DE102019102132B4

DE102019102132B4 - Schaltung mit Kondensatoren und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE102019102132B4
Application number: DE102019102132.4A
Authority: DE
Inventors: Herwig Wappis; Peter Bogner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: US10916321B2; US20200243152A1; DE102019102132A1

Abstract

Eine Schaltung (10) und entsprechende Verfahren werden bereitgestellt. Eine Steuerung bewirkt, dass in einer ersten Betriebsphase ein erster Kondensator (12) mit einem Eingangsanschluss (11) verbunden wird, dass in einer zweiten Betriebsphase Ladung von dem ersten Kondensator (12) auf einen zweiten Kondensator (13) übertragen wird und dass in einer dritten Betriebsphase Ladung von dem zweiten Kondensator (13) zu einer Verarbeitungsschaltung (14) übertragen wird. Der Eingangsanschluss (11) und der zweite Kondensator (13) gehören verschiedenen Spannungsdomänen an.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Schaltungen mit Kondensatoren, beispielsweise Abtastschaltungen oder Abtast-Halte-Schaltungen, und entsprechende Verfahren.
HINTERGRUND
In manchen Anwendungen ist es wünschenswert, Eingangssignale mit relativ hoher Spannung abzutasten und dann mit Schaltungsteilen weiterzuverarbeiten, die für eine niedrigere Spannung ausgelegt sind und durch eine niedrigere Spannung versorgt werden. Beispielsweise können in manchen Automobilanwendungen derartige Eingangssignale Spannungen im Bereich 10 bis 40 V aufweisen, und sie werden dann durch Verarbeitungsschaltungen, beispielsweise Analog-Digital-Wandler, weiterverarbeitet, die mit einer Versorgungsspannung von 1,5 V betrieben werden und für diese ausgelegt sind. Diese Spannungswerte sind lediglich als ein Beispiel anzusehen.
Verschiedene Lösungen sind bekannt, welche beispielsweise resistive Teilerschaltungen aufweisen. Diese resistiven Teilerschaltungen benötigen häufig einen Puffer mit entsprechendem Flächenbedarf auf einem Chip. Andere Lösungen verwenden kapazitive Schaltungen bzw. auf Kondensatoren beruhende Abtastschaltungen, bei welchen in einer ersten Betriebsphase, auch als Abtastphase bezeichnet, ein Kondensator mit dem Eingangssignal verbunden wird und in einer zweiten Betriebsphase, auch als Umwandlungsphase bezeichnet, der Kondensator von dem Eingangssignal getrennt und die Ladung auf dem Kondensator weiterverarbeitet wird, beispielsweise mittels einer Analog-Digital-Wandlerschaltung in einen digitalen Wert umgewandelt wird. Zum wahlweise Verbinden des Eingangssignals mit dem Kondensator werden dabei häufig Transistoren verwendet, welche für die vergleichsweise hohe Spannung des Eingangssignals ausgelegt sind. Derartige Verfahren und Vorrichtungen zum Abtasten eines Eingangssignals sind beispielsweise aus der DE 10 2013 105 415 A1 bekannt, wozu ein weiterer Kondensator zum Einstellen eines Offsets verwendet wird.
Derartige Transistoren weisen häufig eine parasitäre Rückwärtsdiode, beispielsweise als sogenannte Body-Diode oder Bulk-Diode inhärent in der Struktur des Transistors vorhanden, auf. Bei vergleichsweise schnell variierendem Eingangssignal, beispielsweise durch das sogenannte „Ringing“, kann es vorkommen, dass in der zweiten Betriebsphase Ladung von dem Kondensator über diese parasitäre Rückwärtsdiode abfließt.
KURZFASSUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Schaltung bereitgestellt, die einen Signaleingang, einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator und eine Verarbeitungsschaltung umfasst. Die Schaltung umfasst weiterhin eine Steuerung, welche eingerichtet ist:

- in einer ersten Betriebsphase den ersten Kondensator mit dem Signaleingang zu verbinden,
- zu bewirken, dass in einer zweiten Betriebsphase Ladung von dem ersten Kondensator auf den zweiten Kondensator übertragen wird, und
- zu bewirken, dass in einer dritten Betriebsphase Ladung von dem zweiten Kondensator auf die Verarbeitungsschaltung übertragen wird. Der Signaleingang gehört dabei einer ersten Spannungsdomäne an, und der zweite Kondensator gehört einer zweiten Spannungsdomäne an. Die erste Spannungsdomäne ist unabhängig von der zweiten Spannungsdomäne.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Schaltung bereitgestellt, die einen Signaleingang zum Anlegen einer Spannung, einen Abtastkondensator, einen Haltekondensator, eine Messschaltung und eine Steuerschaltung umfasst. Die Steuerschaltung ist derart ausgestaltet, dass in einer Abtastphase der Abtastkondensator mit einer Spannung, die an dem Signaleingang angelegt ist, geladen wird, in einer Haltephase Ladung von dem Abtastkondensator auf den Haltekondensator umgeladen wird und in einer Umwandlungsphase Ladung von dem Haltekondensator auf die Messschaltung umgeladen wird. Der Signaleingang ist dabei einer ersten Spannungsdomäne zugeordnet, und der Haltekondensator ist einer zweiten Spannungsdomäne zugeordnet. Die erste Spannungsdomäne ist von der zweiten Spannungsdomäne entkoppelt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren bereitgestellt, umfassend:

Laden eines ersten Kondensators mit einer Eingangsspannung in einer ersten Betriebsphase,
Übertragen von Ladung von dem ersten Kondensator auf einen zweiten Kondensator in einer zweiten Betriebsphase, und
Übertragen von Ladung von dem zweiten Kondensator zu einer Verarbeitungsschaltung in einer dritten Betriebsphase. Die Eingangsspannung ist dabei einer anderen, unabhängigen Spannungsdomäne zugeordnet als der zweite Kondensator.

Die obige Kurzfassung gibt lediglich einen kurzen Überblick über manche Ausführungsbeispiele und ist nicht als einschränkend auszulegen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist ein Schaltungsdiagramm einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Zeitablaufs eines Betriebs der Schaltung der 3.
5 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Verfahren gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
6 zeigt ein Beispiel für einen Kondensator, wie er in Ausführungsbeispielen verwendbar ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen.
Neben den explizit dargestellten und beschriebenen Komponenten der Ausführungsbeispiele können weitere Komponenten, beispielsweise in herkömmlichen Abtastschaltungen verwendete Komponenten, bereitgestellt sein. Merkmale und Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden. Variationen und Abwandlungen, die für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden und werden daher nicht wiederholt beschrieben.
Verbindungen oder Kopplungen, die im Rahmen dieser Anmeldung beschrieben werden, sind elektrische Verbindungen oder Kopplungen, sofern nicht explizit etwas anderes angegeben ist. Derartige elektrische Verbindungen oder Kopplungen können modifiziert werden, solange die grundsätzliche Funktion der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise ein Übertragen einer Spannung, ein Übertragen eines Steuersignals oder ein Übertragen von Ladung, erhalten bleibt.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die Schaltung 10 der 1 weist einen Signaleingang 11, einen ersten Kondensator 12, einen zweiten Kondensator 13, eine Verarbeitungsschaltung 14 und eine Steuerung 15 auf. Der Begriff „Kondensator“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Anmeldung jegliche Einrichtung, welche eine Kapazität bereitstellt, um Ladung aufzunehmen, wie unten näher erläutert. Kondensatoren in diesem Sinne können beispielsweise durch einzelne diskrete Bauelemente, aber auch durch mehrere miteinander verschaltete Einzelkondensatoren, beispielsweise ein Array von Einzelkondensatoren, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren Bauelementen, gebildet sein.
Ein Beispiel für ein derartiges Array von Einzelkondensatoren, welches zur Implementierung des ersten Kondensators oder des zweiten Kondensators dienen kann, ist in 6 gezeigt. Hier sind mehrere Einzelkondensatoren 60A, 60B, 60C (in diesem Beispiel drei Einzelkondensatoren) parallel geschaltet, um eine entsprechende Kapazität des ersten Kondensators 12 oder des zweiten Kondensators 13 bereitzustellen. Auch andere Anordnungen sind möglich. So kann eine derartige Anordnung zusätzlich Schalter aufweisen, mit denen Einzelkapazitäten wahlweise aktivierbar und deaktivierbar sind. Auf diese Weise kann eine Kapazität des Kondensators eingestellt werden, beispielsweise zum Einstellen eines Kapazitätsverhältnisses zwischen dem ersten Kondensator 12 und dem zweiten Kondensator 13.
Als Beispiel kann der erste Kondensator 12 eine Kapazität zwischen 1 und 100fF ausweisen, beispielsweise etwa 10fF. Der zweite Kondensator 13 kann eine größere Kapazität aufweisen als der erste Kondensator 12, beispielsweise eine um einen Faktor zwischen 5 und 50 höhere Kapazität. Beispielsweise kann der zweite Kondensator 13 etwa eine um einen Faktor 25 höhere Kapazität als der erste Kondensator 12 aufweisen. Diese Zahlenwerte sind jedoch nur als Beispiel zu verstehen, und auch andere Werte sind möglich.
Im Betrieb der Schaltung 10 wird, wie nachfolgend näher erläutert werden wird, eine abzutastende Eingangsspannung an dem Signaleingang 11 angelegt. Ladung entsprechend dieser Eingangsspannung wird, wie nachfolgend näher erläutert, über den ersten Kondensator 12 und den zweiten Kondensator 13 zu der Verarbeitungsschaltung 14 übertragen, um dort weiterverarbeitet zu werden. Hierzu kann die Verarbeitungsschaltung 14 beispielsweise eine Analog-Digital-Wandlerschaltung umfassen, die einen Digitalwert ausgibt, der der Eingangsspannung entspricht.
Bei der Schaltung 10 ist der Eingangsanschluss 11 einer ersten Spannungsdomäne zugeordnet, und der zweite Kondensator 13, die Verarbeitungsschaltung 14 und die Steuerung 15 sind einer oder mehreren weiteren Spannungsdomänen zugeordnet. Eine Spannungsdomäne im Rahmen dieser Anmeldung bezeichnet einen Teil einer Schaltung, welcher für einen bestimmten Spannungsbereich ausgelegt ist und/oder von einer bestimmten Versorgungsspannung versorgt wird. „Ausgelegt“ bedeutet in diesem Fall beispielsweise, dass Bauelemente der jeweiligen Spannungsdomäne derart konstruiert sind, dass sie in dem jeweiligen Spannungsbereich der Spannungsdomäne funktional korrekt arbeiten.
Der erste Kondensator 12 kann dabei ebenfalls der ersten Spannungsdomäne des Signaleingangs 11 zugeordnet sein.
Die erste Spannungsdomäne, der der Spannungseingang 11 zugeordnet ist, kann dabei beispielsweise für einen höheren Spannungsbereich ausgelegt sein als die weiteren Spannungsdomänen. Das heißt Schaltungsteile, die in der ersten Spannungsdomäne liegen, sind derart dimensioniert, dass sie eine erste Maximalspannung tolerieren. Die erste Maximalspannung ist dabei betragsmäßig höher als die weiteren Maximalspannungen, für die diejenigen Schaltungsteile, die in den weiteren Spannungsdomänen liegen, ausgelegt sind. Beispielsweise können Eingangsspannungen mit einem maximalen Spannungspegel im Bereich über 10 V, beispielsweise bis zu 30 V, bis zu 120 V oder darüber, an den Eingangsanschluss 11 angelegt werden. Außerdem kann die erste Spannungsdomäne beispielsweise mit einer höheren Spannung versorgt werden als die weiteren Spannungsdomänen. Die weiteren Spannungsdomänen können dann bei niedrigeren Spannungen arbeiten und/oder mit niedrigeren Spannungen versorgt werden, beispielsweise 5,5 V, 3 V oder 1,5 V. Im Falle von negativen Spannungen bezüglich eines Bezugspotenzials gelten diese Ausführungen entsprechend. Die erste Spannungsdomäne weist somit betragsmäßig höhere Spannungen und/oder höhere Spannungsdifferenzen auf als die weiteren Spannungsdomänen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist nur eine weitere Spannungsdomäne vorhanden, der beispielsweise der zweite Kondensator 13, die Verarbeitungsschaltung 14 und die Steuerung 15 zugeordnet sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen können mehrere weitere Spannungsdomänen bereitgestellt sein. Beispielsweise kann der zweite Kondensator 13 einer zweiten Spannungsdomäne angehören und beispielsweise für Spannungen bis 5,5 V ausgelegt sein, während die Verarbeitungsschaltung 14 bei einer dritten Spannungsdomäne zugeordnet ist, die beispielsweise mit einer Versorgungsspannung von 1,5 V arbeitet.
Die Spannungsdomänen sind dabei beispielsweise durch die Kondensatoren 12, 13 voneinander entkoppelt, in diesem Fall kapazitiv entkoppelt, und somit voneinander unabhängig bzw. voneinander isoliert. In einer Ausführungsform besitzen die unabhängigen Spannungsdomänen ein gemeinsames Bezugspotential bzw. eine gemeinsame Bezugsspannung, beispielsweise Masse. In einer anderen Ausführungsform besitzen die unabhängigen Spannungsdomänen kein gemeinsames Bezugspotenzial oder keine gemeinsame Bezugsspannung. Zwischen den einzelnen Spannungsdomänen können große Spannungsunterschiede auftreten. Die obigen Spannungswerte dienen dabei lediglich als veranschaulichendes Beispiel, und es sind auch andere Spannungswerte möglich.
Die Steuerung 15 steuert den Betrieb der Schaltung 10, wie im Folgenden beschrieben. Hierzu kann die Steuerung 15 einen oder mehrere Schalter sowie eine oder mehrere Komponenten zum Steuern des Betriebs der Schalter aufweisen. Derartige Komponenten können beispielsweise einen Microcontroller, eine Logikschaltung, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA)oder Kombinationen hiervon enthalten. Schalter können beispielsweise durch Transistoren, wie Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT), gebildet sein.
Die Steuerung des Betriebs der Schaltung 10 durch die Steuerung 15 ist in 1 durch Pfeile 19 angedeutet.
In einer ersten Betriebsphase, welche auch als Abtastphase bezeichnet wird, wird, wie durch einen Pfeil 16 angedeutet, der Signaleingang 11 mit dem ersten Kondensator 12 verbunden, sodass der erste Kondensator 12 entsprechend der Eingangsspannung an dem Signaleingang 11 geladen wird. In einer zweiten Betriebsphase wird, wie durch einen Pfeil 17 angedeutet, Ladung von dem ersten Kondensator 12 auf den zweiten Kondensator 13 übertragen. Diese zweite Betriebsphase kann auch als Haltephase oder Zwischenphase bezeichnet werden. Entsprechend kann der erste Kondensator 12 auch als Abtastkondensator und der zweite Kondensator 13 als Haltekondensator bezeichnet werden. Die zweite Betriebsphase schließt sich bei Ausführungsbeispielen unmittelbar an die erste Betriebsphase an und/oder kann mit dieser überlappen.
In einer dritten Betriebsphase (Umwandlungsphase), die durch einen Pfeil 18 in 1 angedeutet ist, wird dann Ladung von dem zweiten Kondensator 13 zur weiteren Verarbeitung auf die Verarbeitungsschaltung 14 übertragen, beispielsweise zur Analog-Digital-Wandlung. Diese dritte Betriebsphase wird auch als Umwandlungsphase bezeichnet. Die zweite Betriebsphase kann dabei relativ lang sein, so dass die dritte Betriebsphase zeitlich beabstandet zu der ersten Betriebsphase durchgeführt werden kann. Somit kann die Verarbeitung durch die Verarbeitungsschaltung 14 bei manchen Ausführungsbeispielen zeitlich getrennt von der ersten Betriebsphase und somit einem Abtastzeitpunkt erfolgen. Die Länge der zweiten Betriebsphase ist dabei im Wesentlichen durch Leckströme begrenzt, die zu Verlust von Ladung des zweiten Kondensators 13 führen können. Je nach Implementierung sind beispielsweise Zeitdauern der zweiten Betriebsphase bis zu 100µs oder bis zu 1ms möglich.
Die Betriebsphasen können dann wiederholt werden, wobei hier ein im Wesentlichen beliebiger zeitlicher Abstand zu einer nächsten Durchführung der Betriebsphasen möglich ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Verarbeitungsschaltung einen dritten Kondensator 110 aufweisen, auf die in der dritten Betriebsphase Ladung von dem zweiten Kondensator 27 übertragen wird. Auch der dritte Kondensator ist ein Kondensator in dem oben erläuterten Sinn, d.h. allgemein eine Einrichtung, die eine Kapazität bereitstellt, und kann aus mehreren Einzelkondensatoren aufgebaut sein und beispielsweise ein Kondensator-Array sein, wie dies oben unter Bezugnahme auf 6 erläutert wurde.
Durch die Übertragung der Ladung von dem ersten Kondensator 12 auf den zweiten Kondensator 13 wird die Ladung gleichsam „sichergestellt“. Hierdurch kann bei manchen Ausführungsbeispielen vermieden werden, dass bei einer Änderung der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss 11 Ladung wieder abfließen kann und somit das Ergebnis verfälscht, beispielsweise durch Abfluss über eine parasitäre Rückwärtsdiode wie eingangs beschrieben.
Die 2 zeigt eine Schaltung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schaltung 20 zeigt beispielsweise mögliche schaltungstechnische Realisierungen von verschiedenen, unter Bezugnahme auf die in 1 erläuterten Komponenten.
Die Schaltung 20 weist einen Eingangsanschluss 21 auf, welcher zum Anlegen einer Eingangsspannung HVain als Eingangssignal dient. Die Eingangsspannung HVain kann eine relativ hohe Spannung sein, wie bereits unter Bezugnahme auf die 1 erläutert. Der Eingangsanschluss 21 ist einer ersten Spannungsdomäne zugeordnet.
Die Schaltung 20 weist weiterhin einen ersten Kondensator 26 und einen zweiten Kondensator 27 auf, deren Funktion dem ersten Kondensator 12 und dem zweiten Kondensator 13 der 1 entspricht, wie im Folgenden näher erläutert werden wird. Die Kondensatoren 26, 27 sind in 2 als einzelne Kondensatoren dargestellt, sie können jedoch auch durch Anordnungen von mehreren Kondensatoren, wie bereits unter Bezugnahme auf die 6 erläutert, implementiert sein.
Ein erster Anschluss des ersten Kondensators 26 ist über einen Schalter 23 mit dem Signaleingang 21 und über einen Schalter 25 mit Masse verbunden. Statt Masse kann auch ein anderes Bezugspotenzial verwendet werden. Die Schalter 23 und 25 sowie der erste Kondensator 26 sind für die Spannung HVain, die wie erläutert eine vergleichsweise hohe Spannung sein kann, ausgelegt. In dem dargestellten Beispiel sind die Schalter 23 und 25 wie dargestellt jeweils als Transistoren implementiert. Die Transistoren weisen dabei, wie dargestellt, jeweils eine parasitäre Rückwärtsdiode, beispielsweise eine Body-Diode oder Bulk-Diode, auf. Derartige parasitäre Rückwärtsdioden sind häufig bei Transistoren vorhanden, die für vergleichsweise hohe Spannungen ausgelegt sind.
Die Schalter 23, 25 werden von einem Steuersignal s von einer Steuerkomponente (in 2 nicht dargestellt, vgl. die Erläuterungen zur Steuerung 15 der 1) derart gesteuert, dass, wenn der Schalter 23 geschlossen ist, d.h. der entsprechende Transistor leitend zwischen Source und Drain ist, der Schalter 25 sperrt und umgekehrt. Das Steuersignal s kann dabei von einer Steuerkomponente erzeugt werden, die einer Spannungsdomäne mit einer relativ niedrigen Spannung angehört. Um die Transistoren der Schalter 23, 25 schalten zu können, können daher Pegelwandler (Engl.: level shifter) 22, 24 bereitgestellt sein. Der Pegelwandler 22 kann dabei beispielsweise als Ladungspumpe ausgestaltet sein, um basierend auf dem Signal s eine relativ hohe Spannung zu erzeugen, um den Transistor des Schalters 23 zu öffnen und zu schließen.
Ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators 26 ist mit einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 27 und über einen Schalter 28 mit einer positiven Spannung V_CM verbunden. Die positive Spannung V_CM ist beispielsweise die Gleichtaktspannung (common mode voltage) einer weiter unten beschriebenen Verarbeitungsschaltung und wird von dieser zur Verfügung gestellt. Statt dieser Gleichtaktspannung kann bei anderen Ausführungsbeispielen auch eine Versorgungspannung einer Spannungsdomäne, der der Schalter 28 und der zweite Kondensator 27 sowie gegebenenfalls weiter unten erläuterte weitere Schalter 29 und 210 angehören, verwendet werden.
Ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators 27 ist über einen Wechselschalter 29 wahlweise mit Masse oder einer Zwischenspannung Vint verbindbar. Die Spannung Vint ist größer als Masse und kann beispielsweise eine Versorgungsspannung eines nachfolgenden Analog-Digital-Wandlers, von dem Komponenten 211, 212 angedeutet sind, sein. Je höher die Spannung Vint gewählt ist, desto kleiner kann Cint dimensioniert sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann der Wechselschalter 29 auch weggelassen sein und der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 27 fest mit Masse verbunden sein. In diesem Fall ist bei Ausführungsbeispielen ein Kapazitätswert des zweiten Kondensators 27 relativ groß. Statt des Wechselschalters 29 können auch zwei getrennte Schalter bereitgestellt sein, die alternierend geöffnet und geschlossen sind. Kapazitätswerte des ersten Kondensators 26 und des zweiten Kondensators 27 können wie oben für die Kondensatoren 12, 13 der 1 erläutert gewählt sein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Der zweite Anschluss des ersten Kondensators 26 und der erste Anschluss des zweiten Kondensators 27 sind über einen Schalter 210 mit einer Verarbeitungsschaltung verbunden, die in diesem Fall als Analog-Digital-Wandler mit sukzessiver Approximation (SAR-ADC; Successive Approximation Register-Analog-to-Digital-Converter) mit einem Digital-Analog-Wandler 212, dem eine Referenzspannung Vref zugeführt wird, und einem Verstärker 211 angedeutet ist. Auch andere Arten von Analog-Digital-Wandlern oder andere Verarbeitungsschaltungen, beispielsweise Messschaltungen, die eine zugeführte Ladung messen und einen Wert der Ladung ausgeben, können implementiert sein. Die Schalter 28, 29 und 210 können als entsprechende Transistoren implementiert sein. Da die Schalter 28, 29 und 210 für niedrigere Spannungen ausgelegt sein können als die Schalter 23, 25, können hier symmetrische Transistoren ohne parasitäre Rücklaufdiode, die für niedrigere Spannungen ausgelegt sind, verwendet werden.
In der 2 kann der Digital-Analog-Wandler 211, 212 einer dritten Spannungsdomäne zugeordnet sein, die beispielsweise mit einer niedrigeren Spannung arbeiten kann als die zweite Spannungsdomäne. Er kann aber auch einer zweiten Spannungsdomäne, der auch der zweite Kondensator 27 und die Schalter 28, 29 und 210 zugeordnet sind, zugeordnet sein. Wenn eine zweite und eine dritte Spannungsdomäne vorhanden sind, können diese beide eine niedrigere Spannung aufweisen als die erste Spannungsdomäne, der der Eingangsanschluss 21, die Transistoren 23 und 25, die Pegelwandler 22 und 24 sowie der erste Kondensator 26 zugeordnet sind. Der erste Kondensator 26 stellt dabei eine dielektrische Trennung zwischen der ersten Spannungsdomäne und der zweiten Spannungsdomäne bereit.
Als Nächstes wird der Betrieb der Schaltung 20 der 2 erläutert.
Die Schaltung der 2 wird in drei Betriebsphasen betrieben. Eine erste Betriebsphase, auch als Abtastphase bezeichnet, ist mit ϕ_s bezeichnet, eine zweite Betriebsphase, auch als Haltephase oder Zwischenphase bezeichnet, ist mit ϕ_i bezeichnet, und eine dritte Betriebsphase, auch als Umwandlungsphase bezeichnet, ist mit ϕ_c bezeichnet. In 2 sind die Schalter jeweils mit den Betriebsphasen ϕ_s, ϕ_i, ϕ_c markiert, in denen sie geschlossen sind. Dies gilt für den Fall, dass die Eingangsspannung HVain größer als das Bezugspotenzial (Masse in 2) ist. Änderungen, die sich bei negativen Eingangsspannungen (HVain kleiner als das Bezugspotenzial) ergeben, werden weiter unten erläutert.
In der ersten Betriebsphase sind der Schalter 23 und der Schalter 28 geschlossen, und der Wechselschalter 29 verbindet den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators 27 mit Masse. Somit ist der erste Kondensator 26 über den Transistor 23 mit dem Eingangsanschluss 21 verbunden und wird entsprechend der Spannung HVain geladen. Der Schalter 25 und der Schalter 210 sind in der ersten Betriebsphase geöffnet.
Zu Beginn der zweiten Betriebsphase (Haltephase) wird der Schalter 28 geöffnet, was die Gesamtladung auf den Kondensatoren 26, 27 (abgesehen von Leckeffekten) fixiert und somit den Abtastzeitpunkt definiert. Unmittelbar danach werden der Schalter 23 geöffnet und der Schalter 25 geschlossen, sodass der erste Anschluss des ersten Kondensators 26 mit Masse verbunden ist. Die zweite Betriebsphase schließt sich bei Ausführungsbeispielen unmittelbar an die erste Betriebsphase an. Der Schalter 210 bleibt geöffnet, und der Wechselschalter 29 verbindet den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators 27 mit der Spannung Vint. In dieser zweiten Betriebsphase wird die Ladung von dem ersten Kondensator 26 auf den zweiten Kondensator 27 übertragen. Dies stellt die Ladung gleichsam sicher. Wenn nun die Spannung HVain abfällt, kann die so auf dem zweiten Kondensator 27 sichergestellte Ladung auch bei niedrigen Spannungen HVain nicht über die parasitäre Rückwärtsdiode des Transistors des Schalters 23 abfließen. Somit kann die nun folgende dritte Betriebsphase auch zeitlich beabstandet zu der ersten Betriebsphase stattfinden, indem die zweite Betriebsphase entsprechend lange dauert, ohne dass eine schwankende, beispielsweise fallende, Spannung HVain ein Ergebnis der folgenden Analog-Digital-Wandlung verfälscht.
In der dritten Betriebsphase wird zunächst der Schalter 210 geschlossen. Der Schalter 23 und der Schalter 28 bleiben geöffnet, und der Transistor 25 bleibt geschlossen. Der Wechselschalter 29 verbindet den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators 27 mit Masse.. Hierdurch wird über den Schalter 210 die Ladung von dem zweiten Kondensator 27 zu dem Analog-Digital-Wandler 211, 212 übertragen, wobei durch die Verbindung des zweiten Anschlusses des zweiten Kondensators mit Masse sichergestellt wird, dass die Ladung bezüglich des korrekten Bezugspotenzials übertragen wird. Die Ladung kann dann durch den Analog-Digital-Wandler 211, 212 beispielsweise in einen digitalen Wert umgewandelt werden. Der Digital-Analog-Wandler 212 kann beispielsweise ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler mit einem Kondensator-Array sein, und in der dritten Betriebsphase wird beim Schließen des Schalters 210 Ladung von dem zweiten Kondensator 27 auf das Kondensator-Array des Digital-Analog-Wandlers 212 übertragen.
In dem Fall, in dem die Spannung HVain eine negative Spannung bezogen auf das Bezugspotenzial (z.B. Masse) ist, sind die Stellungen des Wechselschalters 29 bei manchen Ausführungsbeispielen umgekehrt wie oben für eine positive Spannung HVain erläutert. In diesem Fall verbindet der Schalter 29 also in der zweiten Betriebsphase den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators 27 mit Masse und in der ersten und dritten Betriebsphase mit der Spannung Vint.
Ebenso sind in diesem Fall auch die Schalter 23, 25 und die Pegelwandler 22, 24 an den negativen Eingangsspannungsbereich anzupassen, sodass die parasitären Rückwärtsdioden in Sperrrichtung gepolt sind und die Gate-Ansteuerung der Transistoren der Schalter 23, 25 potentialrichtig erfolgt.
Zu bemerken ist, dass die in 2 dargestellte Schaltung lediglich ein Beispiel darstellt. So können statt der dargestellten PMOS-Transistoren auch NMOS-Transistoren verwendet werden. Zudem können manche der dargestellten Schalter auch durch Widerstände ersetzt werden. So kann beispielsweise der Schalter 23 durch einen Widerstand ersetzt werden und der Schalter 25 mittels eines NMOS-Transistors implementiert werden. Eine solche Lösung benötigt weniger Chipfläche, führt aber zu einem höheren Stromverbrauch auf Grund von Querströmen über den Widerstand.
Eine zeitliche Beabstandung der dritten Betriebsphase von der ersten Betriebsphase wie oben erwähnt kann beispielsweise in Fällen verwendet werden, in dem ein Eingangssignal zeitlich versetzt von mehreren Schaltungsteilen abgetastet wird und dann in einer gemeinsamen Verarbeitungsschaltung verarbeitet wird. Dies kann dann verwendet werden, wenn eine höhere Abtastrate benötigt wird als ein HV-Eingangsschalter (z.B. der Schalter 23 in 2) dies bewerkstelligen könnte. Dies wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 3 erläutert.
Die 3 zeigt eine Schaltung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schaltung 30 weist einen Signaleingang 31 zum Empfangen einer Eingangsspannung HVain auf. Diese Eingangsspannung wird zwei Abtast-Halte-Schaltungen 32A, 32B zugeführt, welche jeweils einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator, die wie unter Bezugnahme auf die 1 oder 2 erläutert betrieben werden können, aufweisen, sodass in einer ersten Betriebsphase der jeweilige erste Kondensator mit der Spannung HVain geladen wird und in einer zweiten Betriebsphase die Ladung dann auf den jeweiligen zweiten Kondensator umgeladen wird.
In der dritten Betriebsphase wird dann für die erste Abtast-Halte-Schaltung 32A durch Schließen eines Schalters 33A die Ladung von dem zweiten Kondensator zu einer Verarbeitungsschaltung 34 übertragen, und für die zweite Abtast-Halte-Schaltung 32B durch Schließen eines Schalters 33B zu der Verarbeitungsschaltung 34 übertragen. Die Schalter 33A, 33B können dabei hinsichtlich ihrer Funktion dem Schalter 210 der 2 entsprechen. Die Verarbeitungsschaltung 35 kann, wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert, beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler oder eine andere Messschaltung sein.
Es ist zu bemerken, dass die Anzahl von zwei Abtast-Halte-Schaltungen 32A, 32B in 3 nur ein Beispiel ist, und auch mehr als zwei derartige Schaltungen bereitgestellt werden können, um ein Abtasten zu zeitlich versetzten Abtastzeitpunkten zu ermöglich.
Ein Beispiel für einen Zeitablauf der drei Betriebsphasen in der Schaltung 30 ist in 4 dargestellt, wobei wie in 2 die Bezeichnungen ϕ_s, ϕ_i und ϕ_c verwendet werden.
Für die erste Abtast-Halte-Schaltung 32A sind die ersten Betriebsphasen mit dem Bezugszeichen 40 (40A und 40B), die zweiten Betriebsphasen mit dem Bezugszeichen 41 (41A und 41B) und die dritten Betriebsphasen mit dem Bezugszeichen 42 (42A und 42B)gekennzeichnet. Für die zweite Abtast-Halte-Schaltung 32B sind die ersten Betriebsphase mit dem Bezugszeichen 43 (43A, 43B, 43C), die zweiten Betriebsphasen mit dem Bezugszeichen 44 (44A, 44B), und die dritten Betriebsphasen mit dem Bezugszeichen 45 (45A, 45B) gekennzeichnet. Pfeile 46 (46A, 46B) zeigen die Abtastzeitpunkte der ersten Abtast-Halte-Schaltung 32A, und Pfeile 47 (47A, 47B) zeigen die Abtastzeitpunkte der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 32B.
Wie ersichtlich, folgen die zweiten Betriebsphasen jeweils unmittelbar nach den jeweiligen ersten Betriebsphasen, und die jeweiligen dritten Betriebsphasen folgen auf die jeweiligen zweiten Betriebsphasen. Die dritten Betriebsphasen erfolgen hierdurch zeitlich beabstandet zu den jeweiligen ersten Betriebsphasen. Dies ermöglicht ein Abtasten der Spannung HVain in kurzen Zeitabständen (z.B. zu den Abtastzeitpunkten 43A und 43B), während die Verarbeitung in der Verarbeitungsschaltung 34 dann zeitlich unabhängig von der Wahl der Abtastzeitpunkte später erfolgen kann, wobei ein maximaler zeitlicher Abstand zwischen der jeweiligen ersten Betriebsphase und der jeweiligen zweiten Betriebsphase entsprechend der Länge der jeweils dazwischen liegenden dritten Betriebsphase im Wesentlichen durch Ladungsverlust durch Leckströme wie unter Bezugnahme auf 1 erläutert begrenzt ist. Durch die Verwendung des zweiten Kondensators kann dabei bei manchen Ausführungsbeispielen, wie bereits oben erläutert, sichergestellt werden, dass bei einer Änderung, beispielsweise einem Absinken, der Spannung HVain keine Ladung verlorengeht, was das Ergebnis verfälschen würde. Die Längen der jeweiligen ersten Abtastphasen sind nicht begrenzt und können je nach Bedarf gewählt werden.
Während in dem Beispiel der 4 die Abtastzeitpunkte entsprechend den Pfeilen 46, 47 der Abtast-Halte-Schaltungen 32A, 32B zeitlich versetzt liegen, können diese auch für beide Abtast-Halte-Schaltungen gleichzeitig liegen. Durch unterschiedliche Längen der zweiten Betriebsphasen 41, 44 in beiden Abtast-Halte-Schaltungen 32A, 32B können die dritten Betriebsphasen 42, 45 dann zeitlich versetzt zu einander liegen und somit die Verarbeitung in derselben Verarbeitungsschaltung 34 durchgeführt werden. Dabei können die Abtast-Halte-Schaltungen 32A, 32B auch gleichzeitig verschiedene Spannungen abtasten, zum Beispiel indem jede der Abtast-Halte-Schaltungen 32A, 32B mit einem eigenen Eingangsanschluss verbunden ist. Dies kann bei der Messung von Spannungsdifferenzen zu einer hohen Genauigkeit führen, da ein Offset der Verarbeitungsschaltung 34, die für beide Abtast-Halte-Schaltungen 32A, 32B verwendet wird, bei einer Differenzbildung herausgerechnet wird.
In den obigen Ausführungsbeispielen wurden einpolige (singleended) Implementierungen dargestellt. Eine differenzielle Implementierung ist ebenso möglich. In diesem Fall ist ein differenzieller Eingang mit zwei Eingangsanschlüssen bereitgestellt, und die unter Bezugnahme auf die 1 und 2 diskutierten Schaltungen mit erstem Kondensator und zweitem Kondensator werden gleichsam verdoppelt, d.h. für beide Eingangsanschlüsse separat bereitgestellt.
In 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Veranschaulichung von Verfahren gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele dargestellt. Das Verfahren der 5 kann mithilfe der unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 diskutierten Schaltungen durchgeführt werden, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird jedoch das Verfahren der 5 unter Bezugnahme auf die vorherige Beschreibung der 1 bis 4 erläutert werden, und die verschiedenen Varianten, die für die Schaltungen der 1 bis 3 diskutiert wurden, sind in entsprechender Weise auch bei dem Verfahren der 5 einsetzbar und werden daher nicht explizit nochmals erläutert.
Bei 50 wird in einer ersten Betriebsphase ein erster Kondensator (beispielsweise der erste Kondensator 12 der 1 oder der erste Kondensator 26 der 2) mit einer Eingangsspannung vorgeladen.
Bei 51 wird dann in einer zweiten Betriebsphase Ladung von dem ersten Kondensator zu einem zweiten Kondensator übertragen. Der zweite Kondensator gehört dabei einer anderen Spannungsdomäne an als der erste Kondensator. Der zweite Kondensator kann beispielsweise der Kondensator 13 der 1 oder der Kondensator 27 der 2 sein.
Bei 52 wird Ladung von dem zweiten Kondensator in einer dritten Betriebsphase zu einer Verarbeitungsschaltung (beispielsweise die Verarbeitungsschaltung 14 der 1 oder der Analog-Digital-Wandler 211, 212 der 2) übertragen. Dieses Übertragen kann beispielsweise zu einem dritten Kondensator der Verarbeitungsschaltung, beispielsweise den Kondensator 110 der 1 oder ein Kondensator-Array des Digital-Analog-Wandlers 212 der 2, geschehen.
Die zweite Betriebsphase bei 51 kann dabei unmittelbar auf die erste Betriebsphase bei 50 folgen, während die dritte Betriebsphase bei 52 durch die zweite Betriebsphase bei 51 von der ersten Betriebsphase bei 50 einen zeitlichem Abstand aufweist. Die ersten Betriebsphasen bei 50 können so auch, wie unter Bezugnahme auf 4 erläutert, zeitlich versetzt in verschiedenen Abtast-Halte-Schaltungen mit jeweiligem ersten Kondensator und zweiten Kondensator durchgeführt werden, und die jeweiligen dritten Betriebsphasen können dann hiervon durch die zweiten Betriebsphasen zeitlich beabstandet durchgeführt werden.
Einige Ausführungsbeispiele werden durch die folgenden Beispiele definiert:

Beispiel 1. Schaltung, umfassend:
- einen Signaleingang,
- einen ersten Kondensator,
- einen zweiten Kondensator,
- eine Verarbeitungsschaltung, und
- eine Steuerung, welche eingerichtet ist:
  - - in einer ersten Betriebsphase den ersten Kondensator mit dem Signaleingang zu verbinden,
  - - zu bewirken, dass in einer zweiten Betriebsphase Ladung von dem ersten Kondensator auf den zweiten Kondensator übertragen wird, und
  - - zu bewirken, dass in einer dritten Betriebsphase Ladung von dem zweiten Kondensator auf die Verarbeitungsschaltung übertragen wird,
wobei der Signaleingang einer ersten Spannungsdomäne angehört und der zweite Kondensator einer zweiten Spannungsdomäne angehört, wobei die erste Spannungsdomäne unabhängig von der zweiten Spannungsdomäne ist.
Beispiel 2. Schaltung nach Beispiel 1, wobei die erste Spannungsdomäne betragsmäßig höhere Spannungen und/oder höhere Spannungsdifferenzen aufweist als die zweite Spannungsdomäne.
Beispiel 3. Schaltung nach Beispiel 1 oder 2, wobei die Verarbeitungsschaltung der zweiten Spannungsdomäne zugeordnet ist.
Beispiel 4. Schaltung nach Beispiel 1 oder 2, wobei die Verarbeitungsschaltung einer dritten Spannungsdomäne zugeordnet ist, welche von der ersten Spannungsdomäne unabhängig ist und betragsmäßig niedrigere Spannungen und/oder niedrigere Spannungsdifferenzen aufweist als die erste Spannungsdomäne.
Beispiel 5. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 4, wobei die Steuerung einen ersten Schalter zwischen dem Signaleingang und einem ersten Anschluss des ersten Kondensators und einen zweiten Schalter zwischen dem ersten Anschluss des ersten Kondensators und einem Bezugspotenzial umfasst, wobei die Steuerung eingerichtet ist, den ersten Schalter in der ersten Betriebsphase zu schließen und in der zweiten und dritten Betriebsphase zu öffnen und den zweiten Schalter in der ersten Betriebsphase zu öffnen und in der zweiten und dritten Betriebsphase zu schließen.
Beispiel 6. Schaltung nach Beispiel 5, wobei der erste Schalter und der zweite Schalter der ersten Spannungsdomäne zugeordnet sind.
Beispiel 7. Schaltung nach Beispiel 5 oder 6, wobei der erste Schalter und/oder der zweite Schalter einen Transistor mit einer parasitären Rückwärtsdiode umfasst.
Beispiel 8. Schaltung nach einem der Beispiele 5 bis 7, wobei die Steuerung einen dritten Schalter zwischen dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators und einer Gleichtaktspannung umfasst, wobei die Steuerung eingerichtet ist, den dritten Schalter in der ersten Betriebsphase zu schließen und in der zweiten und dritten Betriebsphase zu öffnen.
Beispiel 9. Schaltung nach einem der Beispiele 5 bis 8, wobei ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators mit einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden ist. Beispiel 10. Schaltung nach Beispiel 9, wobei die Steuerung einen vierten Schalter umfasst, der zwischen dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators und der Verarbeitungsschaltung angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist, den vierten Schalter in der dritten Betriebsphase zu schließen und in der ersten und zweiten Betriebsphase zu öffnen.
Beispiel 11. Schaltung nach einem der Beispiele 9 oder 10, wobei die Steuerung eingerichtet ist, einen zweiten Anschluss des zweiten Kondensators in der ersten und dritten Betriebsphase mit dem Bezugspotenzial zu verbinden und in der zweiten Betriebsphase mit einem weiteren Bezugspotenzial zu verbinden, das größer ist als das Bezugspotenzial.
Beispiel 12. Schaltung nach einem der Beispiele 9 oder 10, wobei die Steuerung eingerichtet ist, den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators in der zweiten Betriebsphase/Haltephase mit dem Bezugspotenzial und in der ersten und dritten Betriebsphase mit einem weiteren Bezugspotenzial, das größer ist als das Bezugspotenzial, zu verbinden.
Beispiel 13. Schaltung nach einem der Beispiele 11 oder 12, wobei das weitere Bezugspotenzial eine Versorgungsspannung der Verarbeitungsschaltung ist.
Beispiel 14. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 13, wobei die Verarbeitungsschaltung einen dritten Kondensator umfasst, wobei die Steuerung eingerichtet ist, in der dritten Betriebsphase Ladung von dem zweiten Kondensator auf den dritten Kondensator zu übertragen.
Beispiel 15. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 14, wobei der erste Kondensator, der zweite Kondensator und/oder der dritte Kondensator mehrere Einzelkondensatoren umfasst. Beispiel 16. Schaltung, umfassend:
- einen Signaleingang zum Anlegen einer Spannung (HVain),
- einen Abtastkondensator,
- einen Haltekondensator),
- eine Messschaltung, und
- eine Steuerschaltung, die derart ausgestaltet ist, dass
  - in einer Abtastphase der Abtastkondensator mit der Spannung, die an dem Signaleingang angelegt ist, geladen wird,
  - in einer Haltephase Ladung von dem Abtastkondensator auf den Haltekondensator umgeladen wird, und
  - in einer Umwandlungsphase Ladung von dem Haltekondensator auf die Messschaltung umgeladen wird,
  - wobei der Signaleingang einer ersten Spannungsdomäne zugeordnet ist,
  - wobei der Haltekondensator einer zweiten Spannungsdomäne zugeordnet ist, und
  - wobei die erste Spannungsdomäne von der zweiten Spannungsdomäne entkoppelt ist.
Beispiel 17. Schaltung nach Beispiel 16, wobei die Schaltung einen der ersten Spannungsdomäne zugeordneten Transistor mit einer parasitären Rückwärtsdiode umfasst, wobei die Steuerschaltung eingerichtet ist, den Transistor zum Laden des Abtastkondensators zu schließen.
Beispiel 18. Schaltung nach Beispiel 16 oder 17, wobei der zweite Kondensator, die Verarbeitungsschaltung und/oder die Steuerschaltung für eine betragsmäßig niedrigere Spannung ausgelegt sind als der Signaleingang.
Beispiel 19. Verfahren, umfassend:
- Laden eines ersten Kondensators mit einer Eingangsspannung (HVain) in einer ersten Betriebsphase,
- Übertragen von Ladung von dem ersten Kondensator auf einen zweiten Kondensator in einer zweiten Betriebsphase, und
- Übertragen von Ladung von dem zweiten Kondensator zu einer Verarbeitungsschaltung in einer dritten Betriebsphase,
- wobei die Eingangsspannung (HVain) einer ersten Spannungsdomäne zugeordnet ist und der zweite Kondensator einer von der ersten Spannungsdomäne unabhängigen zweiten Spannungsdomäne zugeordnet ist.
Beispiel 20. Verfahren nach Beispiel 19, wobei das Übertragen der Ladung von dem zweiten Kondensator zu der Verarbeitungsschaltung ein Laden eines dritten Kondensators der Verarbeitungsschaltung umfasst.
Beispiel 21. Verfahren nach Beispiel 19 oder 20, weiter umfassend Laden eines weiteren ersten Kondensators mit der Eingangsspannung oder einer weiteren Eingangsspannung in einer weiteren ersten Betriebsphase und Übertragen von Ladung von dem weiteren ersten Kondensator zu einem weiteren zweiten Kondensator in einer weiteren zweiten Betriebsphase.

Claims

Schaltung (10; 20; 30), umfassend: einen Signaleingang (11), einen ersten Kondensator (12; 26), einen zweiten Kondensator (13; 27), eine Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212; 34), und eine Steuerung (15), welche eingerichtet ist: - in einer ersten Betriebsphase (ϕ_s; 40) den ersten Kondensator (12; 26) mit dem Signaleingang (11) zu verbinden, - zu bewirken, dass in einer zweiten Betriebsphase (ϕ_i; 41) Ladung von dem ersten Kondensator (12; 26) auf den zweiten Kondensator (13; 27) übertragen wird, und - zu bewirken, dass in einer dritten Betriebsphase (ϕ_c; 42) Ladung von dem zweiten Kondensator (13; 27) auf die Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212; 34) übertragen wird, wobei der Signaleingang (11) einer ersten Spannungsdomäne angehört und der zweite Kondensator (13; 27) einer zweiten Spannungsdomäne angehört, wobei die erste Spannungsdomäne unabhängig von der zweiten Spannungsdomäne ist.
Schaltung (10; 20; 30) nach Anspruch 1, wobei die erste Spannungsdomäne betragsmäßig höhere Spannungen und/oder höhere Spannungsdifferenzen aufweist als die zweite Spannungsdomäne.
Schaltung (10; 20; 30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212; 34) der zweiten Spannungsdomäne zugeordnet ist.
Schaltung (10; 20; 30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212; 34) einer dritten Spannungsdomäne zugeordnet ist, welche von der ersten Spannungsdomäne unabhängig ist und betragsmäßig niedrigere Spannungen und/oder niedrigere Spannungsdifferenzen aufweist als die erste Spannungsdomäne.
Schaltung (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerung (15) einen ersten Schalter (23) zwischen dem Signaleingang (11; 21; 31) und einem ersten Anschluss des ersten Kondensators (12; 26) und einen zweiten Schalter (25) zwischen dem ersten Anschluss des ersten Kondensators (12; 26) und einem Bezugspotenzial umfasst, wobei die Steuerung (15) eingerichtet ist, den ersten Schalter (23) in der ersten Betriebsphase (ϕ_s; 40) zu schließen und in der zweiten und dritten Betriebsphase zu öffnen und den zweiten Schalter (25) in der ersten Betriebsphase (ϕ_s; 40) zu öffnen und in der zweiten und dritten Betriebsphase zu schließen.
Schaltung (10; 20; 30) nach Anspruch 5, wobei der erste Schalter (23) und der zweite Schalter (25) der ersten Spannungsdomäne zugeordnet sind.
Schaltung (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Steuerung (15) einen dritten Schalter (28) zwischen dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators und einer Gleichtaktspannung (V_CM) umfasst, wobei die Steuerung (15) eingerichtet ist, den dritten Schalter (28) in der ersten Betriebsphase (ϕ_s; 40) zu schließen und in der zweiten und dritten Betriebsphase (ϕ_c; 42) zu öffnen.
Schaltung (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators (12; 26) mit einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators (13; 27) verbunden ist.
Schaltung (10; 20; 30) nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (15) einen vierten Schalter (210; 33A, 33B) umfasst, der zwischen dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators (13; 27) und der Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212; 34) angeordnet ist, wobei die Steuerung (15) eingerichtet ist, den vierten Schalter (210) in der dritten Betriebsphase (ϕ_c; 42) zu schließen und in der ersten und zweiten Betriebsphase zu öffnen.
Schaltung (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Steuerung (15) eingerichtet ist, einen zweiten Anschluss des zweiten Kondensators (27) in der ersten und dritten Betriebsphase mit dem Bezugspotenzial zu verbinden und in der zweiten Betriebsphase(ϕ_i; 41) mit einem weiteren Bezugspotenzial (V_int) zu verbinden, das größer ist als das Bezugspotenzial.
Schaltung (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Steuerung (15) eingerichtet ist, den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators (27) in der zweiten Betriebsphase (ϕ_i; 41) mit dem Bezugspotenzial und in der ersten und dritten Betriebsphase mit einem weiteren Bezugspotenzial (V_int), das größer ist als das Bezugspotenzial, zu verbinden.
Schaltung (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das weitere Bezugspotenzial (Vint) eine Versorgungsspannung der Verarbeitungsschaltung (14; 21, 212; 34) ist.
Schaltung (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Verarbeitungsschaltung (14) einen dritten Kondensator (110) umfasst, wobei die Steuerung (15) eingerichtet ist, in der dritten Betriebsphase (ϕ_c; 42) Ladung von dem zweiten Kondensator (13; 27) auf den dritten Kondensator (110) zu übertragen.
Schaltung (10; 20; 30) nach Anspruch 13, wobei der erste Kondensator (12; 26), der zweite Kondensator (13; 27) und/oder der dritte Kondensator (110) mehrere Einzelkondensatoren (60A bis 60C) umfasst.
Schaltung, umfassend: einen Signaleingang (11; 21; 31) zum Anlegen einer Spannung (HVain), einen Abtastkondensator (12; 26), einen Haltekondensator (13; 27), eine Messschaltung (14; 211, 212; 34), und eine Steuerschaltung (15), die derart ausgestaltet ist, dass in einer Abtastphase der Abtastkondensator (12; 26) mit der Spannung, die an dem Signaleingang (11; 21; 31) angelegt ist, geladen wird, in einer Haltephase Ladung von dem Abtastkondensator (12; 26) auf den Haltekondensator (13; 27) umgeladen wird, und in einer Umwandlungsphase Ladung von dem Haltekondensator (13; 27) auf die Messschaltung (14; 211, 212; 34) umgeladen wird, wobei der Signaleingang (11; 21; 31) einer ersten Spannungsdomäne zugeordnet ist, wobei der Haltekondensator (13; 27) einer zweiten Spannungsdomäne zugeordnet ist, und wobei die erste Spannungsdomäne von der zweiten Spannungsdomäne entkoppelt ist.
Schaltung (10; 20; 30) nach Anspruch 15, wobei die Schaltung einen der ersten Spannungsdomäne zugeordneten Transistor (23) mit einer parasitären Rückwärtsdiode umfasst, wobei die Steuerschaltung (15) eingerichtet ist, den Transistor (23) zum Laden des Abtastkondensators (12; 26) zu schließen.
Schaltung (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei der zweite Kondensator (13; 26), die Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212) und/oder die Steuerschaltung (15) für eine betragsmäßig niedrigere Spannung ausgelegt sind als der Signaleingang (11; 21; 31).
Verfahren, umfassend: Laden eines ersten Kondensators (12; 26) mit einer Eingangsspannung (HVain) in einer ersten Betriebsphase (ϕ_s; 40), Übertragen von Ladung von dem ersten Kondensator (12; 26) auf einen zweiten Kondensator (13; 27) in einer zweiten Betriebsphase (ϕ_i; 41), und Übertragen von Ladung von dem zweiten Kondensator (13; 27) zu einer Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212; 34) in einer dritten Betriebsphase (ϕ_c; 42), wobei die Eingangsspannung (HVain) einer ersten Spannungsdomäne zugeordnet ist und der zweite Kondensator einer von der ersten Spannungsdomäne unabhängigen zweiten Spannungsdomäne zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Übertragen der Ladung von dem zweiten Kondensator (13; 27) zu der Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212; 34) ein Laden eines dritten Kondensators (110) der Verarbeitungsschaltung (14; 211, 212; 34) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, weiter umfassend Laden eines weiteren ersten Kondensators mit der Eingangsspannung (HVain) oder einer weiteren Eingangsspannung in einer weiteren ersten Betriebsphase (43) und Übertragen von Ladung von dem weiteren ersten Kondensator zu einem weiteren zweiten Kondensator in einer weiteren zweiten Betriebsphase (44).