausgabe entspricht dem digitalen Wert, der die Summierung des Eingangssignals, des Nachführsignals und des Zittersignals darstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die digitale Ausgabe der digitale Wert, der die Summierung des Eingangssignals, des Nachführsignals und des Zittersignals darstellt.
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Der Nachführ-DAC 110 empfängt die digitale Ausgabe bei 128 und liefert das Nachführsignal bei 116. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nachführ-DAC 110 um einen 11-Bit-DAC, der 11 Bit Auflösung in der Nachführschleife liefert. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nachführ-DAC 110 um einen 12-Bit-DAC, der 12 Bit Auflösung in der Nachführschleife liefert. Bei anderen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Nachführ-DAC 110 zumindest um, einen 11-Bit-DAC, der zumindest 11 Bit Auflösung in der Nachführschleife liefert.
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Die erste Summierungsschaltung 102 empfängt das Nachführsignal bei 116 und summiert das Nachführsignal bei 116 mit dem Eingangssignal bei 64, um die Summierung des Nachführsignals und des Eingangssignals bei 114 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Summierungsschaltung 102 in dem Nachführkomparator 106 gelegen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein zusätzliches Filter vorgesehen, um das Eingangssignal bei 64 zu filtern, und die erste Summierungsschaltung 102 ist in dem zusätzlichen Filter gelegen.
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Die Nachführlogik 122 liefert ein digitales Steuersignal an den Dreieck-DAC 112 über den Digitalsteuersignalweg 130 und der. Dreieck-DAC 112 liefert ein dreieckförmiges Zittersignal bei 120. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert der Dreieck-DAC 112 3 Bit Auflösung in der Nachführschleife. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert der Dreieck-DAC 112 zumindest 3 Bit Auflösung in der Nachführschleife. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist der DAC 112 konfiguriert, um eine andere Art eines Zittersignals zu liefern, wie beispielsweise einen Sägezahnsignalverlauf.
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Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nachführ-DAC 110 um einen 11-Bit-DAC, der 11 Bit Auflösung liefert, und liefert der Dreieck-DAC 112 3 Bit Auflösung, derart, dass die Nachführschleife 14 Bit Auflösung aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nachführ-DAC 110 um einen 12-Bit-DAC, der 12 Bit Auflösung liefert, und liefert der Dreieck-DAC 112 3 Bit Auflösung, derart, dass die Nachführschleife 15 Bit Auflösung aufweist. Bei anderen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Nachführ-DAC 110 zumindest um einen 11-Bit-DAC, der zumindest 11 Bit Auflösung liefert, und liefert der Dreieck-DAC 112 zumindest 3 Bit Auflösung, derart, dass die Nachführschleife zumindest 14 Bit Auflösung aufweist.
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Die zweite Summierungsschaltung 104 empfängt das Zittersignal bei 120 und summiert das Zittersignal bei 120 mit der Summierung des Eingangssignals und des Nachführsignals bei 114. Die zweite Summierungsschaltung 104 liefert das Komparatoreingangssignal bei 118 und die Nachführlogik 122 empfängt das Komparatorausgangssignal bei 126. Die Nachführlogik 122 umfasst einen Nachführalgorithmus bzw. Tracking-Algorithmus, der ganzzahlige Mehrfache des Zittersignals summiert, derart, dass der Mittelwert des Zittersignals in der Nachführlogik Null beträgt.
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Die Versatzlogik 124 empfängt digitale Werte, die die Summierung des Eingangssignals, des Nachführsignals und des Zittersignals darstellen, von der Nachführlogik 122 und berechnet ein aktualisiertes Versatzsignal. Die Versatzlogik 124 liefert das aktualisierte Versatzsignal an den Versatz-DAC 52 über den Versatzaktualisierungsweg 66.
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Die Nachführschaltung 100 sieht eine hoch auflösende Nachführschleife vor, die das Eingangssignal bei 64 verfolgt bzw. nachführt. Die Nachführschaltung 100 liefert ein schnelles Nachführsignal bei 116 in der Nachführschleife, das Versatzsprünge in dem Eingangssignal 64 verfolgt. Die Nachführschaltung 100 liefert die langsameren, aktualisierten Versatzsignale bei 66, und Versatzfehler in den erfassten Signalen, dem Eingangsverstärker 44 und dem Versatz-DAC 52 werden über die Nachführschleife kompensiert. Zusätzlich umfasst die Nachführschaltung 100 keine Schaltungsanordnung, wie beispielsweise Verstärker und Komparatoren, die Fehler in das Eingangssignal bei 64 und letztlich das Ausgangssignal bei 82 einbringen.
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Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin dargestellt und beschrieben wurden, ist es Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine Vielfalt anderer und/oder äquivalenter Implementierungen die spezifischen Ausführungsbeispiele, die gezeigt und beschrieben wurden, ersetzen kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Variationen der spezifischen, hierin erörterten Ausführungsbeispiele abdecken. Deshalb ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Ansprüche und die Äquivalente derselben begrenzt sein soll.
