DE10220577C1 - Abtast-Halte-Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Abtast-Halte-Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Abtast-Halte-Vorrichtung wird über einen steuerbaren Abtastschalter (2) ein Haltekondensator (1) mit einer Eingangsspannung (V-IN) beaufschlagt. Zur Verbesserung des Übertragungsverhaltens des Abtastschalters (2) wird dieser von einem Stellsignal einer Regelung beaufschlagt, die den Durchgangswiderstand eines Spiegelschalters 3 mit im Wesentlichen gleichen Eigenschaften wie der Abtastschalter (2) auf einen Sollwert hin regelt, wobei der Spiegelschalter (3) den gleichen Betriebsbedingungen wie der Abtastschalter (2) ausgesetzt ist. Um Verzerrungen der Abtast-Halte-Vorrichtung zu verringern, kann in den Ansteuerpfad, der das Stellsignal zu den Steuereingängen des Abtastschalters (2) bzw. des Spiegelschalters (3) leitet, ein Spannungshebekondensator (5) eingeschleift werden, der mit einer Hilfsspannung (V¶H¶) zuvor geladen worden ist. Weiterhin kann das Übertragungsverhalten der Abtast-Halte-Vorrichtung mit Hilfe einer Kompensationsschaltung verbessert werden, mit der eine Offsetspannung der Regelung, die insbesondere von einem Operationsverstärker (4) gebildet wird, kompensiert wird. Die Kompensationsschaltung umfasst einen Kompensationskondensator (11), der in einer ersten Beschaltung mit einer Kompensationsspannung geladen wird, die der Offsetspannung des Regelverstärkers (4) entspricht, und in einer zweiten Beschaltung, die in der Abtastphase der Abtast-Halte-Vorrichtung eingestellt wird, in einen zu einem Eingang des Regelverstärkers (4) führenden ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtast-Halte- Vorrichtung für ein elektrisches Eingangsspannungssignal mit einem Haltekondensator, einem steuerbaren Abtastschalter, mit dem der Haltekondensator mit der Eingangsspannung beauf­ schlagt werden kann, und einer Regelvorrichtung, die den Durchgangswiderstand eines Spiegelschalters mit zumindest im Wesentlichen gleichen elektrischen Eigenschaften wie der Ab­ tastschalter erfassen und auf einen Sollwert regeln kann, wo­ bei der Spiegelschalter und der Abtastschalter parallel ange­ steuert werden. Bei angenommenem gleichen Verhalten des Ab­ tastschalters und des Spiegelschalters wird dadurch im Ergeb­ nis eine Regelung des Durchgangswiderstands des Abtastschal­ ters erreicht.

Abtast-Halte-Vorrichtungen dienen allgemein zum Umsetzen ei­ ner zeitkontinuierlichen Spannung in eine zeitdiskrete Span­ nung. Dazu wird der Haltekondensator steuerbar mit der zeit­ kontinuierlichen Spannung beaufschlagt, wobei zum Halten der Spannung zu einem bestimmten Zeitpunkt die Verbindung zwi­ schen der Eingangsspannung und dem Haltekondensator unterbro­ chen wird bzw. der Abtastschalter gesperrt wird. Im Abtastbe­ trieb wird eine möglichst gute elektrische Verbindung zwi­ schen der Eingangsspannung und dem Haltekondensator ange­ strebt, damit die an dem Haltekondensator anliegende Spannung möglichst verzögerungsfrei der Eingangsspannung folgen kann. Da der Abtastschalter zwischen der veränderlichen Eingangs­ spannung und dem Haltekondensator geschaltet ist, dessen Spannung ebenfalls veränderlich ist, wird der Abtastschalter nicht unter konstanten Betriebsbedingungen und insbesondere mit wechselnden Spannungsbereichen betrieben, so dass sich nachteiligerweise Verzerrungen bei der Umsetzung der zeitkon­ tinuierlichen Eingangsspannung in die zeitdiskrete Ausgangs­ spannung ergeben, die am Haltekondensator anliegt.

Zur Vermeidung dieser Verzerrung ist es durch "A 64 MHz SD- ADC with 105 dB IM3 Distortion using a Linearized Replica Net­ work; IEEE International Solid State Circuits Conference" be­ kannt, einen zusätzlichen Spiegelschalter einzuführen, der im Wesentlichen die gleichen elektrischen Eigenschaften wie der Abtastschalter aufweist, und diesen Spiegelschalter an einem Ende der Steuerstrecke mit der Eingangsspannung zu beauf­ schlagen, damit dieser den im Wesentlichen gleichen Span­ nungsbedingungen ausgesetzt ist. Dabei wird der Durchgangswi­ derstand des Spiegelschalters mittels einer Messbrücke er­ fasst und durch Ansteuern eines Steuereingangs des Spiegel­ schalters auf einen Sollwert hin geregelt. Der Steuereingang des Spiegelschalters ist mit dem Steuereingang des Abtast­ schalters verbunden, so dass dieser parallel dazu angesteuert wird und bei einem Gleichlauf der beiden im Ergebnis eine Re­ gelung des Durchgangswiderstands auch des Abtastschalters er­ reicht wird.

Eine derartige Abtast-Halte-Vorrichtung besitzt jedoch zahl­ reiche Nachteile. Zum einen wirkt sich ein Offset der Regel­ vorrichtung, der in aller Regel vorhanden ist, nachteilig auf die Regelung des Durchgangswiderstands der beiden Schalter aus, so dass die Verzerrung der Ausgangsspannung ansteigt. Weiterhin ist der Ausgangsspannungsbereich der Regelvorrich­ tung begrenzt, so dass zur Ansteuerung der Schalter nur eine begrenzte Spannung zur Verfügung steht. Insbesondere bei ho­ hen Eingangsspannungen führt dies dazu, dass zum Ansteuern der beiden Schalter nur noch eine sehr geringe Spannung zur Verfügung steht, so dass diese nicht mehr wie erforderlich durchgesteuert werden können und entweder die Verzerrungen ansteigen und/oder der nutzbare Spannungsbereich verringert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtast-Halte-Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Betreiben ei­ ner Abtast-Halte-Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine ge­ ringe Verzerrung bei der Umwandlung einer zeitkontinuierli­ chen Spannung in eine zeitdiskrete Spannung erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Abtast-Halte- Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 bzw. 13 ge­ löst.

Durch die Verwendung eines Spannungshebekondensators wird die Regelvorrichtung in die Lage versetzt, die beiden Schalter mit einer höheren Spannung anzusteuern, ohne dass innerhalb der Schaltung eine höhere Spannung vorgesehen sein muss. Die Betriebsspannung der Abtast-Halte-Vorrichtung kann unverän­ dert bleiben, so dass ohne zusätzlichen Aufwand zur Verände­ rung der Stromversorgung Verzerrungen aufgrund eines unzurei­ chenden Stellbereichs zur Regelung des geregelten Abtast­ schalters vermieden oder zumindest verringert werden können. Zur Bereitstellung der zusätzlichen Ansteuerspannung mittels des Spannungshebekondensators muss dieser in bestimmten Be­ triebsphasen mit der Hilfsspannung beaufschlagt werden. Dies geschieht vorteilhafterweise dann, wenn sich die Abtast- Halte-Vorrichtung in der Haltephase befindet, in der der Ab­ tastschalter ohnehin nicht durchgesteuert wird. Zum Beauf­ schlagen mit der Hilfsspannung wird der Spannungshebekonden­ sator mittels Schalter aus dem Spannungspfad zwischen der Re­ gelvorrichtung und den beiden Schaltern herausgelöst und mit­ tels weiterer Schalter mit der Hilfsspannung verbunden.

Vorteilhafterweise können sämtliche Schalter mittels eines einzigen Steuersignals angesteuert werden, mit dem das Um­ schalten vom Abtastbetrieb in den Haltebetrieb erfolgt. Im Abtastbetrieb ist der Spannungshebekondensator von der Hilfs­ spannung getrennt und in den Spannungspfad zwischen der Re­ gelvorrichtung und den beiden Schaltern eingeschleift, wohin­ gegen im Haltebetrieb der Spannungshebekondensator aus dem Pfad zwischen der Regelvorrichtung und den beiden Schaltern herausgelöst und von einer Hilfsspannung beaufschlagt wird, wobei gleichzeitig zum Sperren des Abtastschalters dessen Steuereingang auf eine den Abtastschalter sperrende Spannung gelegt wird. Im Falle eines NMOS-Feldeffekttransistors oder npn-Transistors würde dessen Steuereingang in der Haltephase nach Masse geschaltet werden.

Weiterhin werden Verzerrungen der abzutastenden Spannung durch die Kompensation einer Offsetspannung der Regelvorrich­ tung vermieden oder zumindest verringert. Die Offsetkompensa­ tion erfolgt mit einem Kompensationskondensator, der im Re­ gelbetrieb, in dem die Regelvorrichtung den Durchgangswider­ stand des Spiegelschalters bzw. des Abtastschalters regelt, in einen zu einem Eingang der Regelvorrichtung führenden Spannungspfad eingeschleift ist. Zur Kompensation der Offset­ spannung der Regelvorrichtung muss der Kompensationskondensa­ tor zuvor mit einer Kompensationsspannung geladen worden sein. Die Kompensationsspannung entspricht vorteilhafterweise dem Betrag nach der Offsetspannung der Regelvorrichtung und besitzt das umgekehrte Vorzeichen, so dass die am Kompensati­ onskondensator anliegende Spannung zusammen mit der in Serie geschalteten Offsetspannung der Regelvorrichtung Null ergibt.

Vorteilhafterweise wird als Regelvorrichtung ein Differenz­ verstärker bzw. ein Operationsverstärker mit einem invertie­ renden Eingang und einem nicht-invertierenden Eingang verwen­ det. Wenn bei einer derartigen Regelvorrichtung im Lernbe­ trieb der invertierende Eingang mit dem Ausgang verbunden wird, und der nicht-invertierende Eingang auf einen definier­ ten Spannungspegel gebracht wird, liegt zwischen dem nicht- invertierenden Eingang und dem Ausgang die Offsetspannung an, so dass der Kompensationskondensator nur zwischen den nicht- invertierenden Eingang und den invertierenden Eingang bzw. den Ausgang geschaltet werden muss, um ihn mit der Kompensa­ tionsspannung zu beaufschlagen bzw. zu laden. Der nicht- invertierende Eingang der Regelvorrichtung kann dabei so ge­ schaltet bleiben wie es im Regelbetrieb der Fall ist. Vor­ teilhafterweise wird der Kompensationskondensator in der Hal­ tephase der Abtast-Halte-Vorrichtung mit der Kompensations­ spannung geladen. Somit können auch die Schalter zum Beauf­ schlagen des Kompensationskondensators mit der Kompensations­ spannung bzw. zum Herstellen der für den normalen Regelbe­ trieb erforderlichen Schaltung der Regelvorrichtung unter Einschleifen des Kompensationskondensators in Abhängigkeit des Steuersignals gesteuert werden, mit dem zwischen Abtast­ betrieb und Haltebetrieb umgeschaltet wird. Der Kompensati­ onskondensator wird dabei während des Haltebetriebs, in dem keine Regelung des Durchgangswiderstands der beiden Schalter erfolgt, mit der Kompensationsspannung beaufschlagt, wobei die Regelvorrichtung entsprechend verschaltet sein muss.

Die Erfassung des Durchgangswiderstands des Spiegelschalters kann vorteilhafterweise mit einer Messbrücke erfolgen, in der eine Serienschaltung aus zwei ohmschen Widerständen und eine zweite Serienschaltung aus dem Spiegelschalter und einem ohm­ schen Widerstand von der gleichen Spannung beaufschlagt wer­ den und die an den Knotenpunkten der beiden Serienschaltungen anliegende Diagonalspannung von der Regelvorrichtung erfasst wird. Dazu können die Knotenpunkte der beiden Serienschaltun­ gen mit einem invertierenden bzw. einem nicht-invertierenden Eingang der Regelschaltung verbunden sein, die insbesondere ein Operationsverstärker ist. Vorteilhafterweise wird die Wi­ derstandsbrücke von der Eingangsspannung beaufschlagt, wobei der Spiegelschalter mit einem Ende seiner zu steuernden Stre­ cke direkt von der Eingangsspannung beaufschlagt wird, so dass sich ein vergleichbarer Betrieb zum Abtastschalter er­ gibt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun­ gen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Abtast-Halte-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Abtast-Halte-Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Abtast-Halte-Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Abtast-Halte-Vorrichtung gemäß einem ers­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darge­ stellt. Die dargestellte Abtast-Halte-Vorrichtung dient zur Umwandlung einer zeitkontinuierlichen Eingangsspannung V-IN in eine zeitdiskrete Ausgangsspannung V-OUT. Dazu wird ein Haltekondensator 1, an dem die Ausgangsspannung V-OUT an­ liegt, über einen Feldeffekttransistor als Abtastschalter 2 mit der Eingangsspannung V-IN beaufschlagt. In einem Abtast­ betrieb ist der Abtastschalter 2 durchgesteuert, so dass die am Haltekondensator 1 anliegende Spannung der Eingangsspan­ nung V-IN folgt, wohingegen in einem Haltebetrieb der Abtast­ schalter 2 gesperrt ist, so dass die zuletzt bei leitendem Abtastschalter 2 sich am Haltekondensator 1 eingestellte Spannung konstant bleibt. Aufgrund des nie zu vernachlässi­ genden Durchgangswiderstands des Abtastschalters 2 in der Ab­ tastphase können sich jedoch nachteiligerweise Verzerrungen der Ausgangsspannung V-OUT ergeben. Diese werden insbesondere durch einen nicht-gleichbleibenden Durchgangswiderstand des Abtastschalters 2 im durchgesteuerten Zustand verursacht. Da der Abtastschalter 2 mit seiner zu steuernden Strecke zwi­ schen Eingangsspannung und Ausgangsspannung liegt, die beide stark veränderlich sind, befindet sich der Abtastschalter 2 in wechselnden Spannungsbereichen. Da der Durchgangswider­ stand des Abtastschalters 2 durch eine Spannungsdifferenz zwischen einem Steuereingang des Abtastschalters 2 und der an einem Ende der zu steuernden Strecke anliegenden Spannung be­ stimmt wird, würde sich bei konstanter Spannung am Steuerein­ gang des Abtastschalters 2 und wechselnder Eingangsspannung V-IN ein wechselnder Durchgangswiderstand des Abtastschalters 2 und damit eine Verzerrung des Ausgangsspannung V-OUT erge­ ben.

Um dies zu verhindern, ist dem Abtastschalter 2 eine Einrich­ tung zum Regeln dessen Durchgangswiderstands im Abtastbetrieb zugeordnet. Diese Einrichtung wird von einem Operationsver­ stärker 4 zusammen mit einer Widerstandsbrücke 6 mit einem Spiegelschalter 3 gebildet. Der Spiegelschalter 3 besitzt zu­ mindest im Wesentlichen die gleichen elektrischen Eigenschaf­ ten wie der Abtastschalter 2, wobei insbesondere dessen Durchgangswiderstand bei gleicher Ansteuerung dem Durchgangs­ widerstand des Abtastschalters 2 entspricht. Durch Skalieren der Transistorabmessungen des Abtastschalters 2 und des Spie­ gelschalters 3 können auch beliebige Widerstandsverhältnisse eingestellt werden. Der Spiegelschalter 3 ist zusammen mit drei ohmschen Widerständen 6 zu einer Messbrücke geschaltet, die am oberen Ende von der Eingangsspannungssignal V-IN be­ aufschlagt wird und am untere Ende mit Masse verbunden ist. Dabei ist der Spiegelschalter 3 so angeordnet, dass er an ei­ nem Ende der zu steuernden Strecke direkt von der Eingangs­ spannung V-IN beaufschlagt wird.

Die Knotenpunkte der beiden die Brücke bildenden Serienschal­ tungen sind mit dem nicht-invertierenden bzw. dem invertie­ renden Eingang des Operationsverstärkers 4 verbunden, wobei der Knotenpunkt zwischen den beiden ohmschen Widerständen der links dargestellten Serienschaltung der Brückenschaltung mit dem nicht-invertierenden Eingang und der Knotenpunkt zwischen dem dritten ohmschen Widerstand 6 und dem Spiegelschalter 3 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 4 kann über zweite Schalter 8 bzw. Schalter einer zweiten Schalter­ gruppe und einen Spannungshebekondensator 5 mit den Steuer­ eingängen des Abtastschalters und des Spiegelschalters 3 ver­ bunden werden. In diesem Fall steuert der Operationsverstär­ ker 4 über dem Spannungshebekondensator 5 die Steuereingänge des Abtastschalters 2 und insbesondere des Spiegelschalters 3 derart an, dass die Diagonalspannung der Widerstandsbrücke zu Null wird. Dies bedeutet, dass der Durchgangswiderstand des Spiegelschalters 3 sich wie ein ohmscher Widerstand verhält. Da der Abtastschalter 2 parallel dazu angesteuert wird und mit seinem oberen Ende der steuerbaren Strecke ebenfalls von der Eingangsspannungssignal V-IN beaufschlagt wird, stellt sich für den Durchgangswiderstand des Abtastschalters 2 der gleiche Wert wie für den Spiegelschalter 3 ein, sofern sein elektrisches Verhalten dem des Spiegelschalters 3 entspricht.

Der Spannungshebekondensator 5 kann bei geöffneten zweiten Schaltern 8 mittels erster Schalter 7 bzw. Schalter einer ersten Schaltergruppe 7 mit einer Hilfsspannung beaufschlagt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dazu mit den ersten Schaltern 7 ein Anschluss des Spannungshebekonden­ sators 5 auf Masse und der andere auf eine Hilfsspannung VH geschaltet. Sobald nun die ersten Schalter 7 am Spannungshe­ bekondensator 5 wieder geöffnet und die zweiten Schalter 8 geschlossen werden, liegt an den Steuereingängen des Abtast­ schalters 2 bzw. des Spiegelschalters 3 die um die Hilfsspan­ nung VH erhöhte Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 4 an.

Auf diese Weise kann der Abtastschalter 2 und der Spiegel­ schalter 3 mit einer wesentlich höheren Spannung angesteuert werden, als es ansonsten die verwendete Betriebsspannung der Abtast-Halte-Vorrichtung und insbesondere des Operationsver­ stärkers 4 ermöglichen würde. Daraus ergibt sich vorteil­ hafterweise ein höherer Aussteuerbereich für die Eingangs­ spannung V-IN und eine geringere Verzerrung für die Ausgangs­ spannung -V-OUT, da zur Regelung des Durchgangswiderstands des Abtastschalters 2 bzw. des Spiegelschalters 3 eine höhere Spannung zur Verfügung steht. Zusammen mit den ersten Schal­ tern 7 am Spannungshebekondensator 5 wird ein weiterer erster Schalter 7 zwischen dem Steuereingang des Abtastschalters 2 und Masse geschlossen, so dass der Schalter 2 sperrt. Im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel werden die ersten Schalter 7 in der Haltephase und die zweiten Schalter 8 in der Abtastphase geschlossen.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung dargestellt, bei dem das Übertragungsverhalten der Abtast-Halte-Vorrichtung zusätzlich durch eine Offsetkom­ pensation des Operationsverstärkers 4 verbessert wird. Dazu weist die Abtast-Halte-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausfüh­ rungsform zusätzlich zu der Abtast-Halte-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zwei dritte Schalter 9 bzw. Schal­ ter einer dritten Schaltergruppe 9, einen vierten Schalter 10 und einen Kompensationskondensator 11 auf. Mit Hilfe der dritten Schalter 9 und des vierten Schalters 10 kann der Kom­ pensationskondensator 11 mit einer Korrekturspannung geladen werden, mit dei eine Offsetspannung des Operationsverstärkers 4 kompensiert werden kann, wenn der Kompensationskondensator 11 in einen zu einem Eingang des Operationsverstärkers 4 füh­ renden Spannungspfads eingeschleift ist. In diesem Fall liegt der Kompensationskondensator 11 in Reihe mit einer einem Ein­ gang des Operationsverstärkers 4 zuzuordnenden Offsetspan­ nung, so dass diese vollständig kompensiert werden kann.

Dazu kann mit einem dritten Schalter 9 der Ausgang des Opera­ tionsverstärkers 4 mit dem invertierenden Eingang verbunden werden. Der Kompensationskondensator 11 ist mit einem Ende mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4 und mit dem anderen Ende mit dem zweiten dritten Schalter 9 und dem vierten Schalter 10 verbunden, die einen Umschalter bilden. Mit Hilfe des zweiten dritten Schalters 9 und des vierten Schalters 10 kann der andere Anschluss des Kompensa­ tionskondensators 11 entweder mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4 oder mit dem Knotenpunkt einer Serienschaltung der Widerstandsbrücke verbunden werden.

Um nun den Kompensationskondensator 11 mit der Kompensations­ spannung zu laden, werden die dritten Schalter 9 geschlossen und der vierte Schalter 10 geöffnet. In dieser Beschaltung bildet der Operationsverstärker 4 einen Spannungsfolger, des­ sen Spannungseingang der nicht-invertierende Eingang des Ope­ rationsverstärkers ist und auf einer definierten Spannung liegt. Eine gegebenenfalls vorhandene Offsetspannung des Ope­ rationsverstärkers 4 liegt in dieser Beschaltung zwischen seinen beiden Eingängen und somit auch am Kompensationskon­ densator 11 an, so dass dieser mit einer Kompensationsspan­ nung geladen wird, die der Offsetspannung des Operationsver­ stärkers 4 entspricht.

Im Regelbetrieb werden nun die dritten Schalter 9 geöffnet und der vierte Schalter 10 geschlossen. In dieser Beschaltung ist der Operationsverstärker 4 als von der Diagonalspannung der Widerstandsbrücke 6, 3 beaufschlagter Differenzverstärker geschaltet und regelt, wie zuvor beschrieben, den Durchgangs­ widerstand des Spiegelschalters 3. Zusätzlich ist jedoch der Kompensationskondensator 11 in den Spannungspfad einge­ schleift, der zum invertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers 4 führt, so dass eine Reihenschaltung zwischen der Kompensationsspannung am Kompensationskondensator 11 und ei­ ner gegebenenfalls vorhandenen Offsetspannung des Operations­ verstärkers 4 erreicht wird. Aufgrund der umgekehrten Polari­ tät der Kompensationsspannung im Kompensationskondensator 11 führt dies zu einer Kompensation der Offsetspannung des Ope­ rationsverstärkers 4.

Die dritten Schalter 9 werden synchron zu den ersten Schal­ tern 7 und der vierte Schalter 10 wird synchron zu den zwei­ ten Schaltern 8 angesteuert, so dass der Kompensationskonden­ sator 11 in der Haltephase bzw. im Haltebetrieb der Abtast- Halte-Vorrichtung mit der Kompensationsspannung geladen wird.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung beschrieben, das dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, wobei zusätzlich ein zweiter Haltekondensator 1 mit einem zweiten Abtastschalter 2 vorhanden ist, wobei an den beiden Haltekondensatoren 1 eine erste bzw. eine zweite Ausgangsspannung V-OUT1, V-OUT2 anliegt. Die ersten bzw. zweiten Schalter 7, 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel der­ art erweitert, dass der Operationsverstärker 4 in Wechsel die beiden Abtastschalter 2 ansteuern kann. Dabei sind die Schal­ ter 7, 8 so eingerichtet bzw. werden so angesteuert, dass, wenn der obere Abtastschalter 2 vom Operationsverstärker 4 angesteuert wird, der dem unteren Abtastschalter 2 zugeordne­ te Spannungshebekondensator 5 mit der Hilfsspannung VH beauf­ schlagt wird und umgekehrt.

Dies führt dazu, dass die beiden Abtastschalter 2 immer wech­ selweise geschlossen bzw. geöffnet werden. Vorteilhafterweise wird in diesem Ausführungsbeispiel der Steuereingang des Spiegelschalter 3 ständig vom Ausgang des Operationsverstär­ kers 4 beaufschlagt. Der um den Operationsverstärker 4 herum aufgebaute Regelkreis wird nie geöffnet, wobei die Verbindung zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 4 und dem Steuereingang des Spiegeltransistors 3 nur zwischen zwei Pfa­ den mit jeweils einem Spannungshebekondensator 5 umgeschaltet wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass infolge einer Unterbrechung der Regelschleife der Ausgang des Opera­ tionsverstärkers 4 in die Sättigung gerät. Somit wird nach dem Umschalten der ersten und zweiten Schalter 7, 8 das Ein­ schwingen der Regelung wesentlich beschleunigt. Mit der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung kann somit auch dann ein Vorteil erzielt wer­ den, wenn nur eine Ausgangsspannung V-OUT1 erforderlich ist.

Claims (18)

1. Abtast-Halte-Vorrichtung für ein elektrisches Eingangs­ spannungssignal (V-IN) mit einem Haltekondensator (1), einem steuerbaren Abtastschalter (2), der zwischen einem von dem Eingangsspannungssignal (V-IN) beaufschlagten Eingang und ei­ nem Anschluss des Haltekondensators (1) geschaltet ist, einem steuerbaren Spiegelschalter (3) und einer Regelvorrichtung (4), die einen Steuerausgang aufweist und derart eingerichtet ist, dass sie den Durchgangswiderstand des Spiegelschalters (3) erfassen und durch Ansteuern eines Steuereingangs des Spiegelschalters (3) auf einen Sollwert regeln kann, wobei der Steuereingang des Spiegelschalters (3) mit einem Steuer­ eingang des Abtastschalters (2) verbunden ist, so dass der Spiegelschalter (3) und der Abtastschalter (2) parallel von der Regelvorrichtung (4) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtast-Halte-Vorrichtung eine Schalteranordnung (7, 8) und einen Spannungshebekondensator (5) aufweist und die Schalteranordnung (7, 8) derart eingerichtet ist, dass mit­ tels der Schalteranordnung (7, 8) der Spannungshebekondensa­ tor (5) entweder von einer Hilfsspannung beaufschlagt wird oder zwischen den Steuerausgang der Regelvorrichtung (4) und den Steuereingängen des Abtastschalters (2) und des Spiegel­ schalters (3) geschaltet ist.

2. Abtast-Halte-Vorrichtung für ein elektrisches Eingangs­ spannungssignal (V-IN) mit einem Haltekondensator (1), einem steuerbaren Abtastschalter (2), der zwischen einem von dem Eingangsspannungssignal (V-IN) beaufschlagten Eingang und ei­ nem Anschluss des Haltekondensators (1) geschaltet ist, einem steuerbaren Spiegelschalter (3) und einer Regelvorrichtung (4), die einen Steuerausgang aufweist und derart eingerichtet ist, dass sie den Durchgangswiderstand des Spiegelschalters (3) erfassen und durch Ansteuern eines Steuereingangs des Spiegelschalters (3) auf einen Sollwert regeln kann, wobei der Steuereingang des Spiegelschalters (3) mit einem Steuer­ eingang des Abtastschalters (2) verbunden ist, so dass der Spiegelschalter (3) und der Abtastschalter (2) parallel von der Regelvorrichtung (4) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (4) einen invertierenden Eingang und einen nicht-invertierenden Eingang aufweist und der Re­ gelvorrichtung (4) eine Kompensationsschaltung (9-11) zuge­ ordnet ist, die derart eingerichtet ist, dass sie in einem Regelbetrieb einen Kompensationskondensator (11) in einen zu einem Eingang der Regelvorrichtung (4) führenden Spannungs­ pfad einschleifen kann und in einem Lernbetrieb den Kompensa­ tionskondensator (11) und die Regelvorrichtung (4) derart miteinander verschalten kann, dass die Regelvorrichtung (4) den Kompensationskondensator (11) mit einer Kompensations­ spannung zur Kompensation einer Offsetspannung des invertie­ renden und/oder des nicht-invertierenden Eingangs der Regel­ vorrichtung (4) beaufschlagt.

3. Abtast-Halte-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (9-11) derart eingerichtet ist, dass sie im Lernbetrieb den Kompensationskondensator (11) zwischen den Ausgang der Regelvorrichtung (4) und den nicht-invertierenden Eingang der Regelvorrichtung (4) schal­ ten und den Ausgang und den invertierenden Eingang der Regel­ vorrichtung (4) miteinander verbinden kann.

4. Abtast-Halte-Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (9-11) derart eingerichtet ist, dass sie den Kompensationskondensator (11) im Regelbe­ trieb in den zum invertierenden Eingang der Regelvorrichtung (4) führenden Spannungspfad einschleifen kann.

5. Abtast-Halte-Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4.

6. Abtast-Halte-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtast-Halte-Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf­ weist, die derart eingerichtet ist, dass sie die Schalteran­ ordnung (7, 8) und Schalter (9, 10) der Kompensationsschal­ tung (9-11) derart ansteuert, dass im Regelbetrieb der Spannungshebekondensator (5) zwischen den Steuerausgang der Regelvorrichtung (4) und den Steuereingängen des Abtastschal­ ters (2) und des Spiegelschalters (3) geschaltet ist und der Kompensationskondensator (11) in den zum invertierenden Ein­ gang der Regelvorrichtung (4) führenden Spannungspfad einge­ schleift ist, und in einer Lernphase der Spannungshebekonden­ sator (5) von der Hilfsspannung beaufschlagt ist und der Kom­ pensationskondensator (11) zwischen den Ausgang der Regelvor­ richtung (4) und den nicht-invertierenden Eingang der Regel­ vorrichtung (4) geschaltet ist und der Ausgang und der inver­ tierende Eingang der Regelvorrichtung (4) miteinander verbun­ den ist.

7. Abtast-Halte-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtast-Halte-Vorrichtung eine Widerstandsbrücke (3, 6) aufweist, in der drei Widerstände (3) und der Spiegel­ schalter (3) zu einer Brücke geschaltet sind, wobei die Re­ gelvorrichtung (4) von der Diagonalspannung der Widerstands­ brücke (3, 6) beaufschlagt ist.

8. Abtast-Halte-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelschalter (3) an einem Ende der geschalteten Strecke von dem Eingangsspannungssignal (V-IN) beaufschlagt ist.

9. Abtast-Halte-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (4) ein Operationsverstärker ist.

10. Abtast-Halte-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastschalter (2) und der Spiegelschalter (3) Feld­ effekttransistoren sind.

11. Abtast-Halte-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtast-Halte-Vorrichtung einen Schalter aufweist, mit dem der Steuereingang des Abtastschalters (2) auf eine den Abtastschalter (2) sperrenden Spannung geschaltet werden kann.

12. Verfahren zum Betreiben einer Abtast-Halte-Vorrichtung für ein elektrisches Eingangsspannungssignal (V-IN) mit einem Haltekondensator (1), einem steuerbaren Abtastschalter (2), der zwischen einem von dem Eingangsspannungssignal (V-IN) be­ aufschlagten Eingang und einem Anschluss des Haltekondensa­ tors (1) geschaltet ist, einem steuerbaren Spiegelschalter (3) und einer Regelvorrichtung (4), bei welchem Verfahren mittels der Regelvorrichtung der Durchgangswiderstand des Spiegelschalters (3) erfasst und durch Ansteuern eines Steu­ ereingangs des Spiegelschalters (3) auf einen Sollwert gere­ gelt wird, wobei der Steuereingang des Spiegelschalters (3) mit einem Steuereingang des Abtastschalters (2) verbunden ist, so dass der Spiegelschalter (3) und der Abtastschalter (2) parallel von der Regelvorrichtung (4) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Regelbetrieb zum Ansteuern des Abtastschalters (2) und des Spiegelschalters (3) ein Spannungshebekondensator (5) zwischen den Ausgang der Regelvorrichtung (4) und den Steuereingängen des Abtastschalters (2) und des Spiegelschal­ ters (3) geschaltet wird und in einem Spannungshebebetrieb der Spannungshebekondensator (5) mit einer Hilfsspannung be­ aufschlagt wird.

13. Verfahren zum Betreiben einer Abtast-Halte-Vorrichtung für ein elektrisches Eingangsspannungssignal (V-IN) mit einem Haltekondensator (1), einem steuerbaren Abtastschalter (2), der zwischen einem von dem Eingangsspannungssignal (V-IN) be­ aufschlagten Eingang und einem Anschluss des Haltekondensa­ tors (1) geschaltet ist, einem steuerbaren Spiegelschalter (3) und einer Regelvorrichtung (4), bei welchem Verfahren mittels der Regelvorrichtung der Durchgangswiderstand des Spiegelschalters (3) erfasst und durch Ansteuern eines Steu­ ereingangs des Spiegelschalters (3) auf einen Sollwert gere­ gelt wird, wobei der Steuereingang des Spiegelschalters (3) mit einem Steuereingang des Abtastschalters (2) verbunden ist, so dass der Spiegelschalter (3) und der Abtastschalter (2) parallel von der Regelvorrichtung (4) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Regelbetrieb ein Kompensationskondensator (11) in einen zu einem Eingang der Regelvorrichtung (4) führenden Spannungspfad eingeschleift wird und in einem Lernbetrieb die Regelvorrichtung (4) derart beschaltet wird, dass sie den Kompensationskondensator (11) mit einer Kompensationsspannung zur Kompensation der Offsetspannung im Regelbetrieb beauf­ schlagt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Lernbetrieb die Regelvorrichtung (4) derart beschal­ tet wird, dass zwischen dem Ausgang der Regelvorrichtung (4) und einem weiteren Schaltungspunkt der Abtast-Halte- Vorrichtung eine der Offsetspannung der Regelvorrichtung (4) entsprechende Korrekturspannung anliegt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Regelbetrieb der Kompensationskondensator (11) in den zu einem invertierenden Eingang der Regelvorrichtung (4) füh­ renden Spannungspfad eingeschleift wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 13 bis 15.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungshebekondensator (5) im Lernbetrieb mit der Hilfsspannung beaufschlagt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Regelbetriebs der Steuereingang des Ab­ tastschalters (2) auf eine den Abtastschalter (2) sperrende Spannung geschaltet wird.