DE102016218529B4 - Schaltung und Verfahren für einen Verstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung durch Verwenden einer digital gesteuerten Verstärkungsjustierungsschaltung - Google Patents

Abstract

Differenzverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung, der umfasst:Widerstände (230A, 230B) in beiden Pfaden des Differenzverstärkers; undeinen Varistor (270) in einem T-Netz zwischen den beiden Pfaden, um eine Verstärkungsjustierung bereitzustellen.

Description

• Hintergrund
• Gebiet
• Die Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Differenzverstärker und insbesondere auf eine Verstärkungsjustierungsschaltung und ein Verfahren zum Justieren der Verstärkung des Verstärkers.
• Beschreibung des Stands der Technik
• Eines der Hauptverfahren zum Erreichen eines hohen Eingangs-Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses (Eingangs-CMRR) in Differenzverstärkern ist es, eine Chopper-Schaltung zu verwenden, um Verstärkung und Versatz, die durch Fehlanpassung in dem Verstärkerverstärkungsnetz verursacht sind, auszulöschen. Die Eingangsstufe des Verstärkers kann auch gechoppt werden, um den Versatz zu minimieren.
• 1 stellt ein Beispiel eines dem Erfinder bekannten Verstärkers des Standes der Technik dar. Der Differenzverstärker 100 weist zwei Eingänge Vinp 110A und Vinn 110B und den Ausgang Voutn 120A und Voutp 120B des Verstärkers 130 auf. In Reihe mit den Eingangssignalen sind ein Chopper 140, Reihenwiderstände 150A und 150B und ein zweiter Chopper 160. In dem Netz existieren Rückkopplungswiderstand 180A und 180B, Chopper 170 und 190 und Kondensatoren 195A und 195B zwischen den Ausgangssignalen und den Eingangssignalen. Die Eingangsstufe des Verstärkers kann auch gechoppt werden, um den Versatz zu minimieren. In einigen Anwendungen könnten die Eingangs- oder Ausgangsspannungen (entweder Gleichstrom (d.c.) oder dynamisch) des Verstärkungsnetzes jedoch größer sein als die Gate-zu-Source-Spannung, Vgs, und die Drain-zu-Source-Nennwerte, Vds, der Vorrichtung, was es schwierig macht, den Eingangs- oder Ausgangs-Chopper zu implementieren. In anderen Fällen kann ein Chopper-Netz nicht praktisch sein, wie z. B. dem Regelkreis eines Klasse-D-Verstärkers. Zusätzlich könnten Chopper in Schaltungen unerwünscht sein, in denen die Intermodulation ein Problem ist oder wo die Ansteuerung mit sehr niedriger Energie stattfinden muss.
• Eine Verstärkerschaltung und ein Herstellungsverfahren, die das erfüllen und keinen Chopper einführen, sind erwünscht.
• US-Patent 6,396,343 an Chee beschreibt einen Frontstufen-Differenzverstärker und eine Gleichtaktunterdrückungsschaltung, die ein Doppel-T-Netz einsetzt, wobei das T-Netz unter Verwendung von Widerständen und Kondensatorelementen gebildet ist. Zusätzlich ist eine CMMR-Schaltung mit einem variablen Widerstand vorhanden.
• US-Patent 6,222,416 an Edeler zeigt einen Verstärker mit kontinuierlicher Signallenkung ohne Verzweigung und Kreuzungen. Zusätzlich sind auch Rückkopplungswiderstände und ein kombinierter Widerstand zum Anpassen der Differenzverstärkung gezeigt.
• US-Patent 9,331,573 an Yamagida beschreibt eine Steuerschaltung zum Steuern eines Schalttransistors eines Schaltreglers und enthält eine Hysterese-Komparatorschaltung, die eine Rückkopplungsspannung gemäß einem Ausgangssignal des Schaltreglers mit einer Referenzspannung und einer Schwellenspannung vergleicht.
• US-Patentanmeldung 2016/0013766 an Kobayashi u. a. zeigt einen Verstärker mit einem Vorspannungsrückkopplungsnetz und Widerstandsnetz.
• US-Patent 2,954,551 an Doucette u. a. beschreibt einen D/A-Umsetzer mit stromempfindlichem Summierelement, mehreren Feldeffekt-Varistoren und mehreren Freigabemitteln.
• Sharma et al ( US 2013/0257536 ) zeigt einen Differenzverstärker, der eingerichtet ist, ein Eingangssignal zu verstärken, einen Offsetsensor, und ein T-Netzwerk zwischen dem Eingangssignal und einem Ausgangssignal des Differenzverstärkers um einem DC-(Gleichstrom) Offset entgegenzuwirken.
• In diesen Ausführungsformen des Standes der Technik verbessern gezeigte Lösungen die Verstärkereigenschaften unter Verwendung verschiedener alternativer Lösungen.
• Zusammenfassung
• Es ist wünschenswert, einen Verstärker mit hoher Eingangs-Gleichtaktunterdrückung durch genaues Anpassen der Verstärkung beider Pfade des Differenzverstärkers unter Verwendung eines Gate-Justierungs-Netzes anstelle eines Choppers zu schaffen.
• Es ist wünschenswert, einen Verstärker mit hoher Eingangs-Gleichtaktunterdrückung und Breitbandverstärkung zu schaffen durch Ermöglichen, dass die Effekte einer Widerstandsfehlanpassung reduziert sind, wenn Choppen unpraktisch oder unerwünscht ist.
• Es ist wünschenswert, einen Verstärker mit hoher Eingangs-Gleichtaktunterdrückung zu schaffen durch Ermöglichen der Verwendung von Widerständen mit einer größeren Fehlanpassung, was zu Flächeneinsparungen führt im Vergleich zu nicht justierter Netzkonstruktion, um dieselbe Spezifikation zu erreichen.
• Es ist wünschenswert, einen Verstärker für Anwendungen zu schaffen, wenn Choppen nicht machbar ist und eine zeitkontinuierliche Schaltung erforderlich ist.
• Es ist wünschenswert, einen Verstärker zu schaffen, wo die Schaltungsanwendung sowohl für Klasse-D-Verstärker-Steuerungsrückkopplung als auch für Stromerfassungsanwendung geeignet ist, wenn hohe Gleichtaktunterdrückungen mit optimaler Flächennutzung erforderlich sind.
• Zusammengefasst einen Verstärker, der einen Differenzverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung umfasst, der Widerstände in beiden Pfaden des Differenzverstärkers umfasst; und einen Varistor in einem T-Netz zwischen den beiden Pfaden, um Verstärkungsjustierung bereitzustellen.
• Zusätzlich ein Verfahren zum Justieren der Verstärkung eines Differenzverstärkers, das die Schritte eines ersten Schritts (a) zum Bereitstellen eines Differenzverstärkers, der Widerstände in beiden seiner Pfade umfasst, eines zweiten Schritts (b) zum Bereitstellen eines Varistors in einem T-Netz zwischen den beiden Pfaden; und als Letztes eines dritten Schritts (c) zum Justieren der Verstärkung des Differenzverstärkers durch Anpassen des Widerstands des Varistors umfasst.
• Andere Vorteile werden durch den Durchschnittsfachmann erkannt.
• Figurenliste
• Die vorliegende Offenbarung und die entsprechenden Vorteile und Merkmale, die dadurch geschaffen sind, werden am besten nach der Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung der Offenbarung zusammen mit den folgenden Zeichnungen verstanden und erkannt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente repräsentieren und in denen:
• 1 ein den Erfindern bekannter Verstärker des Standes der Technik ist;
• 2 eine Verstärkerschaltung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Offenbarung ist;
• 3 eine Verstärkerschaltung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung ist;
• 4 eine Verstärkerschaltung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der Offenbarung ist;
• 5 eine Verstärkungsjustierungswellenform in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung darstellt;
• 6 den Justierwert, der zur Fehlanpassung erforderlich ist, und ΔR in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung darstellt;
• 7 die Gleichtaktunterdrückung und die Ausgangsversatzspannung in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung darstellt;
• 8 die Gleichtaktunterdrückung gegen die Ausgangsversatzspannung in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung darstellt;
• 9 ein elektrisches Schaltbild eines Varistorblockebenendiagramms in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung ist;
• 10 ein Verfahren zum Betreiben des Verstärkers in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung ist.
• Ausführliche Beschreibung
• 1 ist eine Verstärkerschaltung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Offenbarung. Der Zweck der Erfindung ist es, eine hohe Eingangs-Gleichtaktunterdrückung (die in der Größenordnung von 120 dB oder größer sein könnte) durch Anpassen der Verstärkung beider Seiten eines Differenzverstärkers, wie er in 2 abgebildet ist, zu erreichen. 2 zeigt eine erste Realisierung des Verstärkers und seiner Verstärkungsjustierungsschaltung, abgebildet mit den Schaltern in normaler Betriebsart. 2 ist eine Ausführungsform der Schaltung 200, wobei die Korrektur durch Justieren des Rückkopplungspfads ausgeführt wird. 1 ist ein Verstärker mit einem Verstärkungsjustiernetz, wobei der Differenzverstärker mit niedrigem Versatz als ein Komparator verwendet wird und dann ein einfacher Komparator verwendet wird, um seine Ausgabe in ein digitales Bit zur Verstärkungsjustierung umzusetzen. Die aktuellen Schalterpositionen sind normaler Verstärkerbetrieb. Falls alle Schalter umgeschaltet werden, ist die Schaltung in der Verstärkungsjustierbetriebsart.
• Die Eingänge des Differenzverstärkers sind Vinp 210A und Vinn 210B. Um Verstärkungsjustierung auszuführen, werden die Schalter SW1 225A und SW3 225B umgeschaltet, was Folgendes verursacht: (a) die Eingänge des Differenzverstärkerverstärkungsnetzes sollen mit Vinref 205 verbunden werden. Die Eingänge weisen einen Reihenwiderstand Rs 230A und Rs' 230B auf. Der Differenzverstärker 235 weist die Eingangssignale VP1 235A und Vn 235B auf. (b) Die Ausgänge des Differenzverstärkerverstärkungsnetzes 235 sollen mit Vmid 237 verbunden werden (typischerweise die Ausgangs-Gleichtaktspannung des Differenzverstärkers, das ist keine feste Regel, obwohl andere Spannungspegel auch gewählt werden könnten, falls erforderlich), und als Letztes soll (c) der Differenzverstärkerausgang von dem Verstärkungsnetz getrennt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass Vinref 205 und Vmid 237 gewählt werden sollten, um die größte mögliche Spannung über das Verstärkungsnetz zu ergeben, um die maximale Genauigkeit sicherzustellen. Ein Varistor 270 ist mit der Rückkopplungsschleife verbunden, die mit dem Widerstandsnetz Rf1 240A und Rf1' 240B gebildet ist. Ein zusätzlicher Widerstand Rf2 250A ist mit dem Schalter SW3 255A und dem Schalter SW5 252A gekoppelt, der mit dem Eingangssignal 265A des Komparators 265 gekoppelt ist. Ein zusätzlicher Widerstand Rf2' 250B ist mit dem Schalter SW4 255B und dem Schalter SW6 252B gekoppelt, der mit dem Eingangssignal 265B des Komparators 265 gekoppelt ist. Der Schalter SW3 255A und der Schalter 255B sind mit dem Signal 237 gekoppelt. Der Schalter SW5 ist mit Voutn 285A gekoppelt, und der Schalter SW6 ist mit Voutp 285B gekoppelt. Der Ausgang des Komparators 265 ist Compout 280.
• Falls alle Widerstände perfekt angepasst sind und der Varistormittelabgriff ausgewählt ist (d. h. Vp2 242A ist mit Vmid 237 durch einen Widerstandswert von Rt/2 verbunden), dann wäre Vp1 235A gleich Vn1 235B und der Komparator 235 wäre an seinem Schaltpunkt, was die angepassten Verstärkungen angibt. Falls irgendeine Fehlanpassung in dem Netz ist, wird der Komparatorausgang kippen. Somit kann, um die Schaltungsverstärkung zu justieren, der Abgriffspunkt des Varistors 270 inkrementell seine Einstellung überstreichen, um den Komparatorschaltpunkt zu finden, was die erforderliche Justiereinstellung für angepasste Verstärkung und somit hohes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) ist. Dieses Justieren kann auch über eine Binärsuche (wie in 5 gezeigt wird) vorgenommen werden, wobei ein hoher Komparatorausgang angibt, dass die Justiereinstellung zu groß ist. Die Kurve zeigt, dass vp 1 und vn 1 konvergieren, wenn die Verstärkungen angepasst werden.
• Die Verstärkungen beider Seiten des Verstärkers sind durch Gleichung 1 und Gleichung 2 für Schaltungen 1 (und auch 3) gegeben. Ideal unendliche Gleichtaktunterdrückung wird auftreten, wenn A_diff1 = A_diff2 ist unter der Annahme keiner parasitischen Effekte. $$A_{diff1}=\frac{R_{\text{f1}}{R}_{\text{f2}}}{R_s{R}_{\text{T}}trim}+\frac{R_{\text{f}1}+R_{\text{f2}}}{R_{\text{s}}}$$

  

  $$A_{diff2}=\frac{{R^{\prime }}_{\text{f1}}{R^{\prime }}_{\text{f2}}}{{R^{\prime }}_{\text{s}}{R}_{\text{T}}\left(1-trim\right)}+\frac{{R^{\prime }}_{\text{f}1}+{R^{\prime }}_{\text{f2}}}{{R^{\prime }}_{\text{s}}}$$

  
• Deshalb können unter Verwendung von Gleichung 1 und Gleichung 2 die folgenden Komponenten eines Polynoms (wie in Gleichung 4, Gleichung 5 und Gleichung 6 gezeigt wird) erhalten werden, um eine Beziehung zwischen der Eingangsimpedanzfehlanpassung (mm_s) und der Rückkopplungsimpedanzfehlanpassung (mm_f) bereitzustellen, wobei x die Verstärkungsjustierungseinstellung ist, wobei 0,5 die Einstellung ist, bei der keine Fehlanpassung vorhanden ist. Die Standard-Polynomwurzelberechnung (Gleichung 7) kann dann verwendet werden, um die Justierung zu berechnen, die für ein spezielles Niveau der Fehlanpassung erforderlich ist. Die Beziehung zwischen der Fehlanpassung und dem Justierwert ist nicht linear, und das Niveau für keine Linearität steigt an für kleinere Wahl von R_T und größere Wahl von R_f1. Als ein Ergebnis könnten die Varistorabgriffe so eingestellt werden, dass sie nichtlinear sind, um die Fehlanpassung auf Korrektureinstellung zu linearisieren und somit die Anzahl benötigter Abgriffe zu reduzieren. $$A=\frac{R_{f1}}{R_{f2}}\left[\left(1+m{m}_s\right)\left(1-m{m}_f\right)-1\right]=\frac{R_{f2}{R}_T\left(1-2x\right)}{R_{f2}{}^2+R_{f2}{R}_T+x\left(x-1\right)R_T{}^2}$$

  

  $$a=-A{R}_T{}^2$$

  

  $$b=A{R}_T{}^2+2R_{f2}{R}_T$$

  

  $$c=A\left(R_{f2}{}^2+R_{f2}{R}_T\right)-R_T{R}_{f2}$$

  

  $$\text{Trim }x=\frac{-b+\sqrt{b^2-4ac}}{2a}$$

  
• Ein Beispiel für die Versatzjustierungsgenauigkeit, die notwendig ist, um eine spezielle Gleichtaktunterdrückung für ein Verstärkungsnetz mit einer 0,1 %-Widerstandsfehlanpassung und einer Verstärkung von 2,75 bereitzustellen, ist in 7 und 8 gezeigt.
• 3 ist eine Verstärkerschaltung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung. 3 zeigt eine zweite Realisierung des Verstärkers und seiner Verstärkungsjustierungsschaltung, abgebildet mit den Schaltern in normaler Betriebsart. 3 ist eine Ausführungsform der Schaltung, wobei die Korrektur durch Justieren des Rückkopplungspfads ausgeführt wird. 3 ist ein Verstärker mit separatem Verstärkungsjustierungsnetz, wobei der Differenzverstärker in dem Justierprozess nicht verwendet ist. Aktuelle Schalterpositionen sind normaler Verstärkerbetrieb. Falls alle Schalter umgeschaltet werden, ist die Schaltung in der Verstärkungsjustierbetriebsart. Die Schaltung 300 weist die Eingänge des Differenzverstärkers 335 auf, die Vinp 310A und Vinn 310B sind. Um Verstärkungsjustierung auszuführen, werden die Schalter SW1 325A und SW2 325B umgeschaltet, was Folgendes verursacht: (a) die Eingänge des Differenzverstärkerverstärkungsnetzes sollen mit Vinref 305 verbunden werden. Die Eingänge weisen einen Reihenwiderstand Rs 330A und Rs' 330B auf. Der Differenzverstärker 335 weist die Eingangssignale Vp1 335A und Vn 335B auf. (b) Die Ausgänge des Differenzverstärkerverstärkungsnetzes 335 sollen mit Vmid 337 verbunden werden (typischerweise die Ausgangs-Gleichtaktspannung des Differenzverstärkers, das ist keine feste Regel, obwohl andere Spannungspegel auch gewählt werden könnten, falls erforderlich), und als Letztes soll (c) der Differenzverstärkerausgang von dem Verstärkungsnetz getrennt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass Vinref 305 und Vmid 337 idealerweise gewählt werden sollten, um die größte mögliche Spannung über das Verstärkungsnetz zu ergeben, um die maximale Genauigkeit sicherzustellen. Ein Varistor 370 ist mit der Rückkopplungsschleife verbunden, die mit dem Widerstandsnetz Rf1 340A und Rf1' 340B gebildet ist. Ein zusätzlicher Widerstand Rf2 350A ist mit Schalter SW3 355A und Schalter SW5 352A gekoppelt. Ein zusätzlicher Widerstand Rf2' 250B ist mit dem Schalter SW4 355B und dem Schalter SW6 352B gekoppelt. Der Schalter SW3 355A und der Schalter 355B sind mit dem Signal Vmid 337 gekoppelt. Der Schalter SW5 ist mit Voutn 385A gekoppelt, und der Schalter SW6 ist mit Voutp 385B gekoppelt. In dieser Implementierung ist der Komparator 365 an dem Eingang zwischen dem Widerstand 330A und dem Widerstand 330B und dem Differenzverstärker 335 gekoppelt. Der Ausgang des Komparators 365 ist Compout 380.
• 4 ist eine Verstärkerschaltung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der Offenbarung. 4 zeigt eine Schaltung 400, wobei die Justierung in dem Eingangswiderstandspfad ausgeführt wird. 2 ist eine alternative Schaltungsrealisierung, wobei die Widerstandjustierung durch ein T-Netz in den Eingangswiderständen zu dem Verstärker ausgeführt wird. Aktuelle Schalterpositionen sind normaler Verstärkerbetrieb. Falls alle Schalter umgeschaltet werden, ist die Schaltung in der Verstärkungsjustierbetriebsart. Um Verstärkungsjustierung auszuführen, werden die Schalter SW1 425A und SW2 425B umgeschaltet, was Folgendes verursacht: (a) die Eingänge des Differenzverstärkerverstärkungsnetzes sollen mit Vinref 405 verbunden werden. Die Eingänge weisen einen Reihenwiderstand Rs1 430A und Rs1' 430B auf; diesen folgen Rs2 432A und Rs2' 432B. Der Differenzverstärker 435 weist die Eingangssignale Vp1 435A und Vn 435B auf. (b) Die Ausgänge des Differenzverstärkernetzes 435 müssen mit dem Schalter SW5 452A und dem Schalter SW6 452B verbunden werden. Ein Rückkopplungswiderstand Rf 440A ist mit Vp1 435A gekoppelt, und ein zweiter Rückkopplungswiderstand Rf 435B ist mit dem Signal Vn1 435B gekoppelt. Der Widerstand Rf 440A ist mit dem Schalter SW3 455A und dem Schalter SW5 452A gekoppelt. Der Rf 440B ist mit dem Schalter SW455B und dem Schalter SW6 452B gekoppelt. Der Schalter SW3 455A und der Schalter 455B sind mit dem Signal Vmid 437 gekoppelt. Der Schalter SW5 452A ist mit Voutn 485A gekoppelt, und der Schalter SW6 ist mit Voutp 485B gekoppelt. In dieser Implementierung ist der Komparator 465 an dem Eingang zwischen dem Widerstand 432A und dem Widerstand 432B und dem Differenzverstärker 435 gekoppelt. Der Ausgang des Komparators 465 ist Compout 480. Der Varistor 470 ist sowohl zwischen dem Widerstand Rs1 430A und dem Widerstand Rs2 432A als auch zwischen dem Widerstand Rs1' 430B und Rs2' 432B, die ein T-Netz bilden, gekoppelt.
• 5 stellt eine Verstärkungsjustierungswellenform in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung dar. 5 zeigt Wellenformen 500 von Verstärkungsjustierungswellenformen für eine Binärsuchejustierungstechnik in den Kurven 510 und 520. Sie zeigt die Signale Vp1 510A und das Signal Vn1 510B, die justiert werden, bis sie gleich werden. Der Komparatorausgang 520 ist ebenfalls gezeigt. Die Varistorabgriffauswahl (Justiercode) 505 ist ebenfalls gezeigt. Wenn ein Code von 0₁₆ eingestellt ist, ist die Differenz zwischen 510A und 510B groß und der Komparatorausgang ist niedrig. Sobald der Code auf den mittleren Bereich (80₁₆) eingestellt ist, springt der Komparator auf hoch aufgrund dessen, dass 510A und 510B sich kreuzen, was angibt, dass der Code überkorrigiert, deshalb wird auf dem nächsten Code das Bit 7 zurückgesetzt und das Bit 6 gesetzt. Falls der Komparator niedrig ist, bleibt das Bit gesetzt, wie gezeigt ist, wenn der Code zu 60₁₆ wird und die Differenz zwischen 510A und 510B weiterhin abnimmt, bis der endgültige Code 77₁₆ in diesem Beispiel dazu führt, dass 510A & 510B konvergieren. Falls alle Widerstände perfekt angepasst sind und der Varistormittelabgriff ausgewählt ist (d. h. Vp2 ist mit Vmid durch einen Widerstandswert von Rt/2 verbunden), dann wäre das Signal Vp1 510A gleich dem Signal Vn1 510B und der Komparator wäre an seinem Schaltpunkt, was die angepassten Verstärkungen angibt. Falls irgendeine Fehlanpassung in dem Netz vorhanden ist, wird der Komparatorausgang umschalten. Somit kann, um die Schaltungsverstärkung zu justieren, der Abgriffspunkt des Varistors inkrementell seine Einstellung überstreichen, um den Komparatorschaltpunkt zu finden, was die erforderliche Justiereinstellung für angepasste Verstärkung und somit hohes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) ist. Das Justieren kann auch über eine Binärsuche, wie in 5 gezeigt ist, vorgenommen werden, wobei ein hoher Komparatorausgang angibt, dass die Justiereinstellung zu groß ist. Die Kurve zeigt, dass die Signale Vp1 510A und Vn1 510B konvergieren, wenn die Verstärkungen Anpassung erreichen.
• 6 stellt den Justierwert, der für Fehlanpassung erforderlich ist, und ΔR in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung dar. Die Darstellung 600 von 6 zeigt den Justierwert, der für die Fehlanpassungskorrektur 620 erforderlich ist, und das ΔR 610, wenn sich die Korrektur von x = 0,5 in Fehlanpassungsschritten von 0,005 % für Rs und Rf weg bewegt. Rs = 293 KΩ, Rf1 = 643 KΩ, Rf2 = 71 KΩ und RT = 1 MΩ.
• 7 stellt die Gleichtaktunterdrückung und die Ausgangsversatzspannung in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung dar. Ein Beispiel der Versatzjustiergenauigkeit, die notwendig ist, um eine spezielle Gleichtaktunterdrückung für ein Verstärkungsnetz mit einer 0,1 %-Widerstandsfehlanpassung und einer Verstärkung von 2,75 bereitzustellen. Sie zeigt außerdem eine 42 dB-Gleichtaktunterdrückungsverbesserung im Vergleich zum nicht Korrigierten, falls der Eingang auf eine Genauigkeit von 27 µV justiert wird. 7 ist die Gleichtaktunterdrückung 710 und die Ausgangsversatzspannung gegen den Justierwert (0 ist der ideale Justierwert) 720 für eine Schaltung mit einer Verstärkung 2,75 und einer Widerstandsfehlanpassung von 0,1 %. Sie zeigt 13,7 mV Versatz und eine Gleichtaktunterdrückung von -49,9 dB, wenn keine Korrektur angewandt ist (v1), und -92,5 dB, falls die Justiergenauigkeit 100 µV ist. (Rs = 293 KΩ, Rf1 = 643 KΩ, Rf2 = 71 KΩ und RT = 1 MΩ).
• Die Darstellung 800 in 8 ist die Gleichtaktunterdrückung 810 gegen die Ausgangsversatzspannung in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung. 8 ist die Gleichtaktunterdrückung v Ausgangsversatzspannung für eine Schaltung mit einer Verstärkung von 2,75 und einer Widerstandsfehlanpassung von 0,1 %. Sie zeigt, dass ein Ausgangsversatz von -99 dB mit einer Justiergenauigkeit von 46 µV erreicht werden kann (12,3 µV Versatz an dem Eingang). (Rs = 293 KΩ, Rf1 = 643 KΩ, Rf2 = 71 KΩ und RT = 1 MΩ).
• 9 ist ein elektrisches Schaltbild eines Varistorblockebenendiagramms 900 in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung. Eine Realisierung des Varistors 900 ist in 9 gezeigt, wobei das digital ausgewählte Schalterpaar den negativen Eingang und Ausgang des Spannungspuffers verbindet, um eine Kelvin-Verbindung zu erreichen, um den ausgewählten Abgriff auf Vmid zu steuern. Ein Komparator 910 weist zwei Eingänge 910A und 910B auf. Die Varistorstruktur weist eine Reihe von Schaltern 950 (1) bis 950 (n) an ihrem Eingang und 960 (1) bis 960 (n) an ihrem Ausgang auf, der mit dem negativen Eingangssignal 910B gekoppelt ist. Die Widerstände 970 (1) bis 970 (n) existieren in einer Reihenkonfiguration mit dem Signal 930 und dem Signal 940. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verstärkung und der Versatz der Schaltung, die verwendet wird, um das Signal Vpn1 und das Signal Vpn2 zu vergleichen, die Verstärkungsanpassungsgenauigkeit beeinträchtigen und somit das Niveau der Gleichtaktunterdrückung direkt beeinflussen. Das bedeutet in dem Fall von 2, dass der Verstärker einen niedrigen DC-Versatz und eine hohe Verstärkung aufweisen muss, um zu ermöglichen, dass er als ein Komparator (d. h. nicht gechoppt) verwendbar ist. Das könnte entweder durch Verwenden einer niedrigen Fehlanpassungskonstruktion oder Versatzjustierungsschaltungsanordnung aktiv verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der Verstärker verwendet wird, um den digital ausgewählten Abgriffspunkt zu dem Signal Vmid unter Verwendung eines zweiten digital ausgewählten Schalters, der als eine Kelvin-Erfassungsverbindung arbeitet, zu ziehen, um sicherzustellen, dass der Schaltwiderstand die Varistorabgriffspannung nicht beeinträchtigt.
• 10 ist ein Verfahren zum Betreiben des Verstärkers in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Offenbarung. 10 zeigt ein Verfahren zum Justieren der Verstärkung eines Differenzverstärkers 1000, das die Schritte eines ersten Schritts 1010 (a) zum Bereitstellen des Differenzverstärkers, der Widerstände in beiden seiner Pfade umfasst, eines zweiten Schritts 1020 (b) zum Bereitstellen eines Varistors in einem T-Netz zwischen den beiden Pfaden; und als Letztes eines dritten Schritts 1030 (c) zum Justieren der Verstärkung des Differenzverstärkers durch Anpassen des Widerstands des Varistors umfasst.
• Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Es wird deshalb erwartet, dass Fachleute verschiedene Anordnungen ausarbeiten können, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung ausführen und in ihrem Geist und Schutzbereich enthalten sind.
• Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Es wird deshalb erwartet, dass Fachleute verschiedene Anordnungen ausarbeiten können, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung ausführen und in ihrem Geist und Schutzbereich enthalten sind. Darüber hinaus sind alle hier vorgetragenen Beispiele prinzipiell ausdrücklich dafür vorgesehen, nur pädagogischen Zwecken zu dienen, um den Leser bei dem Verstehen der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme und der Konzepte, die durch die Erfinder zum Weiterentwickeln der Technik beigetragen sind, zu unterstützen, und so zu deuten sind, dass sie ohne Einschränkung für solche spezifisch vorgetragenen Beispiele und Bedingungen sind. Außerdem sollen sowohl alle Feststellungen hier, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung vortragen, als auch spezifische Beispiele davon ihre Äquivalente einschließen.
• Andere Vorteile werden durch normale Fachleute erkannt. Die vorstehende ausführliche Beschreibung der Offenbarung und die hier beschriebenen Beispiele sind zum Zweck der Darstellung und Beschreibung präsentiert worden. Obwohl die Prinzipien der Offenbarung vorstehend in Verbindung mit einer spezifischen Vorrichtung beschrieben worden sind, ist deutlich zu verstehen, dass diese Beschreibung nur als Beispiel und nicht als eine Einschränkung für den Schutzbereich der Offenbarung vorgenommen ist.

Claims (13)

1. Differenzverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung, der umfasst: Widerstände (230A, 230B) in beiden Pfaden des Differenzverstärkers; und einen Varistor (270) in einem T-Netz zwischen den beiden Pfaden, um eine Verstärkungsjustierung bereitzustellen.
2. Differenzverstärker nach Anspruch 1, wobei der Differenzverstärker ein Paar der Widerstände (240A, 250A, 240B, 250B) in jedem seiner Rückkopplungspfade umfasst, wobei der Varistor (270) zwischen den Rückkopplungspfaden verbunden ist.
3. Differenzverstärker nach Anspruch 2, wobei die Verbindungspunkte (242A, 242B) des Varistors (270) zwischen jedem Paar der Widerstände (240A, 250A, 240B, 250B) sind.
4. Differenzverstärker nach Anspruch 1, wobei der Differenzverstärker ein Paar der Widerstände (430A, 432A, 430B, 432B) in jedem seiner Eingangspfade (410A, 410B) umfasst, wobei der Varistor (470) zwischen den Eingangspfaden verbunden ist.
5. Differenzverstärker nach Anspruch 1, wobei ein Eingangsschalter mit jedem Eingangspfad des Differenzverstärkers (425A, 425B) vor einem Eingangswiderstand verbunden ist und konfiguriert ist, den Eingangspfad während der Verstärkungsjustierung mit einer Eingangsreferenzspannung (405) zu verbinden.
6. Differenzverstärker nach Anspruch 5, wobei ein Rückkopplungsschalter (455A, 455B) mit jedem Rückkopplungspfad des Differenzverstärkers auf der Ausgangsseite verbunden ist und konfiguriert ist, den Rückkopplungspfad während der Verstärkungsjustierung mit einer Mittelpunktspannung (437) zu verbinden.
7. Differenzverstärker nach Anspruch 6, wobei ein Ausgangsschalter (452A, 452B) zwischen jedem Ausgang des Differenzverstärkers und der Ausgangsseite jedes Rückkopplungspfads verbunden ist und konfiguriert ist, die Differenzverstärkerausgänge (485A, 485B) während der Verstärkungsjustierung zu trennen.
8. Differenzverstärker nach Anspruch 1, der ferner einen Komparator (465) umfasst, der mit Ausgängen des Differenzverstärkers verbunden ist, wobei der Komparator (465) konfiguriert ist, die Ausgangssignale des Differenzverstärkers zu vergleichen.
9. Differenzverstärker nach Anspruch 1, der ferner einen Komparator (465) umfasst, der mit Eingängen (435A, 435B) des Differenzverstärkers (435) verbunden ist, wobei der Komparator (465) konfiguriert ist, die Eingangssignale (435A, 435B) des Differenzverstärkers zu vergleichen.
10. Verfahren zum Justieren der Verstärkung eines Differenzverstärkers, das diese Schritte umfasst: (a) wobei der Differenzverstärker Widerstände (230A, 230B) in seinen beiden Pfaden umfasst; (b) Bereitstellen eines Varistors (270) in einem T-Netz zwischen den beiden Pfaden; und (c) Justieren der Verstärkung des Differenzverstärkers durch Anpassen des Widerstands des Varistors.
11. Verfahren zum Justieren der Verstärkung eines Differenzverstärkers nach Anspruch 10, das ferner umfasst, eine Beziehung zwischen Eingangsimpedanzfehlanpassung (mm_s) und Rückkopplungsimpedanzfehlanpassung (mm_f) bereitzustellen.
12. Verfahren zum Justieren der Verstärkung eines Differenzverstärkers nach Anspruch 11, wobei keine Fehlanpassung vorhanden ist, wenn die Verstärkungsjustierungseinstellung, x, gleich 0,5 ist.
13. Verfahren zum Justieren der Verstärkung eines Differenzverstärkers nach Anspruch 12, wobei die Verstärkungsjustierungseinstellung x weiter aus dem folgenden Gleichungssystem ausgewertet wird: $$A_{diff1}=\frac{R_{f1}{R}_{f2}}{R_{\text{s}}{R}_{\text{T}}trim}+\frac{R_{f1}+R_{f2}}{R_{\text{s}}}$$

    

    $$A_{diff2}=\frac{{R^{\prime }}_{f1}{R^{\prime }}_{f2}}{{R^{\prime }}_{\text{s}}{R}_{\text{T}}\left(1-trim\right)}+\frac{{R^{\prime }}_{f1}+{R^{\prime }}_{f2}}{{R^{\prime }}_{\text{s}}}$$

    

    $$A=\frac{R_{f1}}{R_{f2}}\left[\left(1+m{m}_s\right)\left(1-m{m}_f\right)-1\right]=\frac{R_{f2}{R}_T\left(1-2x\right)}{R_{f2}{}^2+R_{f2}{R}_T+x\left(x-1\right)R_T{}^2}$$

    

    $$a=-A{R}_T{}^2$$

    

    $$b=A{R}_T{}^2+2R_{f2}{R}_T$$

    

    $$c=A\left(R_{f2}{}^2+R_{f2}{R}_T\right)-R_T{R}_{f2}$$

    

    $$\text{Trim }x=\frac{-b+\sqrt{b^2-4ac}}{2a}$$

    

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