DE102014110672B4

DE102014110672B4 - Schaltung mit einem RC-Filter

Info

Publication number: DE102014110672B4
Application number: DE102014110672.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Lindholm; Elmar Bach
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: CN105322914A; US9893704B2; DE102014110672A1; US20160036407A1; CN105322914B

Abstract

Schaltung (290), die umfasst: – eine RC-Filterschaltung (100) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang mit einer ersten Spannungsquelle (111) gekoppelt ist, wobei der Ausgang mit einer Last (150) gekoppelt ist, wobei die RC-Filterschaltung (100) einen ohmschen Widerstand (112) und einen Kondensator (113) umfasst, – eine Ausgleichsschaltung (200), die mit der RC-Filterschaltung (100) gekoppelt ist, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eingerichtet ist, um einen Ausgleichsstromfluss (192) bereit zu stellen, der einem Stromfluss (191) zur Last (150) entspricht, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eine zweite Spannungsquelle (311) und einen weiteren Widerstand umfasst, wobei die erste Spannungsquelle (111) eingerichtet ist, um eine erste Spannung bereit zu stellen, wobei die zweite Spannungsquelle (311) eingerichtet ist, um eine zweite Spannung bereit zu stellen, wobei die zweite Spannung größer ist als die erste Spannung, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eine Switched-Capacitor-Schaltung ist, die einen weiteren Kondensator (313), einen ersten Schalter (312-1) und einen zweiten Schalter (312-2) umfasst und derart den weiteren Widerstand bereitstellt, wobei der weitere Kondensator (313) die zweite Spannungsquelle (311) über den ersten Schalter (312-1) mit Masse koppelt, wobei der zweite Schalter (312-2) die zweite Spannungsquelle (311) über den ersten Schalter mit der RC-Filterschaltung (100) koppelt, wobei die Last (150) eine Switched-Capacitor-Eingangsstufe umfasst, wobei eine Schaltfrequenz des ersten Schalters (312-1) und des zweiten Schalters (312-2) der Ausgleichsschaltung (200) gleich einer Schaltfrequenz eines ersten Schalters (412-1) und eines zweiten Schalters (412-2) der Switched-Capacitor-Eingangsstufe der Last (150) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein entsprechendes Verfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltung, die eine RC-Filterschaltung und eine Ausgleichsschaltung umfasst, die einen Ausgleichsstromfluss bereitstellt.
Es sind RC-Filter bekannt, die eine frequenzabhängige Filterkurve aufweisen. Solche RC-Filter umfassen typischerweise einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator. Durch geeignete Dimensionierung eines Widerstands des ohmschen Widerstands und/oder einer Kapazität des Kondensators können bestimmte Filtercharakteristiken, wie insbesondere eine bestimmte Filterkurve, erreicht werden. Z. B. kann ein 3 dB-Punkt festgelegt werden.
Aus US 6,744,715 B2 ist ein AC Filterschaltkreis bekannt, welcher Spannungsabfälle automatisch kompensiert. Ein Schaltkreis erzeugt einen Versatzstrom. Der Versatzstrom wird einem Stromspiegel zugeführt, der Transistoren umfasst. Insbesondere sind Techniken offenbart, um einen zeitvariablen Basisstrom, der spezifisch für BiC-MOS Verstärker ist zu kompensieren.
Aus DD 118 764 ist eine Schaltungsanordnung zur Pulslängendemodulation periodisch wiederholter Impulsspannungen mit geringer Nichtlinearität und Instabilität der Demodulationskennlinie bekannt. Eine Anwendung betrifft Digital-Ananlog-Umsetzer.
Jedoch können solche RC-Filter Einschränkungen aufweisen. So kann es z. B. möglich sein, dass ein endlicher Eingangswiderstand einer Last, die mit dem RC-Filter als nachgeschaltete Stufe gekoppelt ist, die Filtercharakteristiken ändert. So kann in diesem Szenario bei einem endlichen Eingangswiderstand ein endlicher Strom durch den ohmschen Widerstand des RC-Filters fließen, was wiederum einen Spannungsabfall über die Widerstand verursacht. Damit kann z. B. über den Kondensator eine geänderte Spannung abfallen, wodurch sich die Filtercharakteristiken ändern können. Z. B. können derart insbesondere Toleranzen bzw. Drifts im Eingangswiderstand einen Einfluss auf die Filtercharakteristiken haben. Der ohmsche Widerstand kann sich erwärmen.
Es sind Techniken bekannt, einen solchen Einfluss der nachgeschalteten Last auf den RC-Filter zu reduzieren. Zum einen kann es möglich sein, einen vergleichsweise kleiner dimensionierten Widerstand zu verwenden. Dann kann die Spannung, die über den ohmschen Widerstand abfällt vergleichsweise klein sein. Dies kann jedoch den Nachteil aufweisen, dass es hierzu notwendig sein kann – um die gleiche Filterkurve der RC-Filterschaltung zu gewährleisten – eine vergleichsweise größer dimensionierten Kapazität des Kondensators zu verwenden. Dies kann höhere Kosten verursachen.
Es sind auch Techniken bekannt, bei denen ein Operationsverstärker als Puffer für die RC-Filterschaltung verwendet wird. Der Operationsverstärker weist einen vergleichsweise hohen Eingangswiderstand auf, z. B. im Bereich von Gigaohm. Derart kann nur ein besonders kleiner Strom durch den ohmschen Widerstand der RC-Filterschaltung fließen. Jedoch bewirkt ein solcher Operationsverstärker häufig erhöhten Stromverbrauch, einen Offset, erhöhtes Signalrauschen, einen erhöhten Temperaturdrift und im Allgemeinen eine erhöhte Komplexität.
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Schaltungen, die einer Last eine durch eine RC-Filterschaltung gefilterte Spannung bereitstellen. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken, welche eine Stabilität von Filtercharakteristiken der RC-Filterschaltung auch bei einer gekoppelten Last mit endlichem Eingangswiderstand gewährleisten.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Anmeldung eine Schaltung. Die Schaltung umfasst eine RC-Filterschaltung und eine Ausgleichsschaltung. Die RC-Filterschaltung hat einen Eingang und einen Ausgang. Der Eingang ist mit einer ersten Spannungsquelle gekoppelt. Der Ausgang ist mit einer Last gekoppelt. Die RC-Filterschaltung umfasst einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator. Die Ausgleichsschaltung ist mit der RC-Filterschaltung gekoppelt. Die Ausgleichsschaltung ist eingerichtet, um einen Ausgleichsstromfluss bereit zu stellen, der einem Stromfluss zur Last entspricht.
Z. B. könnte die erste Spannungsquelle eingerichtet sein, um eine zeitabhängige erste Spannung bereitzustellen, deren Zeitabhängigkeit ein bestimmtes Frequenzspektrum aufweist. Dann kann die RC-Filterschaltung z. B. eingerichtet sein, um die erste Spannung zu filtern, sodass das Frequenzspektrum verändert wird. Z. B. kann die RC-Filterschaltung eingerichtet sein, um als Hochpassfilter oder als Tiefpassfilter betrieben zu werden. Eine Filtercharakteristik der ersten Spannung kann z. B. durch einen 3 dB-Punkt definiert sein. Die Filtercharakteristik kann z. B. durch eine Dimensionierung eines Widerstands des ohmschen Widerstands und/oder einer Kapazität des Kondensators festgelegt sein. Entsprechende Techniken sind dem Fachmann im Grundsatz bekannt.
Typischerweise kann die Last einen endlichen Eingangswiderstand aufweisen. Dann kann der Stromfluss zur Last auftreten. Hierbei kann der Stromfluss entweder – aus Sicht der RC-Filterschaltung – in die Last hinein gerichtet sein oder aus der Last heraus gerichtet sein. Eine Richtungsabhängigkeit des Stromflusses lässt sich formal z. B. über ein Vorzeichen berücksichtigen.
Bei herkömmlichen Schaltungen kann aufgrund des Stromflusses zur Last folgender Effekt auftreten: Der Stromfluss kann einen signifikanten Spannungsabfall über dem ohmschen Widerstand der RC-Filterschaltung hervorrufen. Damit verändert sich eine Spannung, die über dem Kondensator anliegt. Dadurch kann es zu einer Veränderung der Filtercharakteristik und zu einer signifikanten Energiedissipation in dem ohmschen Widerstand kommen. Bei Techniken, gemäß dem vorliegend diskutierten Aspekt, können solche Effekte vermieden bzw. reduziert werden, denn der Stromfluss zur Last kann durch den Ausgleichsstromfluss gespeist werden. Dann kann kein oder kein signifikanter Stromfluss durch den ohmschen Widerstand der RC-Filterschaltung vorliegen.
Z. B. wäre es möglich, dass der Ausgleichsstromfluss den Stromfluss im Wesentlichen kompensiert. Es können also Beträge der Stromflüsse gleich oder im Wesentlichen gleich sein. Dies kann bedeuten, dass durch den ohmschen Widerstand der RC-Filterschaltung kein oder kein signifikanter Stromfluss auftritt bzw. kein oder kein signifikanter Spannungsabfall über den ohmschen Widerstand auftritt – denn der Stromfluss zur Last wird durch die Ausgleichsschaltung und nicht durch die RC-Filterschaltung gespeist. In anderen Worten kann derjenige Stromfluss, der in die Last fließt oder aus dieser heraus fließt, durch die Ausgleichsschaltung bereit gestellt werden oder durch diese aufgenommen werden. Im Wesentlichen kann hierbei bedeuten: Kompensation innerhalb einer Toleranzschwelle, die z. B. ±20%, vorzugsweise ±10%, besonders bevorzugt ±2% betragen kann. Sich entsprechende Stromflüsse kann also im Allgemeinen bedeuten: Stromflüsse, die in ihrer Größe miteinander korrelieren, z. B. hinsichtlich eines Stromflusses durch die RC-Filterschaltung. Z. B. kann der Ausgleichsstromfluss derart mit dem Stromfluss zur Last korrelieren, dass ein Stromfluss durch die RC-Filterschaltung gering wird und/oder minimiert wird und/oder verschwindet. Sich entsprechende Stromflüsse kann auch bedeuten: korrelierte Dimensionierung von elektrischen Bauteilen, die eine Größe der Stromflüsse erzeugen. Z. B. kann ein Widerstand der Ausgleichsschaltung derart dimensioniert werden, dass der Ausgleichsstromfluss den Stromfluss zur Last im Wesentlichen kompensiert.
Es sind Szenarien denkbar, in denen mehrere Lasten mit der RC-Filterschaltung gekoppelt sind. Dann kann der Ausgleichsstromfluss die Summe der Ströme in die Lasten kompensieren. Hierbei kann es möglich sein, die mehreren Lasten ersatzweise und formal als eine Last zu betrachten.
In einer einfachen Implementierung kann die Ausgleichsschaltung eine geregelte Stromquelle sein. Z. B. kann die geregelte Stromquelle in Abhängigkeit des Stromflusses den Ausgleichsstrom regeln. Dadurch kann es möglich sein, in Abhängigkeit von der Last bzw. gegenwärtigen Betriebseigenschaften der Last, den Ausgleichsstromfluss dynamisch anzupassen. Derart können z. B. zeitliche Drifts oder unterschiedliche Betriebsmodi der Last berücksichtigt werden.
Es wäre auch möglich, dass die Ausgleichsschaltung eine zweite Spannungsquelle und einen weiteren Widerstand umfasst. Z. B. kann die erste Spannungsquelle eingerichtet sein, um eine erste Spannung bereitzustellen. Die zweite Spannungsquelle kann eingerichtet sein, um eine zweite Spannung bereitzustellen. Es ist z. B. möglich, dass die zweite Spannung größer ist als die erste Spannung. Z. B. kann der weitere Widerstand als ein ohmscher Widerstand implementiert sein. Durch geeignete Dimensionierung des weiteren Widerstands und/oder der zweiten Spannung kann es derart z. B. möglich sein, den Ausgleichsstromfluss mit einer bestimmten Größe bereitzustellen, sodass dieser dem Stromfluss zur Last entspricht. Durch das Bereitstellen der zweiten Spannung, die größer als die erste Spannung ist, kann eine Differenzspannung implementiert werden. Die Differenzspannung kann – aufgrund der Kopplung der Ausgleichsschaltung mit der RC-Filterschaltung – den Ausgleichsstromfluss bewirken. Z. B. könnte die erste Spannung ca. 1,1 V betragen. Es wäre möglich, dass die zweite Spannung ca. 1,5–2,0 V beträgt.
Es wäre auch möglich, dass die Ausgleichsschaltung eine Switched Capacitor(SC)-Schaltung ist, die einen weiteren Kondensator, einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst. Derart kann der weitere Widerstand durch die SC-Schaltung implementiert werden. Es ist z. B. möglich, dass der weitere Kondensator die zweite Spannungsquelle über den ersten Schalter mit Masse koppelt und der zweite Schalter die zweite Spannungsquelle über den ersten Schalter mit der RC-Filterschaltung koppelt. Sofern der weitere Widerstand der Ausgleichsschaltung über eine SC-Schaltung implementiert wird, kann es besonders einfach sein, den weiteren Widerstand zu dimensionieren. Z. B. kann der weitere Widerstand über eine Schaltfrequenz des ersten und zweiten Schalters dimensioniert werden; diese kann invers proportional zum weiteren Widerstand sein. Typischerweise hängt ferner der weitere Widerstand sowohl von einer Schaltfrequenz des ersten und zweiten Schalters ab, sowie von einer Kapazität des weiteren Kondensators. Z. B. kann es möglich sein, durch Anpassen der Schaltfrequenz des ersten und zweiten Schalters der SC-Schaltung der Ausgleichsschaltung den Ausgleichsstromfluss in Abhängigkeit von dem Stromfluss anzupassen. Auch derart kann eine dynamische Anpassung des Ausgleichsstromflusses an aktuelle Eigenschaften der Last erfolgen. Insbesondere kann eine besonders genaue Kompensation des Stromflusses durch den Ausgleichsstromfluss erfolgen. Es wäre z. B. möglich, dass die SC-Schaltung entsprechende Steuersignale empfängt, z. B. von einem Sensor, der einen Stromfluss durch den Widerstand misst, und/oder von der Last. Z. B. können die Steuersignale indikativ für einen Stromfluss durch den ohmschen Widerstand der RC-Filterschaltung sein und/oder für eine aktuelle Leistungsaufnahme/Stromaufnahme der Last sein.
Z. B. kann insbesondere in solchen Fällen, in denen die Last eine SC-Eingangsstufe umfasst, das Verwenden einer SC-Schaltung als Ausgleichsschaltung besonders vorteilhaft sein. Z. B. kann es möglich sein, dass eine Schaltfrequenz des ersten und zweiten Schalters der Ausgleichsschaltung gleich einer Schaltfrequenz eines ersten und zweiten Schalters der SC-Eingangsstufe der Last ist. Derart kann es z. B. möglich sein, Steuersignale zum Ansteuern des ersten und zweiten Schalters der Ausgleichsschaltung zu verwenden, die auch zum Ansteuern des ersten und zweiten Schalters der SC-Eingangsstufe der Last verwendet werden.
In einer einfachen Implementierung wäre es z. B. möglich, dass der zweite Schalter der Ausgleichsschaltung die Ausgleichsschaltung direkt mit der RC-Filterschaltung verbindet. Z. B. könnte der zweite Schalter der Ausgleichsschaltung die Ausgleichsschaltung mit der RC-Filterschaltung an einem Punkt verbinden, an dem die RC-Filterschaltung mit der Last verbunden ist. Dies kann typischerweise ein Punkt der RC-Filterschaltung sein, der, aus Sicht der ersten Spannungsquelle, hinter dem ohmschen Widerstand und vor dem Kondensator liegt. Punkt kann hier Z. B. denjenigen Bereich der Schaltung bezeichnen, der auf gleichem Potential liegt.
Es wäre auch möglich, dass der zweite Schalter der Ausgleichsschaltung die zweite Spannungsquelle mit der RC-Filterschaltung über den ersten Schalter der RC-Eingangsstufe der Last verbindet. Derart könnte z. B. eine besonders vorteilhafte Anordnung der verschiedenen Elemente der Schaltung auf einem Chip erfolgen. Insbesondere wäre es möglich, ein Steuersignal zum Ansteuern der verschiedenen Schalter der Ausgleichsschaltung und/oder der SC-Eingangsstufe der Last besonders effizient bereitzustellen.
Im Allgemeinen sind verschiedene Techniken zum Bereitstellen der zweiten Spannung durch die zweite Spannungsquelle möglich. Z. B. könnte die zweite Spannungsquelle mit einer Versorgungsspannung des Chips, auf dem sich die Schaltung befindet, verbunden sein – z. B. über einen Linearregler der eine geeignete Dimensionierung der zweiten Spannung ermöglicht. Es wäre auch möglich, dass die zweite Spannungsquelle weiterhin eine Betriebsspannung für ein aktives Element der Last bereitstellt. Z. B. könnte das aktive Element ein Operationsverstärker oder ein Digital-Analog-Umsetzer sein. Auch derart kann es möglich sein, mit vergleichsweise wenigen elektrischen Bauteilen die Schaltung zu implementieren.
Z. B. kann die Ausgleichsschaltung eingerichtet sein, um den Ausgleichsstromfluss in Abhängigkeit eines Steuersignals bereit zu stellen. Z. B. kann das Steuersignal von einem Messglied der Schaltung erhalten werden und/oder von der Last erhalten werden. Z. B. kann das Steuersignal indikativ für einen Stromfluss durch den ohmschen Widerstand der RC-Filterschaltung sein. Es wäre alternativ oder zusätzlich möglich, dass das Steuersignal indikativ für den Stromfluss zur Last ist. Derart kann es möglich sein, den Ausgleichsstromfluss dynamisch an aktuelle Gegebenheiten anzupassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltung. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Spannung für eine Last. Das Bereitstellen der ersten Spannung geschieht über eine RC-Filterschaltung, die einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator umfasst. Ferner umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Ausgleichsstromflusses. Der Ausgleichsstromfluss entspricht einem Stromfluss zu der Last entspricht.
Insbesondere kann das Verfahren gemäß dem gegenwärtigen Aspekt gemäß der Schaltung nach einem weiteren Aspekt eingerichtet sein. Derart können für das vorliegende Verfahren Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für die Schaltung gemäß einem weiteren Aspekt erzielt werden können.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
1 ist ein Schaltdiagramm einer vorbekannten RC-Filterschaltung eines Filters.
2 ist ein Schaltdiagramm einer Schaltung mit einer RC-Filterschaltung gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei eine Ausgleichsschaltung eine geregelte Stromquelle umfasst.
3 ist ein Schaltdiagramm einer Schaltung mit einer RC-Filterschaltung gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei eine Ausgleichsschaltung eine SC-Schaltung umfasst.
4 ist ein Schaltdiagramm einer Schaltung mit einer RC-Filterschaltung gemäß 3, wobei eine Last eine Switched-Capacitor-Eingangsstufe umfasst, über die die Ausgleichsschaltung mit der RC-Filterschaltung gekoppelt ist.
5A ist ein Schaltdiagramm einer Schaltung gemäß 3, wobei zwei Lasten vorhanden sind.
5B ist ein Schaltdiagramm einer Schaltung gemäß 5A, wobei zwei Ausgleichsschaltungen vorhanden sind.
6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken erläutert, die es ermöglichen, einem Punkt einer Schaltung eine Ausgleichsladung bzw. einen Ausgleichsstromfluss bereit zu stellen. Insbesondere werden Techniken erläutert, die eine Schaltung, die eine RC-Filterschaltung umfasst, betreffen. Ein Stromfluss, der ohne Anwendung entsprechender Techniken zwischen der RC-Filterschaltung und einer mit dieser gekoppelten Last fließen würde, kann derart reduziert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass durch einen ohmschen Widerstand der RC-Filterschaltung kein oder kein signifikanter Stromfluss fließt bzw. keine oder keine signifikante Spannung abfällt. Dies kann Vorteile in Bezug auf die Dimensionierung des Widerstands des ohmschen Widerstands und/oder in Bezug auf die Dimensionierung einer Kapazität eines Kondensators der RC-Filterschaltung haben.
In 1 ist eine herkömmliche RC-Filterschaltung 100 dargestellt. Die RC-Filterschaltung 100 umfasst eine erste Spannungsquelle 111, die eine erste Spannung bereitstellt (in 1 mit Vout1 gekennzeichnet). Ferner sind ein ohmscher Widerstand 112 und ein Kondensator 113 dargestellt. Die RC-Filterschaltung 100 ist mit einer Last 150 gekoppelt. Die Last nimmt einen Stromfluss 191 auf. Dieser wird von der RC-Filterschaltung 100 bereitgestellt; der entsprechende Stromfluss fließt auch durch den Widerstand 112. Dadurch wird ein Spannungsabfall über dem Widerstand 112 erzeugt. Aufgrund des Stromflusses 191 verändert sich die Filtercharakteristik der RC-Filterschaltung gegenüber einem idealen Fall, in dem kein Stromfluss 191 vorliegt. Ferner wird Energie in dem Widerstand 112 dissipiert.
Deshalb kann es erstrebenswert sein, Techniken gemäß der vorliegenden Anmeldung zu implementieren, wie sie in 2 dargestellt sind. In 2 ist eine Schaltung 290 dargestellt, bei der – neben der RC-Filterschaltung 100 – eine Ausgleichsschaltung 200 vorgesehen ist. In 2 wird diejenige Ladung bzw. der Stromfluss 191, die durch die Last 150 abgeführt wird, durch die Ausgleichsschaltung 200 kompensiert. In 2 ist ein Ausgleichsstromfluss 192 dargestellt, der dem Stromfluss 191 entspricht. Entsprechen kann z. B. bedeuten: im Wesentlichen gleich groß. Im Allgemeinen ist es auch möglich, dass die Last 150 Ladung bereitstellt bzw. der Stromfluss 191 aus der Last 150 heraus orientiert ist.
Durch diese Techniken kann der Stromfluss durch den ohmschen Widerstand 112 reduziert werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die ursprüngliche Filtercharakteristik der RC-Filterschaltung 100 erhalten bleibt.
In dem Szenario der 2 wird der Ausgleichsstromfluss 192 durch eine geregelte Stromquelle 201 erzeugt. Z. B. wäre es möglich, dass die geregelte Stromquelle 201 den Stromfluss 191 überwacht, und in Abhängigkeit des Überwachens den Ausgleichsstromfluss 192 einstellt. Dazu kann es z. B. möglich sein, dass die Last 150 ein für den Stromfluss 191 indikatives Steuersignal bereit stellt. Es wäre auch möglich, dass ein Messglied der Schaltung 290 (in 2 nicht gezeigt) den Stromfluss durch den ohmschen Widerstand 112 misst und ein entsprechendes Steuersignal bereit stellt. In diesem Zusammenhang wäre es z. B. möglich, dass die geregelte Stromquelle 201 als Regelsignal eine Größe erhält, die einen Stromfluss durch den ohmschen Widerstand 112 der RC-Filterschaltung 100 indiziert. Es wäre z. B. möglich, dass die geregelte Stromquelle 201 den Ausgleichsstromfluss 192 so lange variiert, bis die entsprechende Regelgröße einen minimierten Stromfluss durch den ohmschen Widerstand 112 indiziert. Im Allgemeinen wäre es aber auch möglich, dass der Betrieb der geregelten Stromquelle 201 fest vorgegebenen Parametern folgt, die z. B. in einem Speicher hinterlegt sind. Z. B. könnte die geregelte Stromquelle 201 – etwa anhand von statischen Eigenschaften der Last 150 – derart eingerichtet sein, dass der Ausgleichsstromfluss 192 den Stromfluss 191 kompensiert. In einem solchen Fall kann also der Stromfluss 191 durch eine vorangehende Approximation abgeschätzt werden.
In 3 ist eine weitere Implementierung der Ausgleichsschaltung 200 gezeigt. In diesem Fall wird eine SC-Schaltung verwendet, um den Ausgleichsstromfluss 192 (in 3 nicht gezeigt) bereit zu stellen. In diesem Szenario umfasst die Ausgleichsschaltung 200 eine zweite Spannungsquelle 311 und einen weiteren Kondensator 313. Ferner umfasst die Ausgleichsschaltung 200 einen ersten Schalter 312-1 und einen zweiten Schalter 312-2. Der weitere Kondensator 313 koppelt die zweite Spannungsquelle 311 über den ersten Schalter 312-1 mit Masse. Der zweite Schalter 312-2 koppelt die zweite Spannungsquelle 311 über den ersten Schalter 312-1 mit der RC-Filterschaltung 100. Typischerweise sind der erste Schalter 312-1 und der zweite Schalter 312-2 zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig geschlossen. Es wäre z. B. möglich, dass der erste Schalter 312-1 und der zweite Schalter 312-2 gegenläufig angesteuert werden. Die SC-Schaltung stellt dadurch einen weiteren Widerstand bereit, der in Serie mit der zweiten Spannungsquelle 311 geschaltet ist. Der weitere Widerstand hängt typischerweise invers proportional ab von einem Produkt aus der Kapazität des weiteren Kondensators 313 und einer Schaltfrequenz des ersten und zweiten Schalters 312-1, 312-2. Durch das geeignete Wählen der Schaltfrequenz kann dadurch erreicht werden, dass der Ausgleichsstromfluss 192 dynamisch angepasst wird. Insbesondere kann es z. B. möglich sein, die Schaltfrequenz des ersten und zweiten Schalters 312-1, 312-2 dynamisch durch ein entsprechendes Steuersignal zu regeln. Derart kann es z. B. möglich sein, in Abhängigkeit von dem konkret auftretenden Stromfluss 191 (in 3 nicht gezeigt) den Ausgleichsstromfluss 192 anzupassen.
Wie aus 3 ersichtlich ist, stellt die zweite Spannungsquelle eine zweite Spannung bereit (in 3 mit Vout2 gekennzeichnet). Es ist möglich, dass die zweite Spannung größer ist als die erste Spannung, die die erste Spannungsquelle 111 bereit stellt, z. B. um 20% größer oder 50% größer, etc. Neben der oben erwähnten Abhängigkeit des Ausgleichsstromflusses 192 von der Kapazität des weiteren Kondensators 313, kann der Ausgleichsstromfluss 192 auch durch geeignete Wahl der zweiten Spannung dimensioniert werden.
In 4 ist ein Fall dargestellt, bei dem die Last 150 eine SC-Eingangsstufe umfasst. Die SC-Eingangsstufe umfasst einen ersten Schalter 412-1, einen zweiten Schalter 412-2 und einen Kondensator 413. Z. B. kann in dem Szenario der 4 die Last 150 ein Analog-Digital-Umsetzer oder ein Digital-Analog-Umsetzer sein. In dem Szenario der 4 kann – anschaulich gesprochen – der Kondensator 413 der Last 150 eine bestimmte Menge Ladung aufnehmen – aufgrund der Differenzspannung zwischen der ersten und zweiten Spannung kann diese aufgenommene Ladung von dem weiteren Kondensator 313 der Ausgleichsschaltung zurückgegeben werden. Geringfügige Fehlanpassungen zwischen der aufgenommenen Ladung und der zurückgegebenen Ladung sind hierbei möglich; die Ladungen sollten sich im Wesentlichen entsprechen. Jedoch kann es möglich sein, z. B. aufgrund von Kenntnissen über die Last 150, eine vergleichsweise genaue Dimensionierung der Kapazität des weiteren Kondensators 313 der Ausgleichsschaltung 200 vorzunehmen. Gleichzeitig kann es möglich sein, die Differenzspannung zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung vergleichsweise genau festzulegen.
Insbesondere kann es möglich sein, dass eine Schaltfrequenz der ersten und zweiten Schalter 312-1, 312-2 der Ausgleichsschaltung 200 gleich einer Schaltfrequenz der ersten und zweiten Schalter 412-1, 412-2 der Last 150 ist. Derart kann es z. B. möglich sein, ein und dasselbe Steuersignal sowohl zur Ansteuerung der ersten und zweiten Schalter 312-1, 312-2 der Ausgleichsschaltung 200 zu verwenden, als auch für das Ansteuern der ersten und zweiten Schalter 412-1, 412-2 der Last 150. Dies kann eine besonders einfache Implementierung der Schaltung 290 ermöglichen.
Wieder Bezug nehmend auf 3: Dort ist ersichtlich, dass die Ausgleichsschaltung 200 direkt mit der RC-Filterschaltung 100 verbunden sein kann. Im Vergleich dazu ist in 4 ein Szenario dargestellt, in dem eine Kopplung der Ausgleichsschaltung 200 mit der RC-Filterschaltung 100 indirekt über die Last 150 implementiert ist. Ein solches Szenario kann insbesondere erstrebenswert sein, sofern mehrere Lasten 150 verwendet werden (in 4 nicht gezeigt). In diesem Fall ist der zweite Schalter 312-2 der Ausgleichsschaltung 200 mit der RC-Filterschaltung 100 über den ersten Schalter 412-1 der SC-Eingangsstufe der Last 150 verbunden.
Z. B. könnte die Last 150 weitere aktive Elemente, wie z. B. Operationsverstärker etc., umfassen (in 4 nicht gezeigt). In einem solchen Fall kann es erstrebenswert sein, dass der Chip, auf dem Schaltung 290 implementiert ist, z. B. eine Versorgungsspannung bereitstellt. In einer Ausführungsform wäre es z. B. möglich, dass sowohl die erste Spannungsquelle 111 als auch die zweite Spannungsquelle 311 durch eine Kopplung mit der Versorgungsspannung implementiert werden. Insbesondere wäre es z. B. möglich, dass die zweite Spannung 311 über einen Linearregler mit der Versorgungsspannung gekoppelt ist. Gleichzeitig könnte z. B. die erste Spannungsquelle 111 gleich einer weiteren Spannungsquelle der Last 150 (in 4 nicht gezeigt) entsprechen. Derart kann es möglich sein, die erste und zweite Spannungsquelle 111, 311 besonders einfach zu implementieren, z. B. indem ein und derselbe Linearregler verwendet wird.
In 4 sind ferner die Kapazität C1 des Kondensators 113 der RC-Filterschaltung 100, die Kapazität C3 des weiteren Kondensators 313 der Ausgleichsschaltung 200, sowie die Kapazität C2 des Kondensators 413 der SC-Eingangsstufe der Last 150 graphisch indiziert. Unter der Annahme, dass die Ladung, die zum kontinuierlichen Schalten des Kondensators 413 der Last 150 zwischen der ersten Spannung V_out1 und Masse notwendig ist, allein durch den weiteren Kondensator 313 der Ausgleichsschaltung 200 bereitgestellt wird – was einem verschwindenden Stromfluss durch den ohmschen Widerstand 112 entspricht: Es ist in einem solchen Szenario möglich, die Kapazität C3 des weiteren Kondensators 313 auf verschiedene Arten und Weisen zu berechnen. Z. B. gilt Q₃ = C₃V_out2, (1) für die Ladung des weiteren Kondensators 313. Zunächst wird angenommen, dass der Kondensator 413 der Last 150 keine Ladung trägt und dann die Kondensatoren 413, 313 durch Schließen des Schalters 312-2 miteinander verbunden werden. Die Gesamtladung bleibt idealerweise gleich, was bedeutet: Q₃ = (C₃ + C₂)V_out1. (2)
Hierbei wird die erste Spannung Vout1 der ersten Spannungsquelle 111 verwendet, da dies die Zielspannung ist unter der Annahme, dass kein Stromfluss durch den ohmschen Widerstand 112 vorliegt.
Daraus folgt: C₃V_out2 = (C₃ + C₂)V_out1, (3) was aufgelöst nach C₃ ergibt:
Eine weitere Technik zum Bestimmen der Kapazität C3 des weiteren Kondensators 313 wäre z. B., den Stromfluss 191 in die Last 150 zu betrachten: I₂ = C₂V_out1f_sw (5) wobei f_sw die Schaltfrequenz der Schalter 312-1, 312-2, 412-1, 412-2 der Ausgleichsschaltung 200 und der Last 150 bezeichnet.
Der Stromfluss, der durch den weiteren Kondensator 313 gegeben ist, hängt von der Differenzspannung zwischen der ersten Spannung Vout1 und der zweiten Spannung Vout2 der ersten und zweiten Spannungsquellen 111, 311 ab: I₃ = C₃(V_out2 – V_out1)f_sw. (6)
Unter der Annahme, dass der Stromfluss 191, I₂ gleich dem Ausgleichsstromfluss 192, I₃ ist, d. h. I₂ = I₃ (7) wird folgende Gleichung erhalten, die aufgelöst werden kann:
Aus dem Obenstehenden ist ersichtlich, dass z. B. durch eine geeignete Dimensionierung der Kapazität C3 des weiteren Kondensators 213 und/oder der Differenzspannung zwischen der ersten Spannung Vout1 und der zweiten Spannung Vout2 erreicht werden kann, dass sich der Stromfluss 191 und der Ausgleichsstromfluss 192 im Wesentlichen kompensieren.
In 5A ist ein Szenario entsprechend der 3 gezeigt, wobei in 5A zwei Lasten 150-1, 150-2 mit der RC-Filterschaltung 100 gekoppelt sind. In diesem Szenario ist es möglich, z. B. durch geeignete Dimensionierung des weiteren Kondensators 313 der Ausgleichsschaltung, sicherzustellen, dass ein Ausgleichsstromfluss 192 bereit gestellt wird, der einem ersten Stromfluss 191-1 zur ersten Last 150-1 entspricht und der einem zweiten Stromfluss 191-2 zu der zweiten Last 150-2 entspricht. Hierbei kann z. B. der Ausgleichsstromfluss 192 einer Summe des ersten und zweiten Stromflusses 191-1, 191-2 entsprechen, wodurch wiederum bewirkt werden kann, dass keine oder keine signifikante Spannung über den ohmschen Widerstand 112 abfällt. In dem Szenario der 5A ist es auch möglich, die erste und zweite Last 150-1, 150-2 – formal – als eine Last zu betrachten. Z. B. könnte die erste Last 150-1 und/oder die zweite Last 150-2 eine SC-Eingangsstufe (cf. 4) aufweisen.
In 5B ist – vergleichbar mit 5A – ein weiteres Szenario dargestellt, in dem eine erste und zweite Last 150-1, 150-2 verwendet wird. In dieser Implementierung werden zwei Ausgleichsschaltungen 200-1, 200-2 verwendet. Die erste Ausgleichsschaltung 200-1 stellt einen ersten Ausgleichsstromfluss 192-1 bereit; die zweite Ausgleichsschaltung 200-2 stellt einen zweiten Ausgleichsstromfluss 192-2 bereit. Durch geeignetes Abstimmen der ersten und zweiten Ausgleichsschaltungen 200-1, 200-2 gemäß der voranstehend erläuterten Techniken kann erreicht werden, dass über dem ohmschen Widerstand 112 keine oder keine signifikante Spannung abfällt. Z. B. kann eine Summe der Ausgleichsstromflüsse 192-1, 192-2 einer Summe der Ströme 191-1, 191-2 entsprechen. Die erste und zweite Ausgleichsschaltung 200-1, 200-2 können – formal – als eine Ausgleichsschaltung 200 betrachtet werden, wie in 5B illustriert.
Es ist im Allgemeinen möglich, mehr als zwei Lasten 150-1, 150-2 zu verwenden und/oder mehr als zwei Ausgleichsschaltungen 200-1, 200-2 zu verwenden.
In 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen gezeigt. Das Verfahren beginnt in Schritt S1. Dort wird die erste Spannung durch die erste Spannungsquelle 111 für die Last 150 bereitgestellt. Der RC-Filterschaltkreis 100 filtert die erste Spannung. Z. B. wird ein Hoch- oder Tiefpassfilter auf die erste Spannung angewendet.
Die Last 150 weist einen endlichen Eingangswiderstand auf und deshalb fließt der Stromfluss 191 zur Last 150, d. h. in die Last 150 hinein oder aus der Last 150 heraus. Um einen Stromfluss durch den ohmschen Widerstand 112 zu reduzieren bzw. zu minimieren, wird in Schritt S2 der Ausgleichsstrom 192 durch die Ausgleichsschaltung 200 bereitgestellt. Dieser kann den Stromfluss 191 zur Last im Wesentlichen kompensieren.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Während z. B. voranstehend diverse Stromflüsse mit einer bestimmten Richtung diskutiert wurden, so ist es im Allgemeinen möglich, dass die Stromflüsse alternativ in anderer Richtung orientiert sind. Während voranstehend vornehmlich Last mit einer SC-Eingangsstufe illustriert wurden, ist es möglich, andere Typen von Lasten zu verwenden.

Claims

Schaltung (290), die umfasst: – eine RC-Filterschaltung (100) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang mit einer ersten Spannungsquelle (111) gekoppelt ist, wobei der Ausgang mit einer Last (150) gekoppelt ist, wobei die RC-Filterschaltung (100) einen ohmschen Widerstand (112) und einen Kondensator (113) umfasst, – eine Ausgleichsschaltung (200), die mit der RC-Filterschaltung (100) gekoppelt ist, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eingerichtet ist, um einen Ausgleichsstromfluss (192) bereit zu stellen, der einem Stromfluss (191) zur Last (150) entspricht, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eine zweite Spannungsquelle (311) und einen weiteren Widerstand umfasst, wobei die erste Spannungsquelle (111) eingerichtet ist, um eine erste Spannung bereit zu stellen, wobei die zweite Spannungsquelle (311) eingerichtet ist, um eine zweite Spannung bereit zu stellen, wobei die zweite Spannung größer ist als die erste Spannung, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eine Switched-Capacitor-Schaltung ist, die einen weiteren Kondensator (313), einen ersten Schalter (312-1) und einen zweiten Schalter (312-2) umfasst und derart den weiteren Widerstand bereitstellt, wobei der weitere Kondensator (313) die zweite Spannungsquelle (311) über den ersten Schalter (312-1) mit Masse koppelt, wobei der zweite Schalter (312-2) die zweite Spannungsquelle (311) über den ersten Schalter mit der RC-Filterschaltung (100) koppelt, wobei die Last (150) eine Switched-Capacitor-Eingangsstufe umfasst, wobei eine Schaltfrequenz des ersten Schalters (312-1) und des zweiten Schalters (312-2) der Ausgleichsschaltung (200) gleich einer Schaltfrequenz eines ersten Schalters (412-1) und eines zweiten Schalters (412-2) der Switched-Capacitor-Eingangsstufe der Last (150) ist.
Schaltung (290) nach Anspruch 1, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eine geregelte Stromquelle ist.
Schaltung (290) nach Anspruch 1, wobei der zweite Schalter (312-1) der Ausgleichsschaltung (200) die zweite Spannungsquelle (311) mit der RC-Filterschaltung (100) über den ersten Schalter (412-1) der Switched-Capacitor-Eingangsstufe der Last (150) verbindet.
Schaltung (290) nach Anspruch 1 oder 3, wobei die zweite Spannungsquelle (311) weiterhin eine Betriebsspannung für ein aktives Element der Last (150) bereitstellt.
Schaltung (290) nach einem der voranstehenden Ansprüche wobei die Schaltung (290) weiterhin umfasst: – ein Messglied, welches einen Stromfluss durch den ohmschen Widerstand (112) der RC-Filterschaltung (100) misst und ein Steuersignal bereitstellt, das indikativ für den gemessenen Stromfluss durch den ohmschen Widerstand (112) ist, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eingerichtet ist, um den Ausgleichsstromfluss (192) in Abhängigkeit des Steuersignals des Messglieds bereit zu stellen.
Schaltung (290) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eingerichtet ist, um ein Steuersignal von der Last (150) zu empfangen, wobei das Steuersignal indikativ für den Stromfluss (191) zur Last (150) ist, wobei die Ausgleichsschaltung (200) eingerichtet ist, um den Ausgleichsstromfluss (192) in Abhängigkeit des Steuersignals der Last (150) bereit zu stellen.
Verfahren zum Betreiben einer Schaltung (290), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Bereitstellen einer ersten Spannung für eine Last (150) mittels einer ersten Spannungsquelle (111),, wobei das Bereitstellen der ersten Spannung über einer RC-Filterschaltung (100) geschieht, die einen ohmschen Widerstand (112) und einen Kondensator (113) umfasst, – Bereitstellen einer zweiten Spannung mittels einer zweiten Spannungsquelle (112), – Bereitstellen eines Ausgleichsstromflusses (192) basierend auf der zweiten Spannung und einem weiteren Widerstand,, wobei der Ausgleichsstromfluss (192) einem Stromfluss (191) zu der Last (150) entspricht, wobei die zweite Spannung größer ist als die erste Spannung, wobei der weitere Widerstand durch eine Switched-Capacitor-Schaltung, die einen weiteren Kondensator (313), einen ersten Schalter (312-1) und einen zweiten Schalter (312-2) umfasst, bereitgestellt wird, wobei der weitere Kondensator (313) die zweite Spannungsquelle (311) über den ersten Schalter (312-1) mit Masse koppelt, wobei der zweite Schalter (312-2) die zweite Spannungsquelle (311) über den ersten Schalter mit der RC-Filterschaltung (100) koppelt, wobei die Last (150) eine Switched-Capacitor-Eingangsstufe umfasst, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: – Ansteuern des ersten Schalters (312-1) und des zweiten Schalters (312-2) der Ausgleichsschaltung (200) mit einer Schaltfrequenz, die gleich einer Schaltfrequenz eines ersten Schalters (412-1) und eines zweiten Schalters (412) der Switched-Capacitor-Eingangsstufe der Last (150) ist.