DE102017121515A1

DE102017121515A1 - Verstärkerkalibrierung

Info

Publication number: DE102017121515A1
Application number: DE102017121515.8A
Authority: DE
Inventors: Quan Wan
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2018-04-05
Also published as: CN107888151B; US10263581B2; US20180097491A1; CN107888151A

Abstract

Eine Verstärkerschaltung kann einen Verstärker und ein mit dem Verstärker gekoppeltes Widerstandsnetzwerk enthalten. Das Widerstandsnetzwerk kann einen parallel zu einer Widerstandskette gekoppelten Bereichswiderstand und einen oder mehrere mit der Widerstandskette gekoppelte Schalter enthalten. Das Widerstandsnetzwerk kann zum Kalibrieren von Verstärkung und Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) der Verstärkerschaltung verwendet werden.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Ausführungsformen betreffen bei der vorliegenden Offenbarung allgemein Schaltungen und Techniken zum Kalibrieren von Verstärkern. Einige Ausführungsformen betreffen die Verwendung von Widerständen und Schaltern zum Kalibrieren von Differenzverstärkern.
Beschreibung der verwandten Technologie
Verstärker haben in der modernen Elektronik viele Verwendungen. Hergestellte Verstärker können jedoch Schwachstellen haben. Das Kalibrieren eines mangelhaften Verstärkers kann die Leistung des Verstärkers verbessern. Gerätehersteller können Verstärker an Endverbraucher verkaufen, die Verstärker unter verschiedensten Spannungsbedingungen benutzen.
KURZFASSUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Schaltung zum Kalibrieren eines Leistungsmerkmals eines Operationsverstärkersystems. Die Schaltung umfasst einen Operationsverstärker und ein Widerstandsnetzwerk. Der Operationsverstärker umfasst einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Das Widerstandsnetzwerk ist mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt und ist dazu konfiguriert, ein Verhältnis von Widerständen einzustellen. Das Widerstandsnetzwerk umfasst einen Bereichswiderstand, der parallel zu einer Widerstandskette gekoppelt ist, und mehrere Schalter, die mit der Widerstandskette gekoppelt sind.
Bei einigen Ausführungsformen sind die mehreren Schalter mit dem ersten Eingang gekoppelt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Schaltung ferner einen Widerstand, der mit dem Widerstandsnetzwerk und dem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist das Widerstandsnetzwerk mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt. Bei einigen Ausführungsformen wird durch Aktivieren verschiedener Schalter der mehreren Schalter der erste Eingang mit verschiedenen Teilen der Widerstandskette gekoppelt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Schaltung ferner mehrere Widerstände, die einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand umfassen, wobei die mehreren Widerstände dazu angeordnet sind, den Operationsverstärker als einen Differenzverstärker zu konfigurieren, wobei der erste Widerstand mit einem ersten Eingang des Differenzverstärkers gekoppelt ist, der zweite Widerstand mit einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers gekoppelt ist, der dritte Widerstand mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist und der vierte Widerstand mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist das Widerstandsnetzwerk mit einem ausgewählten Widerstand der mehreren Widerstände gekoppelt, so dass ein Widerstandswert des ausgewählten Widerstands zusammen mit einem Widerstandswert des Widerstandsnetzwerks ein Gleichtaktunterdrückungsverhältnis oder eine Verstärkung des Differenzverstärkers beeinflusst. Bei einigen Ausführungsformen ist das Widerstandsnetzwerk in einer Rückkopplungskonfiguration mit dem vierten Widerstand und mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Widerstandswert des Bereichswiderstands kleiner als ein Widerstandswert jeglichen Widerstands der mehreren Widerstände. Bei einigen Ausführungsformen nehmen die mehreren Widerstände eine kleinere Die-Fläche als eine durch den Bereichswiderstand eingenommene Die-Fläche ein. Bei einigen Ausführungsformen sind die mehreren Schalter als mehrere Transistoren implementiert, und Spannungsabfälle über jeglichen aktivierten Transistor der mehreren Transistoren betragen weniger als 0,1 V.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Schaltung zum Kalibrieren eines Differenzverstärkers. Die Schaltung umfasst einen Operationsverstärker, der dazu konfiguriert ist, eine Differenz zwischen einem Signal an einem ersten Eingang und einem Signal an einem zweiten Eingang zu verstärken, und ein Mittel zum Einstellen eines Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses (CMMR – common mode rejection ratio) oder einer Verstärkung. Das Mittel zum Einstellen umfasst ein Mittel zum elektrischen Koppeln des Operationsverstärkers mit verschiedenen Teilen der Widerstandskette und ein Mittel, das einen Bereichswiderstand parallel zu einer Widerstandskette koppelt.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Mittel zum elektrischen Koppeln des Operationsverstärkers mit verschiedenen Teilen der Widerstandskette mehrere Schalter, wobei jeder Schalter der mehreren Schalter mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist, wobei verschiedene Schalter der mehreren Schalter mit den verschiedenen Teilen der Widerstandskette gekoppelt sind, wobei durch Aktivieren eines ersten Schalters der Differenzverstärker mit einem/einer ersten CMMR oder Verstärkung konfiguriert wird und wobei durch Aktivieren eines zweiten Schalters der Differenzverstärker mit einem/einer zweiten CMMR oder Verstärkung konfiguriert wird. Bei einigen Ausführungsformen ist das Mittel zum Einstellen des Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses (CMMR) oder der Verstärkung ein Mittel zum Einstellen des CMMR, wobei die Schaltung ferner ein Mittel zum Einstellen der Verstärkung des Differenzverstärkers umfasst. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Schaltung ferner ein Mittel zum Steuern, mit welchem Teil der Widerstandskette der Operationsverstärker gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Mittel zum elektrischen Koppeln des Operationsverstärkers mit verschiedenen Teilen der Widerstandskette ein Mittel zum elektrischen Koppeln des Operationsverstärkers mit nur einem Teil der Widerstandskette. Bei einigen Ausführungsformen ist Operationsverstärker mit einem ersten Teil der Widerstandskette gekoppelt, so dass das CMMR im Vergleich zu einem Ergebnis, wenn der Operationsverstärker mit einem anderen Teil der Widerstandskette gekoppelt ist, größer als ein festgelegter Wert ist oder die Verstärkung näher an einem festgelegten Wert liegt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Widerstandskette mehrere Widerstände, wobei der Bereichswiderstand einen kleineren Widerstandswert als jeglicher Widerstand der mehreren Widerstände aufweist und wobei der Bereichswiderstand eine größere Die-Fläche als die mehreren Widerstände einnimmt.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren einer Schaltung. Das Verfahren umfasst Anlegen einer ersten Prüfeingangsspannung an einen parallel zu einer Widerstandskette gekoppelten Bereichswiderstand und Einstellen eines Abgriffpunkts, an dem die Widerstandskette kontaktiert ist, so dass einem Verstärkungsfehlerschwellenwert oder einem Gleichtaktunterdrückungsverhältnisschwellenwert entsprochen wird.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Einstellen des Abgriffpunkts Ein- und Abschalten verschiedener Kombinationen von Schaltern, wobei die Schalter mit verschiedenen Abgriffpunkten der Widerstandskette gekoppelt sind.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Schaltung zum Kalibrieren eines Differenzverstärkers. Die Schaltung umfasst einen Operationsverstärker und ein Widerstandsnetzwerk. Der Operationsverstärker umfasst einen ersten Eingang, der zum Empfang eines ersten Eingangssignals konfiguriert ist, einen zweiten Eingang, der zum Empfang eines zweiten Eingangssignals konfiguriert ist, und einen Ausgang, der zum Erzeugen eines Ausgangssignals zumindest teilweise basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten Eingangssignal und dem zweiten Eingangssignal konfiguriert ist. Das Widerstandsnetzwerk umfasst einen Bereichswiderstand, der mit einem ersten Schaltungsknoten und mit einem zweiten Schaltungsknoten elektrisch gekoppelt ist. Des Weiteren umfasst das Widerstandsnetzwerk mehrere Widerstände, die in Reihe elektrisch miteinander gekoppelt sind. Die mehreren Widerstände sind bezüglich des ersten Schaltungsknotens und des zweiten Schaltungsknotens parallel zum Bereichswiderstand elektrisch gekoppelt. Des Weiteren umfasst das Widerstandsnetzwerk mehrere Schalter. Jeder Schalter der mehreren Schalter ist mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers und mit mindestens einem Widerstand der mehreren Widerstände gekoppelt. Mindestens ein erster Schalter der mehreren Schalter ist ferner mit dem ersten Schaltungsknoten gekoppelt, und mindestens ein zweiter Schalter der mehreren Schalter ist ferner mit dem zweiten Schaltungsknoten gekoppelt, wobei durch Aktivieren eines Schalters das Widerstandsnetzwerk mit einem ersten Widerstandswert konfiguriert wird und durch Aktivieren eines zweiten Schalters das Widerstandsnetzwerk mit einem zweiten Widerstandswert konfiguriert wird.
Das System kann einen ersten Widerstand enthalten, der mit einem Eingang des Differenzverstärkers und mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist. Das System kann ein zweites Widerstandsnetzwerk enthalten, das mit einem Eingang des Differenzverstärkers und mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist. Das System kann eine Steuerschaltung enthalten, die zum Steuern eines Zustands der mehreren Schalter konfiguriert ist. Bei einigen Systemen befindet sich nur ein Schalter der mehreren Schalter in einem geschlossenen Zustand. Bei einigen Systemen befindet sich nur ein Schalter der mehreren Schalter in einem geschlossenen Zustand, und mindestens ein verbleibender Schalter der mehreren Schalter befindet sich in einem geöffneten Zustand. Bei einigen Systemen weist der Bereichswiderstand einen geringeren Widerstandswert als jeglicher Widerstand der mehreren Widerstände auf, und der Bereichswiderstand nimmt eine größere Die-Fläche als die mehreren Widerstände ein. Bei einigen Systemen befindet sich nur ein Schalter der mehreren Schalter in einem geschlossenen Zustand, und mindestens ein verbleibender Schalter der mehreren Schalter befindet sich in einem geöffneten Zustand, so dass das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) des Differenzverstärkers im Vergleich zu anderen Permutationen von Schaltzuständen der mehreren Schalter maximiert ist. Bei einigen Systemen ist jeder der mehreren Schalter direkt mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers verbunden.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Schaltung zum Kalibrieren eines Leistungsmerkmals eines Operationsverstärkersystems. Die Schaltung umfasst einen Operationsverstärker, der einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang enthält. Ferner enthält die Schaltung ein Widerstandsnetzwerk, das mit dem Operationsverstärker gekoppelt ist. Das Widerstandsnetzwerk enthält einen Bereichswiderstand, der mit einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten elektrisch gekoppelt ist, mehrere Widerstände, die in Reihe elektrisch miteinander gekoppelt sind und parallel zum Bereichswiderstand vom ersten Knoten zum zweiten Knoten gekoppelt sind; und mehrere Schalter, wobei ein bestimmter Schalter der mehreren Schalter mit einem Schalterausgangsknoten und mit einem bestimmten Widerstand der mehreren Widerstände gekoppelt ist. Durch Aktivieren mindestens eines Schalters der mehreren Schalter wird das Widerstandsnetzwerk mit einem Widerstandswert, wie vom Schalterausgangsknoten zu dem zweiten Knoten gemessen, konfiguriert.
Die Schaltung kann den mit dem ersten Eingang oder dem zweiten Eingang gekoppelten Schalterausgangsknoten enthalten. Der Widerstand kann mit dem Widerstandsnetzwerk gekoppelt sein und ferner mit dem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt sein. Das Widerstandsnetzwerk kann mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt sein. Durch Aktivieren eines anderen Schalters der mehreren Schalter kann das Widerstandsnetzwerk mit verschiedenen Widerstandswerten, wie vom Schalterausgangsknoten zum zweiten Knoten gemessen, konfiguriert werden. Die Schaltung kann mehrere Widerstände enthalten, die einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand umfassen. Die mehreren Widerstände sind dazu angeordnet, den Operationsverstärker als Differenzverstärker zu konfigurieren. Der erste Widerstand kann mit einem ersten Eingang des Differenzverstärkers gekoppelt sein, der zweite Widerstand kann mit einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers gekoppelt sein, der dritte Widerstand kam mit einer Bezugsspannung des Differenzverstärkers gekoppelt sein, und der vierte Widerstand kann mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gekoppelt sein. Das Widerstandsnetzwerk kann mit einem ausgewählten Widerstand der mehreren Widerstände gekoppelt sein, so dass ein Widerstandswert des ausgewählten Widerstands zusammen mit einem Widerstandswert des Widerstandsnetzwerks ein CMRR oder eine Verstärkung des Differenzverstärkers beeinflusst. Das Widerstandsnetzwerk kann in einer Rückkopplungskonfiguration mit dem vierten Widerstand und mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt sein. Ein Widerstandswert des Bereichswiderstands kann kleiner als ein Widerstandswert jeglichen Widerstands der mehreren Widerstände sein. Die mehreren Widerstände können eine kleinere Die-Fläche als eine durch den Bereichswiderstand eingenommene Die-Fläche einnehmen. Die mehreren Schalter können als mehrere Transistoren implementiert sein, und wobei Spannungsabfälle über jeglichen aktivierten Transistor der mehreren Transistoren vernachlässigbar sind (zum Beispiel weniger als 100 mV, weniger als 1mV, weniger als 1 µV, weniger als 1 nV betragen).
Ein anderer Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren einer Schaltung. Ein Bereichswiderstand ist parallel zu einer Widerstandskette gekoppelt, wobei die Widerstandskette mehrere in Reihe gekoppelte Widerstände umfasst. Mehrere Schalter sind mit der Widerstandskette und einem Schalterausgangsknoten zum Bilden eines Widerstandsnetzwerks gekoppelt. Das Widerstandsnetzwerk umfasst den Bereichswiderstand, die Widerstandskette und die mehreren Schalter. Das Widerstandsnetzwerk ist mit einem ersten Widerstand und mit einem Operationsverstärker gekoppelt. Ein Zustand mindestens eines der mehreren Schalter ist dazu konfiguriert, einem Verstärkungsfehlerschwellenwert oder einem CMRR-Schwellenwert zu entsprechen.
Das Verfahren kann Häusen der Schaltung zu einer gehäusten Schaltung umfassen. Konfigurieren des Zustands des mindestens einen der mehreren Schalter kann zumindest teilweise auf einem Leistungsmerkmal der gehäusten Schaltung basieren.
Zum Zwecke der Zusammenfassung der Offenbarung sind hier bestimmte Aspekte, Vorteile und neue Merkmale der Erfindungen beschrieben worden. Es versteht sich, dass nicht notwendigerweise alle derartigen Vorteile gemäß jeder speziellen Ausführungsform erzielt werden können. Somit kann die Erfindung in einer Weise ausgestaltet oder durchgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie hierin gelehrt, erzielt oder optimiert, ohne zwangsweise andere Vorteile, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen werden können, zu erzielen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schemadiagramm, das ein Beispiel für ein mit einem Operationsverstärker gekoppeltes Widerstandsnetzwerk darstellt.
2 ist ein Schemadiagramm, das ein Beispiel für ein eine Widerstandskette parallel zu einem Bereichswiderstand RR enthaltendes Widerstandsnetzwerk darstellt.
3 zeigt ein beispielhaftes Bild, das die durch zwei verschiedene Widerstandsketten eingenommenen Chipflächen darstellt.
4 ist ein Schemadiagramm, das eine beispielhafte Differenzverstärkerschaltung mit einem Widerstandsnetzwerk zum Kalibrieren des CMRR darstellt.
5 ist ein Schemadiagramm, das eine beispielhafte Differenzverstärkerschaltung mit einer Widerstandskette mit einem parallelgeschalteten Bereichswiderstand zum Kalibrieren der Verstärkung darstellt.
6 zeigt eine beispielhafte Differenzverstärkerschaltung mit Widerstandsketten und mit zu den Widerstandsketten parallelgeschalteten Bereichswiderständen zum Kalibrieren der CMRR und zum Kalibrieren der Verstärkung.
7 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Kalibrieren einer Schaltung.
8 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Prüfen einer Schaltung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Übersicht
Verstärker haben die verschiedensten Anwendungen auf den verschiedensten Gebieten von Verbraucherelektronik- bis Kraftfahrzeugtechnik- bis Mikroelektronik- bis Luft- und Raumfahrtindustrie. Infolgedessen kann ein Verstärker unter den verschiedensten Bedingungen betrieben werden, einschließlich Bedingungen, unter denen die Differenzeingangsspannung sehr gering sein kann (zum Beispiel Millivolt, ca. 1 bis 10 Volt) und die Gleichtakteingabe mehrere Hundert Volt beträgt. Kleine Schaltungen, Signaldetektoren und Mikroelektronik können Signale, die weniger als 0,1 V betragen, verstärken. Andererseits können Kraftfahrzeug-, Maschinen- und Luft- und Raumfahrtanwendungen Verstärker bei großen Signalen von bis zu 50 Volt oder darüber verwenden.
Ein Differenzverstärker kann eine Differenz zwischen zwei Eingangssignalen (zum Beispiel Signalen Vin_n und Vin_p, die in den 4, 5 und 6 gezeigt werden), um einen Verstärkungsfaktor verstärken und eine an beide Eingänge des Differenzverstärkers angelegte Gleichtaktspannung unterdrücken, so dass unabhängig von jeglichen beiden Eingängen zugeführten Gleichtaktspannungssignalen die gleiche Verstärkung an eine Differenzspannung zwischen den Signaleingängen angelegt wird. Das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) kann zum Charakterisieren des Vermögens eines Verstärkers, ein Gleichtaktsignal zu unterdrücken, verwendet werden.
Es kann wünschenswert sein, einen Differenzverstärker mit einer genauen Verstärkung und einem hohen CMRR herzustellen. Mängel bei der Herstellung, variierende Umgebungsbedingungen, Häusungsbelastungen und mehrere andere Variablen können die Verstärkungsgenauigkeit und das CMRR reduzieren. Um diesen Variationen Rechnung zu tragen, kann eine Schaltung zum Kalibrieren der Verstärkung und des CMRR verwendet werden. Dies kann Einstellen der Widerstandswerte eines oder mehrerer Widerstände (zum Beispiel der Widerstände R1, R2, R3 und R4 in den 4, 5 und 6), die mit dem Verstärker gekoppelt sind, umfassen. Bei einem Differenzverstärker mit den Widerständen R1, R2, R3 und R4, wie zum Beispiel in 6 gezeigt (wobei zunächst das Vorhandensein anderer Schaltungselemente ignoriert wird), können die Verstärkung und das CMRR in der Regel wie folgt angenähert werden: Verstärkung = R4 / R2 = R3 / R1 CMMR = (1 + R3 / R1)· R1 / ΔR
In der Regel gilt für kalibrierte Verstärkung R4/R2 = R3/R1. Das CMRR wird auch dadurch beeinflusst, wie gut das Verhältnis von R4/R2 dem von R3/R1 entspricht. ΔR stellt die Abweichung von R1 von dem Idealwert dar, wodurch R4/R2 = R3/R1. Demgemäß kann R1 dahingehend kalibriert werden, R4/R2 näher R3/R1 entsprechen zu lassen. Die hierin beschriebenen Grundzüge können auf Kalibrieren der anderen Widerstände statt oder zusätzlich zu R1 angewandt werden. In der Praxis können die Verhältnisse R4/R2 und R3/R1 durch dahingehendes Modifizieren einer Schaltung, dass sie einen oder mehrere zusätzliche Widerstände entlang einer Schaltungsstrecke in Reihe mit R1, R2, R3 oder R4 enthält, ohne die Widerstandswerte von R1, R2, R3 oder R4 zu modifizieren, eingestellt werden. Nichtsdestotrotz ist für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich, dass solche Techniken aus praktischen Gründen als eine Modifikation der Widerstandswerte von R1, R2, R3 oder R4 betrachtet werden können.
Es gibt mindestens zwei Gelegenheiten, wann ein auf einem Wafer, wie zum Beispiel einem Silizium- oder anderen Halbleiter, hergestellter Differenzverstärker kalibriert werden kann: bevor der Verstärker gehäust wird und nachdem der Verstärker gehäust ist. Bevor der Verstärker gehäust wird, können Widerstände eingestellt werden, beispielsweise durch Laserabgleich auf Wafer-Ebene zur Verbesserung der Verstärkung und des CMRR. Techniken zum Abgleich werden in der US-PS 7,570,114 von Tomas Tansley et al., eingereicht am 24. Juli 2007 als US-Anmeldungsnummer, deren Offenbarung hierdurch durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke mit eingeschlossen ist, offenbart. Das Häusen eines Wafers kann jedoch Spannungen und Fehlanpassungen erzeugen, die die Verstärkung und das CMRR verzerren. Deshalb können andere Techniken durchgeführt werden, um die Verstärkung und das CMRR nach dem Häusen des Differenzverstärkers kalibrieren, so dass Spannung, Fehlanpassung und anderen Häusungsauswirkungen Rechnung getragen werden kann.
Eine Art der Kalibrierung von Widerstandswerten nach dem Häusen besteht darin, einen oder mehrere Schalter in einer Widerstandskette (wie zum Beispiel in den 4–6 gezeigt) zu aktivieren, um inkrementale Widerstandswerte in Reihe mit einem Widerstand zum Kalibrieren des Widerstands hinzuzufügen. Bei einigen Ausführungsformen wurden die Widerstandsketten auf dem gleichen Wafer wie der Differenzverstärker hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen sind die Widerstandsketten innerhalb des gehäusten Differenzverstärkers enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Widerstandskette außerhalb eines gehäusten Verstärkerchips hinzugefügt werden, um einen oder mehrere Widerstände abzustimmen. Kleine Widerstände, die zum Erreichen einer Feinkalibierungsauflösung verwendet werden, können viel physische Fläche einnehmen, und Schalter können unerwünschte Spannungsabfälle verursachen.
Widerstandsketten können auf Wafern große Flächen einnehmen. Der Widerstandswert kann durch die Gleichung Ω = ρL/A, wobei Ω der Widerstandswert in Ohm ist, ρ der spezifische Widerstand ist, L die Länge ist und A die Querschnittsfläche ist. Zum Beispiel kann ein Widerstand von 1000 Ohm an eine Widerstandskette mit zehn Widerständen von 1 Ohm gekoppelt werden, so dass der Widerstandswert des Widerstands von 1000 Ohm in Inkrementen von 1 Ohm um bis zu 10 Ohm nach oben eingestellt werden kann. Hätten die Widerstände von 1 Ohm den gleichen spezifischen Widerstand und die gleiche Länge wie der Widerstand von 1000 Ohm, dann würde jeder Widerstand von 1 Ohm eine Fläche aufweisen, die um das 1000-Fache größer als der Widerstand von 1000 Ohm ist, und die Widerstandskette von zehn Widerständen würde eine um das 10000-Fache größere Fläche verwenden. Bei einem gegebenen Herstellungsprozess kann der spezifische Widerstand ρ auf ein begrenztes Ausmaß verringert werden, und die Länge kann auch bis zu einer bestimmten Herstellungsgrenze verkürzt werden. Trotz dieser begrenzten Einstellungen können Widerstände mit geringem Widerstandswert immer noch sehr große Flächen erfordern. Dadurch kann die Herstellung von Widerstandsketten auf einem Wafer unbezahlbar werden.
Um die Größe von Widerstandsketten zu reduzieren, kann ein Bereichswiderstand über die Widerstandskette gekoppelt werden. Der Bereichswiderstand kann einen kleineren Widerstandswert aufweisen und eine größere Fläche als die Widerstände in der Widerstandskette einnehmen. Demgemäß kann bei einigen Ausführungsformen das Hinzufügen eines Bereichswiderstands, der eine größere Fläche als ein Widerstand in der Widerstandskette einnimmt, die Gesamtgröße der Widerstandskette reduzieren. Durch Hinzufügen des Bereichswiderstands können die Widerstände in einer Widerstandskette mit kleineren Größen und größeren Widerstandswerten hergestellt werden, während immer noch die gleiche oder eine ähnliche Auflösung der Kalibrierung erreicht wird. Zum Beispiel zeigt 3 eine Simulation, die Größen von Widerstandsketten mit und ohne Bereichswiderstand vergleicht. Beispielhafte Schaltbilder von Widerstandsketten mit Bereichswiderständen werden in den 1 und 2 gezeigt.
Widerstandsketten können Schalter verwenden, die als Transistoren oder andere Bauelemente zum Auswählen von Inkrementen von Widerständen, die in einer Reihenschaltung aufgenommen werden sollen, implementiert werden können, wodurch eine Kalibrierung durch Erhöhen eines Reihenwiderstandswerts gestattet wird. Jedoch wird der Einschaltwiderstand von Transistoren und anderen Arten von Schaltern nicht gut gesteuert, hängt von Vorspannungsbedingungen ab und variiert ferner mit der Temperatur. Bei einem Differenzverstärker kann der Einschaltwiderstand von Schaltern die Wirksamkeit der Verstärkungs- und CMRR-Kalibrierung stark beeinträchtigen.
Demgemäß kann die Widerstandskette bei einigen Ausführungsformen mit den Verstärkereingangsanschlüssen gekoppelt werden, so dass sehr geringe oder vernachlässigbare Strommengen (zum Beispiel Nanoampere, Picoampere, Femtoampere oder geringer) durch die Schalter fließen, und infolgedessen beeinträchtigt der Einschaltwiderstand von Schaltern vernachlässigbar die Verstärkungs- und CMRR-Kalibrierung. Dies kann durch Anordnen der Schalter zum Koppeln mit den OPV-Eingängen erfolgen, die das Hindurchfließen von sehr geringen oder vernachlässigbaren Strommengen gestatten. Beispiele für solche Anordnungen werden in den 4, 5 und 6 gezeigt.
Demgemäß können die hierin offenbarten verschiedenen Ausführungsformen einen, verschiedene Kombinationen der oder alle der folgenden Vorteile realisieren. Widerstände können kalibriert werden. Widerstände können nach dem Häusen kalibriert werden, um durch Häusen erzeugte Auswirkungen auf den Widerstandswert Rechnung zu tragen. Kalibrierte Widerstände können mit einem Operationsverstärker verwendet werden. Eine Differenzverstärkerschaltung kann kalibriert werden. Ein Differenzverstärker kann eine kalibrierte Verstärkung aufweisen. Eine Differenzverstärkerschaltung kann ein kalibriertes CMRR aufweisen. Schalter in der Widerstandskette können so kalibriert werden, dass ein Verstärkungsfehler im Vergleich zu anderen Konfigurationen von Schaltern in der Widerstandskette minimiert wird. Schalter in der Widerstandskette können so kalibriert werden, dass das CMRR im Vergleich zu anderen Konfigurationen von Schaltern in der Widerstandskette maximiert wird. Widerstandsketten, die eine bestimmte Auflösung erreichen, können mit kleineren Größen hergestellt werden. Ein Kalibrieren kann bei feinen Auflösungen für eine Schaltung mit einer bestimmten Größe durchgeführt werden. Eine Widerstandskette, die einen Bereichswiderstand enthält, kann eine kleinere oder ähnliche Größe wie eine Widerstandskette ohne den Bereichswiderstand aufweisen, jedoch ein Kalibrieren mit gleicher oder ähnlicher Auflösung gestatten. Die Kalibrierung kann nach einer Gleichtakteingabeänderung schnellere Einschwingzeiten gestatten, da ein Widerstandsnetzwerk nach dem Kalibrieren gut abgeglichen ist. Eine Ausgabe kann nach einer starken Gleichtakteingabeänderung wie beispielsweise 50 V in wenigen Mikrosekunden, in weniger als einer Mikrosekunde oder schneller einschwingen. Bei mindestens einer Ausführungsform schwingt die Ausgabe nach einer starken Gleichtakteingabeänderung wie beispielsweise 50 V in Nanosekunden ein.
Es sind hierin bestimmte Aspekte, Vorteile und neue Merkmale der Erfindungen beschrieben worden. Es versteht sich, dass nicht notwendigerweise alle derartigen Vorteile gemäß jeder speziellen Ausführungsform der Erfindung erzielt werden können. Somit kann die Erfindung in einer Weise ausgestaltet oder durchgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie hierin gelehrt, erzielt oder optimiert, ohne zwangsweise andere Vorteile, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen werden können, zu erzielen.
Beispielhafte Verstärkerschaltung
1 ist ein Schemadiagramm, das ein Beispiel für eine Verstärkerschaltung 100 darstellt, die Widerstandsnetzwerke 101, 103 enthält, welche mit einem Operationsverstärker 105 gekoppelt sind. Der Operationsverstärker 105 ist in einem Gehäuse 107 eingeschlossen. Die Verstärkerschaltung 100 enthält ferner Widerstandselemente 109, 111 und kann andere Schaltungselemente (nicht gezeigt) enthalten.
Das Gehäuse 107 kann eine Spannung an einem oder mehreren Widerstandselementen 109, 111 erzeugen. Ferner können mehrere andere Variablen (zum Beispiel Mängel bei der Herstellung) die Widerstandswerte der Widerstandselemente 109, 111 beeinflussen.
Wie unten ausführlicher beschrieben wird, können die Widerstandsnetzwerke 101, 103 Schaltungsanordnungen enthalten, die dazu ausgelegt sind, die Verstärkerschaltung 100 zum Kompensieren von Widerstandswertungenauigkeiten von Schaltungselementen zu kalibrieren.
Funktion der Widerstandskette
2 ist ein Schemadiagramm, das ein Beispiel für ein Widerstandsnetzwerk 200 darstellt, welches eine mit einem Bereichswiderstand RR parallel geschaltete Widerstandskette 109 enthält. Mehrere Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn sind mit verschiedenen Stellen der Widerstandskette 109 gekoppelt. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die Widerstandskette 109 mehrere Widerstände (oder Widerstandselemente) Ra, Rb, ... Rn (wobei "n” eine beliebige Zahl repräsentieren kann), die zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten in Reihe gekoppelt sind. Zusammen bilden die mehreren Widerstände Ra, Rb, ... Rn die Widerstandskette 109. Der Bereichswiderstand RR ist auch zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten gekoppelt. Die Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn sind auch mit einem Schalterausgangsknoten gekoppelt. Verschiedene Kombinationen oder Permutationen von Schalterzuständen (geöffnet, geschlossen) können zum Kalibrieren eines Widerstandswerts verwendet werden.
Die mehreren Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn können als Transistoren, wie zum Beispiel CMOS-Transistoren, MEMS-Schalter oder andere Arten von Schaltern, implementiert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform von 2 ist ein Ende jedes Schalters mit einem Schalterausgangsknoten 203 gekoppelt, und die verschiedenen Schalter sind mit verschiedenen Teilen (oder verschiedenen "Abgriffpunkten”) der Widerstandskette 209 gekoppelt. Unter weiterer Bezugnahme auf die dargestellte Ausführungsform von 2 ist ein zweites Ende des Schalters S0 mit dem ersten Knoten 205 gekoppelt und ferner mit einem Ende des Widerstands Ra gekoppelt, ein zweites Ende des Schalters S1 ist mit dem zweiten Widerstand des Widerstands Ra gekoppelt und ferner mit einem Ende des Widerstands Rb gekoppelt, ein zweites Ende des Schalters S2 ist mit dem zweiten Ende des Widerstands Rb und ferner mit einem Ende des nächsten Widerstands von den mehreren Widerständen gekoppelt, ein zweites Ende des Schalters Sm ist mit dem ersten Ende des Widerstands Rn und ferner mit dem zweiten Ende eines Widerstands von den mehreren Widerständen, der vor dem Widerstand Rn kommt, gekoppelt, und ein zweites Ende des Schalters Sn ist mit dem zweiten Ende des Widerstands Rn gekoppelt und ist ferner mit dem zweiten Knoten 207 gekoppelt. In einigen Fällen können die Schalter mit einem oder mehreren zusätzlichen Widerständen gekoppelt sein. Wie in den 4 und 5 dargestellt, kann das zweite Ende des Schalters Sn zum Beispiel mit den Widerständen R3 bzw. R4 gekoppelt sein, und/oder das zweite Ende des Schalters S0 kann mit dem Widerstand R1 bzw. R2 gekoppelt sein. Bei bestimmten Ausführungsformen können die mehreren Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn so aktiviert werden, dass verschiedene Kombinationen oder Permutationen von Widerständen Ra–Rn in einer Schaltungsstrecke zwischen dem ersten Knoten 205 und dem zweiten Knoten 207 enthalten sind. Durch Aufnahme von weniger oder mehr Widerständen kann ein Widerstandswert der Schaltungsstrecke eingestellt werden.
Bei einigen Ausführungsformen wird ein Schalter der mehreren Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn dahingehend aktiviert, die Widerstandskette 109 mit dem Schalterausgangsknoten 203 zu koppeln. Die anderen Schalter können geöffnet bleiben. In Abhängigkeit davon, welcher Schalter geschlossen ist, kann ein vom Schalterausgangsknoten 203 zum ersten Knoten 205 gemessener Widerstandswert eingestellt werden, während auch ein vom Schalterausgangsknoten 203 zum zweiten Knoten 207 gemessener Widerstandswert eingestellt wird. Auf diese Weise kann die Kombination von Schaltern als digitaler "Schieber" wirken, der eine Stelle unter den mehreren Widerständen Ra, Rb, ... Rn zur Kopplung damit auswählt, wodurch die Aufnahme einer anderen Anzahl von Widerständen in einer Schaltungsstrecke von dem Widerstand 101 und dem Schalterausgangsknoten 203 bewirkt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Verbindungsschalter physisch gleiten. Bei einigen Ausführungsformen kann aufgrund dessen, dass der Bereichswiderstand eine parallele Strecke mit geringem Widerstandswert bereitstellt, und in Abhängigkeit von Widerstandswerten der mehreren Widerstände eine maximale Kalibrierungsanpassung erreicht werden, wenn der Schalter an verschiedenen Stellen verbunden ist. Die ersten Enden der Schalter S0, S1 S2, ... Sm, Sn können mit den jeweiligen Enden der verschiedenen Widerstände von den mehreren Widerständen Ra, Rb, ... Rn gekoppelt werden. Die zweiten Enden der mehreren Schalter können mit dem Schalterausgangsknoten 203 gekoppelt werden.
Der Schalterausgangsknoten 203 ist mit einem hochohmigen Verstärkereingang gekoppelt, so dass ein vernachlässigbarer Strom oder kein Strom durch den geschlossenen Schalter fließt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Schalterausgangsknoten 203 mit einem hochohmigen Knoten (zum Beispiel im Giga-Ohm-Bereich oder darüber) bezüglich (zum Beispiel um das 1000-Fache höher, 10000-Fache höher oder mehr) der Impedanz anderer Schaltungsanordnungen (zum Beispiel des Widerstandsnetzwerks 200 in Kombination mit jeglichen zusätzlichen Widerständen, wie zum Beispiel den Widerständen R1–R4 von 6 usw.) gekoppelt werden. Bei solchen Ausführungsformen wären ein Spannungsabfall über den geschlossenen Schalter und der Einschaltwiderstand des geschlossenen Schalters aufgrund der durch den Schalter fließenden vernachlässigbaren Strommenge vernachlässigbar. Ein Schalter gemäß einigen Ausführungsformen kann geringere Spannungsabfälle haben (zum Beispiel einen Spannungsabfall von 100 mV oder weniger, einen Spannungsabfall von 1 µV oder weniger, 1 nV oder weniger usw.). Demgemäß befassen sich einige Ausführungsformen mit dem Szenarium, in dem sich ein Spannungsabfall über den Schalter mit der Temperatur oder Betriebsbedingungen ändern könnte und sich störend auf eine zuvor eingestellte Kalibrierung negativ auswirken könnte. Aufgrund des Stromflusses durch einen geschlossenen Schalter S1, S2, ... ist Sn nahezu null, die durch diese Arten von Quellen verursachte störende Auswirkung auf eine zuvor eingestellte Kalibrierung kann auf nahezu null reduziert werden. Demgemäß können die Schalter bei einigen Ausführungsformen für einen vernachlässigbaren Spannungsmengenabfall konfiguriert sein und haben vernachlässigbare Strommengen.
Der Kalibrierungsbereich kann zumindest teilweise basierend auf dem Widerstandswert des Bereichswiderstands RR eingestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Widerstandswert des Bereichswiderstands deutlich geringer als der Widerstandswert der Widerstandskette sein, so dass der Kalibrierungsbereich in erster Linie basierend auf dem Widerstandswert des Bereichswiderstands bestimmt wird. Um eine Feinkalibrierungsauflösung ohne Verwendung eines Bereichswiderstands RR zu erreichen, kann der Widerstandswert von Elementen in der Widerstandskette viel kleiner als der zu kalibrierende Widerstandswert sein. Wenn zum Beispiel ein eine Kalibrierung benötigender Widerstand (beispielsweise der Widerstand R3 von 4) einen Widerstand von 10000 Ohm aufweist, dann kann der Widerstandswert des Bereichswiderstands in Abhängigkeit davon, um wie viel der Widerstandswert des Widerstands R3 einzustellen ist, im Bereich von 10 Ohm, 1 Ohm usw. liegen. Wenn der Widerstand R3 einen angegebenen Widerstand von 10000 Ohm aufweist und die Auswirkungen von Herstellungsprozessvariation, Häusungsspannung, thermischen Ereignissen und physischer Beeinträchtigung möglicherweise +1% verursacht, dann könnte der Bereichswiderstand ca. 100 Ohm betragen, um diesen Bereich zu kompensieren. Hinsichtlich der Auflösung würden Kalibrierungseinstellungen von 1-Ohm-Inkrementen das Erzielen einer Genauigkeit von 0,01% gestatten. Ohne einen Bereichswiderstand würden der Bereich und die Auflösung durch die Widerstandswerte der Widerstände Ra, Rb, ... Rn eingestellt werden, und um bei einer Auflösung von 1 Ohm einen Bereich von 100 Ohm zu erreichen, wären n = 100 Widerstände von 1 Ohm erforderlich. 100 Widerstände von 1 Ohm würden jedoch eine große Siliziumfläche einnehmen, Herstellungskosten erhöhen und parasitäre Kapazität erhöhen. Durch Verwendung von paralleler Kopplung eines 100-Ohm-Bereichswiderstands können die Widerstände Ra, Rb, ... Rn viel höhere Widerstandswerte haben (zum Beispiel 100 Ohm, 500 Ohm oder 1.000 Ohm) und viel geringere Abmessungen einnehmen, jedoch kann der gleiche Kalibrierungsbereich von 100 Ohm und die gleiche Auflösung von 1 Ohm erreicht werden. In einigen Fällen kann ein im Verhältnis höherer Widerstandswert des Bereichswiderstands weniger Chipfläche verwenden und den zur Verfügung stehenden Kalibrierungsbereich auf Kosten von Kalibrierungsauflösung vergrößern. In bestimmten Fällen kann ein geringerer Widerstandswert des Bereichswiderstands bei Verwendung von mehr Chipfläche den zur Verfügung stehenden Kalibrierungsbereich verringern und die Kalibrierungsauflösung verbessern.
Die mehreren Widerstände Ra, Rb, ... Rn können zwischen einem ersten Knoten 205 und einem zweiten Knoten 207 parallel zum Bereichswiderstand RR gekoppelt sein. Die mehreren Widerstände können aus auf einem Die hergestellten Widerständen hergestellt sein, aus irgendeinem Material, bei dem die wesentliche Eigenschaft der Widerstandswert ist, hergestellt sein oder aus irgendeinem Material, das wegen seiner Widerstandseigenschaft verwendet wird, hergestellt sein. Bei einigen Ausführungsformen sind die mehreren Widerstände Widerstandssegmente, die einen Widerstandsstreifen bilden, und die Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn können zwischen Widerstandssegmenten des Widerstandsstreifens verbunden sein. Die Anzahl von Widerständen Ra, Rb, ... Rn, die Widerstandswerte der Widerstände Ra, Rb, ... Rn und der Widerstandswert des Bereichswiderstands RR beeinflussen die Granularität oder Auflösung der Kalibrierung. Bei einigen Ausführungsformen kann jeder der mehreren Widerstände Ra, Rb, ... Rn den gleichen Widerstandswert haben. Bei einigen Ausführungsformen können die mehreren Widerstände Ra, Rb, ... Rn voneinander verschiedene Widerstandswerte haben. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Widerstände Ra, Rb, ... Rn einen Widerstandswert haben, der dahingehend ausgewählt ist, die Größe der mehreren Widerstände zu reduzieren und/oder zu minimieren. Bei einigen Ausführungsformen können die mehreren Widerstände sowie jeglicher Widerstand der mehreren Widerstände eine kleinere physische Größe als der Bereichswiderstand haben. Bei einigen Ausführungsformen kann jeder der mehreren Widerstände einen Widerstandswert haben, der um einen Faktor von 2, 5, 10, 100, 1000, 10000 oder höher größer als der Widerstandswert des Bereichswiderstands ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Schaltung bei parallel zur Widerstandskette 109 gekoppeltem Bereichswiderstand RR unter Verwendung von Widerständen in einer Widerstandskette mit höheren Widerstandswerten und kleineren Flächen ungefähr die gleiche Kalibrierungsauflösung erreichen, als sie sonst ohne den Bereichswiderstand RR haben würde. Diese Wirkungen können mit drei Szenarien dargestellt werden:
In einem ersten Szenarium umfassen die mehreren Widerstände Ra, Rb, ... Rn 100 Widerstände, jeweils mit einem Widerstandswert von 1 Ohm, ohne Parallelbereichswiderstand. Mehrere Schalter können dahingehend betrieben werden, bis zu 100 dieser 1-Ohm-Widerstände entlang einer Schaltungsstrecke zu enthalten, so dass die Schaltungsstrecke dahingehend kalibriert werden kann, in 1-Ohm-Inkrementen von 0 bis 100 Ohm hinzuzufügen. Jeder dieser 1-Ohm-Widerstände wird jedoch eine relativ große Fläche auf einem Die einnehmen, da die Querschnittsfläche A gemäß der Gleichung Ω = ρL/A relativ groß sein würde.
In einem zweiten Szenarium umfassen die mehreren Widerstände Ra, Rb, ... Rn 100 Widerstände, jeweils mit Widerstandswerten von 1 Kilo-Ohm, ohne Parallelbereichswiderstand. Jeder der 1 Kilo-Ohm-Widerstände würde eine Die-Fläche einnehmen, die um das 1000-Fache kleiner als die durch die 1-Ohm-Widerstände eingenommene Fläche ist. Es könnten jedoch mehrere Schalter dahingehend betrieben werden, bis zu 100 dieser 1-Kilo-Ohm-Widerstände entlang einer Schaltungsstrecke zu enthalten, so dass die Schaltungsstrecke dahingehend kalibriert werden kann, in 1-Kilo-Ohm-Inkrementen 0 bis 100 Kilo-Ohm hinzuzufügen, eine Auflösung, die im Vergleich zum ersten Szenarium um das 1000-Fache geringer ist.
In einem dritten Szenarium wird ein Parallelbereichswiderstand von 100 Ohm mehreren Widerständen Ra, Rb, ... Rn hinzugefügt, die 100 Widerstände umfassen, jeweils mit Widerstandswerten von 1 Kilo-Ohm. Es könnten jedoch mehrere Schalter dahingehend betrieben werden, bis zu 100 dieser 1-Kilo-Ohm-Widerstände entlang einer Schaltungsstrecke zu enthalten. Aufgrund des Vorhandenseins des 100-Ohm-Parallelbereichswiderstands kann die Schaltungsstrecke jedoch zum Hinzufügen von 0 bis ca. 100 Ohm in 100 Inkrementen von ca. 1 Ohm kalibriert werden. Ferner wäre die durch den einen 100-Ohm-Widerstand eingenommene Die-Fläche ca. um das 100.000-fache kleiner als die durch die Einhundert-1-Ohm-Widerstände eingenommene Die-Fläche im ersten Szenarium, während eine feine Auflösung erreicht wird, die ungefähr gleich der im zweiten Szenarium erreichten Auflösung ist.
Beispielhafte Größeneinsparungen
3 zeigt ein beispielhaftes Bild 300, das die durch zwei verschiedene Widerstandsketten eingenommenen Chipflächen vergleicht. Eine erste Fläche 301 zeigt die Größe einer ersten Widerstandskette ohne einen Parallelbereichswiderstand. Eine zweite Fläche 303 zeigt die Größe einer zweiten Widerstandskette mit einem Parallelbereichswiderstand, wobei die zweite Widerstandskette eine Auflösung und einen Widerstandsbereich hat, die bzw. der mit der ersten Widerstandskette vergleichbar ist.
Das Bild 300 ist ungefähr maßstäblich. Die erste Widerstandskette 101 weist zweiunddreißig Widerstände von jeweils 1 Ohm auf. Die durch die erste Widerstandskette, einschließlich des/der Widerstandsmaterials und Metalle, eingenommene Siliziumfläche beträgt ca. 330 µm × 330 µm.
Die zweite Fläche 303 enthält das Widerstandsmaterial für einen 32-Ohm-Bereichswiderstand, das Widerstandsmaterial für die zweite Widerstandskette von 32 Widerständen (jeweils mit Widerstandswerten von 200 Ohm) und zugehöriger Metalle für Zusammenschaltungen. Die durch die zweite Fläche eingenommene Siliziumfläche beträgt ca. 30 µm × 25 µm und ist ca. eine um das 150-Fache kleinere Fläche.
Beispielhafte Differenzverstärker
4 ist ein Schemadiagramm, das eine beispielhafte Differenzverstärkerschaltung 400 mit einem Widerstandsnetzwerk 200 zum Kalibrieren des CMRR darstellt. Bei den dargestellten Ausführungsformen enthält die Differenzverstärkerschaltung 400 einen Operationsverstärker 401, der einen invertierenden Eingang 403, einen nicht invertierenden Eingang 405 und einen OPV-Ausgang 407 aufweist. Die Differenzverstärkerschaltung 400 enthält ferner Widerstände R1, R2, R3 und R4, die in einer Differenzverstärkerkonfiguration mit dem Verstärker 401 gekoppelt sind; das Widerstandsnetzwerk 200 und eine Steuerschaltung 411. Der Widerstand R3 ist mit dem Widerstandsnetzwerk 200 (unter Bezugnahme auf 2 weiter beschrieben) gekoppelt, das einen Bereichswiderstand RR; eine mehrere Widerstände Ra, Rb, ... Rn enthaltende Widerstandskette und mehrere Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn enthält. Bei der dargestellten Ausführungsform verkapselt das Gehäuse 409 die Schaltung 400. Gehäuseports können den Eingangsport Vin_n, den Eingangsport Vin_p, einen Steuersignalport Ctrl, eine Spannungsversorgung Vcc, einen Masseport GND, eine Spannungsreferenz Vref und einen Ausgangsport 413 enthalten.
Der Operationsverstärker 401 ist bei der dargestellten Ausführungsform zum Verstärken eines Differenzsignals um einen Verstärkungsfaktor konfiguriert. Das Differenzsignal wird durch Vin_n, das in den invertierenden Eingang 403 des Operationsverstärkers 401 koppelt, und Vin_p, das in den nicht invertierenden Eingang 405 des Operationsverstärkers 401 koppelt, bereitgestellt. Das verstärkte Signal wird am Ausgangsport 413 erzeugt. Die Spannungsversorgung des Operationsverstärkers 401 erfolgt durch Vcc und GND.
Der Widerstand R2 ist bei der dargestellten Ausführungsform mit dem Vin_n-Port und dem invertierenden Eingang 403 gekoppelt. Der Widerstand R4 ist in einer Rückkopplungskonfiguration mit dem Operationsverstärkerausgang 407 und mit dem invertierenden Eingang 403 gekoppelt.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der nicht invertierende Eingang 405 des Operationsverstärkers 401 mit dem Schalterausgangsknoten 203 des Widerstandsnetzwerks 200 gekoppelt, der Widerstand R1 ist mit dem Vin_p-Port und mit dem ersten Knoten 205 des Widerstandsnetzwerks 200 gekoppelt, und der Widerstand R3 ist mit dem Vref-Port und mit dem zweiten Knoten 207 des Widerstandsnetzwerks 200 gekoppelt.
Die Eingänge 403, 405 des Operationsverstärkers können sehr hochohmig sein (zum Beispiel im Giga-Ohm Bereich oder darüber) bezüglich (zum Beispiel mindestens um das 1000-fache höher, 10000-Fache höher oder mehr) der Impedanz anderer Schaltungsanordnungen, wie zum Beispiel des Widerstands R1, des Widerstands R3 und des Widerstandsnetzwerks 200. Demgemäß können die Schalter S0–Sn bei einigen Ausführungsformen so konfiguriert sein, dass sehr geringe oder vernachlässigbare Strommengen durch einen Schalter zu dem sehr hochohmigen Knoten fließen, wenn der Schalter geschlossen ist.
Die Steuerschaltung 411 kann dazu konfiguriert sein, die Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn zum Kalibrieren der Leistung des Differenzverstärkers durch Verbessern des CMRR zu kalibrieren. Der Differenzverstärker kann geprüft werden, und basierend auf den Prüfungsergebnissen kann die Steuerschaltung die Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn aktivieren, deaktivieren oder auf andere Weise einstellen. Der Differenzverstärker kann nach dem Häusen des Differenzverstärkers geprüft werden, um Häusungsauswirkungen Rechnung zu tragen. Das Prüfen kann mit externen Geräten oder eingebauten Eigendiagnoseschaltungsanordnungen erfolgen. Basierend auf den Prüfungsergebnissen kann die Steuerschaltung 411 Steuersignale zu den Schaltern S0, S1, S2, ... Sm, Sn senden, um sie zu aktivieren/deaktivieren. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Steuersignal durch einen Steuerport Ctrl zu der Steuerschaltung 411 gesendet werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Steuersignal durch einen oder mehrere der anderen Ports im Gehäuse, einschließlich durch verschiedene Kombinationen der anderen Ports, zu der Steuerschaltung 411 gesendet werden. Die Steuerschaltung 411 kann die Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn basierend auf der Schaltungsimplementierung durch Auslösen von Sicherungen, Ein- oder Ausschalten von Transistoren usw. aktivieren/deaktivieren.
In Abhängigkeit davon, welcher Schalter geschlossen ist, kann sich der Wirkwiderstand des Widerstands R3 oder des Widerstands R1, wie vom Schalterausgangsknoten gemessen, ändern, wodurch effektiv eine Kalibrierung des R3/R1-Verhältnisses gestattet wird, somit können die Verhältnisse R3/R1 so kalibriert werden, dass sie R4/R2 näher entsprechen. Es kann eine Kombination oder Permutation von Zuständen der Schalter S0, S1, S2, ... Sm, Sn ausgewählt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der ausgewählte Schalterzustand ein Maximieren des CMRR im Vergleich zu anderen Schalterzuständen bewirken. Es versteht sich jedoch, dass jeglicher Schalter nach Wunsch aktiviert werden kann und dass Schalter für andere Zwecke als das Maximieren des CMRR (zum Beispiel zur Feinabstimmung der Verstärkung) eingestellt werden können.
5 ist ein Schemadiagramm, das eine beispielhafte Differenzverstärkerschaltung 500 mit einem Widerstandsnetzwerk 200' zum Kalibrieren der Verstärkung darstellt. Bei den dargestellten Ausführungsformen enthält die Differenzverstärkerschaltung 500 einen Operationsverstärker 501, der einen invertierenden Eingang 503, einen nicht invertierenden Eingang 305 und einen OPV-Ausgang 507 aufweist. Die Differenzverstärkerschaltung 500 enthält ferner die Widerstände R1, R2, R3 und R4, die mit dem Verstärker 501 in einer Differenzverstärkerkonfiguration; dem Widerstandsnetzwerk 200'; und einer Steuerschaltung 511 gekoppelt sind. Der Widerstand R2 ist mit dem Widerstandsnetzwerk 200' (unter Bezugnahme auf 2 weiter beschrieben) gekoppelt, das einen Bereichswiderstand RR', eine Widerstandskette, die mehrere Widerstände Ra’, Rb’, ... Rn’ umfasst; und mehrere Schalter S0’, S1’, S2’, ... Sm’, Sn’ enthält. Bei der dargestellten Ausführungsform verkapselt das Gehäuse 509 die Schaltung 500. Gehäuseports können den Eingangsport Vin_n, den Eingangsport Vin_p, einen Steuersignalport Ctrl, eine Spannungsversorgung Vcc, einen Masseport GND, eine Spannungsreferenz Vref und einen Ausgangsport 513 umfassen.
Der Operationsverstärker 501 ist zum Verstärken eines Differenzsignals um einen Verstärkungsfaktor konfiguriert. Das Differenzsignal wird durch Vin_n, das in den invertierenden Eingang 503 des Operationsverstärkers 501 koppelt, und Vin_p, das in den nicht invertierenden Eingang 505 des Operationsverstärkers 501 koppelt, bereitgestellt. Das verstärkte Signal wird am Ausgangsport 513 erzeugt. Die Spannungsversorgung des Operationsverstärkers 401 erfolgt durch Vcc und GND.
Der Widerstand R1 ist bei der dargestellten Ausführungsform mit dem Vin_p-Port und dem nicht invertierenden Eingang 505 gekoppelt. Der Widerstand R3 ist mit dem Vref-Port und mit dem nicht invertierenden Eingang 505 gekoppelt.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der invertierende Eingang 503 des Operationsverstärkers 501 mit dem Schalterausgangsknoten 203' des Widerstandsnetzwerks 200' gekoppelt, der Widerstand R2 ist mit dem Vin_n-Port und mit dem ersten Knoten 205' des Widerstandsnetzwerks 200' gekoppelt. Der Widerstand R4 ist in einer Rückkopplungskonfiguration mit dem OPV-Ausgang 507 und mit einem zweiten Knoten 207' des Widerstandsnetzwerks 200' gekoppelt.
Die Eingänge 503, 505 des Operationsverstärkers können sehr hochohmig sein (zum Beispiel im Giga-Ohm Bereich oder darüber) bezüglich (zum Beispiel mindestens um das 1000-fache höher, 10000-Fache höher oder mehr) der Impedanz anderer Schaltungsanordnungen, wie zum Beispiel des Widerstands R2, des Widerstands R4 und des Widerstandsnetzwerks 200' sein. Demgemäß können die Schalter so konfiguriert sein, dass sehr geringe oder vernachlässigbare Strommengen durch einen Schalter zu dem sehr hochohmigen Knoten fließen, wenn der Schalter geschlossen ist
Die Steuerschaltung 511 ist zur Steuerung der Schalter S0’, S1’, S2’, ... Sm’, Sn’ zum Kalibrieren der Leistung des Operationsverstärkers durch Verbessern der Verstärkung konfiguriert. Die Steuerschaltung 511 kann ähnlich wie die unter Bezugnahme auf 4 beschriebene Steuerschaltung 411 betrieben werden (oder die gleiche Schaltung wie diese sein).
In Abhängigkeit davon, welcher Schalter geschlossen ist, ändert sich der Wirkwiderstand des Widerstands R2 oder des Widerstands R4, wie vom Schalterausgangsknoten gemessen, wodurch effektiv eine Kalibrierung des Widerstands R2 und Widerstands R4 gestattet wird. Somit kann das Verhältnis R4/R2 dahingehend kalibriert werden, die Verstärkung abzustimmen. Es kann eine Kombination oder Permutationen von Zuständen der Schalter S0', S1', S2', ... Sm', Sn' ausgewählt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der ausgewählte Schalterzustand bewirken, dass die Verstärkung im Vergleich zu anderen Schalterzuständen einer Zielverstärkung näher entspricht. Es versteht sich jedoch, dass jeglicher Schalter, wie gewünscht, aktiv sein kann.
6 zeigt eine beispielhafte Differenzverstärkerschaltung 600 mit zwei Widerstandsnetzwerken zum Kalibrieren des CMRR bzw. zum Kalibrieren der Verstärkung. Die Schaltung von 6 kombiniert die Merkmale der unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschriebenen Schaltungen 400 und 500. die Steuerschaltung 611 kann zum Steuern der Schalter beider Widerstandsnetzwerke konfiguriert sein.
Zusätzlich zu der Verwendung eines Widerstandsnetzwerks zum Kalibrieren des CMRR und eines anderen Widerstandsnetzwerks zum Kalibrieren der Verstärkung können die beiden Widerstandsnetzwerke zusammen verwendet werden, um die Verstärkung gemäß den oben offenbarten Gleichungen differenziell zu kalibrieren.
Beispielhafte Verfahren
7 zeigt ein Blockdiagramm 700 eines beispielhaften Verfahrens zum Kalibrieren einer Schaltung.
Bei Block 701 wird eine Widerstandskette mit einem Verstärker gekoppelt. Die Widerstandskette kann eine Widerstandskette sein, die mehrere Widerstände enthält. Die Widerstandskette kann mehrere Schalter enthalten, wobei jeder der Schalter mit einem Schalterausgangsknoten gekoppelt wird. Der Schalterausgangsknoten der Widerstandskette kann mit einem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt werden.
Bei Block 703 wird ein Widerstand mit der Widerstandskette gekoppelt. Wie oben ausführlicher beschrieben, kann der Widerstand bei einigen Ausführungsformen ein Bereichswiderstand sein, der parallel zur Widerstandskette gekoppelt wird. Der Kalibrierungsbereich kann zumindest teilweise auf dem Widerstandswert des Bereichswiderstands basierend eingestellt werden. Der Bereichswiderstand kann einen beliebigen Widerstandswert aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Bereichswiderstand einen kleineren Widerstandswert als die mehreren Widerstände oder als jeglicher Widerstand der mehreren Widerstände aufweisen. Der Bereichswiderstand kann eine kleinere, ähnliche oder größere Fläche als die Fläche der mehreren Widerstände oder die Fläche jedes Widerstands der mehreren Widerstände aufweisen.
Bei Block 705 wird die Schaltung gehäust. Die Schaltung kann irgendeines oder irgendeine Kombination der oben unter Bezugnahme auf die 1–6 beschriebenen Bauelement(e) oder irgendeine andere Anordnung von Widerständen oder elektronischen Bauelementen enthalten. Die Schaltung kann auf einem Die hergestellt sein. Der Häusungsprozess kann Spannungsauswirkungen auf die Schaltung erzeugen. Ferner können die Häusungsmaterialien, thermischen Auswirkungen des Häusungsprozesses oder andere Häusungsauswirkungen auch mehrere Eigenschaften der gehäusten Schaltung beeinflussen. Die verschiedenen Auswirkungen können dazu führen, dass Bauelementwerte von angegebenen Parametern abweichen.
Bei Block 707 kann die Schaltung geprüft werden. Das Prüfen der Schaltung kann die Bestimmung der Schaltungsparameter, wie zum Beispiel CMRR oder Verstärkung, gestatten. Das Prüfen kann nach dem Häusen der Schaltung durchgeführt werden, so dass jegliche Häusungsauswirkungen auf das CMRR oder die Verstärkung in den Prüfungsergebnissen reflektiert werden. Demgemäß kann bestimmt werden, welche Schalter zum Kalibrieren der Schaltung aktiviert werden sollen. Ein beispielhaftes Verfahren zum Prüfen der Schaltung wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Bei Block 709 kann ein Widerstandsnetzwerk zum Kalibrieren der Schaltung konfiguriert werden. Schalter des Widerstandsnetzwerks, wie oben ausführlicher beschrieben, können zum Kalibrieren des CMRR oder der Verstärkung aktiviert oder deaktiviert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Widerstandsnetzwerk dahingehend konfiguriert werden, das CMRR zu erhöhen und/oder zu maximieren. Ferner kann das Widerstandsnetzwerk bei bestimmten Ausführungsformen dahingehend konfiguriert werden, die Verstärkung der Schaltung mit höherer Genauigkeit zu kalibrieren. In einigen Fällen kann das Kalibrieren der Schaltung unter Verwendung des Widerstandsnetzwerks den Auswirkungen der Häusung der Schaltung Rechnung tragen.
8 zeigt ein Blockdiagramm 800 eines beispielhaften Verfahrens zum Prüfen einer Schaltung.
Bei Block 801 können dem Verstärker erste Prüfeingaben zugeführt werden. Die ersten Prüfeingaben können dazu verwendet werden, eine messbare Erscheinung einer ersten Eigenschaft der Schaltung zu bewirken. Bei Block 803 kann basierend auf den ersten Prüfeingaben eine erste Eigenschaft (zum Beispiel die Verstärkung oder das CMRR) der Schaltung bestimmt werden. Bei Block 803 kann der Abgriffpunkt des Widerstandsnetzwerks (wie zum Beispiel in 2 gezeigt) zum Kalibrieren der ersten Eigenschaft eingestellt werden. Der Abgriffpunkt kann ein Teil einer Widerstandskette sein, mit der ein Verstärker gekoppelt ist. Der Abgriffpunkt kann auf eine Stelle gesetzt sein, an der die erste Eigenschaft bezüglich anderer Abgriffpunkte kalibriert wird. Der Abgriffpunkt kann auf eine einzige Stelle der Widerstandskette gesetzt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Einstellen des Abgriffpunkts Ein- und Ausschalten verschiedener Kombinationen und/oder Permutationen von Schaltern und Messen der ersten Eigenschaft für jede Kombination und/oder Permutation umfassen, und es kann der Abgriffpunkt ausgewählt werden, der das beste Ergebnis liefert. Bei einigen Ausführungsformen kann der Abgriffpunkt unter Bezugnahme auf eine Nachschlagetabelle oder Berechnung basierend auf der Bestimmung der Eigenschaft bei Block 803 gesetzt werden (zum Beispiel, wenn die Eigenschaft um 3% zu niedrig ist, den Abgriffpunkt auf Stelle × setzen). Das Einstellen des Abgriffpunkts kann so lange durchgeführt werden, bis ein optimaler Wert für die erste Eigenschaft im Vergleich zu anderen Abgriffpunkten erreicht ist, oder bis die erste Eigenschaft einen angegebenen Bereich/Schwellenwert erreicht.
Bei Block 807 können dem Verstärker zweite Prüfeingaben zugeführt werden. Die zweiten Prüfeingaben können dazu verwendet werden, eine messbare Erscheinung einer zweiten Eigenschaft der Schaltung zu bewirken. Bei Block 803 kann basierend auf den zweiten Prüfeingaben eine zweite Eigenschaft (zum Beispiel die Verstärkung oder das CMRR) der Schaltung bestimmt werden. Bei Block 803 kann der Abgriffpunkt des Widerstandsnetzwerks (wie zum Beispiel in 2 gezeigt) zum Kalibrieren der zweiten Eigenschaft eingestellt werden. Der Abgriffpunkt kann ein Teil einer Widerstandskette sein, mit der ein Verstärker gekoppelt ist. Der Abgriffpunkt kann auf eine Stelle gesetzt sein, an der die erste Eigenschaft bezüglich anderer Abgriffpunkte kalibriert wird. Der Abgriffpunkt kann auf eine einzige Stelle der Widerstandskette gesetzt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Einstellen des Abgriffpunkts Ein- und Ausschalten verschiedener Kombinationen und/oder Permutationen von Schaltern und Messen der zweiten Eigenschaft für jede Kombination und/oder Permutation umfassen, und es kann der Abgriffpunkt ausgewählt werden, der das beste Ergebnis liefert. Bei einigen Ausführungsformen kann der Abgriffpunkt unter Bezugnahme auf eine Nachschlagetabelle oder Berechnung basierend auf der Bestimmung der Eigenschaft bei Block 809 gesetzt werden (zum Beispiel, wenn die Eigenschaft um 2% zu hoch ist, den Abgriffpunkt auf Stelle Y setzen). Das Einstellen des Abgriffpunkts kann so lange durchgeführt werden, bis ein optimaler Wert für die zweite Eigenschaft im Vergleich zu anderen Abgriffpunkten erreicht ist, oder bis die zweite Eigenschaft einen angegebenen Bereich/Schwellenwert erreicht.
Die zum Kalibrieren der ersten Eigenschaft gesetzten Abgriffpunkte können auf einem anderen Teil der Schaltung gesetzt sein als der Abgriffpunkt, der zum Kalibrieren der zweiten Eigenschaft gesetzt ist (zum Beispiel die verschiedenen Widerstandsnetzwerke 200 und 200', wie in 6 gezeigt). Bei einigen Ausführungsformen kann zuerst das CMRR und dann die Verstärkung kalibriert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann zuerst die Verstärkung und dann das CMRR kalibriert werden.
Zusätzliche Ausführungsformen
Obgleich mehrere Kalibrierungstechniken unter Bezugnahme auf einen Differenzverstärker offenbart werden, kann ein Widerstandswert zum Kalibrieren verschiedener Schaltungen und elektronischer Bauteile eingestellt werden. Verstärker können als Pufferverstärker, Differenzverstärker, Differenzierer, Filter, Instrumentenverstärker, invertierender Verstärker, nicht invertierender Verstärker, Oszillator, Summierverstärker oder irgendeine Anzahl von anderen Anwendungen verwendet werden. Demgemäß kann die hierin besprochene Technologie allgemein angewandt werden. Die beschriebenen Widerstandsnetzwerke können mit einem OPV in jeglicher Art von elektronischem Bauteil gekoppelt sein. Die beschriebenen Widerstandsnetzwerke können mit irgendeinem Hoch-Eingangsknoten (nicht zwangsweise an einem Verstärker) gekoppelt sein, so dass wenig oder vernachlässigbarer Strom durch die Schalter fließt.
Die hierin beschriebenen Grundzüge und Vorteile können in verschiedenen Einrichtungen implementiert werden. Beispiele für solche Einrichtungen können Verbraucherelektronikprodukte, Teile der Verbraucherelektronikprodukte, elektronische Prüfgeräte usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele für Teile von Verbraucherelektronikprodukten können Taktungsschaltungen, Analog-Digital-Wandler, Verstärker, Gleichrichter, programmierbare Filter, Dämpfer, Schaltungen mit veränderbarer Frequenz usw. umfassen. Beispiele für die elektronischen Bauteile können ferner Speicherchips, Speichermodule, Schaltungen von optischen Netzen oder anderen Kommunikationsnetzen, Mobilfunkinfrastruktur wie Basisstationen und Plattentreiberschaltungen umfassen. Verbraucherelektronikprodukte können drahtlose Vorrichtungen, ein Mobiltelefon (zum Beispiel ein Smartphone), Überwachungsvorrichtungen in der Gesundheitspflege, Fahrzeugelektroniksysteme, wie zum Beispiel Kraftfahrzeugelektroniksysteme, ein Telefon, einen Fernseher, einen Computermonitor, einen Computer, einen Handheld-Computer, einen Tablet-Computer, einen Laptop-Computer, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), eine Mikrowelle, einen Kühlschrank, ein Stereosystem, einen Kassettenrekorder oder -spieler, einen DVD-Spieler, einen CD-Spieler, einen digitalen Videorekorder (DVR), einen VCR, einen MP3-Spieler, ein Radio, einen Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, einen tragbaren Speicherchip, eine Waschmaschine, einen Trockner, einen Wasch-Trocken-Automaten, einen Kopierer, eine Telefaxmaschine, einen Scanner, eine Multifunktions-Peripherievorrichtung, eine Armband- oder andere Uhr usw. umfassen. Ferner können die Einrichtungen unfertige Produkte umfassen. Ferner können Einrichtungen unfertige Erzeugnisse enthalten. Ferner können Produkte Hochspannungsanwendungen, wie zum Beispiel Fahrzeugsteuerschaltungen in Autos, Aktoren in Schwer- oder Industriemaschinen, in der Luft- und Raumfahrttechnologie usw. umfassen. Da ein hohes CMRR erreicht werden kann, kann ein abgestimmter Differenzialverstärker in Hochspannungsanwendungen, Niederspannungsanwendungen oder in Anwendungen, in denen die Spannung von niedrig bis hoch geht, verwendet werden.
Sofern der Zusammenhang nicht deutlich etwas anderes erfordert, sind in der gesamten Beschreibung und allen Ansprüchen die Ausdrücke "umfassen", "umfassend", "enthalten", "einschließlich" und dergleichen in einem einschließenden Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinne, das heißt, im Sinne von "einschließlich, aber nicht darauf beschränkt". Die Ausdrücke "gekoppelt" oder "verbunden", wie sie hier allgemein verwendet werden, beziehen sich auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt verbunden, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Außerdem sollen sich die Ausdrücke "hierin", "über", "unter" und Ausdrücke mit ähnlicher Bedeutung, soweit sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung in ihrer Gesamtheit und nicht auf irgendwelche bestimmten Teile dieser Anmeldung beziehen. Wo es der Zusammenhang gestattet, können Ausdrücke in der detaillierten Beschreibung, die in der Einzahl oder Mehrzahl verwendet werden, auch die Mehrzahl bzw. Einzahl einschließen. Der Ausdruck "oder" in Bezug auf eine Liste mit zwei oder mehr Bestandteilen soll alle der folgenden Interpretationen des Ausdrucks abdecken: ein beliebiger Bestandteil der Liste, alle Bestandteile der Liste und jegliche Kombination von Bestandteilen der Liste. Alle hier angegebenen Zahlenwerte sollen ähnliche Werte im Rahmen der Messfehler beinhalten. Einige Erörterungen der Schaltung und der Grundzüge können der Übersicht halber und für ein besseres Verständnis vereinfachende Annahmen und Schätzungen vornehmen.
Des Weiteren soll hierin verwendete konditionale Formulierungen wie beispielsweise "können", "könnte", "dürfte", "möglicherweise", "zum Beispiel", "wie etwa" und dergleichen, sofern nicht anders angegeben oder in dem Kontext, der verwendet wird, anderweitig zu verstehen, in der Regel vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände enthalten, während andere Ausführungsformen diese nicht enthalten.
Die Lehren der hierin bereitgestellten Erfindungen können auch auf andere Systeme, nicht zwangsweise die oben beschriebenen Systeme, angewendet werden. Die Elemente und Handlungen der verschiedenen, oben beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen.
Obgleich bestimmte Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen jedoch nur beispielhaft dargestellt und sollen den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in den verschiedensten anderen Formen ausgestaltet werden. Weiterhin können verschiedene Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen an der Form der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Wesen der Offenbarung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen, die in den Schutzumfang und das Wesen der Offenbarung fallen, mit abdecken. Dementsprechend wird der Schutzumfang der vorliegenden Erfindungen durch Bezugnahme auf die Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7570114 [0028]

Claims

Schaltung zum Kalibrieren eines Leistungsmerkmals eines Operationsverstärkersystems, umfassend: einen Operationsverstärker, der einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang umfasst; ein Widerstandsnetzwerk, das mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, ein Verhältnis von Widerständen einzustellen, wobei das Widerstandsnetzwerk Folgendes umfasst: einen Bereichswiderstand, der parallel zu einer Widerstandskette gekoppelt ist, und mehrere Schalter, die mit der Widerstandskette gekoppelt sind.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schalter mit dem ersten Eingang gekoppelt sind.
Schaltung nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Widerstand, der mit dem Widerstandsnetzwerk und dem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Widerstandsnetzwerk mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt ist.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei durch Aktivieren verschiedener Schalter der mehreren Schalter der erste Eingang mit verschiedenen Teilen der Widerstandskette gekoppelt wird.
Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend mehrere Widerstände, die einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand umfassen, wobei die mehreren Widerstände dazu angeordnet sind, den Operationsverstärker als einen Differenzverstärker zu konfigurieren, wobei der erste Widerstand mit einem ersten Eingang des Differenzverstärkers gekoppelt ist, der zweite Widerstand mit einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers gekoppelt ist, der dritte Widerstand mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist und der vierte Widerstand mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei das Widerstandsnetzwerk mit einem ausgewählten Widerstand der mehreren Widerstände gekoppelt ist, so dass ein Widerstandswert des ausgewählten Widerstands zusammen mit einem Widerstandswert des Widerstandsnetzwerks ein Gleichtaktunterdrückungsverhältnis oder eine Verstärkung des Differenzverstärkers beeinflusst.
Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Widerstandsnetzwerk in einer Rückkopplungskonfiguration mit dem vierten Widerstand und mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Widerstandswert des Bereichswiderstands kleiner als ein Widerstandswert jeglichen Widerstands der mehreren Widerstände ist.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die mehreren Widerstände eine kleinere Die-Fläche als eine durch den Bereichswiderstand eingenommene Die-Fläche einnehmen.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die mehreren Schalter als mehrere Transistoren implementiert sind, und wobei Spannungsabfälle über jeglichen aktivierten Transistor der mehreren Transistoren weniger als 0,1 V betragen.
Schaltung zum Kalibrieren eines Differenzverstärkers, wobei die Schaltung Folgendes umfasst: einen Operationsverstärker, der dazu konfiguriert ist, eine Differenz zwischen einem Signal an einem ersten Eingang und einem Signal an einem zweiten Eingang zu verstärken; und ein Mittel zum Einstellen eines Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses (CMMR) oder einer Verstärkung, wobei das Mittel zum Einstellen Folgendes umfasst: ein Mittel zum elektrischen Koppeln des Operationsverstärkers mit verschiedenen Teilen der Widerstandskette; und ein Mittel, das einen Bereichswiderstand parallel zu einer Widerstandskette elektrisch koppelt.
Schaltung nach Anspruch 12, wobei das Mittel zum elektrischen Koppeln des Operationsverstärkers mit verschiedenen Teilen der Widerstandskette mehrere Schalter umfasst, wobei jeder Schalter der mehreren Schalter mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist, wobei verschiedene Schalter der mehreren Schalter mit den verschiedenen Teilen der Widerstandskette gekoppelt sind, wobei durch Aktivieren eines ersten Schalters der Differenzverstärker mit einem/einer ersten CMMR oder Verstärkung konfiguriert wird, und wobei durch Aktivieren eines zweiten Schalters der Differenzverstärker mit einem/einer zweiten CMMR oder Verstärkung konfiguriert wird.
Schaltung nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Mittel zum Einstellen des Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses (CMMR) oder der Verstärkung ein Mittel zum Einstellen des CMMR umfasst, wobei die Schaltung ferner ein Mittel zum Einstellen der Verstärkung des Differenzverstärkers umfasst.
Schaltung nach Anspruch 12, 13 oder 14, ferner umfassend ein Mittel zum Steuern, mit welchem Teil der Widerstandskette der Operationsverstärker gekoppelt ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Mittel zum elektrischen Koppeln des Operationsverstärkers mit verschiedenen Teilen der Widerstandskette ein Mittel zum elektrischen Koppeln des Operationsverstärkers mit nur einem Teil der Widerstandskette umfasst.
Schaltung nach Anspruch 16, wobei der Operationsverstärker mit einem ersten Teil der Widerstandskette gekoppelt ist, so dass das CMMR im Vergleich zu einem Ergebnis, wenn der Operationsverstärker mit einem anderen Teil der Widerstandskette gekoppelt ist, größer als ein festgelegter Wert ist oder die Verstärkung näher an einem festgelegten Wert liegt.
Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Widerstandskette mehrere Widerstände umfasst, wobei der Bereichswiderstand einen kleineren Widerstandswert als jeglicher Widerstand der mehreren Widerstände aufweist und wobei der Bereichswiderstand eine größere Die-Fläche als die mehreren Widerstände einnimmt.
Verfahren zum Kalibrieren einer Verstärkerschaltung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Anlegen einer ersten Prüfeingangsspannung an einen parallel zu einer Widerstandskette gekoppelten Bereichswiderstand; und Einstellen eines Abgriffpunkts, an dem die Widerstandskette kontaktiert ist, so dass einem Verstärkungsfehlerschwellenwert oder einem Gleichtaktunterdrückungsverhältnisschwellenwert entsprochen wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Einstellen des Abgriffpunkts Ein- und Abschalten verschiedener Kombinationen von Schaltern umfasst, wobei die Schalter mit verschiedenen Abgriffpunkten der Widerstandskette gekoppelt sind.