-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bandlückenspannungsreferenzschaltung.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Bandlückenspannungsreferenzschaltungen werden verwendet, um eine Spannung zu erzeugen, die von der Temperatur unabhängig ist. Die meisten Bandlückenspannungsreferenzschaltungen verwenden Widerstände. Die widerstandsbasierten Schaltungen funktionieren gut, aber wenn die Bandlücke für sehr geringe Leistung (in der Größenordnung von 100 nA) sein soll, werden die für eine solche Bandlückenreferenz erforderlichen Widerstandswerte unzweckmäßig groß. In einer solchen Situation ist es besser, ein Schaltkondensator-Äquivalent der Bandlückenreferenzschaltung zu verwenden.
-
US 5 563 504 A offenbart eine Schaltkondensator-Bandlückenschaltung. Ein geschaltetes Kondensatornetz wird in Verbindung mit einem einzigen pn-Übergang verwendet, um eine schaltende Bandlückenreferenzspannungsschaltung zu bilden. Die Schaltung umfasst einen Verstärker mit einem invertierenden Eingang, einem nichtinvertierenden Eingang und einem Ausgang. Ein erster Kondensator mit einer ersten Kapazität ist zwischen den invertierenden Verstärkereingang und eine erste gemeinsame Spannungsquelle gekoppelt. Ein zweiter Kondensator mit einer zweiten Kapazität ist zwischen den invertierenden Verstärkereingang und den Ausgang des Verstärkers gekoppelt. Ein Transistor weist eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter auf, wobei die Basis und der Kollektor mit der ersten gemeinsamen Spannungsquelle gekoppelt sind und der Emitter mit dem nichtinvertierenden Verstärkereingang gekoppelt ist. Zwei Stromquellen sind mit dem Transistor gekoppelt, um den Transistor während einer Vorladungsbetriebsart auf einen Pegel und während einer Referenzspannungsbetriebsart auf einen zweiten, höheren Pegel vorzuspannen. Ein Schalter ist zu dem zweiten Kondensator parallel geschaltet. Der Schalter ist während der Vorladungsbetriebsart geöffnet und während der Referenzspannungsbetriebsart geschlossen, wobei während der Referenzspannungsbetriebsart eine Bandlückenreferenzspannung an dem Verstärkerausgang erzeugt wird.
-
In
US 5 945 871 A wird eine Methode zur Temperatur-Stabilisierung einer Referenzspannung beschrieben. In einem ersten Zeitinterval wird ein Strom einer ersten Stromstärke an einen PN-Übergang angelegt, und in einem zweiten Zeitinterval wird ein Strom einer zweiten Stromstärke an den PN-Übergang angelegt. In den beiden Zeitintervallen werden die Spannungen an dem PN-Übergang einer Analyseschaltung zugeführt. In US 2014 / 0 002 052 A1 wird eine Switched-Capacitor-Spannungsreferenz beschrieben, welche eine einzige Stromquelle aufweist. Durch die Verwendung einer einzelnen Stromquelle wird das Vergleichen mehrere Stromquellen überflüssig.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine verbesserte Schaltkondensator-Bandlückenschaltung bereit. Die Schaltung umfasst:
- einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator;
- einen invertierenden Verstärker, dem eine Offsetspannung zugeordnet ist, wobei der invertierende Verstärker einen Eingangsanschluss, der mit einem ersten Anschluss des ersten Kondensators und einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss, der mit einem Ausgangsanschluss der Bandlückenschaltung verbunden ist, aufweist;
- eine temperaturabhängige Komponente mit einem temperaturabhängigen Anschluss, wobei eine Spannung des temperaturabhängigen Anschlusses eine lineare Beziehung mit einer Temperatur hat, die auf einer Temperaturkonstante basiert, wobei die Temperaturkonstante von einem Betrag der Stromstärke abhängt, wobei ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators mit dem temperaturabhängigen Anschluss verbunden ist;
- einen ersten Schalter zum wahlweisen Verbinden eines zweiten Anschlusses des ersten Kondensators mit dem temperaturabhängigen Anschluss;
- einen zweiten Schalter zum wahlweisen Verbinden des Ausgangsanschlusses des invertierenden Verstärkers mit dem Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers; und
- einen dritten Schalter zum wahlweisen Verbinden des zweiten Anschlusses des ersten Kondensators mit dem Ausgangsanschluss des invertierenden Verstärkers.
-
Diese Schaltung ist im Vergleich mit einer Schaltung im Stand der Technik weniger komplex. Zudem kann diese Schaltung mit einem einfacheren invertierenden Verstärker verwirklicht sein. Eine weniger komplexe Schaltung kann kleiner gemacht werden und/oder weniger Energie verbrauchen.
-
Beispielsweise kann der invertierende Verstärker ein nicht-differenzieller Verstärker sein, beispielsweise ein Sourceschaltungs-Verstärker oder Inverter. Dies ist eine relativ einfache Art von Verstärker.
-
Der invertierende Verstärker kann einen Differenzverstärker mit einem Differenzeingang umfassen, der einen invertierenden Eingangsanschluss und einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss umfasst, wobei der nichtinvertierende Eingangsanschluss mit einer Konstantspannungsquelle verbunden ist und der invertierende Eingangsanschluss der Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers ist, der mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators und dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden ist. Dies bietet beispielsweise die Möglichkeit, die Offsetspannung unabhängig von dem Verstärker zu erzeugen.
-
Während einer ersten Betriebsphase kann der erste Schalter dazu ausgelegt sein, geschlossen zu sein, der zweite Schalter dazu ausgelegt sein, geschlossen zu sein, und der dritte Schalter dazu ausgelegt sein, offen zu sein. Dies hilft dabei, die Kondensatoren mit einer Spannung vorzuladen.
-
Während einer zweiten Betriebsphase nach der ersten Betriebsphase kann der erste Schalter dazu ausgelegt sein, offen zu sein, der zweite Schalter dazu ausgelegt sein, offen zu sein, und der dritte Schalter dazu ausgelegt sein, geschlossen zu sein. Dies hilft dabei, die temperaturunabhängige Bandlückenspannung zu erzeugen.
-
Der zweite Schalter kann dazu ausgelegt sein, geöffnet zu werden, bevor der erste Schalter nahe dem Ende der ersten Phase geöffnet wird. Der zweite Schalter sollte vorzugsweise gleichzeitig mit dem oder vor dem Öffnen des ersten Schalters geöffnet werden. Um dies zu gewährleisten, kann der zweite Schalter dazu ausgelegt sein, um ein vorbestimmtes Zeitintervall vor dem Öffnen des ersten Schalters nahe dem Ende der ersten Phase geöffnet zu werden. Dies macht die Schaltung unempfindlicher gegen Zeitschwankungen aufgrund von Rauschen, Temperatur oder statistischen Prozessschwankungen.
-
Die erste Phase und die zweite Phase können zeitlich nicht überlappend sein und der dritte Schalter kann dazu ausgelegt sein, nahe dem Anfang der zweiten Betriebsphase geschlossen zu werden kann, nachdem der erste Schalter und der zweite Schalter geöffnet worden sind. Dies macht die Schaltung stabiler.
-
Die Schaltung kann eine Stromquelle umfassen, die dazu ausgelegt ist, eine konstanten Stromstärke an die temperaturabhängige Komponente anzulegen, wobei die Stromquelle dazu ausgelegt ist, während der ersten Phase eine erste konstante Stromstärke an die temperaturabhängige Komponente anzulegen, und während der zweiten Phase eine zweite konstante Stromstärke an die temperaturabhängige Komponente anzulegen, wobei die erste konstante Stromstärke von der zweiten konstanten Stromstärke verschieden ist. Dies hilft dabei, die temperaturunabhängige Spannung zu erzeugen.
-
Die erste konstante Stromstärke kann größer als die zweite konstante Stromstärke sein. Dies sorgt für eine Schaltung mit verkleinertem Kondensator.
-
Ein Verhältnis einer Kapazität des ersten Kondensators zu einer Kapazität des zweiten Kondensators kann auf einem Verhältnis einer ersten Temperaturkonstante und einer zweiten Temperaturkonstante basieren, wobei die erste Temperaturkonstante eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Spannung des temperaturabhängigen Anschlusses definiert, die einer bestimmten Stromstärke zugeordnet ist, und wobei die zweite Temperaturkonstante eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Differenz zwischen einer Spannung des temperaturabhängigen Anschlusses, die der ersten konstanten Stromstärke zugeordnet ist, und einer Spannung des temperaturabhängigen Anschlusses, die der zweiten konstanten Stromstärke zugeordnet ist, definiert. Auf diese Weise kann die Schaltung feinabgestimmt sein, um die temperaturunabhängige Spannung zu erzeugen.
-
Die temperaturabhängige Komponente umfasst einen Bipolartransistor oder eine Diode. Dies sind effiziente Beispiele für temperaturabhängige Komponenten.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen einer Bandlückenreferenzspannung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst:
- in einer ersten Betriebsphase, Verbinden eines zweiten Anschlusses des ersten Kondensators mit einem temperaturabhängigen Anschluss einer temperaturabhängigen Komponente, Verbinden eines Ausgangsanschlusses eines invertierenden Verstärkers mit einem Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers, Trennen eines zweiten Anschlusses eines ersten Kondensators von dem Ausgangsanschluss des invertierenden Verstärkers und Anlegen einer ersten Stromstärke an die temperaturabhängige Komponente; und
- in einer zweiten Betriebsphase, Trennen des zweiten Anschlusses des ersten Kondensators von dem temperaturabhängigen Anschluss der temperaturabhängigen Komponente, Trennen des Ausgangsanschlusses des invertierenden Verstärkers von dem Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers, Verbinden des zweiten Anschlusses des ersten Kondensators mit dem Ausgangsanschluss des invertierenden Verstärkers und Anlegen einer zweiten Stromstärke, die von der ersten Stromstärke verschieden ist, an die temperaturabhängige Komponente.
-
Der Fachmann auf dem Gebiet wird verstehen, dass die oben beschriebenen Merkmale auf eine beliebige als nützlich erachtete Weise kombiniert werden können. Zudem können Abwandlungen und Variationen, die in Bezug auf das System beschrieben sind, auch auf das Verfahren und das Computerprogrammprodukt angewendet werden, und Abwandlungen und Variationen, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben sind, können auch auf das System und das Computerprogrammprodukt angewendet werden.
-
Figurenliste
-
Im Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematisch und möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Ähnliche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen angegeben.
- 1 zeigt ein Schaltbild einer temperaturabhängigen Komponente.
- 2 zeigt eine Kennlinie der temperaturabhängigen Komponente.
- 3 zeigt ein Schaltbild einer Bandlückenspannungsreferenzschaltung.
- 3a zeigt ein Beispiel eines invertierenden Verstärkers.
- 4 zeigt ein Steuerschaltbild für eine Bandlückenspannungsreferenzschaltung.
- 5 zeigt ein weiteres Schaltbild einer Bandlückenspannungsreferenzschaltung.
- 6 zeigt ein Schaltbild, das eine Bandlückenkernstufe und eine Abtast-Halte-Stufe umfasst.
- 7 zeigt ein Steuerschaltbild für die Schaltung von 6.
-
Genaue Beschreibung der Ausführungsformen
-
1 zeigt eine Schaltung mit einer Stromquelle 101, die mit einem Bipolartransistor 102 verbunden ist. Die Stromquelle 101 ist mit dem Emitter 103 des Bipolartransistors 102 verbunden. Die Basis 104 und der Kollektor 105 des Bipolartransistors 102 sind mit Masse verbunden ist. Die Stromquelle 101 kann zwei verschiedene Stromstärkepegel I1 oder I1 + I2 erzeugen. Eine derartige Schaltung kann verwendet werden, um eine Bandlückenreferenz zu erstellen. Alternativ kann der Bipolartransistor 102 durch eine Diode ersetzt sein. Weitere Alternativen wie etwa alternative Halbleiterkomponenten mit ähnlichen Eigenschaften sind ebenfalls möglich.
-
2 zeigt ein Diagramm, das das einer Bandlückenspannungsreferenz zugrundeliegende Prinzip veranschaulicht. Die horizontale Achse repräsentiert die Temperatur in Kelvin, während die vertikale Achse die Spannung in Volt repräsentiert. Eine Linie 201 veranschaulicht die Basis-Emitter-Spannung Vbe an dem Emitter 103 des Bipolartransistors 102 dann, wenn die Stromquelle 101 eine Stromstärke I1 erzeugt. Eine Linie 202 zeigt das Gleiche für den Fall, in dem die Stromquelle 101 eine Stromstärke I1 + I2 erzeugt. Hierbei sind I1 und I2 vorbestimmte positive Stromstärkewerte. Die Differenz zwischen den zwei Basis-Emitter-Spannungen ist als ΔVbe dargestellt. Die Basis-Emitter-Spannung eines Bipolartransistors (oder der beiden Anschlüsse einer Diode) weist eine negative Temperaturkonstante auf, während die Differenz zwischen der Basis-Emitter-Spannung eines Bipolartransistors bei zwei unterschiedlichen Stromstärken eine positive Temperaturkonstante aufweist. Hierbei repräsentiert die Temperaturkonstante die lineare Abhängigkeit zwischen der Spannung (oder der Spannungsdifferenz) und der Temperatur (in Kelvin). Ein Addieren der Basis-Emitter-Spannung und der Differenzspannung bei gleichzeitigem Anwenden einer in geeigneter Weise ausgewählten Gewichtung N ergibt eine (fast) temperaturunabhängige Spannung Vbg von etwa 1,23 V. Dies ist in der Figur als Linie 203 dargestellt.
-
3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm einer Schaltung, die eine solche temperaturunabhängige Spannung Vbg erzeugen kann. Zwei Stromquellen 301 und 302 können jeweils die Ströme I1 und I2 erzeugen. Die zwei Stromquellen 301 und 302 sind parallel angeordnet, so dass die an der temperaturabhängigen Komponente bereitgestellte Stromstärke die Summe I1 + I2 der beiden Stromstärken ist, wobei I2 durch einen Schalter 301 wahlweise ein- und ausgeschaltet werden kann. Andere Beispiele davon, wie man eine Schaltung 101 schaffen kann, die abwechselnd zwei verschiedene Stromstärken bereitstellen kann, sind für Fachleute angesichts der vorliegenden Offenbarung offensichtlich. Der Bipolartransistor 102 ist oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Der Bipolartransistor 102 ist nur ein Beispiel einer temperaturabhängigen Komponente. Der Emitter 103 ist in dieser Offenbarung als temperaturabhängiger Anschluss bezeichnet, da eine Spannung Vbe des temperaturabhängigen Anschlusses gemäß einer Temperaturkonstante von einer Temperatur abhängt. Die Temperaturkonstante hängt von einem Betrag der Stromstärke ab, die an der temperaturabhängigen Komponente 102 angelegt ist.
-
Die Schaltung von 3 umfasst ferner einen ersten Kondensator 305 mit der Kapazität C1 und einen zweiten Kondensator 306 mit der Kapazität C2, einen invertierenden Verstärker 304, die Schalter 308, 309 und 310 und einen Ausgangsanschluss 311.
-
Dem invertierenden Verstärker 304 ist eine Offsetspannung Vos zugeordnet, um eine negative Rückkopplung an seinem Ausgangsanschluss 313 bereitzustellen, wenn sich die Spannung an einem Eingangsanschluss 312 des invertierenden Verstärkers von der Offsetspannung Vos unterscheidet.
-
3a zeigt ein Implementierungsbeispiel des invertierenden Verstärkers 304. In 3a ist der invertierende Verstärker 304 mittels eines Differenzverstärkers 314 implementiert, wobei der positive Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 314 mit einer Quelle 307 verbunden ist, die eine konstante Offsetspannung Vos liefert, und der negative Eingangsanschluss 312 als Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers 304 dient. Andere Implementierungen des invertierenden Verstärkers 304 sind ebenfalls möglich.
-
Der Eingangsanschluss 312 ist mit einem ersten Anschluss (z. B. einem negativen Anschluss, durch - angegeben) des ersten Kondensators 305 und einem ersten Anschluss (z. B. einem negativen Anschluss, durch - angegeben) des zweiten Kondensators 306 verbunden. Der Ausgangsanschluss 313 des invertierenden Verstärkers 304 ist mit dem Ausgangsanschluss 311 der Schaltung verbunden.
-
Der erste Schalter 308 verbindet wahlweise den zweiten Anschluss (z. B. einen positiven Anschluss, durch + angegeben) des ersten Kondensators 305 mit dem temperaturabhängigen Anschluss 103. Der zweite Schalter 309 verbindet wahlweise den Ausganganschluss 313 des invertierenden Verstärkers 304 mit dem Eingangsanschluss 312 des invertierenden Verstärkers 304. Der dritte Schalter 310 verbindet wahlweise den zweiten Anschluss (z. B. einen positiven Anschluss, durch + angegeben) des ersten Kondensators 305 mit dem Ausgangsanschluss 313 des invertierenden Verstärkers 304.
-
Während des Betriebs wird der Zustand der Schalter gemäß einem vorbestimmten Schema gesteuert, das grob zwei Phasen beinhaltet. Während der ersten Betriebsphase ist der erste Schalter 308 dazu ausgelegt, geschlossen zu sein, der zweite Schalter 309 dazu ausgelegt, geschlossen zu sein, und der dritte Schalter 310 dazu ausgelegt, offen zu sein. Der Schalter 309 über dem Verstärker 304 schließt den Ausgang und den Eingang des Verstärkers 304 kurz: der Eingang des Verstärkers wird gleich der Offsetspannung Vos sein. Die Stromstärke durch den Bipolartransistor 102 ist dann gleich I1 + I2, wenn der Schalter 303 ebenfalls geschlossen ist. Die Basis-Emitter-Spannung Vbe an dem Emitter 103 des Bipolartransistors 102 ist durch die angelegte Stromstärke I1 + I2 und die Temperatur bestimmt; sie wird als Vbe(I1 + I2) bezeichnet. Da die zweiten (positiven) Anschlüsse der Kondensatoren 305 und 306 durch den Schalter 308 kurzgeschlossen werden, ist die Potentialdifferenz über beide Kondensatoren gleich. Diese Potentialdifferenz ist durch Vc1 = Vc2 = Vbe(I1 + I2) - Vos gegeben.
-
In der zweiten Phase ist der Schalter 303 offen, so dass die Stromstärke, die durch den Bipolartransistor 102 läuft, auf I1 gesenkt ist. Die Spannung Vbe an dem temperaturabhängigen Anschluss 103 ist deshalb ebenfalls verringert und ist als Vbe(I1) bezeichnet. Während der zweiten Phase wird der erste Schalter 308 geöffnet, der zweite Schalter 309 geöffnet und der dritte Schalter 310 geschlossen.
-
Die Spannung an dem Eingangsanschluss 302 des invertierenden Verstärkers 304 bleibt bei Vos oder kehrt zumindest zu Vos zurück, wenn sich alle Spannungen eingependelt haben. Dies liegt an der negativen Rückkopplung, die durch den Schalter 310 und den Kondensator 305 bereitgestellt wird. Die Potentialdifferenz über dem zweiten Kondensator 306 fällt aufgrund der verringerten Spannung Vbe an dem temperaturabhängigen Anschluss 103. Beispielsweise beträgt der Spannungsabfall ΔVbe = (kT/e)ln((I1+I2)/I1). Hier bezeichnet In den Operator des natürlichen Logarithmus, e die Ladung eines Elektrons, T die absolute Temperatur und k die Boltzmann-Konstante. In diesem Fall hängt der Spannungsabfall linear von der thermodynamischen Temperatur T ab.
-
Die Ladung, die benötigt wird, um C2 zu entladen, muss aus C1 stammen (da der Schalter 309 über dem Verstärker 304 geöffnet ist). Weil der negative Anschluss des ersten Kondensators 305 bei der Spannung Vos bleibt, steigt die Spannung an dem positiven Anschluss mit (C2/C1) ΔVbe, um Vbe(I1+I2) +(C2/C1) ΔVbe zu werden.
-
Der Ausgang 311 (Vbg) ist über den geschlossenen Schalter 310 mit dem positiven Anschluss des ersten Kondensators 305 verbunden und damit ist die Spannung an dem Ausgangsanschluss 311 ebenfalls gleich: Vbg = Vbe(I1+I2) +(C2/C1) ΔVbe.
-
Da die Spannung an dem Eingangsanschluss 312 des inversen Verstärkers sowohl in der ersten Phase als auch in der zweiten Phase Vos beträgt, macht diese die Ausgangsspannung Vbg effektiv von der Offsetspannung Vos des Verstärkers 304 unabhängig.
-
Durch geeignetes Auswählen der Kapazitäten C1 und C2 kann das Verhältnis zwischen diesen beiden Kapazitäten so gewählt werden, dass die Ausgangsspannung Vbg nahezu temperaturunabhängig ist. Für einen Bipolartransistor 102 als temperaturabhängige Komponente wird die Spannung Vbg ungefähr 1,23 Volt betragen.
-
4 zeigt die Zustandsübergänge der Schalter im Einzelnen in drei Graphen. Die horizontale Achse jedes Graphen stellt die Zeit dar. Die vertikale Achse jedes Graphen stellt den Zustand dar; der hohe Zustand bedeutet, dass der Schalter geschlossen ist, der niedrige Zustand bedeutet, dass der Schalter offen ist. Der Graph ϕ1 stellt den Zustand der Schalter 303 und 308 dar; der Graph ϕ1a stellt den Zustand des Schalters 309 dar; der Graph ϕ2 stellt den Zustand des Schalters 310 dar. Die erste Phase und die zweite Phase sind nicht überlappend. An dem Ende der ersten Phase wird der Schalter 309 kurz vor den Schaltern 303 und 308 mit einer Zeitverzögerung Δt1dazwischen geöffnet. Nachdem die Schalter 303, 308 und 309 geschlossen worden sind, wird für eine Zeitverzögerung Δt2 gewartet, bevor die zweite Phase durch Schließen des Schalters 310 begonnen wird. An dem Ende der zweiten Phase wird der Schalter 310 wieder geöffnet. Es wird für eine Zeitverzögerung Δt3 gewartet, bevor durch Öffnen der Schalter 303, 308 und 309 wieder mit der ersten Phase begonnen wird. Dieses Muster kann unbegrenzt wiederholt werden. Die Häufigkeit, mit der die Phasen wiederholt werden, hängt unter anderem von der Temperaturvariabilität ab.
-
In einer weiteren alternativen Ausführung ist ϕ1a gleich ϕ1. Dies ähnelt einem Gleich-null-Setzen von Δt1. Ein geringfügig positives Δt1 hilft jedoch dabei, die Schaltung robuster zu machen.
-
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist der Bipolartransistor 102 durch eine andere temperaturabhängige Komponente wie beispielsweise eine Diode ersetzt.
-
Die Arbeitsweise der Schaltung basiert auf der Einsicht, dass die Eingangsspannung des Verstärkers 304 am Ende der Phase ϕ1a und am Ende der Phase ϕ2 (nahezu) konstant ist. Es ist anzunehmen, dass diese Spannung gleich der Offsetspannung Vos des Verstärkers 304 ist.
-
5 zeigt eine bestimmte Implementierung der Bandlückenschaltung von 3. Der Großteil der Schaltung ist ähnlich zu 3. Der invertierende Verstärker 304 von 3 ist in 5 aber mittels eines Sourceschaltungs-Verstärkers implementiert. Dieser Sourceschaltungs-Verstärker umfasst einen Transistor 501 und eine Stromquelle 506. Der Transistor 501 kann beispielsweise ein nMOS-Transistor sein. Beispielsweise ist die Stromquelle 506 mit der Drain 502 des Transistors 501 verbunden, und die Source 504 ist wie dargestellt mit der Masse 505 verbunden. Die Stromquelle 506 ist dazu ausgelegt, einen Strom I3 zu erzeugen. Dies verursacht eine Spannung zwischen dem Gate 503 und der Source 504 des Transistors 501. Somit fungiert der Transistor 501 als ein nicht-differenzieller Verstärker mit einem Eingangsanschluss an seinem Gate 503 und einem Ausgangsanschluss an seiner Drain 502. Dieser nicht-differenzielle Verstärker hat die oben in Bezug auf den invertierenden Verstärker 304 beschriebenen Eigenschaften. Es versteht sich, dass der Sourceschaltungs-Verstärker nur ein Beispiel der Implementierung des invertierenden Verstärkers 304 ist.
-
6 zeigt, wie die Bandlückenschaltung in eine größere Schaltung integriert sein kann. In diesem Beispiel folgt auf den Ausgang 311 der Bandlückenschaltung 601 eine Abtast-Halte-Stufe 603. In anderen Implementierungen kann die Bandlückenschaltung mit anderen Schaltungen wie beispielsweise einer variablen Verstärkungsstufe kombiniert sein, möglicherweise in Verbindung mit der Abtast-Halte-Stufe 603. Eine variable Verstärkungsstufe kann verwendet werden, um die temperaturunabhängige Spannung Vbg auf jede Spannung zu skalieren, die von dem Rest der Schaltung benötigt wird. Die Abtast-Halte-Stufe 603 kann verwendet werden, um die temperaturunabhängige Spannung Vbg bzw. Vref, die während der zweiten Phase erzeugt wird, zu erhalten, während die Bandlückenschaltung 601 in der ersten Phase ist.
-
7 zeigt, wie die Schalter, die in der Darstellung von 6 gezeigt sind, im Laufe der Zeit geschaltet werden. Die Schalter der Bandlückenstufe sind als Graphen ϕ1, ϕ1a und ϕ2 dargestellt. Diese Graphen sind zu 4 identisch. Der Graph ϕsh zeigt den Zustand des Schalters der Abtast-Halte-Stufe 603.
-
In einer bestimmten beispielhaften Implementierung betragen I1 und I3 etwa 10 nA, I2 etwa 70 nA und die Kapazitäten etwa 10 fF für C1 und etwa 125 fF für C2. Die Taktfrequenz kann im Bereich von mehreren kHz liegen. Allerdings sind diese Werte nur zu Beispielzwecken bereitgestellt. Viele alternative Implementierungen sind möglich.
-
Die hier beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen dienen zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung der Erfindung. Fachleute auf dem Gebiet werden in der Lage sein, alternative Ausführungsformen zu entwickeln, ohne von dem Umfang der Ansprüche abzuweichen. Bezugszeichen, die in den Ansprüchen in Klammern gesetzt sind, sind nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der Ansprüche beschränken. Elemente, die als separate Einheiten in den Ansprüchen oder der Beschreibung beschrieben sind, können als ein einzelnes Hardware- oder Software-Element implementiert sein, das die Eigenschaften der beschriebenen Elemente kombiniert.
