DE102010031290B4 - Circuit device with integrator circuits - Google Patents

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Abstract

Schaltungseinrichtung (6), die mindestens zwei, in aufeinander folgenden Taktphasen (T1, T2, T3) sukzessive getaktete Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) aufweist,wobei jede Integrator-Schaltung (20, 22, 24) einen Operationsverstärker (8) und weitere Komponenten (Cin1; Cin2; Cin3; Cfb1; Cfb2; Cfb3; Ccomp; SW1; SW2; SW3; SW4) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dassmindestens ein Operationsverstärker (8) in mindestens zwei in unterschiedlichen Taktphasen getakteten Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) gemeinsam eingesetzt ist, wobei die mehreren Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) jeweils vollständig aus dem gemeinsamen Operationsverstärker (8) und einer SC-Struktur aus Kapazitäten (Cin1; Cin2; Cin3; Cfb1; Cfb2; Cfb3; Ccomp) und Schaltern (SW1; SW2; SW3; SW4) gebildet sind, wobei die SC-Struktur aufweist:- eine Eingangs-SC-Struktur (10) mit Schaltern (SW1, SW2_3), mindestens einer Eingangs-Kapazität (Cin1) und Eingangs-Anschlüssen (19a, 19b, 19c, 19d) für eine Eingangs-Spannung (Uin) und eine Referenzspannung (Vref1),- eine Rückkopplungs-SC-Struktur (12) mit Rückkopplungs-Kapazitäten (Cfb1, Cfb2, Cfb3), Eingangs-Kapazitäten (Cin2, Cin3) und Schaltern (SW1, SW2, SW3), und- eine Ausgangs-SC-Struktur (14) mit mindestens einer Vergleichs-Kapazität (Ccomp) und Schaltern (SW1, SW2, SW3), wobei, die Vergleichskapazitäten (Ccomp) einer Ausgangs-SC-Struktur (14) mit ihren beiden Anschlüssen jeweils- zum einen über einen zweiten Schalter (SW2) an einen der beiden Rückkopplungs-Teile (12a, 12b) und einen Anschluss eines Quantisierers (16), und- zum anderen über einen ersten Schalter (SW1) an einen Eingangs-Anschluss (19a, 19b) der Eingangsspannung (Uin) angeschlossen sind.Circuit device (6) which has at least two integrator circuits (20, 22, 24) which are clocked successively in successive clock phases (T1, T2, T3), each integrator circuit (20, 22, 24) having an operational amplifier (8th ) and further components (Cin1; Cin2; Cin3; Cfb1; Cfb2; Cfb3; Ccomp; SW1; SW2; SW3; SW4), characterized in that at least one operational amplifier (8) in at least two integrator circuits (20th , 22, 24) is used jointly, the plurality of integrator circuits (20, 22, 24) each consisting entirely of the common operational amplifier (8) and an SC structure of capacitances (Cin1; Cin2; Cin3; Cfb1; Cfb2; Cfb3 ; Ccomp) and switches (SW1; SW2; SW3; SW4), the SC structure having:- an input SC structure (10) with switches (SW1, SW2_3), at least one input capacitance (Cin1) and input terminals (19a, 19b, 19c, 19d) for an input voltage (Uin) and ei ne reference voltage (Vref1),- a feedback SC structure (12) with feedback capacitances (Cfb1, Cfb2, Cfb3), input capacitances (Cin2, Cin3) and switches (SW1, SW2, SW3), and- an output -SC structure (14) with at least one comparison capacitance (Ccomp) and switches (SW1, SW2, SW3), wherein the comparison capacitances (Ccomp) of an output SC structure (14) with its two connections each- on the one hand via a second switch (SW2) to one of the two feedback parts (12a, 12b) and a connection of a quantizer (16), and- on the other hand via a first switch (SW1) to an input connection (19a, 19b) of input voltage (Uin) are connected.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinrichtung mit mehreren, sukzessive getakteten Integrator-Schaltungen, wobei die Schaltungseinrichtung insbesondere ein Delta-Sigma-Wandler sein kann.The invention relates to a circuit device with a plurality of successively clocked integrator circuits, in which case the circuit device can in particular be a delta-sigma converter.

Delta-Sigma-Wandler werden insbesondere zur AD (Analog-Digital)-Wandlung eingesetzt und weisen im Wesentlichen Integratoren und Quantisierer auf. Quantisierer werden üblicherweise mit Latched-Komparatoren realisiert und sind als solche bekannt; ihre Leistungsaufnahme ist relativ gering. Ein Großteil der Leistungsaufnahme von Delta-Sigma-Wandlern wird somit durch die Integratoren verursacht.Delta-sigma converters are used in particular for AD (analog-to-digital) conversion and essentially have integrators and quantizers. Quantizers are usually implemented with latched comparators and are known as such; their power consumption is relatively low. A large part of the power consumption of delta-sigma converters is thus caused by the integrators.

Die Integratoren werden üblicherweise jeweils durch eine Schaltung mit einem Operationsverstärker, Schaltern und Kondensatoren ausgelegt; derartige Schaltungen werden auch SC (switch, capacity)- Strukturen genannt und kommen insbesondere ohne Widerstände aus. Die Schalter können z. B. als MOSFETS ausgelegt sein und dienen insbesondere dazu, die Ladezyklen der Kondensatoren bzw. Kapazitäten entsprechend fest zu legen.The integrators are usually each designed by a circuit with an operational amplifier, switches and capacitors; Such circuits are also called SC (switch, capacity) structures and, in particular, manage without resistors. The switches can B. be designed as MOSFETS and are used in particular to set the charging cycles of the capacitors or capacities accordingly.

Das Dokument US 5 870 048 A beschreibt einen Sigma-Delta-Modulator mit Überabtastung.The document U.S. 5,870,048 A describes an oversampled sigma-delta modulator.

Die Schrift US 2008 / 0 258 951 A1 offenbart einen hybriden Delta-Sigma/SAR-Analog-Digital-Wandler und Verfahren zur Verwendung eines solchen.The font U.S. 2008/0 258 951 A1 discloses a hybrid delta-sigma/SAR analog-to-digital converter and methods of using such.

In 1 ist eine einfache Form eines SC-Integrators 1 gezeigt, mit einem Operationsverstärker 2, einer Eingangskapazität Cin, einer Rückkopplungskapazität Cfb im Rückkopplungspfad vom Ausgang 2c zum Minus-Eingang 2a des Operationsverstärkers 2, und Schaltern SW1, SW2, SW3 und SW4, mit denen die verschiedenen Zyklen gesteuert werden, im Allgemeinen durch Taktphasen eines Taktzyklus. Während einer ersten Taktphase T1 sind die Schalter SW1 und SW3 geschlossen, so dass die Eingangskapazität Cin auf eine anliegende Eingangsspannung Uin bzw. Uin(+) aufgeladen wird. Der Operationsverstärker 2 treibt in dieser Taktphase T1 keine Ausgangslast. Die bei Delta-Sigma-Wandlern üblicherweise eingesetzten Verstärkerstrukturen führen jedoch auch in dieser Taktphase T1 zu einem kontinuierlichen Querstrom durch den Operationsverstärker 2, so dass ein Leistungsverbrauch vorliegt.In 1 a simple form of an SC integrator 1 is shown, with an operational amplifier 2, an input capacitance Cin, a feedback capacitance Cfb in the feedback path from the output 2c to the negative input 2a of the operational amplifier 2, and switches SW1, SW2, SW3 and SW4, with which the different cycles are controlled, generally by clock phases of a clock cycle. During a first clock phase T1, the switches SW1 and SW3 are closed, so that the input capacitance Cin is charged to an input voltage Uin or Uin(+) that is present. The operational amplifier 2 drives no output load in this clock phase T1. However, the amplifier structures usually used in delta-sigma converters also result in a continuous transverse current through the operational amplifier 2 in this clock phase T1, so that there is power consumption.

In der nachfolgenden Taktphase T2 sind SW2 und SW4 geschlossen, wobei der Operationsverstärker 2 aktiv wird. Durch einen Ladungsaustausch wird die zuvor auf die Eingangskapazität Cin übertragene Ladung auf die Feedback-Kapazität (Rückkopplungskapazität) Cfb übertragen; hierfür verstärkt der Operationsverstärker 2 die an seinen Eingangsanschlüssen 2a, 2b auftretende Spannung, wodurch ein Stromfluss am Ausgang 2c des Operationsverstärkers 2 auftritt.In the subsequent clock phase T2, SW2 and SW4 are closed, operational amplifier 2 becoming active. Through a charge exchange, the charge previously transferred to the input capacitance Cin is transferred to the feedback capacitance (feedback capacitance) Cfb; For this purpose, the operational amplifier 2 amplifies the voltage occurring at its input terminals 2a, 2b, as a result of which a current flow occurs at the output 2c of the operational amplifier 2.

Bei dem in 2 gezeigten herkömmlichen Integrator 3 ist der Operationsverstärker 2 in der ersten Taktphase T1 über den Schalter SW3 zurückgekoppelt. Dies hat zur Folge, dass die an den Eingangsanschlüssen 2a, 2b des Operationsverstärkers 2 auftretende Spannung der Offset-Spannung entspricht. Die Eingangskapazität Cin wird bei dieser Struktur also nicht gegen Masse, sondem gegen die Offset-Spannung geladen. In der nachfolgenden Taktphase erfolgt anschließend ein Ladungstransport auf die Rückkopplungskapazität (Feedback-Kapazität) Cfb. Der Vorteil der Struktur aus 2, die auch als correlated double sampling- oder autozeroing-Struktur bezeichnet wird, liegt darin, dass hier der Offset des Verstärkers kompensiert wird. Häufig wird eine solche oder ähnliche Struktur für den ersten Integrator eines Delta-Sigma-Wandlers verwendet, um den Offset des Systems zu minimieren.At the in 2 conventional integrator 3 shown, the operational amplifier 2 is fed back in the first clock phase T1 via the switch SW3. The consequence of this is that the voltage occurring at the input terminals 2a, 2b of the operational amplifier 2 corresponds to the offset voltage. In this structure, the input capacitance Cin is not charged against ground, but against the offset voltage. In the subsequent clock phase, a charge is then transported to the feedback capacitance Cfb. The advantage of the structure 2 , which is also referred to as a correlated double sampling or autozeroing structure, is that the offset of the amplifier is compensated here. This or a similar structure is often used for the first integrator of a delta-sigma converter in order to minimize the offset of the system.

Bei mehrstufigen Operationsverstärkern werden insbesondere MASH (multi stage noise shaping) - Strukturen eingesetzt, die gegenüber einfachen single loop-Strukturen wesentlich stabiler sind. So kann ein Delta-Sigma-Wandler 5 dritter Ordnung wie in 3 schematisiert gezeigt z. B. aus drei Integratoren 5-1, 5-2 und 5-3, einem Addierer 5-4 und zwei Quantisierem 5-5 und 5-6 bestehen, die Ausgangssignale O1 und O2 ausgeben, wobei die Integratoren 5-1, 5-2 und 5-3 jeweils einen geeignet dimensionierten Operationsverstärker 4-1, 4-2, 4-3 und eine hier nicht gezeigte SC-Struktur aufweisen und der Addierer vollständig als SC-Struktur ohne einen Operationsverstärker oder ein anderes aktives Bauelement aufgebaut sein kann.In the case of multi-stage operational amplifiers, in particular MASH (multi-stage noise shaping) structures are used, which are significantly more stable than simple single-loop structures. Thus, a third-order delta-sigma converter 5 as in 3 shown schematically z. B. consist of three integrators 5-1, 5-2 and 5-3, an adder 5-4 and two quantizers 5-5 and 5-6, which emit output signals O1 and O2, the integrators 5-1, 5- 2 and 5-3 each have a suitably dimensioned operational amplifier 4-1, 4-2, 4-3 and an SC structure, not shown here, and the adder can be constructed entirely as an SC structure without an operational amplifier or any other active component.

Die drei Integratoren 5-1, 5-2, 5-3 können dann sukzessive getaktet werden. Hierbei weist der erste Integrator 5-1 z. B. eine Offset-Kompensation und die beiden folgenden Integratoren 5-2, 5-3 keine Offset-Kompensation auf. Da die Genauigkeit im Wesentlichen vom Rauschen des ersten Integrators 5-1 abhängig ist, besitzt dieser die größten Kapazitätswerte. Dies liegt daran, dass die Rauschleistung umgekehrt proportional zur Kapazität ist. Das Rauschen des zweiten und dritten Integrators 5-2 und 5-3 wird durch das noise shaping-Verhalten des Wandlers in die oberen Frequenzbereiche verschoben und beeinflusst die Performance bzw. Leistungseigenschaften des Tiefpass-Wandlers nur unwesentlich.The three integrators 5-1, 5-2, 5-3 can then be clocked successively. Here, the first integrator 5-1 z. B. an offset compensation and the two following integrators 5-2, 5-3 no offset compensation. Since the accuracy essentially depends on the noise of the first integrator 5-1, this has the largest capacitance values. This is because noise power is inversely proportional to capacitance. The noise of the second and third integrators 5-2 and 5-3 is shifted into the upper frequency ranges by the noise shaping behavior of the converter and only insignificantly influences the performance or power properties of the low-pass converter.

Aufgrund der unterschiedlichen Lastkapazitäten wird bei einem derartigen dreistufigen Delta-Sigma-Wandler 5 in MASH-Struktur der erste Operationsverstärker 4-1 für gewöhnlich größer dimensioniert als die Operationsverstärker 4-2, 4-3 der zweiten und dritten Stufe. Somit kann z. B. der erste Verstärker einen Querstrom von 600 µa aufweisen und die beiden anderen jeweils mit 200 µa auskommen.Due to the different load capacitances, in such a three-stage delta-sigma converter 5 in MASH structure, the first operational amplifier 4-1 is usually dimensioned larger than the operational amplifiers 4-2, 4-3 of the second and third stage. Thus e.g. B. the first amplifier have a cross current of 600 uA and the other two get along with 200 uA.

Nachteilhaft an derartigen Delta-Sigma-Wandlem ist ihr Energieverbrauch, insbesondere durch die in den Integratoren eingesetzten Operationsverstärker 4-1, 4-2, 4-3.A disadvantage of such delta-sigma converters is their energy consumption, in particular due to the operational amplifiers 4-1, 4-2, 4-3 used in the integrators.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß wird bei einer Schaltungseinrichtung mit mehreren, sukzessive getakteten Integratoren zumindest ein Operationsverstärker mehrfach, d. h. für mindestens zwei Integratoren benutzt. Die Schaltungseinrichtung kann insbesondere ein mehrstufiger Delta-Sigma-Wandler-Einrichtung sein.According to the invention, in a circuit device with a plurality of successively clocked integrators, at least one operational amplifier is multiply, i. H. used for at least two integrators. The circuit device can in particular be a multi-stage delta-sigma converter device.

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, dass bei einem Delta-Sigma- Wandler höherer Ordnung die Integratoren der aufeinander folgenden Stufen nicht bzw. nicht unbedingt gleichzeitig benutzt werden, aber die Operationsverstärker in den Taktphasen, in denen sie nicht aktiv tätig sind bzw. zum Treiben einer Ausgangslast dienen, dennoch einen nicht vernachlässigbaren Querstrom verbrauchen, der den Gesamtverbrauch der Schaltung bestimmt. The invention is based on the idea that in a higher-order delta-sigma converter, the integrators of the successive stages are not or not necessarily used simultaneously, but the operational amplifiers in the clock phases in which they are not actively working or for serve to drive an output load, yet consume a non-negligible cross-current, which determines the overall consumption of the circuit.

Erfindungsgemäß wird erkannt, dass durch eine geeignete Beschattung eine Mehrfachnutzung eines Operationsverstärkers möglich ist. Hierzu sind geeignete Schalter vorzusehen; bei einer Delta-Sigma-Wandler-Einrichtung mit SC-Struktur sind ohnehin bereits Schalter vorgesehen, die in den entsprechenden Taktphasen geschaltet werden; der erfindungsgemäße Mehraufwand liegt somit allenfalls bzw. im Wesentlichen in zusätzlichen Schaltern, um die Ein- und Ausgänge des Operationsverstärkers jeweils an die in der entsprechenden Taktphase relevanten Struktur-Teile anzuschließen.According to the invention, it is recognized that multiple use of an operational amplifier is possible through suitable shading. Suitable switches are to be provided for this; in the case of a delta-sigma converter device with an SC structure, switches are already provided which are switched in the corresponding clock phases; the additional outlay according to the invention therefore lies at most or essentially in additional switches in order to connect the inputs and outputs of the operational amplifier to the relevant structural parts in the corresponding clock phase.

Es zeigt sich, dass bei derartigen erfindungsgemäßen Lösungen der tatsächliche Mehraufwand für zusätzliche Schalter gering ist und Mehrfachnutzungen möglich sind, so dass hardwaremäßig nicht nur mindestens ein Operationsverstärker eingespart werden kann, sondern gegebenenfalls auch weitere Bauelemente der jeweiligen SC-Strukturen.It has been shown that with such solutions according to the invention, the actual additional expense for additional switches is low and multiple uses are possible, so that not only at least one operational amplifier can be saved in terms of hardware, but possibly also further components of the respective SC structures.

Somit kann erfindungsgemäß nicht nur eine Senkung des Energieverbrauchs, sondern auch eine deutliche hardwaremäßige Einsparung erreicht und somit die Hardware-Kosten gesenkt und die Integration erhöht werden.Thus, according to the invention, not only can energy consumption be reduced, but also significant savings in terms of hardware can be achieved, and the hardware costs can thus be reduced and integration increased.

Erfindungsgemäß kann ein Operationsverstärker auch für mehr als zwei Integratoren, z. B. für drei bzw. sämtliche Integratoren eines Delta-Sigma-Wandlers verwendet werden. Somit kann z. B. ein Delta-Sigma-Wandler dritter Ordnung mit lediglich einem Operationsverstärker und geeigneter Beschattung ausgestattet werden; in dem Operationsverstärker sind dann z. B. mehrere Rückkopplungskapazitäten parallel geschaltet und werden durch entsprechende Schalter in den jeweiligen Taktphasen geeignet an- bzw. abgeschaltet.According to the invention, an operational amplifier for more than two integrators, z. B. be used for three or all integrators of a delta-sigma converter. Thus e.g. B. a third-order delta-sigma converter can be equipped with only one operational amplifier and suitable shading; in the operational amplifier are then z. B. several feedback capacitors are connected in parallel and are suitably switched on or off by appropriate switches in the respective clock phases.

Erfindungsgemäß wird vorzugsweise die Zeit für den Wandelvorgang in drei Zeitabschnitte bzw. Taktphasen unterteilt. Die Länge der einzelnen Taktphasen bzw. Taktphasen kann aus dem Verhältnis der Länge der zu berechnenden Taktphase zur Gesamtzeit aller Taktphasen ermittelt werden.According to the invention, the time for the conversion process is preferably divided into three time segments or clock phases. The length of the individual clock phases or clock phases can be determined from the ratio of the length of the clock phase to be calculated to the total time of all clock phases.

Erfindungsgemäß kann weiterhin auch z. B. ein gemeinsamer Quantisierer anstelle von zwei Quantisierern eingesetzt werden, die in herkömmlichen 2-1 MASH-Strukturen eingesetzt sind. Hierzu können geeignete Steuersignale zur Ansteuerung des einen Quantisierers am Ende der entsprechenden Taktphasen eingegeben werden.According to the invention, z. B. a common quantizer can be used instead of two quantizers used in conventional 2-1 MASH structures. For this purpose, suitable control signals for controlling one quantizer can be input at the end of the corresponding clock phases.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt die Funktionsweise eines herkömmlichen SC-Integrators; 1 shows how a conventional SC integrator works;
  • 2 zeigt die Funktionsweise eines herkömmlichen SC-Integrators mit Offset-Kompensation; 2 shows the operation of a conventional SC integrator with offset compensation;
  • 3 den prinzipiellen, stark schematisierten Aufbau einer Schaltungsstruktur eines herkömmlichen Delta-Sigma-Wandlers dritter Ordnung; 3 the basic, highly schematic design of a circuit structure of a conventional third-order delta-sigma converter;
  • 4 eine DSC-Schaltungsstruktur eines erfindungsgemäßen Delta-Sigma-Wandlers dritter Ordnung; 4 a DSC circuit structure of a third-order delta-sigma converter according to the invention;
  • 5 das Taktschema der SC-Struktur aus 4; 5 the timing scheme of the SC structure 4 ;
  • 6 die relevante Struktur aus 4 während der Taktphase 1; 6 the relevant structure 4 during clock phase 1;
  • 7 die relevante Struktur aus 4 während der Taktphase 2; 7 the relevant structure 4 during clock phase 2;
  • 8 die relevante Struktur aus 4 während der Taktphase 3. 8th the relevant structure 4 during the clock phase 3.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Delta-Sigma-Wandlers wird ausdrücklich auch auf die bereits zum Stand der Technik beschriebene Funktionalität der Schaltungen aus 1 bis 3 Bezug genommen, die somit Teil der erfindungsgemäßen Offenbarung ist.To explain the delta-sigma converter according to the invention, reference is also expressly made to that already described in connection with the prior art functionality of the circuits 1 until 3 Reference is made, which is thus part of the disclosure of the invention.

In den Zeichnungen beschreiben gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Merkmale bzw. gleiche oder ähnliche Funktionen.In the drawings, the same or similar reference symbols describe the same or similar features or the same or similar functions.

4 beschreibt einen erfindungsgemäßen Delta-Sigma- Wandler 6, der lediglich einen einzigen Operationsverstärker, hier einen OTA (operational transconductance amplifier) 8 aufweist, der volldifferenziell bzw. double-ended ausgelegt ist, d. h. mit einem Plus-Eingang 8a, einem Minus-Eingang 8b, sowie einem Minus-Ausgang 8c und einem Plus-Ausgang 8d. Der Delta-Sigma-Wandler 6 entspricht funktionell dem schematischen Delta-Sigma-Wandler 5 aus 3, er benötigt jedoch lediglich einen einzigen Operationsverstärker, nämlich den OTA 8, weiterhin eine geeignete SC-Struktur, die funktionell unterteilt werden kann in eine Eingangs-SC-Struktur 10, eine im Rückkopplungspfad des OTA 8 ausgebildete mittlere SC-Struktur bzw. Rückkopplungs-SC-Struktur 12 sowie eine Ausgangs-SC-Struktur 14, an die ein Quantisierer 16 angeschlossen ist, der funktionell den Quantisierer-Stufen 5-5 und 5-6 aus 3 entspricht; bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird jedoch lediglich ein einziger Quantisierer 16 benötigt. Erfindungsgemäß können grundsätzlich jedoch auch zwei oder mehr Quantisierer eingesetzt werden. 4 describes a delta-sigma converter 6 according to the invention, which has only a single operational amplifier, here an OTA (operational transconductance amplifier) 8, which is designed to be fully differential or double-ended, ie with a plus input 8a and a minus input 8b , and a minus output 8c and a plus output 8d. The delta-sigma converter 6 corresponds functionally to the schematic delta-sigma converter 5 from FIG 3 , but it only requires a single operational amplifier, namely the OTA 8, and a suitable SC structure, which can be functionally subdivided into an input SC structure 10, a middle SC structure or feedback structure formed in the feedback path of the OTA 8 SC structure 12 and an output SC structure 14 to which a quantizer 16 is connected, which functionally consists of the quantizer stages 5-5 and 5-6 3 is equivalent to; however, only a single quantizer 16 is required in this embodiment of the invention. In principle, however, two or more quantizers can also be used according to the invention.

Im Folgenden wird zunächst detaillierter der Aufbau des Delta-Sigma-Wandlers 6 aus 4 beschrieben und dann die Funktionalität in den Taktphasen T1, T2, T3 erläutert.The structure of the delta-sigma converter 6 is first described in more detail below 4 described and then explained the functionality in the clock phases T1, T2, T3.

Die Eingangs-SC-Struktur 10 weist Eingangsanschlüsse 19a, 19b für die Eingangsspannung Uin (+) und Uin (-) auf, wobei an beiden Eingangsanschlüssen 19a, 19b beide Polungen zulässig sind, weiterhin Eingangs-Anschlüsse 19c und 19d für die positive und negative erste Referenzspannung Vref, d.h. somit Anschlüsse für +Vref1 und -Vref1. Masseanschlüsse sind in üblicher Weise gekennzeichnet. Weiterhin sind Schalter SW1 zur Ansteuerung mit dem Taktsignal T1, SW2 zur Ansteuerung mit dem Steuersignal T2, und SW3 zur Ansteuerung mit dem Taktsignal T3 vorgesehen, wobei jeder dieser Schalter bei dem HIGH-Pegel des ansteuernden Taktsignals T1, T2, T3 schließt. Weiterhin sind Schalter SW2_3 zur Ansteuerung mit sowohl dem Taktsignal T2 als auch T3 vorgesehen, die somit bei T2 HIGH ODER T3 HIGH schließen. Der Übersichtlichkeit halbe sind die Schalter auch z.T. nur in üblicher Weise durch das schließende Taktsignal bezeichnet.The input SC structure 10 has input connections 19a, 19b for the input voltage Uin (+) and Uin (-), both polarities being permissible at both input connections 19a, 19b, and input connections 19c and 19d for the positive and negative first reference voltage Vref, i.e. thus connections for +Vref1 and -Vref1. Ground connections are marked in the usual way. Furthermore, switches SW1 are provided for activation with the clock signal T1, SW2 for activation with the control signal T2, and SW3 for activation with the clock signal T3, each of these switches closing at the HIGH level of the activating clock signal T1, T2, T3. Furthermore, switches SW2_3 are provided for activation with both the clock signal T2 and T3, which therefore close at T2 HIGH OR T3 HIGH. For the sake of clarity, some of the switches are only designated in the usual way by the closing clock signal.

Die mittlere SC-Struktur bzw. Rückkopplungs- SC-Struktur 12 weist im Prinzip eine Parallelschaltung einiger Kapazitäten auf, die wahlweise durch geeignete Schalter mit den Eingangsanschlüssen 8a und 8b des OTA 8, den Ausgangsanschlüssen 8c, 8d des OTA 8, oder gegen Masse oder eine Referenzspannung geschlossen werden, um die Kapazitäten (Kondensatoren) jeweils geeignet auf ein Potenzial zu setzen oder sie gegenüber Masse oder einer Referenzspannung aufzuladen.The middle SC structure or feedback SC structure 12 has, in principle, a parallel connection of some capacitances, which can optionally be connected by suitable switches to the input terminals 8a and 8b of the OTA 8, the output terminals 8c, 8d of the OTA 8, or to ground or a reference voltage can be closed in order to suitably set the capacitances (capacitors) to a potential or to charge them with respect to ground or a reference voltage.

In der Rückkopplungs- SC-Struktur 12 sind in symmetrischer Weise (in 4 oben und unten) Parallelschaltungen von Rückkopplungs-Zweigen vorgesehen. Diese bilden zwischen dem Plus-Eingang 8a und dem Minus-Ausgang 8c des OTA 8 eine erste (in 4 obere) Teil-Struktur 12a, und zwischen dem Minus-Eingang 8b und dem Plus-Ausgang 8d eine zweite (in 4 untere ) Teil-Struktur 12b, deren Ausbildung symmetrisch ist, wobei im obersten Pfad SW3 an -/+ Vref2 und im untersten Pfad SW3 an +/- Vref2 angeschlossen ist.In the feedback SC structure 12, in a symmetrical manner (in 4 top and bottom) parallel circuits of feedback branches provided. Between the plus input 8a and the minus output 8c of the OTA 8, these form a first (in 4 upper) partial structure 12a, and between the minus input 8b and the plus output 8d a second (in 4 lower ) partial structure 12b, the formation of which is symmetrical, with the top path SW3 being connected to -/+ Vref2 and the bottom path SW3 being connected to +/- Vref2.

Hierbei weisen oben und unten die inneren drei Rückkopplungs-Zweige jeweils eine Reihenschaltung von einer Rückkopplungs-Kapazität mit einem Schalter auf, d.h. Cfb1 und SW1, Cfb 2 und SW2, Cfb 3 und SW3, in grundsätzlich ähnlicher funktioneller Weise wie in 2. Die äußeren beiden Rückkopplungs- Zweige sind oben und unten jeweils durch eine zweite Rückkopplungskapazität Cin2 und eine dritte Rückkopplungskapazität Cin3 mit Schaltern SW1, SW2 und SW3 gebildet, wobei die Schalter SW1, SW2 und SW3 die beiden Anschlüsse jeder Eingangs-Kapazität jeweils

  • - wie in 4 gezeigt ganz trennen, oder
  • - zum Aufladen an ein Bezugspotential, d.h. Masse oder +Vref2 oder -Vref2 legen, oder
  • - an einen Eingang 8a oder 8b oder einen Ausgang 8c oder 8d des OTA 8 und somit auch an eine parallel geschaltete Rückkopplungskapazität Cfb1, Cfb2, Cfb3 legen.
Here, the top and bottom of the inner three feedback branches each have a series connection of a feedback capacitance with a switch, ie Cfb1 and SW1, Cfb 2 and SW2, Cfb 3 and SW3, in a basically similar functional manner as in FIG 2 . The outer two feedback branches are formed at the top and bottom by a second feedback capacitance Cin2 and a third feedback capacitance Cin3 with switches SW1, SW2 and SW3, the switches SW1, SW2 and SW3 connecting the two terminals of each input capacitance, respectively
  • - as in 4 shown entirely separate, or
  • - connect to a reference potential for charging, ie ground or +Vref2 or -Vref2, or
  • - Connect to an input 8a or 8b or an output 8c or 8d of the OTA 8 and thus also to a feedback capacitance Cfb1, Cfb2, Cfb3 connected in parallel.

Die Ausgangs-SC-Struktur 14 ist in symmetrische Ausbildung (in 4 oben undunten) an die Ausgänge 8c und 8d angeschlossen und weist wiederum Schalter SW1, SW2, SW3 auf, die entsprechend in den Taktphasen T1, T2 oder T3 geschlossen werden, und Vergleichs-Kapazitäten Ccomp, wobei die obere Vergleichs-Kapazität Ccomp über einen Schalter SW1 an Uin(-) und die untere Vergleichs-Kapazität Ccomp über einen Schalter SW1 an Uin(+) geschaltet wird. Der Quantisierer 16 wird durch Steuersignale tad2 und tad3 angesteuert, da er bei dieser Ausführungsform doppelt verwendet wird. Er wird ein Ausgangssignal Sa als Bit-Strom aus.The output SC structure 14 is in symmetrical design (in 4 above and below) connected to the outputs 8c and 8d and in turn has switches SW1, SW2, SW3, which are closed accordingly in the clock phases T1, T2 or T3, and comparison capacitances Ccomp, the upper comparison capacitance Ccomp being connected via a switch SW1 is connected to Uin(-) and the lower comparison capacitance Ccomp is connected to Uin(+) via a switch SW1. The quantizer 16 is controlled by control signals tad2 and tad3 since it is used twice in this embodiment. It will output an output signal Sa as a bit stream.

5 zeigt das erfindungsgemäße Taktschema mit drei alternierenden Taktphasen T1, T2 und T3, weiterhin der Taktphase T2_3, die inhaltlich eine Überlagerung von T2 und T3 darstellt: T2_3 ist auf „HIGH“, wenn T2 oder T3 auf „HIGH“ ist. Somit entspricht T2_3 einer ODER-Schaltung bzw. zwei parallelen, jeweils mit T2 bzw. T3 beaufschlagten Schaltern. 5 shows the clock scheme according to the invention with three alternating clock phases T1, T2 and T3, furthermore the clock phase T2_3, the content represents a superposition of T2 and T3: T2_3 is HIGH when T2 or T3 is HIGH. T2_3 thus corresponds to an OR circuit or two parallel switches to which T2 or T3 is applied.

Erfindungsgemäß werden die Steuersignale tad2 und tad3 zur Ansteuerung des Quantisierers 16 verwendet, wobei tad2 einem Steuersignal bzw. „HIGH“-Pegel am Ende der Taktphase T2 und entsprechend tad3 einem Steuersignal bzw. „HIGH“-Pegel am Ende der Taktphase T3 entspricht, wie nachfolgend bei der Beschreibung der Funktionalität der 4 näher erläutert wird. Die Beschreibung der einzelnen Taktphasen erfolgt unter ergänzender Darstellung in den nachfolgenden 6 bis 8, die die jeweils relevanten Strukturen aus 4 während der jeweiligen Taktphase zeigen.According to the invention, the control signals tad2 and tad3 are used to control the quantizer 16, with tad2 corresponding to a control signal or "HIGH" level at the end of the clock phase T2 and tad3 corresponding to a control signal or "HIGH" level at the end of the clock phase T3, as below in the description of the functionality of the 4 is explained in more detail. The individual clock phases are described with additional representation in the following 6 until 8th , which consist of the relevant structures 4 show during the respective clock phase.

Taktphase T1:Clock phase T1:

Während T1 = HIGH erfolgt die Ausbildung eines in 6 gezeigten ersten Integrators 20 mittels des OTA 8 und den durch T1= HIGH zugeschalteten Komponenten der SC-Strukturen 10, 12 und 14. Somit wird in dieser Phase die Eingangsspannung Uin an die Anschlüsse 19a, 19b, d.h. Uin(+) und Uin(-) an 19a und 19b, sowie die Referenzspannung zwischen die Anschlüsse 19c, 19d gelegt, um einen Ladungsaustausch von Cin1 auf die ersten Rückkopplungs-Kapazität Cfb1 zu erreichen. Weiterhin werden die Eingangskapazität Cin2 für den nachfolgend auszubildenden zweiten Integrator, sowie auch die Vergleichs-Kapazität Ccomp geladen. Ccomp wird benötigt, um eine Summe bestehend aus der Eingangsspannung Uin, der Spannung des ersten Integrators 20 sowie auch, wie nachfolgend erläutert wird, die des zweiten Integrators zu bilden, um sie anschließend auf den Quantisierer 16 zu geben.During T1 = HIGH, an in 6 first integrator 20 shown by means of the OTA 8 and the components of the SC structures 10, 12 and 14 switched on by T1=HIGH. Thus, in this phase the input voltage Uin is applied to the connections 19a, 19b, ie Uin(+) and Uin(- ) at 19a and 19b, as well as the reference voltage between the terminals 19c, 19d, in order to achieve a charge exchange from Cin1 to the first feedback capacitance Cfb1. Furthermore, the input capacitance Cin2 for the second integrator to be formed subsequently, as well as the comparison capacitance Ccomp, are charged. Ccomp is required in order to form a sum consisting of the input voltage Uin, the voltage of the first integrator 20 and also, as will be explained below, that of the second integrator, in order to then send it to the quantizer 16.

Taktphase T2:Clock phase T2:

7 zeigt die hier aktiven Elemente. Im zweiten Zeitabschnitt T2 = HIGH erfolgt die Integration des zweiten Integrators 22, der durch den OTA 8 mitsamt den zugeschalteten Komponenten ausgebildet wird. Da die Schalter SW1 am Ausgang der Eingangs-SC-Struktur 10, d.h. vor den Eingängen 8a und 8b des OTA 8, geöffnet sind, wird in der zweiten Taktphase T2 und dritten Taktphase T3 jeweils ein Integrator 22 bzw. 24 ohne die Eingangs-SC-Struktur 10 ausgebildet. 7 shows the elements active here. In the second period of time T2=HIGH, the integration of the second integrator 22, which is formed by the OTA 8 together with the connected components, takes place. Since the switches SW1 are open at the output of the input SC structure 10, ie before the inputs 8a and 8b of the OTA 8, in the second clock phase T2 and third clock phase T3, an integrator 22 and 24 respectively without the input SC - Structure 10 formed.

In T2 wird die zuvor in der Taktphase T1 aufgeladene Kapazität Cin2 nunmehr über den in T2 geschlossenen Schalter SW2 gegen Masse geschaltet und somit auf die Rückkopplungs-Kapazität Cfb2 aufintegriert. Die hieraus resultierende Ausgangsspannung wird auf Ccomp gegeben. Die hieraus resultierende Spannung an den Eingängen der Komparatoren des Quantisierers 16 wird nun verwendet, um sie mit einer Bezugsspannung zu vergleichen. Nach Aktivierung des Quantisierers 16bzw. seiner Komparatoren durch tad2 erfolgt die Digitalisierung der analogen Spannung. Diese digitalen Daten werden anschließend als Ausgangssignal Sa1 ausgegeben an ein hier nicht gezeigtes digitales Dezimierfilter, das als solches bei Delta-Sigma-Wandlern bekannt ist. Zudem wird während der Taktphase T1 eine hierzu proportionale Spannung auf den Eingang des ersten Integrators, d. h. somit auf die Spannung Vref1, die an den Anschlüssen 19c, 19d anliegt, zurückgekoppelt. Erfindungsgemäß wird erkannt, dass diese Rückkopplung auf den ersten Integrator erfolgen kann, obwohl der erste Integrator 20 in 7 nicht ausgebildet ist.In T2, the capacitance Cin2 previously charged in the clock phase T1 is now connected to ground via the switch SW2, which is closed in T2, and is thus integrated onto the feedback capacitance Cfb2. The resulting output voltage is given to Ccomp. The resulting voltage at the inputs of the comparators of the quantizer 16 is now used to compare it with a reference voltage. After activation of the quantizer 16 bzw. of its comparators through tad2 the analog voltage is digitized. This digital data is then output as an output signal Sa1 to a digital decimation filter (not shown here), which is known as such in delta-sigma converters. In addition, during the clock phase T1, a voltage proportional thereto is fed back to the input of the first integrator, ie thus to the voltage Vref1 which is present at the connections 19c, 19d. According to the invention, it is recognized that this feedback can take place on the first integrator, although the first integrator 20 in 7 is not trained.

Taktphase T3:Clock phase T3:

Nachfolgend erfolgt die Taktphase T3 = HIGH, in der gemäß 8 der dritte Integrator 24 ausgebildet ist. Die zuvor geladene Eingangskapazität Cin3 wird zusätzlich mit der Referenzspannung Vref2 geladen und für einen Ladungsaustausch auf der Rückkopplungs-Kapazität Cfb3 verwendet. Am Ende der dritten Taktphase T3 wird wiederum über das Steuersignal tad3 der Quantisierer 16 aktiviert, um das digitale Ausgangssignal Sa2 auszugeben. Eine hierzu proportionale Spannung Vref2 wird während der nächsten Taktphase T3 zurückgekoppelt.The following is the clock phase T3 = HIGH, in accordance with 8th the third integrator 24 is formed. The previously charged input capacitance Cin3 is additionally charged with the reference voltage Vref2 and used for a charge exchange on the feedback capacitance Cfb3. At the end of the third clock phase T3, the quantizer 16 is again activated via the control signal tad3 in order to output the digital output signal Sa2. A voltage Vref2 proportional thereto is fed back during the next clock phase T3.

Die Länge der einzelnen Taktphasen kann z. B. mit folgender Formel berechnet werden: Ti = ( T ges / C ges ) Ci , last mit

Figure DE102010031290B4_0001

Ti
i= 1, 2 oder 3, Länge der zu berechnenden Taktphase T1, T2, T3
Tges
Gesamtzeit aller Taktphasen, d. h. Tges = T1 + T2 + T3
Cges
Summe aller Lastkapazitäten
Ci,last
Lastkapazität der zu berechnenden Taktphase.
The length of the individual clock phases can be B. can be calculated with the following formula: Ti = ( T total / C total ) ci , load With
Figure DE102010031290B4_0001
Ti
i= 1, 2 or 3, length of the clock phase T1, T2, T3 to be calculated
daily
Total time of all clock phases, ie T tot = T1 + T2 + T3
ctotal
Sum of all load capacities
Ci, last
Load capacitance of the clock phase to be calculated.

Je größer die Kapazität Ci,last, desto mehr Zeit wird für den Umladevorgang benötigt. Hat z. B. die Kapazität des ersten Integrators 20 aus 5 den Wert 3,0 pF, die des zweiten und dritten Integrators 22, 24 jedoch nur jeweils 1,0 pF, so wird für die erste Taktphase T1 60 % der Gesamtzeit Tges in Anspruch genommen. Die Dauer von T2 und T3 ist mit jeweils 20 % ausreichend dimensioniert.The larger the capacity Ci, last , the more time is required for the reloading process. has e.g. B. the capacity of the first integrator 20 from 5 If the value is 3.0 pF, but that of the second and third integrators 22, 24 is only 1.0 pF each, then 60% of the total time Tges is required for the first clock phase T1. The duration of T2 and T3 is sufficiently dimensioned with 20% each.

Anschließend beginnt der Zyklus in Taktphase T1 wieder von vome. Falls zusätzliche eine Offset-Kompensation benötigt wird, können hierfür die dem Fachmann als solches bekannten zusätzlichen Maßnahmen bzw. Verfahren verwendet werden.The cycle then starts again from the beginning in clock phase T1. If additional offset compensation is required, the additional ones known per se to those skilled in the art can be used for this purpose certain measures or procedures are used.

In T2 und T3 bedeutet somit eine Reihenschaltung einer Kapazität mit einer Rückkopplungs -Kapazität Cfb2 oder Cfb3 immer einen Ladungstransfer auf diese Rückkopplungs -Kapazität Cfb2 bzw. Cfb3, was somit immer einer Integration auf dieser Rückkopplungs -Kapazität Cfb2 oder Cfb3 entspricht. Hierbei wird in T3 jedoch nicht zusätzlich am Ausgang aufgeladen, wie es in T2 der Fall ist.In T2 and T3, a series connection of a capacitance with a feedback capacitance Cfb2 or Cfb3 always means a charge transfer to this feedback capacitance Cfb2 or Cfb3, which therefore always corresponds to an integration on this feedback capacitance Cfb2 or Cfb3. However, there is no additional charging at the output in T3, as is the case in T2.

In 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein Operationsverstärker 8 dreifach benutzt wird. Grundsätzlich sind auch weitere Ausführungsformen von Schaltungen mit mehreren Integratoren als Delta-Sigma-Wandlem möglich. So können z. B. auch andere AD-Wandler mehrere sukzessive getaktete Integratoren aufweisen, und erfindungsgemäß mindestens einen Integrator mehrfach benutzen.In 4 an embodiment is shown in which an operational amplifier 8 is used in triplicate. In principle, further embodiments of circuits with several integrators as delta-sigma converters are also possible. So e.g. For example, other AD converters also have several successively clocked integrators, and according to the invention use at least one integrator several times.

Claims (8)

Schaltungseinrichtung (6), die mindestens zwei, in aufeinander folgenden Taktphasen (T1, T2, T3) sukzessive getaktete Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) aufweist, wobei jede Integrator-Schaltung (20, 22, 24) einen Operationsverstärker (8) und weitere Komponenten (Cin1; Cin2; Cin3; Cfb1; Cfb2; Cfb3; Ccomp; SW1; SW2; SW3; SW4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Operationsverstärker (8) in mindestens zwei in unterschiedlichen Taktphasen getakteten Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) gemeinsam eingesetzt ist, wobei die mehreren Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) jeweils vollständig aus dem gemeinsamen Operationsverstärker (8) und einer SC-Struktur aus Kapazitäten (Cin1; Cin2; Cin3; Cfb1; Cfb2; Cfb3; Ccomp) und Schaltern (SW1; SW2; SW3; SW4) gebildet sind, wobei die SC-Struktur aufweist: - eine Eingangs-SC-Struktur (10) mit Schaltern (SW1, SW2_3), mindestens einer Eingangs-Kapazität (Cin1) und Eingangs-Anschlüssen (19a, 19b, 19c, 19d) für eine Eingangs-Spannung (Uin) und eine Referenzspannung (Vref1), - eine Rückkopplungs-SC-Struktur (12) mit Rückkopplungs-Kapazitäten (Cfb1, Cfb2, Cfb3), Eingangs-Kapazitäten (Cin2, Cin3) und Schaltern (SW1, SW2, SW3), und - eine Ausgangs-SC-Struktur (14) mit mindestens einer Vergleichs-Kapazität (Ccomp) und Schaltern (SW1, SW2, SW3), wobei, die Vergleichskapazitäten (Ccomp) einer Ausgangs-SC-Struktur (14) mit ihren beiden Anschlüssen jeweils - zum einen über einen zweiten Schalter (SW2) an einen der beiden Rückkopplungs-Teile (12a, 12b) und einen Anschluss eines Quantisierers (16), und - zum anderen über einen ersten Schalter (SW1) an einen Eingangs-Anschluss (19a, 19b) der Eingangsspannung (Uin) angeschlossen sind.Circuit device (6) which has at least two integrator circuits (20, 22, 24) which are clocked successively in successive clock phases (T1, T2, T3), each integrator circuit (20, 22, 24) having an operational amplifier (8th ) and further components (Cin1; Cin2; Cin3; Cfb1; Cfb2; Cfb3; Ccomp; SW1; SW2; SW3; SW4), characterized in that at least one operational amplifier (8) in at least two integrator circuits clocked in different clock phases ( 20, 22, 24) is used together, the plurality of integrator circuits (20, 22, 24) each consisting entirely of the common operational amplifier (8) and an SC structure of capacitances (Cin1; Cin2; Cin3; Cfb1; Cfb2; Cfb3; Ccomp) and switches (SW1; SW2; SW3; SW4), the SC structure having: - an input SC structure (10) with switches (SW1, SW2_3), at least one input capacitance (Cin1 ) and input terminals (19a, 19b, 19c, 19d) for an input voltage (Uin) and nd a reference voltage (Vref1), - a feedback SC structure (12) with feedback capacitances (Cfb1, Cfb2, Cfb3), input capacitances (Cin2, Cin3) and switches (SW1, SW2, SW3), and - a Output SC structure (14) with at least one comparison capacitance (Ccomp) and switches (SW1, SW2, SW3), wherein the comparison capacitances (Ccomp) of an output SC structure (14) with its two terminals, respectively - for one via a second switch (SW2) to one of the two feedback parts (12a, 12b) and a connection of a quantizer (16), and - the other via a first switch (SW1) to an input connection (19a, 19b) connected to the input voltage (Uin). Schaltungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Schalter (SW1, SW2, SW3, SW2_3) aufweist, die in unterschiedlichen Taktphasen (T1, T2, T3, T2_3) geschlossen sind, zur Ausbildung der mindestens zwei Integrator-Schaltungen (20, 22, 24).Circuit device according to one of the preceding claims, characterized in that it has switches (SW1, SW2, SW3, SW2_3) which are closed in different clock phases (T1, T2, T3, T2_3) to form the at least two integrator circuits (20 , 22, 24). Schaltungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Delta-Sigma-Wandler-Einrichtung (6) ist und mindestens einen an die Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) angeschlossenen Quantisierer (16) mit Komparatorschaltungen aufweist.Circuit device according to one of the preceding claims, characterized in that it is a delta-sigma converter device (6) and has at least one quantizer (16) with comparator circuits connected to the integrator circuits (20, 22, 24). Schaltungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) aufweist, die sich den gemeinsamen Operationsverstärker (8) teilen und in sukzessive aufeinander folgenden Taktphasen (T1, T2, T3) geschaltet sind, wobei die erste Integrator-Schaltung (20) zur Integration einer anliegenden Eingangsspannung (Uin) und mindestens einer Referenzspannung (Vref1) vorgesehen ist, wobei die zweite Integrator-Schaltung (22) zur Integration oder Überlagerung in einer Rückkopplungs-Kapazität (Cfb2) und wobei die dritte Integrator-Schaltung (24) zur Integration einer Referenzspannung (Vref2) auf eine Rückkopplungs-Kapazität (Cfb3) vorgesehen ist, wobei zumindest die letzte Integrator-Schaltung (24) zur Ausgabe eines AnalogSignals an den Quantisierer (16) vorgesehen ist.circuit device claim 3 , characterized in that it has at least three integrator circuits (20, 22, 24) which share the common operational amplifier (8) and are connected in successive successive clock phases (T1, T2, T3), the first integrator circuit Circuit (20) for integrating an applied input voltage (Uin) and at least one reference voltage (Vref1) is provided, the second integrator circuit (22) for integration or superimposition in a feedback capacitance (Cfb2) and the third integrator circuit (24) for integrating a reference voltage (Vref2) onto a feedback capacitance (Cfb3), at least the last integrator circuit (24) being provided for outputting an analog signal to the quantizer (16). Schaltungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie dritter Ordnung ausgebildet ist und genau drei Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) aufweist, die in aufeinander folgenden, zyklisch sich wiederholenden drei Taktphasen (T1, T2, T3) getaktet sind, wobei sie genau einen Quantisierer (16) aufweist, der am Ende der zweiten Taktphase (T2) und am Ende der dritten Taktphase (T3) jeweils durch Steuersignale (tad2, tad3) aktiviert wird zur Ausgabe digitaler Ausgangssignale (Sa1, Sa2).circuit device claim 4 , characterized in that it is third-order and has exactly three integrator circuits (20, 22, 24) which are clocked in successive, cyclically repeating three clock phases (T1, T2, T3), with exactly one quantizer (16) which is activated at the end of the second clock phase (T2) and at the end of the third clock phase (T3) by control signals (tad2, tad3) in order to output digital output signals (Sa1, Sa2). Schaltungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Integrator-Schaltung (20, 22, 24) in ihrem Rückkopplungspfad mindestens eine Reihenschaltung aus einer Rückkopplungs-Kapazität (Cfb1, Cfb2, Cfb3) und einem Schalter (SW1, SW2, SW3) aufweist, wobei die Rückkopplungspfade der mehreren Integrator-Schaltungen (20, 22, 24) an dem gemeinsamen Operationsverstärker (8) parallel geschaltet sind.Circuit device according to one of the preceding claims, characterized in that each integrator circuit (20, 22, 24) has in its feedback path at least one series circuit made up of a feedback capacitance (Cfb1, Cfb2, Cfb3) and a switch (SW1, SW2, SW3) having, wherein the feedback paths of the plurality of integrator circuits (20, 22, 24) are connected in parallel to the common operational amplifier (8). Schaltungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Operationsverstärker (8) als volldifferenzieller Operationstranskonduktanzverstärker (8) ausgebildet ist, dessen negativer Ausgang (8c) über einen ersten Rückkopplungs-Teil (12a) an dessen Plus-Eingang (8a) angeschlossen ist und dessen Plus-Ausgang (8d) über einen zweiten Rückkopplungs-Teil (12b) an dessen Minus-Eingang (8b) rückgekoppelt ist, wobei die Rückkopplungs-Teile (12a, 12b) im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet und an unterschiedliche Anschlüsse einer Referenzspannung (Vref2) angeschlossen sind, wobei in jedem Rückkopplungs-Teil (12a, 12b) eine Parallelschaltung mindestens folgender Rückkopplungspfade ausgebildet ist: - drei Reihenschaltungen aus jeweils einer ersten, zweiten oder dritten Rückkopplungs-Kapazität (Cfb1, Cfb2, Cfb3) und einem Schalter (SW1, SW2, SW3) zum Schließen in der ersten, zweiten oder dritten Taktphase (T1, T2, T3), - eine über einen ersten Schalter (SW1) und einen zweiten Schalter (SW2) angeschlossene zweite Eingangs-Kapazität (Cin2), deren Anschlüsse weiterhin über Schalter (SW2, SW3) an Masse legbar sind, - eine über einen zweiten Schalter (SW2) und einen dritten Schalter (SW3) angeschlossene dritte Eingangs-Kapazität (Cin3), deren Anschlüsse weiterhin über Schalter (SW2, SW3) an eine zweite Referenzspannung (Vref2) und Masse legbar sind.circuit device claim 6 , characterized in that the operational amplifier (8) is designed as a fully differential operational transconductance amplifier (8) whose negative output (8c) is connected via a first feedback part (12a) to its plus input (8a) and whose plus output ( 8d) is fed back via a second feedback part (12b) to its negative input (8b), the feedback parts (12a, 12b) being essentially symmetrical and being connected to different terminals of a reference voltage (Vref2), with in each feedback part (12a, 12b) has a parallel connection of at least the following feedback paths: - three series connections each consisting of a first, second or third feedback capacitance (Cfb1, Cfb2, Cfb3) and a switch (SW1, SW2, SW3) for closing in the first, second or third clock phase (T1, T2, T3), - a second input connected via a first switch (SW1) and a second switch (SW2). s-capacitance (Cin2), the connections of which can also be grounded via switches (SW2, SW3), - a third input capacitance (Cin3) connected via a second switch (SW2) and a third switch (SW3), whose connections continue can be connected to a second reference voltage (Vref2) and ground via switches (SW2, SW3). Schaltungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der Eingangs-SC-Struktur (10) durch in der ersten Taktphase (T1) geschlossene erste Schalter (SW1) an die beiden Eingangsanschlüsse (8a, 8b) des Operationsverstärkers (8) geschaltet sind und in einer zweiten und/oder dritten Taktphase (T2, T3, T2_3) auf Masse gelegt sind.circuit device claim 7 , characterized in that the outputs of the input SC structure (10) are connected to the two input terminals (8a, 8b) of the operational amplifier (8) by first switches (SW1) closed in the first clock phase (T1) and in a second and/or the third clock phase (T2, T3, T2_3) are grounded.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07109977B2 (en) 1986-12-18 1995-11-22 株式会社日立製作所 SUITUCHI Tokiya Pashita Filter
US5870048A (en) 1997-08-13 1999-02-09 National Science Council Oversampling sigma-delta modulator
US20080258951A1 (en) 2007-04-23 2008-10-23 Taxas Instruments Incorporated Hybrid Delta-Sigma/SAR Analog to Digital Converter and Methods for Using Such

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07109977B2 (en) 1986-12-18 1995-11-22 株式会社日立製作所 SUITUCHI Tokiya Pashita Filter
US5870048A (en) 1997-08-13 1999-02-09 National Science Council Oversampling sigma-delta modulator
US20080258951A1 (en) 2007-04-23 2008-10-23 Taxas Instruments Incorporated Hybrid Delta-Sigma/SAR Analog to Digital Converter and Methods for Using Such

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