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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Biometrische Signale sind Elektroniksignale, die die physiologische Verfassung eines Patienten wie etwa Blutdruck, Atmung und Herzschlag anzeigen. Moderne Krankenhauspatienten-Überwachungssysteme werden zunehmend zu einer kabellosen Umgebung, bei der ein Patient eine oder mehrere Einrichtungen trägt, die biometrische Datensignale drahtlos an ein nahe dem Patienten befindliches Datenverarbeitungssystem übertragen. Ein Patient trägt eine oder mehrere batteriebestromte Sensoreinrichtungen, die Daten drahtlos an einen Aggregator wie etwa ein Schwesternstationszimmer übertragen. Diese tragbaren Einrichtungen gestatten dem Krankenhauspersonal das entfernte Überwachen von Patientenvitalzeichen. Ein derartiges drahtloses System führt beispielsweise zu weniger Fällen von Infektionen, besserer Sicherheit durch weniger Verkabelung am Arbeitsplatz, weniger redundanter Arbeit für die Verkabelung, weniger Ärger für den Patienten, verbesserter Patientenmobilität.
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US 2016 / 0 182 081 A1 offenbart eine Kapazitäts-Digital-Wandlerschaltung mit einer Kondensatorbrückenschaltung, um einen Kapazitätsunterschied zwischen Erfassungskondensatoren und Festkondensatoren in der Brückenschaltung zu erfassen. Die Erfassungskondensatoren variieren direkt in Abhängigkeit von einem erfassten physikalischen Parameter Hilfskondensator-Digital-Analog-Wandler (DACs) sind mit der Kondensatorbrückenschaltung gekoppelt, um die erfasste Differenz aufzuheben. Ein Analog-Digital-Wandler (ADC) empfängt ein von der Kondensatorbrückenschaltung und den Hilfskondensator-DACs erzeugtes Signal und wandelt das empfangene Signal in ein digitales Signal um. Ein digitaler Speicher sammelt den ADC-Ausgang, dessen Ausgang die Kapazitäts-differenz zwischen den Erfassungskondensatoren und den Festkondensatoren darstellt. Der Akkumulatorausgang dient zur Steuerung der Hilfskondensator-DACs zum Aus-gleich der Kapazitätsdifferenz zwischen den Erfassungskondensatoren und den Festkondensatoren. Der Akkumulatorausgang bildet auch die Grundlage für den Ausgang der Kapazitäts-Digital-Wandlerschaltung.
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US 9 391 628 B1 offenbart eine Eingangsstufe eines Analog-Digital-Wandlers mit mindestens einem Abtastkondensator zum Abtasten eines Eingangssignals in Erfassungsphasen, einem kapazitiven Anpassungsverstärker zum Bereitstellen des Eingangssignals an den Abtastkondensator und Bandbreitenkontrollmitteln.
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Es ist eine Aufgabe er vorliegenden Erfindung ein verbessertes Analog-Digital-Wandlersystem zum Verarbeiten von Signalen in der Gegenwart von großen Störsignalen aufzuzeigen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein leistungsarmes hochpräzises Mischsignal-Analog-Digital-Wandlersystem wird zum Verarbeiten von biometrischen Signalen bei Anwesenheit eines großen Störsignals für die kabellose Patientenüberwachung bereitgestellt.
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Konkret werden leistungsarme Analog-Digital-Wandlersysteme nach den Ansprüchen 1 und 16 sowie ein Verfahren zur leistungsarmen Analog-Digital-Wandlung nach Anspruch 20 aufgezeigt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine veranschaulichende Zeichnung, die EKG-Stromleitungen in Kontakt mit einem Patientenunterleib und ein Funktionsblockdiagramm eines biometrischen überwachenden analogen Front-End (AFE), gekoppelt zum Überwachen von auf den Leitungen empfangenen biometrischen Signalen, zeigt.
- 2 ist ein veranschaulichendes Spannungs-Frequenz-Diagramm, bei dem eine y-Achse beispielhafte Spannungen eines EKG-Signals und mehrere beispielhafte Störersignale darstellt und eine x-Achse einen Signalfrequenzbereich gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
- 3 ist ein veranschaulichender Schaltplan, der eine individuelle Wandlerschaltung des biometrischen Überwachungssystems von 1 gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
- 4 ist ein veranschaulichendes Spannungs-Frequenz-Diagramm, bei dem eine y-Achse ein beispielhaftes Eingangssignal darstellt, das ein beispielhaftes biometrisches Signal und ein Beispiel eines großen Störsignals enthält, und eine x-Achse einen Signalfrequenzbereich darstellt.
- 5 ist ein veranschaulichender Schaltplan, der gewisse Komponenten des kapazitiven DAW zeigt, in den kapazitiven Gain-Verstärker von 4 integriert.
- 6 ist ein veranschaulichender Schaltplan, der eine zweite Wandlerschaltung darstellt, die einen Quantisierer gemäß einigen Ausführungsformen enthält.
- 7 ist ein veranschaulichender Schaltplan, der eine dritte Wandlerschaltung darstellt, die einen digitalen Sigma-Delta-Quantisierer erster Ordnung gemäß einigen Ausführungsformen enthält.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein relevantes Signal wird oftmals zusammen mit mehreren Störsignalen empfangen. Ein Analog-Digital-Wandler (ADW) mit einer Mischsignal-Sigma-Delta-Rückkopplungsschleife entfernt das dominante Störersignal im Verlauf des Umwandelns eines relevanten Signals wie etwa eines biometrischen Signals aus einem Analog-Digital-Bereich. Der Wandler empfängt als Eingang das relevante Signal und den Störer. Die Schaltung erzeugt ein Rückkopplungssignal, um den Störer aufzuheben. Bei einer Ausführungsform empfängt eine kapazitive Differenzschaltung das Eingangssignal und das Rückkopplungssignal und liefert das relevante Signal mit entferntem Störer. Die Verwendung eines Kapazitäts-DAW und eines Verstärkers zum Entfernen des Störers führt dazu, dass eine hochpräzise Signalverarbeitung erreicht wird.
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Ein Elektrokardiogramm (EKG) -Signal ist ein biometrisches Signal, das Herzaktivität anzeigt. Die Elektrokardiographie ist der Prozess des Aufzeichnens der elektrischen Aktivität des Herzens über einen Zeitraum unter Verwendung von auf der Haut platzierten Elektroden. Diese Elektroden detektieren die winzigen elektrischen Änderungen auf der Haut, die von dem elektrophysiologischen Muster des Herzmuskels des Depolarisierens während jedes Herzschlags entstehen. Die Gesamtgröße des elektrischen Potenzials des Herzens wird aus mehreren verschiedenen Winkeln unter Verwendung von Leitungen gemessen, die an verschiedenen Orten auf dem menschlichen Körper platziert werden, und wird über einen Zeitraum (typischerweise 10 Sekunden) gemessen. Für einen geübten Krankenhausarzt übermittelt ein EKG eine große Menge an Informationen nicht nur über die Struktur des Herzens, sondern auch über die Funktion seines Stromleitungssystems.
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1 ist eine veranschaulichende Zeichnung, die EKG-Stromleitungen in Kontakt mit einem Patientenunterleib 102 und ein Funktionsblockdiagramm eines biometrischen überwachenden analogen Front-End (AFE) 104, gekoppelt zum Überwachen von auf den Leitungen empfangenen biometrischen Signalen, zeigt. Gemäß einigen Ausführungsformen überwacht das biometrische Überwachungssystem 104 EKG-Signale. Die Eingangsleitungen RA, LA, VI, V2 und LL werden zum Erfassen individueller EKG-Signale an verschiedenen Orten auf dem Unterleib 102 verwendet, mit denen mehrere Differenzkanalsignale erzeugt werden. Bei einigen Ausführungsformen beinhalten die Differenzkanalsignale Kanal 1=LA-RA, Kanal 2=LL-RA, Kanal 3=LA-LL, Kanal 4=V1-RA und Kanal 5=V2-RA. Eine RL-Leitung wird zum Erzwingen einer Gleichtaktspannung nahe an einem Referenzpegel verwendet, um einen maximalen Eingangsdynamikbereich zu erzielen. Das Überwachungssystem 104 enthält eine Multiplexierungsschaltungsanordnung 106, die jede Leitung an jeweilige Wandlerschaltungen 108 koppelt, die die analogen EKG-Signale in entsprechende digitale EKG-Versionen der Signale umwandeln. Das Überwachungssystem enthält eine digitale Schnittstellenschaltungsanordnung 110 zum Übertragen der digitalen EKG-Signale an eine nicht gezeigte Verarbeitungsschaltungsanordnung.
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2 ist ein veranschaulichendes Spannungs-Frequenz-Diagramm, bei dem eine y-Achse beispielhafte Spannungen eines EKG-Signals 202 und mehrere beispielhafte Störsignale darstellt und eine x-Achse einen Signalfrequenzbereich darstellt. Ein typisches EKG-Signal besitzt eine maximale Amplitude von +/-10 mV mit einem Frequenzgehalt zwischen 50 mHz und 150 Hz. Das beispielhafte EKG hat eine Amplitude von 20 mVpp. Die Elektroden-Haut-Schnittstelle wird durch eine Bioverzerrung, die von Kontaktpotenzial und Kontaktimpedanz herrührt, durch zahlreiche Störer beeinflusst. Die Polarisation der Elektrode-Haut-Schnittstelle kann ein Halbzellenpotenzial für eine nasse Ag/AgCl-Elektrode von etwa +/-300 mV entwickeln, das aufgrund von Bewegungsartefakten langsam driften kann. Ein Fehlabgleich bei Kontakt- und Filterimpedanz kann Gleichtaktstörer wie etwa 50/60 Hz-Leitungsfrequenz in einen Differenzstörer umwandeln. Implantierte Herzschrittmacher können kurze rechteckige Impulse mit Amplituden von bis zu 700 mV erzeugen, während der Stimulus für eine gewisse Atmungserfassung bis zu etwa 2 Vpp an der Elektrode betragen kann. Das EKG-Überwachungssystem 104 kann während Elektrochirurgie (ESIS) betätigt werden, die die Anwendung eines hochfrequenten elektrischen Antriebs mit abwechselnder Polarität (z.B. 200 V, 2 mHz), der zum Schneiden und Koagulieren von Gewebe verwendet wird, beinhaltet.
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3 ist ein veranschaulichender Schaltplan, der eine individuelle Analog-Digital-Wandlerschaltung 108 des biometrischen Überwachungssystems 104 von 1 darstellt. Der Wandler liefert bei niedriger Leistung eine hochpräzise Analog-Digital-Umwandlung. Beim Betrieb ist die Wandlerschaltung 108 gekoppelt zum Empfangen eines analogen Eingangssignals 402 auf einer Leitung 404, die an eine nicht gezeigte Leitungselektrode gekoppelt ist, und zum Liefern eines entsprechenden digitalen Ausgangssignals 406 auf einer Ausgangsleitung 408. Das analoge Eingangssignal enthält ein biometrisches Signal und ein Störsignal. Bei einigen Ausführungsformen besitzt das Störsignal eine größere Amplitude und einen niedrigeren Frequenzbereich als das biometrisches Signal.
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4 ist ein veranschaulichendes Spannungs-Frequenz-Diagramm, bei dem eine y-Achse ein beispielhaftes Eingangssignal 402 darstellt, das ein relevantes beispielhaftes biometrisches Signal 402-1 und ein beispielhaftes Störsignal enthält. Das biometrisches Signal 402-1 enthält ein EKG-Signal, und das Störsignal 402-2 enthält ein Fast-DC-Elektrodenoffset-Störsignal. Das beispielhafte EKG-Signal besitzt eine maximale Amplitude von 10 mV bei einem Frequenzgehalt zwischen 50 mHz und 150 Hz. Die EKG-Elektrodenleitungen entwickeln oftmals ein Ionenpotenzial an der Elektrode-Haut-Schnittstelle, das langsam driften kann (DC zu 50 mHz). Das beispielhafte Fast-DC-Offset-Störsignal besitzt einen Wert von +/-1 V von DC bis 50 mHz.
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Wieder unter Bezugnahme auf 3 entfernt bei einer Ausführungsform die Wandlerschaltung 108 das niederfrequente analoge Störkomponentensignal 402-2 von dem analogen Eingangssignal 402 und verstärkt das verbleibende analoge biometrische Komponentensignal 402-1, um eine verstärkte Version des analogen biometrischen Komponentensignals 410 zu erzeugen. Die Wandlerschaltung 108 wandelt das verstärkte analoge biometrische Komponentensignal 410 in die entsprechende digitale Ausgangssignal 406-Version des biometrischen Signals um. Insbesondere enthält die Wandlerschaltung 108 einen kapazitiven analogen Subranging-Front-End (AFE), der eine (durch gestrichelte Linien angezeigte) kapazitive Differenzschaltung 412 enthält, die einen ersten Eingangskondensator C1 und einen zweiten Rückkopplungskondensator C2 enthält. Die Schaltung 108 enthält einen kapazitiven Gain-Verstärker 413, der konfiguriert ist zum Verstärken des Differenzsignals proportional zu einem Verhältnis der Kondensatoren C3 und C1. Die Schaltung 108 enthält einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler (ΣΔ ADC) 415, der das digitale Ausgangssignal 406 liefert. Die Schaltung 108 enthält auch eine digitale Rückkopplungsschleife 430, die eine digitale Integriererschaltung 416 und einen digitalen überabgetasteten kapazitiven Digital-Analog-Wandler (DAW) 418 enthält.
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Die kapazitive Differenzschaltung 412 enthält den ersten Kondensator C1 und den zweiten Rückkopplungskondensator C2. Die kapazitive Differenzschaltung 412 ist konfiguriert zum Koppeln des analogen Eingangssignals 402 auf der Leitung 404 über den ersten Kondensator C1 zu einem Eingangsknoten 405 des kapazitiven Differenzverstärkers 409. Die kapazitive Differenzschaltung 412 ist weiterhin konfiguriert zum Koppeln eines analogen Rückkopplungssignals 420, das eine an den Rückkopplungskondensator C2 angelegte Ladung anzeigt, an den Eingangsknoten 405. Wie unten ausführlicher erläutert wird, ist der zweite Rückkopplungsverstärker C2 eine Komponente des digitalen überabgetasteten kapazitiven DAW 418.
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Der kapazitive Differenzverstärker 409 ist gekoppelt zum Empfangen eines analogen Differenzsignals 424 am Knoten 405, das eine Differenz zwischen dem analogen Eingangssignal 402 und dem analogen Rückkopplungssignal 420 proportional zu dem Verhältnis der Kondensatoren C1 und C2 darstellt, und zum Liefern des verstärkten analogen Differenzsignals 410 am Verstärkerausgangsknoten 413. Der kapazitive Differenzverstärker 409 enthält eine Verstärkerschaltung 411, die das Differenzsignal 424 proportional zum Verhältnis von C3 und C1 verstärkt. Bei einigen Ausführungsformen ist der kapazitive Gain-Verstärker 411 konfiguriert zum Zerhacken des Eingangssignals, des analogen Schleifenrückkopplungssignals und des verstärkten Differenzsignals bei einer Frequenz über der 1/f-Rauschecke, um 1/f-Rauschen des Verstärkers in dem relevanten Band des biometrischen Signals zu eliminieren. Der SD-ADW 415 ist gekoppelt zum Empfangen des verstärkten analogen Differenzsignals 410 und seines Umwandelns in das digitale Ausgangssignal 406. Der digitale Integrierer 416 ist gekoppelt zum Empfangen des digitalen Ausgangssignals 406 und zum Liefern eines digitalen Integrationssignals 428. Koeffizienten des digitalen Integrierers 416 können programmiert werden zum Verstellen der Bandbreite des digitalen Integrierers, der entsprechend auch die Bandbreite der Mischsignalrückkopplungsschleife verstellt. Der kapazitive DAW 418 ist gekoppelt zum Empfangen des digitalen Integrationssignals 410 und zum Umwandeln desselben in das analoge Rückkopplungssignal 420. Der Integrierer 416 führt eine Integrationsfunktion durch, um ein Integriererausgangssignal 428 derart zu erzeugen, dass der Schleifenverstärkungsfaktor der Rückkopplungsschleife bei niedriger Frequenz maximiert ist. Dies führt dazu, dass das Integriererausgangssignal 428 das Störsignal am Eingang 404 aufhebt, so dass das Eingangssignal des Integrierers 406 auf der Leitung 407 bei niedriger Frequenz minimiert ist.
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Der digitale Integrierer 416 ist konfiguriert, niederfrequente digitale Signale in einem Frequenzbereich des Störers, zum Beispiel ein Fast-DC-Elektrodenoffsetsignal, stärker zu verstärken als digitale Signale in dem höherfrequenten Bereich des biometrischen, zum Beispiel ein EKG-Signal in einer Ausführungsform. Infolgedessen erzeugt der digitale Integrierer 416 ein digitales Integrationssignal 428 auf der Leitung 429, das eine verstärkte digitale Version des niederfrequenten Störsignals darstellt.
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Der kapazitive DAW 418 wandelt das digitale Integrationssignal 428 um, um das analoge Rückkopplungssignal 420 auf der Rückkopplungsleitung 422 zu erzeugen, das als ein analoges Aufhebungssignal zum Aufheben des Störsignals von dem Eingangssignal 402 wirkt. Die kapazitive Differenzschaltung 412 erzeugt das Differenzsignal 424. Der niederfrequente Störsignalanteil des über den Kondensator C1 empfangenen Eingangssignals 402 und das auf der Leitung 422 über den Kondensator C2 empfangene Rückkopplungssignal 420 heben einander am Knoten 405 auf, um dadurch das Differenzsignal 424 am Knoten 405 zu erzeugen, das das biometrische Signal des Eingangssignals 402 mit entferntem Störsignal enthält.
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Das Entfernen des Störsignals mit größerer Stärke gestattet den Einsatz eines kapazitiven Differenzverstärkers 409 mit einem höheren Verstärkungsfaktor, was wiederum den Einsatz eines SD-ADW 415 mit niedrigerer Leistung und geringerer Bitauflösung ohne Verlust an Systemauflösungs- und Signal-Rauschverhältnis (SRV) -Anforderungen gestattet. Insbesondere kann der kapazitive Differenzverstärker 409 verwendet werden, um eine größere Verstärkung bereitzustellen, ohne den Bereich zu verlassen, da er zum Verstärken des Differenzkomponentensignals 424 mit geringerer Größe verwendet wird, das übrig bleibt, nachdem das Störsignal mit größerer Größe durch die kapazitive Differenzschaltung 412 entfernt worden ist. Infolgedessen kann ein SD-ADW 415 mit geringerer Bitauflösung, der weniger Leistung verbraucht, ohne Verlust an Genauigkeit des umgewandelten digitalen Signals 406 verwendet werden. Im Betrieb erzeugt die Differenzschaltung am Knoten 405 ein Spannungssignal 424, das eine Differenz zwischen einer Ladung in dem ersten (Eingangs-) Kondensator C1 und an den zweiten (analogen Schleifenrückkopplungs-) Kondensator C2 angelegt anzeigt. Die Verwendung der Kondensatoren C1, C2, um das Differenzsignal 424 auf der Basis des Eingangssignals 402 und des analogen Schleifenrückkopplungssignals 420 zu erzeugen, und die Verwendung des Verhältnisses C3/C1, um eine verstärkte Version des Differenzsignals 410 zu erzeugten, führt zu hoher Präzision. Insbesondere werden integrierte MiM-Kondensatoren, die für C1, C2 und C3 verwendet werden, auf Siliziumprozessen hergestellt, die zu hoher Präzision und Wiederholbarkeit passen. Weiterhin können Überabtastungs- und Sigma-Delta-Techniken an dem Cap-DAW verwendet werden, um Fehlabgleichsfehler zu einer höheren Frequenz wegzuformen, um hohe Linearität bei niedriger Frequenz zu erzielen.
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Der zweite (Schleifenrückkopplungs-) Kondensator C2 ist ein Array von Einheitskondensatoren, die den überabgetasteten kapazitiven SD-DAW 418 bilden. 5 ist ein veranschaulichender Schaltplan, der gewisse Komponenten des an den kapazitiven Differenzverstärker 409 gekoppelten SD-DAW 418 zeigt. Der SD-DAW 418 enthält ein Array 434 von Einheitskondensatoren Cdac1 bis Cdacn und Schaltern SW1 bis SWN, um individuelle Einheitskondensatoren des Arrays an einen eines ersten und zweiten Referenzwerts zu koppeln. Die Verstärkerschaltung 409 ist gekoppelt zum Empfangen des Eingangssignals 402 auf der Leitung 404 über einen Eingangskondensator C1 und zum Empfangen des Rückkopplungssignals 420 auf der Leitung 422 durch Wählen einer Kombination von Schaltern, so dass einige der SD-DAW-Array-Einheitskondensatoren Cdac1 bis CdacN am Refl angeschlossen sind und der Rest der SD-DAW-Arrayeinheitskondensatoren Cdac1 bis CdacN an Ref2 in dem Einheitskondensatorarray 434 angeschlossen ist. Die DAW-Einheitskondensatoren werden zum Erzeugen des analogen Rückkopplungssignals 420 aus dem digitalen Rückkopplungssignal 428 durch Wählen der Kondensatoren unter Verwendung von dynamischen Elementabgleichungs(DEM)-Techniken verwendet, um den Kondensatorfehlabgleich zwischen den Einheitskondensatoren Cdac1 bis CdacN in ein hochpassgeformtes Rauschen zu formen. Dies verhindert, dass ein Kapazitätsfehlabgleich die Linearität und die SRV-Leistung innerhalb des Frequenzbands des relevanten Signals 202 verschlechtert. Die Verwendung eines kapazitiven Rückkopplungs-DAW 418 gestattet die Verwendung von überabgetasteten Sigma-Delta-Techniken wie DEM, um eine hohe (z.B. 19 Bit) Linearität unter Verwendung von Kondensatoren zu erzielen, deren inhärenter Abgleich eine niedrigere (z.B. 8 Bit) Linearität ist. Die Linearitätsleistung des SD-DAW 418 beeinflusst die Systemlinearität und SRV-Leistung direkt. Somit wird durch die Verwendung eines kapazitiven Front-End in Verbindung mit einer Sigma-Delta-Rückkopplungsschleife ein Hochleistungs-Niedrigstrom-System erzielt.
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Es versteht sich, dass die Wandlerschaltung 108 einen kapazitiven Differenzverstärker 409 enthält, gekoppelt zum Liefern eines verstärkten Differenzsignals 410 an den SD-ADW 415, in dem der kapazitive Differenzverstärker 409 und der SD-ADW 415 selbst mit einer Rückkopplungsschaltung gekoppelt sind, die als eine Sigma-Delta-Rückkopplungsschleife wirkt. Insbesondere führt die digitale Integriererschaltung 416 eine „Sigma“ (-Integrierer) -Funktion durch. Die kapazitive Differenzschaltung 412 führt eine „Delta“ (-Differenz) -Funktion durch. Bei einer derartigen Sigma-Delta-Rückkopplungsschleife kann bei einigen Ausführungsformen die Bandbreite der Schleife maximiert werden, so dass sowohl das relevante Signal als auch das Interferenzsignal in dem Rückkopplungs-DAW 418 vorliegen. Das Eingangssignal 402 und das Rückkopplungssignal 420 heben einander auf, so dass der Verstärker 423 ein Differenzsignal verarbeitet, das nur das Quantisierungsrauschen der Sigma-Delta-Rückkopplungsschleife enthält. Dies gestattet das weitere Erhöhen des Verstärkungsfaktors und in Verbindung mit einem stromärmeren Sigma-Delta-ADW mit geringerer Auflösung das weitere Reduzieren der Systemleistung. Dies gestattet weiterhin den Betrieb des Differenzverstärkers von einer stromärmeren Versorgung, wodurch der Stromverbrauch des Systems weiter reduziert wird.
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6 ist ein veranschaulichender Schaltplan, der eine zweite Wandlerschaltung darstellt, die einen Quantisierer 604 gemäß einigen Ausführungsformen enthält. Eine digitale Summierungsschaltung 602 summiert digitale Eingangssignale mit einem spezifischen Verhältnis, die sie als Eingang unter Realisierung der Integrationsfunktion 416 empfängt. Es versteht sich, dass ein interner Koeffizienzwert der Summierungsschaltung 606 verstellt werden kann, um eine Bandbreite der Summierungsschaltung 606 zu konfigurieren und um dadurch die Bandbreite der Rückkopplungsschaltung 430 zu konfigurieren. Die digitale Summierungsschaltung 606 wird von der Quantisiererschaltung 604 gefolgt, um die Anzahl von Quantisierungsebenen des DAW 418 zu reduzieren. Unter Implementierung einer hohen Linearität ist der eine hohe Auflösung weisende DAW unter Verwendung von Einheitskondensatorelementen aufgrund von Größen- und Leistungsbeschränkungen ungeeignet. Dementsprechend wird bei einigen Ausführungsformen die Quantisiererschaltung 604 verwendet, um die Anzahl von Quantisierungsbits zu reduzieren, um die Verwendung eines DAW mit geringerer Auflösung und höherer Linearität zu ermöglichen.
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7 ist ein veranschaulichender Schaltplan, der eine dritte Wandlerschaltung darstellt, die einen digitalen Sigma-Delta-Quantisierer 740 erster Ordnung gemäß einigen Ausführungsformen enthält. Eine digitale Summierungsschaltung 742 empfängt ein digitales Signal 406 von dem SD-ADW 415 und liefert ein digitales Integrierersignal an den SD-Quantisierer 740. Wie oben erläutert, kann ein interner Koeffizienzwert der Summierungsschaltung 742 verstellt werden, um eine Bandbreite der Summierungsschaltung 742 zu konfigurieren und um dadurch die Bandbreite der Rückkopplungsschleife 430 zu konfigurieren. Der SD-Quantisierer 740 erster Ordnung wirkt nicht nur zum Quantisieren des digitalen Integrierersignals, sondern auch zum Formen des Quantisierungsrauschens weg von einem relevanten Band. Das Integrieren des SD-Quantisierers 740 erster Ordnung in die Sigma-Delta-Rückkopplungsschleife liefert ein Quantisierungsrauschen zweiter Ordnung, das an die Schleifenbandbreite angeformt ist, gefolgt von einer Rauschformung erster Ordnung. Dies minimiert weiterhin das Quantisierungsrauschen in dem relevanten Frequenzband. Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein Eingang des SD-DAW 729 als ein Ausgang des Wandlers 708 verwendet werden.
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Die obige Beschreibung wird vorgelegt, damit jeder Fachmann einen ADW mit kapazitiver Differenzschaltung und einer Mischsignal-Sigma-Delta-Rückkopplung herstellen und verwenden kann. Verschiedene Modifikationen an den Ausführungsformen ergeben sich dem Fachmann ohne Weiteres, und die hierin definierten generischen Prinzipien können auf andere Ausführungsformen und Applikationen angewendet werden, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann ein nicht gezeigter digitaler Differenzierer in der Schaltung von 3 anstelle des Integrierers 416 substituiert werden. Ein derartiger digitaler Differenzierer verstärkt höherfrequente Signale und kann deshalb zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals auf Leitung 422 verwendet werden, das einen höherfrequenten Störer aufhebt. Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen Wandler offenbaren, die als Eintakt-Schaltungen konfiguriert sind, können zudem beispielsweise die gleichen Prinzipien auf einen Wandler angewendet werden, der als eine Differenzialschaltung konfiguriert ist.
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Bei der vorausgegangenen Beschreibung werden zahlreiche Details zum Zweck der Erläuterung dargelegt. Der Durchschnittsfachmann erkennt jedoch, dass die Erfindung ohne den Einsatz dieser spezifischen Details praktiziert werden könnte. Bei anderen Fällen sind wohlbekannte Prozesse in Blockdiagrammform gezeigt, um die Beschreibung der Erfindung nicht mit unnötigem Detail unklar zu machen. Identische Referenzzahlen können verwendet werden, um verschiedene Ansichten des gleichen oder ähnlichen Gegenstands in verschiedenen Zeichnungen darzustellen. Somit sind die obige Beschreibung und Zeichnungen von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich veranschaulichend für die Prinzipien der Erfindung. Deshalb versteht sich, dass verschiedene Modifikationen an Ausführungsformen von dem Fachmann vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
