DE102012108367A1

DE102012108367A1 - Dreieckwellengenerator mit externem Taktsignal synchronisierten Differenzausgang

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Publication number: DE102012108367A1
Application number: DE102012108367A
Authority: DE
Inventors: Georgi Panov
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2032-09-08
Also published as: TWI514771B; US20130063190A1; CN103001607B; DE102012108367B4; US8633740B2; TW201334417A; CN103001607A; TWI568185B; TW201635706A

Abstract

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Wellengenerator (400), der ein erstes Paar an Kondensatoren (412, 414), ein zweites Paar an Kondensatoren (413, 415), einen Operationsverstärker (410) und Steuerlogik (442) beinhaltet. Der Operationsverstärker (410) weist Eingänge auf und stellt eine dreieckige Differenzwelle an seinen Ausgängen als ein Ausgangssignal bereit. Die Steuerlogik (442) beinhaltet Kondensatorsteuerlogik, Rampensteuerlogik, Rückstellsteuerlogik und Ladesteuerlogik. Die Kondensatorsteuerlogik verbindet ein Strompaar der ersten und zweiten Kondensatoren mit den Eingängen des Operationsverstärkers (410). Die Rampensteuerlogik stellt Rampenströme (I1, I2) an das Strompaar bereit. Die Rückstellsteuerlogik stellt Kondensatoren eines nächsten Paares auf ausgewählte Spannung(en), wie z. B. Null, zurück. Die Ladesteuerlogik lädt das nächste Paar an Kondensatoren, typischerweise nachdem das nächste Paar an Kondensatoren auf die ausgewählte Spannung(en) getrieben wurde.

Description

Analoge Audioverstärker der Klasse D, die ebenfalls als Verstärker der Klasse D bezeichnet werden, stellen gute Leistungseffizienz und Ausgangssignale mit guter Qualität bereit. Daher werden Verstärker der Klasse D herkömmlicherweise in energiearmen Anwendungen und Geräten verwendet, wie z. B. in tragbaren batteriebetriebenden Geräten. Ferner können analoge Audioverstärker der Klasse D Kosten senken, da sie im Allgemeinen keine externe Induktivität als Ausgangsfilter erfordern. Die analogen Audioverstärker der Klasse D verwenden typischerweise einen Pulsweitenmodulator, der einen Dreieckwellengenerator beinhaltet. Die Dreieckwelle, die von dem Wellengenerator erzeugt wird, sollte sehr linear sein, da sonst das Ausgangssignal des Verstärkers verzerrt sein kann.
1 ist ein Schaltdiagramm, das eine wellengenerierende Schaltung des Standes der Technik veranschaulicht. Die Schaltung empfängt ein Taktsignal 102 und stellt ein Dreieckwellensignal als ein Ausgangssignal 104 bereit. Das Taktsignal ist ein Rechteckwellensignal.
Die Schaltung beinhaltet einen Integrator, der aus einem Operationsverstärker 106 und einem Kondensator 108 besteht. Die Schaltung beinhaltet zusätzlich schaltbare Stromquellen I1 110 und I2 112. Im Idealfall sind I1 und I2 gleich, und das Taktsignal 102 weist einen Arbeitszyklus von exakt 50 auf. Unter diesen idealen Bedingungen ist das Ausgangssignal 104 eine Dreieckwelle mit einheitlichen Eigenschaften, einschließlich einheitlichen Spitzen.
2 ist ein Zeitdiagramm, das Probleme veranschaulicht, die bei der wellengenerierenden Schaltung, die in 1 gezeigt ist, auftreten können. In Situation 201 ist die Stromquelle I2 größer als I1. Folglich driftet das Ausgangssignal 104 zu einem höheren Spitzenwert und weg von einem niedrigen Spitzenwert. Wie ersichtlich erhöht der Fehler jeden Zyklus. In Situation 202 ist die Stromquelle I2 kleiner als I1. Hier driftet das Ausgangssignal 104 zu dem niedrigen Spitzenwert und weg von dem hohen Spitzenwert. Wie auch hier ersichtlich akkumuliert der Fehler jeden Zyklus. In Situation 203 liegt der Arbeitszyklus des Taktsignals 102 nicht bei 100 Prozent. Der niedrige Teil des Taktzyklus ist größer als der hohe Teil des Taktzyklus. Folglich akkumuliert das Ausgangssignal 104 Fehler und driftet zu einem niedrigen Spitzenwert und weist einen nicht einheitlichen Arbeitszyklus auf.
Bei einem anderen Wellengenerator des Standes der Technik wird eine dreieckige Rampe durch zwei Dauerströme mit entgegengesetzten Richtungen generiert, die sequentiell umgeschaltet werden, um durch einen Kondensator zu fließen. Die Schalter werden von zwei Wechslern gesteuert, die die Ausgangsspannung überwachen. Ein Operationsverstärker wird verwendet, um einen Integrator mit dem Kondensator aufzubauen, was einen konstanten Spannungsabfall über die Stromquellen sicherstellt, um ein Ausgangssignal mit verhältnismäßig hoher Linearität zu erzielen. Außerdem ist die Schaltung selbstschwingend und verwendet kein externes oder geliefertes Taktsignal. Das hervorgebrachte Ausgangssignal ist dreieckig und verhältnismäßig linear, wobei es jedoch unsymmetrisch und nicht mit einem externen Takt synchronisiert ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Funktionsgenerator bereitgestellt, aufweisend: ein erstes Paar an Kondensatoren; ein zweites Paar an Kondensatoren; einen Operationsverstärker mit Eingängen und Ausgängen, die ein Ausgangssignal bereitstellen; und Steuerlogik, aufweisend: Kondensatorsteuerlogik, die konfiguriert ist, um ein Strompaar des ersten Paares und das zweite Paar an Kondensatoren mit den Eingängen des Operationsverstärkers zu verbinden; Rampensteuerlogik, die konfiguriert ist, um Rampenströme an das Strompaar bereitzustellen; Rückstellsteuerlogik, die konfiguriert ist, um ein nächstes Paar des ersten und des zweiten Paares an Kondensatoren rückzustellen; und Ladesteuerlogik, konfiguriert, um das nächste Paar zu laden, nachdem das nächste Paar zurückgestellt wurde.
In einer Ausgestaltung kann das Ausgangssignal ein dreieckiges Differenzwellensignal sein.
In noch einer Ausgestaltung kann eine Frequenz des Ausgangssignals gemäß einem externen Takt bestimmt werden.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerlogik gemäß einem Taktsignal arbeiten.
In noch einer Ausgestaltung können das Strompaar und das nächste Paar in jedem Taktzyklus ausgewählt werden.
In noch einer Ausgestaltung können das Strompaar und das nächste Paar in jedem Taktzyklus alternieren.
In noch einer Ausgestaltung kann die Rückstellsteuerlogik die Spannung bei den ersten und zweiten Kondensatoren des nächsten Paares auf Null Volt treiben.
In noch einer Ausgestaltung kann die Ladesteuerlogik das nächste Paar bei Strömen von ungefähr der Hälfte der Rampenströme von Null Volt laden.
In noch einer Ausgestaltung kann die Ladesteuerlogik einen ersten Ladestrom in einer ersten Richtung an einen ersten Kondensator des nächsten Paares bereitstellen und einen zweiten Ladestrom in eine zweite Richtung zu einem zweiten Kondensator des nächsten Paares bereitstellen, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung ist.
In noch einer Ausgestaltung können die Rampenströme einen ersten Rampenstrom in eine erste Richtung und einen zweiten Rampenstrom in eine zweite Richtung beinhalten.
In noch einer Ausgestaltung kann die Kondensatorsteuerlogik ein Paar an Schaltern aufweisen, die zwischen dem ersten Paar an Kondensatoren und dem zweiten Paar an Kondensatoren auswählen.
In noch einer Ausgestaltung kann das Strompaar an Kondensatoren einen ersten Kondensator, der mit einem negativen Eingang der Eingänge des Operationsverstärkers verbunden ist, und einen zweiten Kondensator, der mit einem positiven Eingang der Eingänge des Operationsverstärkers verbunden ist, aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung können Kondensatoren des ersten Paares an Kondensatoren und des zweiten Paars an Kondensatoren im Wesentlichen die gleiche Kapazität aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann der Funktionsgenerator ferner aufweisen eine erste Rampenstromquelle und eine zweite Rampenstromquelle, die mit der Rampensteuerlogik gekoppelt sind.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Funktionsgenerator bereitgestellt, aufweisend: einen ersten Kondensator; einen zweiten Kondensator; einen Operationsverstärker mit Eingängen und einem Ausgang, der ein Ausgangssignal bereitstellt, wobei das Ausgangssignal eine unsymmetrische dreieckige Welle aufweist; und Steuerlogik, die konfiguriert ist, um gemäß einem Taktsignal zu arbeiten, wobei die Steuerlogik aufweist: Kondensatorsteuerlogik, die konfiguriert ist, um ein Strompaar der ersten und zweiten Kondensatoren mit den Eingängen des Operationsverstärkers zu verbinden; Rampensteuerlogik, die konfiguriert ist, um Rampenströme an den Stromkondensator bereitzustellen; Rückstellsteuerlogik, die konfiguriert ist, um einen nächsten Kondensator der ersten und zweiten Kondensatoren rückzustellen; und Ladesteuerlogik, die konfiguriert ist, um den nächsten Kondensator zu laden, nachdem der nächste Kondensator rückgestellt wurde.
In einer Ausgestaltung kann die Rampensteuerlogik die Richtung der Rampenströme in jedem Zyklus des Eingangstakts zweimal alternieren.
In noch einer Ausgestaltung kann das Zurückstellen des nächsten Kondensators Fehler von Stromfehlanpassungen und Kondensatorfehlanpassungen beseitigen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Generieren einer dreieckigen Differenzwelle bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines ersten Paares an Kondensatoren und eines zweiten Paares an Kondensatoren; alternierendes Auswählen eines Strompaares an Kondensatoren und eines nächsten Paares an Kondensatoren aus dem ersten Paar und dem zweiten Paar an Kondensatoren in jedem Zyklus eines Taktes; Verbinden des Strompaares wird mit Eingängen eines Operationsverstärkers; Bereitstellen von Rampenströmen an das Strompaar an Kondensatoren; Generieren einer dreieckigen Differenzwelle durch den Operationsverstärker von den Rampenströmen und dem Strompaar an Kondensatoren, wobei die dreieckige Differenzwelle mit dem Takt synchronisiert wird; und Rückstellen und sodann Laden des nächsten Paares an Kondensatoren.
In einer Ausgestaltung kann das Rückstellen und sodann Laden gleichzeitig mit der Generation der dreieckigen Differenzwelle stattfinden.
In noch einer Ausgestaltung kann das Bereitstellen der Rampenströme das Bereitstellen eines positiven Rampenstroms an einen ersten Kondensator und einen negativen Rampenstrom an einen zweiten Kondensator für eine erste Hälfte des Zyklus und das Bereitstellen des positiven Rampenstroms an den zweiten Kondensator und des negativen Rampenstroms an den ersten Kondensator für eine zweite Hälfte des Zyklus aufweisen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
1 ist ein Schaltdiagramm, das eine wellengenerierende Schaltung des Standes der Technik veranschaulicht.
2 ist ein Zeitdiagramm, das Probleme veranschaulicht, die aus der Schaltung von 1 entstehen.
3 ist ein Schaltdiagramm eines Dreieckwellengenerators.
4 ist ein Schaltdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Dreieckwellengenerator veranschaulicht.
5 ist ein Zeitdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen beispielhaften Betrieb eines Differenzwellengenerators veranschaulicht.
6 ist ein Schaltdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen unsymmetrischen Dreieckwellengenerator veranschaulicht.
7 ist ein Zeitdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen beispielhaften Betrieb eines unsymmetrischen Dreieckwellengenerators veranschaulicht.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ein Verfahren zum Generieren einer dreieckigen Differenzwelle veranschaulicht.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Wellengenerator, der ein erstes Paar an Kondensatoren, ein zweites Paar an Kondensatoren, einen Operationsverstärker und Steuerlogik beinhaltet. Der Operationsverstärker weist Eingänge auf und stellt eine dreieckige Differenzwelle an seinen Ausgängen als ein Ausgangssignal bereit. Die Steuerlogik beinhaltet Kondensatorsteuerlogik, Rampensteuerlogik, Rückstellsteuerlogik und Ladesteuerlogik. Die Kondensatorsteuerlogik verbindet ein Strompaar des ersten und des zweiten Kondensators mit den Eingängen des Operationsverstärkers. Die Rampensteuerlogik stellt Rampenströme an das Strompaar bereit. Die Rückstellsteuerlogik stellt Kondensatoren eines nächsten Paares auf ausgewählte Spannung(en), wie z. B. Null, zurück. Die Ladesteuerlogik lädt das nächste Paar an Kondensatoren, typischerweise nachdem das nächste Paar an Kondensatoren auf die ausgewählte Spannung(en) getrieben wurde.
Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die vorstehende Ausführungsform ferner eine erste und eine zweite Rampenstromquelle, die die Rampenströme bereitstellen. Bei noch einer weiteren Ausführungsform beinhalten jegliche der vorstehenden ferner eine erste und eine zweite Ladestromquelle, die Ladeströme bereitstellen, um das nächste Paar an Kondensatoren zu laden. Bei einer weiteren Ausführungsform einschließlich jeder der vorstehenden, beseitigt die Rückstellsteuerlogik Fehler oder falsche Spannungen bei dem nächsten Paar an Kondensatoren, indem sie das nächste Paar an Kondensatoren zurückstellt. Bei einer weiteren Ausführungsform einschließlich jeder der vorstehenden, tauschen das Strompaar und das nächste Paar in jedem Zyklus die Rollen. Bei noch einer weiteren Ausführungsform einschließlich jeder der vorstehenden, arbeitet die Steuerlogik bei einem Taktsignal, z. B. einem externen Takt, und das Ausgangssignal wird mit dem Taktsignal synchronisiert. Bei einer weiteren Ausführungsform einschließlich jeder der vorstehenden, weist die Kondensatorsteuerlogik ein Paar an Schaltern auf.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung beinhaltet einen Wellengenerator zum Generieren einer unsymmetrischen dreieckigen Welle. Der Generator beinhaltet einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator, einen Operationsverstärker und eine Steuerlogik. Der Operationsverstärker weist Eingänge auf, die selektiv oder steuerbar mit dem ersten bzw. dem zweiten Kondensator verbunden sind. Der Operationsverstärker weist einen Ausgang auf, der ein Ausgangssignal als eine unsymmetrische dreieckige Welle bereitstellt. Die Steuerlogik beinhaltet Kondensatorsteuerlogik, Rampensteuerlogik, Rückstellsteuerlogik und Ladesteuerlogik. Die Kondensatorsteuerlogik verbindet steuerbar entweder den ersten oder den zweiten Kondensator mit dem Eingang des Operationsverstärkers. Der verbundene Kondensator ist der designierte Stromkondensator. Die Rampensteuerlogik steuert oder stellt Rampenströme an den Stromkondensator bereit. Die Rückstellsteuerlogik ist konfiguriert, um den anderen Kondensator des ersten und des zweiten Kondensators zurückzustellen. Der andere Kondensator wird als der nächste Kondensator bezeichnet. Die Ladesteuerlogik steuert das Laden des nächsten Kondensators.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Generieren einer dreieckigen Differenzwelle offenbart. Ein erstes und ein zweites Paar an Kondensatoren sind bereitgestellt. Ein Strompaar und ein nächstes Paar werden alternierend in jedem Zyklus aus dem ersten und dem zweiten Paar an Kondensatoren ausgewählt. Das Strompaar wird mit Eingängen eines Operationsverstärkers verbunden. Rampenströme werden den Eingängen und dem Strompaar bereitgestellt. Folglich wird von dem Operationsverstärker eine dreieckige Differenzwelle generiert. Das nächste Paar an Kondensatoren wird zurückgestellt und sodann geladen.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen durchgängig gleiche Bezugsnummern verwendet werden, um auf gleiche Elemente zu verweisen, und wobei die veranschaulichten Strukturen und Geräte nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
3 ist ein Schaltdiagramm eines Dreieckwellengenerators 300. Der Generator 300 beinhaltet eine erste Stromquelle 302, erste Schalter 304, eine zweite Stromquelle 306, zweite Schalter 308, einen Operationsverstärker 310, einen ersten Kondensator 312, einen zweiten Kondensator 314, einen ersten Ausgangsknoten 316, einen zweiten Ausgangsknoten 318 und einen Takteingang 320.
Die erste Stromquelle 302 und die zweite Stromquelle 306 stellen Ströme I1 und I2 mit im Wesentlichen ähnlichen Werten bereit, allerdings in entgegengesetzte Richtungen. Bei einem Beispiel ist I1 2 μA und I2 2 μA. Die ersten Schalter 304 und die zweiten Schalter 308 sind mit der ersten Stromquelle 302 bzw. der zweiten Stromquelle 306 gekoppelt, und können unter Verwendung von Digitallogik implementiert werden. Die ersten Schalter 304 und die zweiten Schalter 308 sind mit zwei Positionen, „a” und „b”, konfiguriert.
Der Operationsverstärker 310 ist ein Differentialverstärker mit Differentialeingängen und -ausgängen, wie gezeigt in 3. Ein negativer Eingang ist mit der „a” Position des zweiten Schalters 308 und der „b” Position des ersten Schalters 304 verbunden. Ein positiver Eingang ist mit der „b” Position des zweiten Schalters und der „a” Position des ersten Schalters 304 verbunden. Ein positiver Ausgang ist mit dem ersten Ausgangsknoten 316 verbunden. Ein negativer Ausgang ist mit dem zweiten Ausgangsknoten 318 verbunden.
Der erste Kondensator 312 ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 310, dem positiven Ausgang des Operationsverstärkers 310 und dem ersten Ausgangsknoten 316 verbunden. Der zweite Kondensator 314 ist mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 310, dem negativen Ausgang des Operationsverstärkers 310 und dem zweiten Ausgangsknoten 318 verbunden. Bei einem Beispiel weisen der erste Kondensator 312 und der zweite Kondensator 314 Kapazitätswerte von 1 pF auf.
Der Takteingang 320 ist mit den ersten Schaltern 304 und den zweiten Schaltern 308 verbunden. Der Takteingang 320 stellt ein Taktsignal bereit, das auch als ein externer Takt bezeichnet wird, der den Betrieb der ersten Schalter 304 und der zweiten Schalter 308 steuert. Das Taktsignal ist typischerweise ein Rechteckwellensignal mit einem ersten und einem zweiten Zustand, wie z. B. einem hohen Zustand oder einen niedrigen Zustand. Bei einem Beispiel weist das Taktsignal eine Frequenz von 600 kHz auf. Der erste Ausgangsknoten 316 stellt ein erstes Ausgangssignal, als Vout1 bezeichnet, bereit. Der zweite Ausgangsknoten 318 stellt ein zweites Ausgangssignal, als Vout2 bezeichnet, bereit.
Die ersten Schalter 304 und die zweiten Schalter 308 werden gemäß dem Taktsignal gesteuert. In dem ersten Zustand des Taktsignals sind die Schalter 304 und 308 in der „a” Position. In dieser Position fließt der Strom I1 durch den zweiten Kondensator 314 und der Strom I2 fließt durch den ersten Kondensator 312. Folglich nimmt Vout1 linear zu und Vout2 nimmt linear ab.
In dem zweiten Zustand des Taktsignals sind die Schalter 304 und 308 in der „b” Position. In dieser Position fließt der Strom I1 durch den ersten Kondensator 312 und der Strom 12 fließt durch den zweiten Kondensator 314. Folglich nimmt Vout1 linear ab und Vout2 nimmt linear zu. Somit wird an dem ersten Ausgangsknoten 316 und dem zweiten Ausgangsknoten 318 eine dreieckige Differenzwelle generiert, die eine Frequenz aufweist, die gleich der Frequenz eines externen Taktsignals ist.
Die generierte dreieckige Differenzwelle ist linear, da der Operationsverstärker 310 einen konstanten Spannungsabfall über die Stromquellen 302 und 306 aufrechterhält. Jedoch können jegliche Variationen bei der Kapazität zwischen dem ersten Kondensator 312 und dem zweiten Kondensator 314, dem Strom I1 und I2 oder in dem Arbeitszyklus des Taktsignals dazu führen, dass die steigende und fallende Flanke der Ausgangsspannungen, Vout1 und Vout2, nicht zusammenpassen. Weiter werden Integratoren durch den Operationsverstärker 310, den ersten Kondensator 312 und den zweiten Kondensator 314 erzeugt. Die Integratoren akkumulieren den Unterschied zwischen den Flanken bei den Kondensatoren 312 und 314, so dass nach einer Zeitperiode eine der Ausgangsspannungen auf die Speisespannung getrieben wird und die andere auf Masse getrieben wird.
4 ist ein Schaltdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Dreieckwellengenerator 400 veranschaulicht. Der Generator 400 arbeitet gemäß einem externen Taktsignal und generiert eine dreieckige Differenzwelle, die verhältnismäßig linear ist und Fehler und Akkumulation von Fehlern aufgrund von Kapazitätsfehlanpassung, Stromfehlanpassung und Abweichungen im Taktzyklus (d. h. von einem fünfzig Prozent Taktzyklus) abschwächt.
Die Komponenten der Differenzwelle werden mit linearen Rampen aus einer ausgewählten negativen Spannung zu einer ausgewählten positiven Spannung erzeugt, die sich bei ungefähr Null zentriert. Die negativen und positiven Komponenten der generierten Differenzwelle sind Reflektionen voneinander und weisen lineare Rampen zwischen der ausgewählten negativen Spannung und der ausgewählten positiven Spannung auf.
Der Generator 400 weist vier Stromquellen, vier Kondensatoren, Steuerlogik 442 und einen Operationsverstärker 410 auf. Die vier Stromquellen weisen eine erste Stromquelle 402, eine zweite Stromquelle 406, eine dritte Stromquelle 403 und eine vierte Stromquelle 407 auf. Die erste Stromquelle 402 stellt einen Rampenstrom von I1 bereit, die zweite Stromquelle 406 stellt einen Rampenstrom von I2 bereit, die dritte Stromquelle 403 stellt einen Ladestrom von I3 bereit und die vierte Stromquelle stellt einen Ladestrom von I4 bereit. Die erste Stromquelle 402 und die zweite Stromquelle 406 werden auch als Rampenstromquellen bezeichnet. Die dritte Stromquelle 403 und die vierte Stromquelle 407 werden auch als Ladestromquellen bezeichnet.
Rampenströme I1 und I2 weisen ungefähr den gleichen Wert auf, fließen jedoch in entgegengesetzte Richtungen. Ladeströme I3 und I4 weisen ebenfalls ungefähr den gleichen Wert auf, fließen jedoch in entgegengesetzte Richtungen. I1 und I3 fließen in die gleiche Richtung, wobei I1 jedoch typischerweise mindestens ungefähr zweimal den Wert von I3 beträgt. Gleichermaßen fließen I2 und I4 in die gleiche Richtung, wobei I2 typischerweise zweimal den Wert von I4 beträgt.
Bei einem Beispiel weisen I1 und I2 Stromwerte zwischen 2 μA und 6 μA auf, und I3 und I4 weisen Werte zwischen 1 μA und 3 μA auf.
Die Kondensatoren beinhalten einen ersten Kondensator 412, einen zweiten Kondensator 414, einen dritten Kondensator 413 und einen vierten Kondensator 415. Der erste Kondensator 412 weist eine Kapazität von C1 auf. Der zweite Kondensator 414 weist eine Kapazität von C2 auf. Der dritte Kondensator 413 weist eine Kapazität von C3 auf. Der vierte Kondensator 415 weist eine Kapazität von C4 auf. Die Kapazitäten C1, C2, C3 und C4 sind verhältnismäßig gleich. Bei einem Beispiel liegen die Kapazitäten C1, C2, C3 und C4 zwischen 0,5 pF und 2 pF.
Die Steuerlogik 442 steuert Betrieb und Verbindungen der Komponenten in dem Generator 400. Die Steuerlogik 442 beinhaltet Schalter S1–S10, wobei es jedoch selbstverständlich ist, dass alternative Ausführungsformen variierte Anzahlen an Schaltern beinhalten oder weglassen können. Weiterhin ist es selbstverständlich, dass die Steuerlogik 442 mit alternativen Komponenten implementiert werden kann und immer noch gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Die Steuerlogik 442 beinhaltet mehrere Positionsschalter S1 bis S6 und zwei Positionsschalter S7 bis S10. Die Schalter S1 bis S6 können als Multiplexer implementiert werden, um Positionen gemäß einem Zustand auszuwählen. Die Schalter S7 bis S10 sind konfiguriert, um zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand, wie z. B. offen und geschlossen, auszuwählen. Die Steuerlogik 442, die Schalter S1 bis S10 beinhaltet, arbeitet typischerweise gemäß einem Taktsignal, das ebenfalls als das externe Taktsignal bezeichnet wird. Das Taktsignal wird an den Takteingang 440 bereitgestellt.
Schalter S1 und S2 arbeiten als Rampensteuerlogik und steuern Verbindungen mit den Rampenstromquellen, der ersten und der zweiten Stromquelle 402 und 406. Die Schalter S3 und S4 arbeiten als Ladesteuerlogik und steuern Verbindungen mit den Ladestromquellen, der dritten und der vierten Stromquelle 403 und 407. Die Schalter S5–S6 arbeiten als Kondensatorsteuerlogik und steuern Verbindungen und verbinden alternierend Paare der Kondensatoren 412–415. Die Schalter S7–S10 arbeiten als Rückstellsteuerlogik.
Das Taktsignal ist typischerweise ein Rechteckwellensignal und kann mit statischen und/oder dynamischen Frequenzen betrieben werden. Bei einem Beispiel arbeitet das Taktsignal bei einer Frequenz zwischen 500 kHz und 1000 kHz. Die Steuerlogik 442 kann mit Multiplexern und/oder anderen Arten von Logik implementiert werden. Die Schalter S1–S10 ändern sodann gemäß steigender und fallender Flanken des Taktsignals den Zustand. Steigende Flanken des Taktsignals stellen Schalter S1, S2, zwischen a und c zu alternieren; Schalter S3, S4 auf x; Schalter S5, S6 auf a, b; Schalter S7, S8 ein, um zwischen offen und geschlossen zu alternieren; und Schalter S9, S10, um zwischen geschlossen und offen zu alternieren. Fallende Flanken des Taktsignals stellen Schalter S1, S2, zwischen b und d zu alternieren; Schalter S3, S4 auf b; Schalter S7, S8 ein, um zwischen keine Änderung und offen zu alternieren; und Schalter S9, S10, um zwischen offen und keine Änderung zu alternieren.
Der Operationsverstärker 410 fungiert als ein Integrator in Verbindung mit den Kondensatoren 412, 413, 414 und 415 und stellt ein Differenzsignal bereit. Ein negativer Eingang des Operationsverstärkers 410 ist mit dem Schalter S5 verbunden und ein positiver Eingang ist mit dem Schalter S6 verbunden. Ein positiver Ausgang ist mit einem ersten Ausgangsknoten 416 gekoppelt und ein negativer Ausgang des Operationsverstärkers 410 ist mit einem zweiten Ausgangsknoten 418 verbunden. Der erste Ausgangsknoten 416 stellt Signal Vout1 bereit und der zweite Ausgangsknoten 418 stellt Signal Vout2 bereit. Der erste Ausgangsknoten 416 und der zweite Ausgangsknoten 418 stellen das generierte dreieckige Differenzwellensignal als Vout1 und Vout2 bereit.
Die Ströme von der ersten und der zweiten Stromquelle 402 und 406 werden durch die Schalter S1 und S2 an den positiven und den negativen Eingang des Operationsverstärkers 410 geleitet. Der erste Kondensator 412 und der zweite Kondensator 414 arbeiten als ein erstes Paar an Kondensatoren und der dritte Kondensator 413 und der vierte Kondensator 415 arbeiten als ein zweites Paar. Das erste Paar an Kondensatoren und das zweite Paar an Kondensatoren alternieren und arbeiten in jeder Periode als integrierende Kondensatoren des Operationsverstärkers 410. Das Paar, das nicht als integrierende Kondensatoren arbeitet, wird zurückgestellt und sodann auf eine ausgewählte oder Standardspannung geladen. Das Rückstellen und Laden schwächt die Akkumulation von Fehlern aufgrund von Fehlanpassungen und Abweichungen im Arbeitszyklus ab.
Das erste Paar, der erste Kondensator 412 und der zweite Kondensator 414, ist mit den Eingängen des Operationsverstärkers 410 mittels der Schalter S5 und S6 verbunden, wenn die Kondensatoren 412 und 414 als Integratoren verwendet werden. Während dieser Zeit wird das zweite Paar, der dritte Kondensator 413 und der vierte Kondensator 415, mittels der Schalter S9 und S10 zurückgestellt und sodann mit Strömen I3 und I4 von der dritten Stromquelle 403 und der vierten Stromquelle 407 durch Schalter S3 und S4 geladen. Das zweite Paar wird sodann geladen, so dass am Ende der Periode der erste und der dritte Kondensator 412 und 413 die gleiche Spannung aufweisen. Weiter wird das zweite Paar ebenfalls geladen, so dass der zweite und der vierte Kondensator 414 und 415 die gleiche Spannung am Ende einer jeden Zeitperiode aufweisen.
In einer nächsten Periode wird das zweite Paar, der dritte Kondensator 413 und der vierte Kondensator 415, mit den Eingängen des Operationsverstärkers 410 mittels der Schalter S5 und S6 verbunden. Während dieser Zeit wird das erste Paar mittels der Schalter S9 und S10 zurückgestellt und sodann mit Strömen I3 und I4 von der dritten Stromquelle 403 und der vierten Stromquelle 407 durch Schalter S3 und S4 geladen. Das erste Paar wird geladen, so dass der erste und der dritte Kondensator 412 und 413 die gleiche Spannung am Ende der Periode aufweisen und so dass der zweite und der vierte Kondensator 414 und 415 die gleiche Spannung am Ende der Periode aufweisen.
Es ist selbstverständlich, dass Variationen in den verwendeten Komponenten, einschließlich das Weglassen und Hinzufügen von Komponenten, in Betracht gezogen werden und gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
5 ist ein Zeitdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen beispielhaften Betrieb des Differenzwellengenerators 400 von 4 veranschaulicht.
Eine steigende Flanke des Taktsignals ist bei 502 aufgetreten. Folglich werden die Schalter S1 und S2 auf Position „a” gestellt, die Schalter S3 und S4 werden auf Position „x” gestellt, die Schalter S5 und S6 werden auf „ab” eingestellt, die Schalter S7 und S8 bleiben offen und die Schalter S9 und S10 werden als geschlossen eingestellt. Der Schalter S5, der auf „ab” eingestellt ist, verbindet den ersten Kondensator 412 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 410 und der Schalter S6, der auf „ab” eingestellt ist, verbindet den zweiten Kondensator 414 mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 410. Die Spannung bei dem zweiten Kondensator 414 und bei Vout1 ändert sich von einer ausgewählten positiven Spannung hin zu der ausgewählten negativen Spannung und die Spannung bei dem ersten Kondensator 412 ändert sich von der ausgewählten negativen Spannung hin zu der ausgewählten positiven Spannung. Die Schalter S9 und S10 sind geschlossen, was dazu führt, dass die Spannungen bei dem dritten Kondensator 413 und dem vierten Kondensator 415 auf Null zurückgestellt werden.
Bei der fallenden Flanke 504 des Taktsignals ist das erste Paar an Kondensatoren weiterhin mit den Eingängen des Operationsverstärkers 410 verbunden und das zweite Paar an Kondensatoren wird geladen. Die Schalter S1 und S2 werden in Position „b” umgeschaltet, wobei das erste Paar weiterhin mit den Eingängen des Operationsverstärkers 410 verbunden bleibt, wobei allerdings die Stromrichtung umgedreht wird. Daher ändert sich die Spannung bei dem zweiten Kondensator 414 und bei Vout1 von der ausgewählten negativen Spannung zu der ausgewählten positiven Spannung und die Spannung bei dem ersten Kondensator 412 ändert sich von der ausgewählten positiven Spannung zu der ausgewählten negativen Spannung. Schalter S3 und S4 werden auf Position „b” eingestellt, die Schalter S5 und S6 bleiben bei „ab”, die Schalter S7 und S8 bleiben offen und die Schalter S9 und S10 werden auf offen eingestellt. Die Schalter S3 und S4 auf Position „b” veranlassen die dritte Stromquelle 403 und die vierte Stromquelle 407, den dritten Kondensator 413 und den vierten Kondensator 415 mit Strom I3 und I4 zu laden. Der Schalter S5, der auf „ab” eingestellt ist, hält den ersten Kondensator 412 weiterhin mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 410 verbunden, und der Schalter S6, der auf „ab” eingestellt ist, hält den zweiten Kondensator 414 weiterhin mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 410 verbunden. Die Spannung bei dem zweiten Kondensator 414 und bei Vout1 ändert sich von einer ausgewählten positiven Spannung hin zu der ausgewählten negativen Spannung und die Spannung bei dem ersten Kondensator 412 und bei Vout2 ändert sich von der ausgewählten negativen Spannung hin zu der ausgewählten positiven Spannung. Die Schalter S9 und S10 werden geöffnet, wodurch der Rückstellprozess angehalten wird.
Bei 506 tritt eine weitere steigende Flanke des Taktsignals auf, wodurch ein neuer Zyklus und eine neue Zeitperiode gestartet wird. Das erste Paar an Kondensatoren wird von den Ausgangsknoten isoliert und das zweite Paar wird mit den Ausgangsknoten 416 und 418 verbunden. Die Schalter S1 und S2 werden auf Position „c” gestellt, die Schalter S3 und S4 werden auf Position „x” gestellt, die Schalter S5 und S6 werden auf „cd” eingestellt, die Schalter S7 und S8 werden auf offen eingestellt und die Schalter S9 und S10 bleiben offen. Der Schalter S5, der auf „cd” eingestellt ist, verbindet den dritten Kondensator 413 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 410. Der Schalter S6, der auf „cd” eingestellt ist, verbindet den vierten Kondensator 415 mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 410. Die Spannung bei dem vierten Kondensator 415 und bei Vout1 ändert sich von der ausgewählten positiven Spannung hin zu der ausgewählten negativen Spannung und die Spannung bei dem dritten Kondensator 413 ändert sich von der ausgewählten negativen Spannung hin zu der ausgewählten positiven Spannung. Die Schalter S7 und S8 sind geschlossen, was dazu führt, dass die Spannungen bei dem zweiten Kondensator 414 und dem ersten Kondensator 412 auf Null zurückgestellt werden.
Bei der fallenden Flanke 508 des Taktsignals ist das zweite Paar an Kondensatoren weiterhin mit den Eingängen des Operationsverstärkers 410 verbunden und das erste Paar an Kondensatoren wird geladen. Die Schalter S1 und S2 werden in Position „d” umgeschaltet, wobei das zweite Paar weiterhin mit den Eingängen des Operationsverstärkers 410 verbunden ist, wobei allerdings die Stromrichtung umgedreht wird. Daher ändert sich die Spannung bei dem vierten Kondensator 414 und bei Vout1 von der ausgewählten negativen Spannung zu der ausgewählten positiven Spannung und die Spannung bei dem dritten Kondensator 412 und bei Vout2 ändert sich von der ausgewählten positiven Spannung zu der ausgewählten negativen Spannung. Die Schalter S3 und S4 werden auf Position „b” eingestellt, die Schalter S5 und S6 bleiben bei „cd”, die Schalter S7 und S8 werden auf offen eingestellt und die Schalter S9 und S10 bleiben offen. Die Schalter S3 und S4 auf Position „b” veranlassen die dritte Stromquelle 403 und die vierte Stromquelle 407, den ersten Kondensator 412 und den zweiten Kondensator 414 mit Strömen I3 und I4 zu laden. Der Schalter S5, der auf „cd” eingestellt ist, hält den dritten Kondensator 413 weiterhin mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 410 verbunden, und der Schalter S6, der auf „cd” eingestellt ist, hält den vierten Kondensator 415 weiterhin mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 410 verbunden. Die Spannung bei dem vierten Kondensator 415 und bei Vout1 ändert sich von einer ausgewählten positiven Spannung hin zu der ausgewählten negativen Spannung und die Spannung bei dem dritten Kondensator 413 und bei Vout2 ändert sich von der ausgewählten negativen Spannung hin zu der ausgewählten positiven Spannung. Die Schalter S9 und S10 bleiben offen. Die Schalter S7 und S8 werden geöffnet, wodurch das Rückstellen des ersten und des zweiten Kondensators 412 und 414 angehalten wird.
6 ist ein Schaltdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen unsymmetrischen Dreieckwellengenerator 600 veranschaulicht. Der Generator 600 stellt eine lineare Dreieckwelle bereit, während der Einfluss durch Fehlanpassung bei Kondensatoren und Stromquellen sowie der Einfluss durch Abweichungen von einem 50 Prozent Arbeitszyklus gemildert wird.
Der Generator 600 beinhaltet einen Operationsverstärker 610, eine erste Stromquelle 602, eine zweite Stromquelle 606, eine dritte Stromquelle 603, einen Eingangstaktknoten 640, Steuerlogik 642, Ausgangsknoten 616, ersten Kondensator 612, zweiten Kondensator 614 und Schalter S1, S2, S3, S5, S7 und S9.
Der Eingangstaktknoten 640 stellt ein Taktsignal bereit. Das Taktsignal ist typischerweise ein Rechteckwellensignal und kann mit statischen und/oder dynamischen Frequenzen betrieben werden. Bei einem Beispiel arbeitet das Taktsignal bei einer Frequenz zwischen 500 kHz und 1000 kHz. Die Steuerlogik 642 steuert den Betrieb der Schalter und kann mit Multiplexern und/oder anderen Arten von Logik implementiert werden.
Die erste Stromquelle 602 und die zweite Stromquelle 606 stellen Ströme I1 bzw. I2 bereit, die den gleichen Stromwert aufweisen, die allerdings in entgegengesetzte Richtungen fließen. Die dritte Stromquelle 603 stellt Strom I3 in der gleichen Richtung und die erste Stromquelle bereit. Der Strom I1 ist ungefähr zweimal so groß wie I3. Die dritte Stromquelle 603 stellt einen Ladestrom bereit. Bei einem Beispiel liegen I1 und I2 zwischen 2 uA und 6 uA. I3 weist einen Stromwert von zwischen I uA und 3 uA auf.
Der erste Kondensator 612 weist eine Kapazität von C1 und der zweite Kondensator 614 weist eine Kapazität von C2 auf. C1 und C2 sind ungefähr gleich.
Der Schalter S1 steuert Verbindungen zu der ersten Stromquelle 602. Der Schalter S2 steuert Verbindungen zu der zweiten Stromquelle 606. Der Schalter S3 steuert Verbindungen zu der dritten Stromquelle 603. Der Schalter S5 weist eine erste Position „cd”, die den zweiten Kondensator 614 mit einem negativen Eingang des Operationsverstärkers 610 verbindet, und eine zweite Position „ab”, die den ersten Kondensator 612 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbindet, auf. Der Schalter S7 dient dem Rückstellen des ersten Kondensators 612. Der Schalter S7 weist eine geschlossene Position, die den ersten Kondensator 612 rückstellt, und eine offene Position auf, die den ersten Kondensator 612 nicht zurückstellt. Gleichermaßen weist der Schalter S9 eine geschlossene Position, die den zweiten Kondensator 614 rückstellt, und eine offene Position auf, die den zweiten Kondensator 614 nicht zurückstellt.
Während des Betriebs des Wellengenerators 600 werden die erste Stromquelle 602 und die zweite Stromquelle 606 alternierend mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 610 verbunden. Daher erhöht während einer ersten Hälfte einer Zeitperiode oder Zyklus die erste Stromquelle 602 positiv die Spannung bei entweder Kondensator 612 oder 614 und die zweite Stromquelle 606 verringert während einer zweiten Hälfte negativ die Spannung bei entweder bei Kondensator 612 oder 614. Der andere der Kondensatoren 612 und 614 wird zurückgestellt und sodann von der dritten Stromquelle 603 geladen.
Ein Ausgang des Operationsverstärkers 610 stellt ein Ausgangssignal mit einer Dreieckwelle bereit. Das Ausgangssymbol wird bei dem Ausgangsknoten 616 als eine unsymmetrische Dreieckwelle bereitstellt.
Daher alterniert jede Zyklusrolle des ersten und des zweiten Kondensators 612 und 614. Einer der Kondensatoren 612 oder 614 ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbunden und der andere wird zurückgestellt und sodann geladen. Im nächsten Zyklus sind ihre Rollen vertauscht. Folglich wird eine Akkumulation von Fehlern aufgrund von Fehlanpassungen und dergleichen abgeschwächt.
7 ist ein Zeitdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb des unsymmetrischen Dreieckwellengenerators 600 von 6 veranschaulicht. Das Zeitdiagramm wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, um das Verständnis zu verbessern. Das Zeitdiagramm ist bereitgestellt, um die Erfindung weiter zu veranschaulichen.
Bei einer steigenden Flanke 702 des Taktsignals wird der Schalter S5 auf „ab” eingestellt, der den ersten Kondensator 612 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 610 verbindet. Der Schalter S9 wird geschlossen, wodurch der zweite Kondensator 614 auf Null Volt zurückgestellt wird. Der Schalter S1 wird auf Position „ac” eingestellt, wodurch effektiv die erste Stromquelle 602 von der Schaltung/dem Generator entfernt wird. Der Schalter S3 wird auf Position „ac” eingestellt, wodurch er ebenfalls von dem Generator entfernt wird. Der Schalter S2 wird auf „a” eingestellt, wodurch die zweite Stromquelle 606 mit dem ersten Kondensator 612 verbunden wird, und positiv die Spannung auf dem ersten Kondensator 612 erhöht, wodurch linear die Spannung bei dem Eingang des Operationsverstärkers positiv erhöht wird, um das Ausgangssignal zu generieren.
Bei fallender Flanke 704 des Taktsignals bleibt der Schalter S5 auf Position „ab”, wodurch die Verbindung des ersten Kondensators 612 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 610 aufrechterhalten wird. Der Schalter S1 wird auf Position „b” eingestellt, wodurch die erste Stromquelle 602 mit dem ersten Kondensator 612 verbunden wird und die Spannung bei dem ersten Kondensator 612 negativ verringert, wodurch linear die Spannung an dem Ausgang des Operationsverstärkers negativ verringert wird, um das Ausgangssignal zu generieren. Der Schalter S9 wird geöffnet und der Schalter S2 wird auf „bd” eingestellt, wodurch die zweite Stromquelle 606 entfernt wird. Der Schalter S3 wird auf „b” eingestellt, um den zweiten Kondensator 614 auf die ausgewählte negative Spannung zu laden.
Bei steigender Flanke 706 des Taktsignals tauschen der erste und der zweite Kondensator 612 und 614 ihre Rollen. Der Schalter S5 wird auf „cd” eingestellt, der den zweiten Kondensator 614 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 610 verbindet. Der Schalter S7 wird geschlossen, wodurch der erste Kondensator 612 auf Null Volt zurückgestellt wird. Der Schalter S1 wird auf Position „ac” zurückgestellt, um die Verbindung der ersten Stromquelle 602 zu lösen. Der Schalter S2 wird auf „c” eingestellt, wodurch die zweite Stromquelle 606 mit dem zweiten Kondensator 614 verbunden wird, und positiv die Spannung auf dem zweiten Kondensator 614 erhöht, wodurch linear die Spannung bei dem Ausgang des Operationsverstärkers 610 positiv erhöht wird, um das Ausgangssignal zu generieren.
Bei fallender Flanke 708 des Taktsignals bleibt der Schalter S5 auf Position „cd”, wodurch die Verbindung des zweiten Kondensators 614 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 610 aufrechterhalten wird. Der Schalter S1 wird auf Position „d” eingestellt, wodurch die erste Stromquelle 602 mit dem zweiten Kondensator 614 verbunden wird und die Spannung bei dem zweiten Kondensator 614 negativ verringert, wodurch linear die Spannung an dem Ausgang des Operationsverstärkers 610 negativ verringert wird, um das Ausgangssignal zu generieren. Der Schalter S9 wird geöffnet und Schalter S2 wird auf „bd” eingestellt, wodurch die zweite Stromquelle 606 entfernt wird. Der Schalter S3 wird auf „d” eingestellt, um den ersten Kondensator 614 auf die ausgewählte negative Spannung zu laden.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ein Verfahren 800 zum Generieren einer dreieckigen Differenzwelle veranschaulicht. Das Verfahren 800 ist in einer veranschaulichten Reihenfolge gezeigt, es ist jedoch selbstverständlich, dass die Erfindung in Erwägung zieht, das Verfahren 800 in anderen angemessenen Sequenzen durchzuführen, wobei Blöcke ausgelassen werden, und zusätzliche Verfahrensblöcke durchzuführen, die nicht gezeigt sind.
Das Verständnis des Verfahrens 800 kann unter Bezugnahme auf 4 und den damit verbundenen Teilen der Beschreibung erleichtert werden, wobei es jedoch selbstverständlich ist, dass das Verfahren 800 nicht auf die hierin beschriebenen Schaltungskomponenten beschränkt ist.
Das Verfahren beginnt bei Block 802, wo ein erstes Paar an Kondensatoren und ein zweites Paar an Kondensatoren bereitgestellt sind. Die Kondensatoren weisen im Wesentlichen ähnliche Kapazitätswerte auf, wobei jedoch ein Grad an Fehlanpassung aufgrund der Operation des Verfahrens 800 toleriert wird.
Es wird entweder das eine des ersten Paares oder das zweite Paar an Kondensatoren alternierend und sequentiell als ein Strompaar ausgewählt und bei Block 804 wird das andere als das nächste Paar ausgewählt. Steuerlogik und/oder Kondensatorauswähllogik können verwendet werden, um die Auswahl durchzuführen, wie z. B. die Logik 442 und Schalter S5 und S6 von 4. Im Allgemeinen findet die Auswahl bei jedem Taktzyklus statt. Beispielsweise wird in einem ersten Zyklus das erste Paar als das Strompaar ausgewählt und das zweite Paar wird als das nächste Paar ausgewählt, in einem zweiten Zyklus wird das zweite Paar als das Strompaar ausgewählt und das erste Paar wird als das nächste Paar ausgewählt, und in einem dritten Zyklus wird das erste Paar als das Strompaar ausgewählt und das zweite Paar wird als das nächste Paar ausgewählt und so weiter.
Das Strompaar an Kondensatoren wird mit Eingängen eines Operationsverstärkers verbunden und Rampenströme werden den Eingängen und dem Strompaar an Kondensatoren bei Block 806 bereitgestellt. Die Rampenströme können von der ersten und der zweiten Stromquelle bereitgestellt werden, wie z. B. die Quellen 402 und 406, gezeigt in 4. Die Rampenströme beinhalten einen ersten Rampenstrom, der an eines der Strompaare bereitgestellt wird, und einen zweiten Rampenstrom, der an das andere Strompaar für eine erste Hälfte des Zyklus bereitgestellt wird. In einer zweiten Hälfte des Stromzyklus wird der erste Rampenstrom an das andere Strompaar bereitgestellt und der zweite Rampenstrom wird an das eine der Strompaare bereitgestellt.
Eine dreieckige Differenzwelle wird bei den Ausgängen des Operationsverstärkers bei Block 808 generiert. Ein Operationsverstärker, wie z. B. Operationsverstärker 410, mit Differenzausgängen wird verwendet.
Das nächste Paar an Kondensatoren wird zurückgestellt und sodann bei Block 810 geladen. Das nächste Paar an Kondensatoren wird zurückgestellt, indem jeder Kondensator während zumindest einem Teil der ersten Hälfte eines Taktzyklus auf Null Volt getrieben wird. In der zweiten Hälfte werden Ladeströme bereitgestellt, um jeden Kondensator auf eine ausgewählte positive oder negative Spannung zu laden. An diesem Punkt weisen das eine des nächsten Paares und das eine des Strompaares im Wesentlichen gleiche Spannungen auf und das andere des nächsten Paares und das andere des Strompaares weisen im Wesentlichen gleiche Spannungen auf. Daher gibt es, wenn die Rollen des Strompaares und des nächsten Paares tauschen, keine Verzerrung oder Abweichung im Ausgang.
Das Verfahren 800 kann sodann für einen nächsten Zyklus des Taktes wiederholt werden. Die Strom- und nächsten Rollen des ersten und des zweiten Paares können sodann getauscht werden, so dass das vormalige Strompaar das nächste Paar ist und das vormalige nächste Paar das Strompaar an Kondensatoren ist.
Während die Erfindung in Bezug auf eine oder mehr Implementierungen veranschaulicht und beschrieben wurde, können Änderungen und/oder Modifikationen an den veranschaulichten Beispielen vorgenommen werden, ohne vom Sinn und Umfang der angefügten Ansprüche abzuweichen. Insbesondere bei den verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Geräte, Schaltungen, Systeme usw.) ausgeführt werden, sind die Begriffe (einschließlich einer Bezugnahme auf ein „Mittel”), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, dazu beabsichtigt, jeder Komponente oder Struktur, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (die z. B. funktionell äquivalent ist) zu entsprechen, es sei denn, dass es anderweitig angezeigt ist, wenn sie auch nicht strukturell zur offenbarten Struktur, welche die Funktion in den hierin veranschaulichten beispielhaften Implementierungen der Erfindung ausführt, äquivalent ist. Außerdem kann, während ein bestimmtes Merkmal der Erfindung hinsichtlich nur einer einer Vielzahl an Implementierungen offenbart wurde, solch ein Merkmal mit einem oder mehr anderer Merkmale der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie dies gewünscht und vorteilhaft für jegliche oder bestimmte Anwendung sein kann. Weiter sind die Begriffe „einschließen”, „aufweisen”, „mit” oder andere Varianten davon, die entweder in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet werden, dazu beabsichtigt, ähnlich dem Begriff „umfassen” einschließend zu sein.

Claims

Funktionsgenerator (400), aufweisend: ein erstes Paar an Kondensatoren (412, 414); ein zweites Paar an Kondensatoren (413, 415); einen Operationsverstärker (410) mit Eingängen und Ausgängen, die ein Ausgangssignal bereitstellen; und Steuerlogik (442), aufweisend: • Kondensatorsteuerlogik, die konfiguriert ist, um ein Strompaar des ersten Paares und das zweite Paar an Kondensatoren (413, 415) mit den Eingängen des Operationsverstärkers (410) zu verbinden; • Rampensteuerlogik, die konfiguriert ist, um Rampenströme (I1, I2) an das Strompaar bereitzustellen; • Rückstellsteuerlogik, die konfiguriert ist, um ein nächstes Paar des ersten und des zweiten Paares an Kondensatoren (413, 415) rückzustellen; und • Ladesteuerlogik, konfiguriert, um das nächste Paar zu laden, nachdem das nächste Paar zurückgestellt wurde.
Funktionsgenerator (400) gemäß Anspruch 1, wobei das Ausgangssignal ein dreieckiges Differenzwellensignal ist.
Funktionsgenerator (400) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Frequenz des Ausgangssignals gemäß einem externen Takt bestimmt wird.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerlogik (442) gemäß einem Taktsignal arbeitet.
Funktionsgenerator (400) gemäß Anspruch 4, wobei das Strompaar und das nächste Paar in jedem Taktzyklus ausgewählt werden.
Funktionsgenerator (400) gemäß Anspruch 4, wobei das Strompaar und das nächste Paar in jedem Taktzyklus alternieren.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Rückstellsteuerlogik die Spannung bei den ersten und zweiten Kondensatoren des nächsten Paares auf Null Volt treibt.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ladesteuerlogik das nächste Paar bei Strömen von ungefähr der Hälfte der Rampenströme (I1, I2) von Null Volt lädt.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ladesteuerlogik einen ersten Ladestrom (I3) in einer ersten Richtung an einen ersten Kondensator des nächsten Paares bereitstellt und einen zweiten Ladestrom (I4) in eine zweite Richtung zu einem zweiten Kondensator des nächsten Paares bereitstellt, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung ist.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Rampenströme (I1, I2) einen ersten Rampenstrom (I1) in eine erste Richtung und einen zweiten Rampenstrom (I2) in eine zweite Richtung beinhalten.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kondensatorsteuerlogik ein Paar an Schaltern aufweist, die zwischen dem ersten Paar an Kondensatoren (412, 414) und dem zweiten Paar an Kondensatoren (413, 415) auswählen.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Strompaar an Kondensatoren einen ersten Kondensator, der mit einem negativen Eingang der Eingänge des Operationsverstärkers (410) verbunden ist, und einen zweiten Kondensator, der mit einem positiven Eingang der Eingänge des Operationsverstärkers (410) verbunden ist, aufweist.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei Kondensatoren des ersten Paares an Kondensatoren (412, 414) und des zweiten Paars an Kondensatoren (413, 415) im Wesentlichen die gleiche Kapazität aufweisen.
Funktionsgenerator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend: eine erste Rampenstromquelle und eine zweite Rampenstromquelle, die mit der Rampensteuerlogik gekoppelt sind.
Funktionsgenerator (400), aufweisend: einen ersten Kondensator (412); einen zweiten Kondensator (414); einen Operationsverstärker (410) mit Eingängen und einem Ausgang, der ein Ausgangssignal bereitstellt, wobei das Ausgangssignal eine unsymmetrische dreieckige Welle aufweist; und Steuerlogik (442), die konfiguriert ist, um gemäß einem Taktsignal zu arbeiten, wobei die Steuerlogik (442) aufweist: • Kondensatorsteuerlogik, die konfiguriert ist, um ein Strompaar des ersten und des zweiten Kondensators mit den Eingängen des Operationsverstärkers (410) zu verbinden; • Rampensteuerlogik, die konfiguriert ist, um Rampenströme (I1, I2) an den Stromkondensator bereitzustellen; • Rückstellsteuerlogik, die konfiguriert ist, um einen nächsten Kondensator des ersten und des zweiten Kondensators (412, 414) rückzustellen; und • Ladesteuerlogik, die konfiguriert ist, um den nächsten Kondensator zu laden, nachdem der nächste Kondensator rückgestellt wurde.
Funktionsgenerator (400) gemäß Anspruch 15, wobei die Rampensteuerlogik die Richtung der Rampenströme (I1, I2) in jedem Zyklus des Eingangstakts zweimal alterniert.
Funktionsgenerator (400) gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei das Zurückstellen des nächsten Kondensators Fehler von Stromfehlanpassungen und Kondensatorfehlanpassungen beseitigt.
Verfahren zum Generieren einer dreieckigen Differenzwelle, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen eines ersten Paares an Kondensatoren (412, 414) und eines zweiten Paares an Kondensatoren (413, 415); • alternierendes Auswählen eines Strompaares an Kondensatoren und eines nächsten Paares an Kondensatoren aus dem ersten Paar (412, 414) und dem zweiten Paar an Kondensatoren (413, 415) in jedem Zyklus eines Taktes; • Verbinden des Strompaares wird mit Eingängen eines Operationsverstärkers (410); • Bereitstellen von Rampenströmen (I1, I2) an das Strompaar an Kondensatoren; • Generieren einer dreieckigen Differenzwelle durch den Operationsverstärker (410) von den Rampenströmen (I1, I2) und dem Strompaar an Kondensatoren, wobei die dreieckige Differenzwelle mit dem Takt synchronisiert wird; und • Rückstellen und sodann Laden des nächsten Paares an Kondensatoren.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Rückstellen und sodann Laden gleichzeitig mit der Generation der dreieckigen Differenzwelle stattfindet.
Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei das Bereitstellen der Rampenströme (I1, I2) das Bereitstellen eines positiven Rampenstroms (I1, I2) an einen ersten Kondensator (412) und eines negativen Rampenstroms (I1, I2) an einen zweiten Kondensator (414) für eine erste Hälfte des Zyklus und das Bereitstellen des positiven Rampenstroms (I1, I2) an den zweiten Kondensator (414) und des negativen Rampenstroms (I1, I2) an den ersten Kondensator (412) für eine zweite Hälfte des Zyklus aufweist.