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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende
Erfindung integrierte Schaltungen mit aktiven Komponenten, etwa
Transkonduktanzverstärkern,
und geschaltete Kondensatoren, die selektiv mit den Transkonduktanzverstärkern verbindbar
sind, um Temperatur- und Prozessfluktuationen zu kompensieren.
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In vielen Elektronikanwendungen,
die das Verarbeiten analoger Signale betreffen, ist es häufig wünschenswert,
das Frequenzverhalten der Schaltung oder gewisser Teile davon abzuschätzen. Ein
repräsentatives
Beispiel in dieser Hinsicht sind aktive Filterschaltungen mit mehreren
Widerständen
und Kondensatoren, die an mehrere Operationsverstärker angeschlossen
sind, die in vielen Fällen
als Transkonduktanzoperationsverstärker (OTA) ausgebildet sind.
Bekanntlich können
bei der Herstellung von Schaltungselementen, etwa von Widerständen und
Kondensatoren, unvermeidbare Prozessfluktuationen zu deutlichen
Abweichungen von einem Entwurtssollwert für die Schaltungselemente führen. Ferner
können Änderungen
der Umgebungsbedingungen, etwa von Temperaturschwankungen, ebenso
deutlich die Eigenschaften der passiven Schaltungselemente beeinflussen.
In ähnlicher
Weise können
Prozessschwankungen und Änderungen
der Umgebungsbedingungen einen Einfluss auf die aktive Schaltung,
etwa auf die Transkonduktanzoperationsverstärker, ausüben, obwohl deren Ausgestaltung
darauf hin ausgelegt ist, den Einfluss von Prozess- und Temperaturschwankungen
zu minimieren. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass beispielsweise das
Frequenzverhalten der Transkonduktanzoperationsverstärker im
Wesentlichen durch die Lastkapazität, die an den Verstärker angeschlossen
wird, und die Transkonduktanz GM der Eingangstransistoren des differenziellen
Eingangs des Verstärkers
definiert ist. Der Wert der Transkonduktanz GM kann jedoch deutlich
auf Grund von Technologieschwankungen beim Herstellen des Transkonduktanzoperationsverstärkers und
auf Grund von Temperatureffekten variieren, woraus eine Schwankung
des GM im Bereich von ungefähr –50 bis
+100 % in Bezug auf den Entwurtswert resultiert. In vielen Anwendungen
ist ein entsprechender Schwankungsbereich im Frequenzverhalten der
Verstärker
nicht akzeptabel, insbesondere in Anwendungen, die eine spezifizierte
und stabile Einschwingzeit der Verstärker erfordern, wie dies bei
geschalteten Kondensatorschaltungen der Fall ist, die beispielsweise
für Filteranwendungen
und dergleichen erforderlich sind.
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Um die korrekte Funktion der Transkonduktanzoperationsverstärker zu
erreichen, wird ein diesen Verstärkern
zugeführter
Ruhestrom bzw. Arbeitspunktsstrom so eingestellt, dass die Betriebsstabilität des Verstärkers über den
gesamten Bereich der möglichen
Schwankungen der Transkonduktanz GM und der Lastkapazität sichergestellt
ist. Folglich sind relativ hohe Ruheströme den Verstärkern zuzuführen, die
häufig
deutlich den Ruhestrom überschreiten,
der tatsächlich
für eine
spezifizierte Betriebsbedingung erforderlich wäre, die durch die Umgebungssituation
der Schaltung und die entsprechenden Prozessvariationen während der
Herstellung der Schaltung gegeben sind. Da hohe Ruheströme in vielen Anwendungen
nicht akzeptabel sind, etwa bei geschalteten Kondensatorschaltungen
in mobilen Geräten,
z. Z. in Mobiltelefonen, tragbaren Computern und dergleichen, werden
Anstrengungen unternommen, um die Wirkung von Temperaturschwankungen auf
das Frequenzverhalten von Transkonduktanzoperationsverstärkern zu
reduzieren. Eine Möglichkeit das
Temperaturverhalten des Verstärkers
zu steuern und Temperaturwirkungen im Wesentlichen zu kompensieren,
besteht darin, eine sogenannte Konstant-GM-Schaltung bereitzustellen,
die einen Strom erzeugt, der einen Transistor mit einem GM treibt, das
im Wesentlichen unabhängig
von der Temperatur ist, und nur von dem Widerstand, der eine deutlich kleinere
Schwankungsbreite aufweist, abhängt. Durch
Herstellen dieses Transistors in ähnlicher Weise wie die Eingangstransistoren
der interessierenden Transkonduktanzverstärker kann die Eingangsstufe dieser
Verstärker
durch einen Strom vorgespannt werden, der von einem Transistor mit
einem im Wesentlichen konstantem GM herrührt.
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Zusätzlich zu der Schwankung der
Transkonduktanz GM gibt es ferner Schwankungen in der Kapazität der Kondensatorelemente,
die in der geschalteten Kondensatorschaltung vorgesehen sind, und
in dem Schichtwiderstand des resistiven Materials. Die Kapazität oder die
spezifische Kapazität
in der Schaltung und der Schichtwiderstand definieren eine schaltungsinterne
RC-Zeitkonstante, die häufig verwendet
wird, um das Frequenzverhalten anderer Schaltungsbereiche, etwa
von Filtern und dergleichen, zu definieren. Für einen stabilen Betrieb der geschalteten
Kondensatorschaltung ist es vorteilhaft, die momentan vorherrschende
RC-Zeitkonstante zu bestimmen und die geschalteten Kondensatoren,
die beispielsweise in dem Rückkopplungsnetzwerk
eines aktiven Filterbereichs vorgesehen sind, so abzustimmen, dass
der erforderliche Entwurtswert für
GM/C = RC-Zeitkonstante näherungsweise
beibehalten wird. Das Bestimmen der schaltungsinternen RC-Zeitkonstante kann
unter Verwendung eines konstanten externen Taktsignals erreicht
werden.
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Mit Bezug zu 1 wird ein typisches konventionelles
Beispiel für
eine geschaltete Kondensatorschaltung mit einer Konstant-GM-Schaltung
und einer RC-Zeitkonstanten-Abstimmschaltung
nunmehr beschrieben, um die Probleme technologischer Schwankungen
und Umweltschwankungen detaillierter zu erläutern.
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In 1 umfasst
eine geschaltete Kondensatorschaltung 100 eine RC-Abstimmschaltung 110, eine
aktive Filterschaltung 150 und eine Konstante-GM-Schaltung 170.
Die aktive Filterschaltung 150 umfasst mehrere Transkonduktanzoperationsverstärker 151a ... 151n,
wovon jeder eine differenzielle Eingangsstufe 152 aufweist,
mit einem darin ausgebildeten Eingangstransistorpaar (nicht gezeigt)
mit einer spezifizierten Transistorlänge, d. h. Gatelänge, und
einer Transistorbreite. Wie zuvor angemerkt wurde, ist die Transkonduktanz
der Verstärker 151a ... 151n im
Wesentlichen durch die differenzielle Eingangsstufe 152 bestimmt
und ist im Wesentlichen für jeden
der Verstärker 151a ... 151n gleich,
da diese Bauelemente unter im Wesentlichen gleichen Prozessbedingungen
hergestellt sind und unter im Wesentlichen gleichen Bedingungen
arbeiten. Die aktive Filterschaltung 150 umfasst ferner
ein RC-Rückkopplungsnetzwerk 153,
das durch einen geschalteten Kondensator 154, der durch
eine Taktquelle clk (nicht gezeigt) aktiviert wird, und mehrere
Kondensatoren 155, von denen mindestens einige selektiv
mit dem Rückkopplungsnetzwerk 153 durch
Schalter 156 verbindbar sind, repräsentiert wird. Es sollte beachtet werden,
dass die aktive Filterschaltung 150 lediglich anschaulicher
Natur ist und eine beliebige Schaltung repräsentieren soll, die mehrere
schaltbare Kondensatoren aufweist.
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Die RC-Abstimmschaltung 110 umfasst
einen Messkondensator Ct und einen Messwiderstand Rt, die an entsprechende Konstantstromquellen
gekoppelt sind, um identische Ströme in Ct und
Rt einzuprägen. Eine Steuerschaltung 111 umfasst
eine Komparatorschaltung 112, die so ausgebildet ist, um Messsignale
zu empfangen, die für
die entsprechenden Spannungsabfälle über Ct und Rt kennzeichnend sind.
Die Komparatorschaltung 112 ist mit einer Steuerlogik 113 verbunden,
die einen Steuerausgang 114 aufweist, der mit den Schaltern 156 verbunden
ist.
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Die Konstant-GM-Schaltung 170 umfasst eine
Regelschaltung 171 mit einem Paar einstellbarer Konstantstromquellen 172, 173,
die ausgebildet sind, die Ströme
so einzustellen, dass ein gleicher Spannungsabfall an den Ausgängen der
Konstantstromquellen 172 und einem Referenzspannungsknoten 174 erhalten
wird. Eine Ruhestromquelle 175 in der Regelschaltung 171 ist
ausgebildet, um einen Ruhestrom auszugeben, der im Wesentlichen
gleich ist zu den Strömen,
die von den Konstantstromquellen 172, 173 geliefert
werden. Die Konstant-GM-Schaltung 170 umfasst ferner einen
ersten Transistor 177 mit einer Entwurfslänge, die
im Wesentlichen gleich zu der Entwurfslänge der Transistoren in den
Eingangsstufen 152 der Verstärker 151a ... 151n ist.
Der erste Transistor 177 besitzt eine Transistorbreite
W, die im Wesentlichen gleich zu der Breite der Eingangstransistoren
der Eingangsstufen 152 sein kann. Ein zweiter Transistor 176 besitzt
im Wesentlichen die gleiche Transistorlänge wie der erste Transistor 177,
wohingegen eine Breite des zweiten Transistors 176 größer als
jene des ersten Transistors 177 ist, und dies kann durch
eine Zahl A definiert sein, die größer als 1 ist. Die Gates des
ersten und des zweiten Transistors 177, 176 sind
miteinander verbunden und sind ferner mit der einstellbaren Referenzspannung 173 verbunden.
Die Source des zweiten Transistors 176 ist mit einem Widerstand 178,
dessen anderer Anschluss mit der Source des ersten Transistors 177 und
ferner mit einem Referenzspannungsknoten 174 verbunden
ist, verbunden. Die Drain-Anschlüsse
der ersten und zweiten Transistoren 177, 176 sind
jeweils mit einer entsprechenden einstellbaren Konstantstromquelle 172 verbunden.
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Es kann gezeigt werden, dass die
Transkonduktanz GM beispielsweise des ersten Transistors 177 lediglich
von der Zahl A, d. h. von dem Verhältnis der Transistorbreiten
und dem Widerstand 178 abhängt, sobald ein identischer
Strom durch den ersten und den zweiten Transistor 177, 176 für eine gegebene
Gatespannung, die von der Referenzspannung 173 geliefert
wird, erzeugt wird. Da das Verhältnis
der Transistorbreiten des ersten und des zweiten Transistors 177, 176,
d. h. die Zahl A, im Wesentlichen nicht mit der Temperatur variiert,
kann die Transkonduktanz GM als im Wesentlichen durch den Widerstand
R des Widerstands 178 gemäß GM ∼ 1/R bestimmt betrachtet werden.
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Somit hängt das Frequenzverhalten der
Verstärker 151a ... 151n,
das auch als Ft bezeichnet wird, im Wesentlichen
von dem Widerstandswert R und von der kapazitiven Last ab, die von
dem entsprechenden Verstärker 151a ... 151n gesehen
wird. Das Frequenzverhältnis
kann daher ausgedrückt werden
als Ft ∼ 1/RC,wobei
C die kapazitive Last eines entsprechenden Verstärkers bezeichnet.
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In vielen Anwendungen ist es wichtig,
ein Ft innerhalb eines wohldefinierten Bereichs
zu halten, um damit gut definierte Schaltungsbedingungen, etwa die
Einschwingzeit, der aktiven Filterschaltung 150 zu erhalten,
wie dies beispielsweise erforderlich ist in Empfängergeräten, die zeitdiskrete Signalpakete
empfangen, denen ein Vorlaufsignal mit einer vordefinierten Dauer
vorausgeht. Es kann daher wichtig sein, dass eine korrekte Filterfunktion
innerhalb des Vorlaufsignals erzeugt wird, so dass ein Datenverlust im
Wesentlichen vermeidbar ist.
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Um Prozess- und Temperaturschwankungen der
RC-Zeitkonstante in der aktiven Filterschaltung 150 zu
kompensieren, wird die RC-Abstimmschaltung 110 vor und/oder
während
des Betriebs der geschalteten Kondensatorschaltung 100 in
Funktion versetzt. Dazu werden identische Ströme in den Kondensator Ct und den Widerstand Rt eingeprägt und die
entsprechenden Spannungsabfälle
werden der Komparatorschaltung 112 in der Steuerschaltung 111 zugeführt. Die
Komparatorschaltung 112 liefert dann ein Ausgangssignal,
das die durch Ct und Rt definierte
RC-Zeitkonstante durch beispielsweise zwei aufeinanderfolgende ansteigende
Flanken eines von einer entsprechenden Komparatoreinheit ausgegebenen Signals
kennzeichnet. Eine detailliertere Erläuterung der RC-Abstimmschaltung 110 ist
in der deutschen Patentanmeldung 101 56 027 offenbart, die somit durch
Bezugnahme mit aufgenommen ist. Die Steuerlogik 113 kann
dann ein entsprechendes Steuersignal an dem Ausgang 114 erzeugen,
um eine entsprechende Anzahl an Schalter 156 zu aktivieren,
um damit eine geeignete Anzahl der Kondensatoren 155 an
die Verstärker 151a ... 151n zu
koppeln, um eine Abweichung des Entwurfswerts des Filterrückkopplungsnetzwerks 153 in
Hinblick auf die tatsächlich
gemessene schaltungsinterne RC-Zeitkonstante, die durch RrCt repräsentiert
ist, zu kompensieren. Somit stellt das Zeitintervall T zwischen
zwei ansteigenden Flanken eine zeitspezifische Konstante dar, die
natürlich
von Prozess- und
Temperaturschwankungen des Schichtwiderstandsmaterials abhängt, die
in der geschalteten Kondensatorschaltung 100 verwendet ist,
und der spezifischen Kapazität
abhängt,
die aus der Technologie erhalten wird, die bei der Herstellung der
Schaltung 100 angewendet wurde.
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Auf der Grundlage der gemessenen
Zeit T erzeugt die Steuerlogik 113 ein entsprechendes Steuersignal,
das von dem Anschluss 114 ausgesendet wird, um eine geeignete
Anzahl an Schaltern 156 zur selektiven Verbindung von den
Kondensatoren 155 an das Filterrückkopplungsnetzwerk 153 zu
aktivieren, wodurch eine Abweichung der momentan vorherrschenden
RC-Zeitkonstante von einem Entwurfswert im Wesentlichen kompensiert
wird. Es sollte beachtet werden, dass die Genauigkeit der Kompensation
von der Anzahl der verfügbaren
schaltbaren Kondensatoren 155 in dem Filterrückkopplungsnetzwerk 153 abhängt und
so gewählt
ist, um zuverlässig
das Filterverhalten innerhalb einer vordefinierten Toleranzzone
zu halten.
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Zusätzlich zum Abstimmen des Rückkopplungsnetzwerkes 153 wird
der Ruhestrom durch die Konstant-GM-Schaltung 170 den Verstärkern 151a ... 151n zugeführt, um
damit im Wesentlichen eine Temperaturabhängigkeit der Eingangsstufen 152 zu
kompensieren. Wie zuvor angemerkt wurde, variiert die Transkonduktanz
der Eingangsstufen 152 im Wesentlichen in der Weise wie
jene des Transistors 177 und ist damit im Wesentlichen
durch eine Schwankung des Widerstands 178 bestimmt. Wenn
das Rückkopplungsnetzwerk 153 eingestellt
ist, ist das Frequenzverhalten Ft, etwa
die Einschwingzeit der Schaltung 150, dann im Wesentlichen
durch den Widerstandswert des Widerstands 178 und die von
den Verstärkern 151a ... 151n gesehene
Kapazität
bestimmt. Es kann dann ein Signal dem Widerstand 154 zugeführt werden
und eine entsprechende Filterantwort wird an dem Ausgang des Verstärkers 151n erhalten
und kann für
die weitere Verarbeitung in nachfolgenden Schaltungsstufen (nicht
gezeigt) verwendet werden. Obwohl die geschaltete Kondensatorschaltung 100,
wie sie mit Bezug zu 1 beschrieben
ist, die Kompensation eines gewissen Grades an Temperatur- und prozessinduzierten
Schwankungen zulässt,
gibt es dennoch Änderungen
des Widerstands 178 und der tatsächlich angelegten Lastkapazität und damit
des Frequenzverhaltens Ft, so dass der den
Verstärkern 151a ... 151n zugeführte Ruhestrom
so zu wählen
ist, um eine korrekte Funktion der aktiven Filterschaltung 150 für diese
Prozess- und Temperaturschwankungen sicherzustellen.
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Angesichts der zuvor erläuterten
Problematik besteht daher ein Bedarf für eine verbesserte Vorspannung
für eine
geschaltete Kondensatorschaltung, in der Temperatur- und andere
Umgebungsschwankungen sowie Prozess-induzierte Schwankungen in effizienter
Weise unterdrückt
sind.
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Im Allgemeinen beruht die vorliegende
Erfindung auf der Erkenntnis der Erfinder, dass Mess- und Kalibrationsergebnisse,
die während
des Abgleichens einer geschalteten Kondensatorschaltung gewonnen
werden, verwendet werden können,
um eine Konstant-GM-Ruhestromschaltung
abzugleichen, um in effizienter Weise Umgebungsschwankungen, etwa
Temperaturänderungen,
und prozessinduzierte Schwankungen zu kompensieren, wobei gleichzeitig ein
minimaler erforderlicher Ruhestrom den Transkonduktanzverstärkerstufen
der geschalteten Kondensatorschaitung zugeführt wird. Die Kalibrations- und
Messergebnisse, die für
die schaltungsinterne RC-Zeitkonstante erhalten werden, können in
Kombination mit einem abstimmbaren Widerstandsblock und/oder einer
abstimmbaren Schaltung zum Einstellen eines Breitenverhältnisses
des Transistors in der Konstant-GM-Schaltung verwendet werden, um entsprechend
die effektive Transkonduktanz in der Konstant-GM-Schaltung zu modifizieren.
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Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform
umfasst eine Ruhestromschaltung für einen Transkonduktanzverstärker mit
zwei Eingangstransistoren mit einer vordefinierten Entwurfslänge eine Konstant-Transkonduktanz-Schaltung.
Die Konstant-Transkonduktanz-Schaltung
umfasst einen ersten und einen zweiten Transistor mit im Wesentlichen der
gleichen Entwurfslänge
wie die Eingangstransistoren, wobei der zweite Transistor eine Transistorbreite
aufweist, die größer als
die des ersten Transistors ist. Die Konstant-Transkonduktanz-Schaltung umfasst ferner
eine Regelschaltung, die ausgebildet ist, im Wesentlichen identische
Ströme
durch den ersten und den zweiten Transistor zu leiten und einen Ruhestrom
für den
Transkonduktanzverstärker
auszugeben. Ferner umfasst die Konstant-Transkonduktanz-Schaltung
einen abstimmbaren Widerstandsblock, der mit der Source des zweiten
Transistors verbunden ist.
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In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform
umfasst eine Ruhestromschaltung für einen Transkonduktanzverstärker mit
zwei Eingangstransistoren mit vordefinierter Entwurfs länge eine Konstant-Transkonduktanz-Schaltung
mit einer Regelschaltung, die ausgebildet ist, einen Ruhestrom für den Transkonduktanzverstärker auszugeben.
Die Konstant-Transkonduktanz-Schaltung
umfasst ferner mindestens einen ersten und mehrere zweite Transistoren,
wobei die mehreren zweiten Transistoren so angeordnet sind, dass
diese selektiv parallel miteinander verbindbar sind. Die Konstant-Transkonduktanz-Schaltung
umfasst ferner einen Widerstand, der in einer gemeinsamen Source-Leitung
der zweiten Transistoren, die parallel geschaltet sind, angeordnet ist.
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In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform
umfasst eine integrierte geschaltete Kondensatorschaltung einen
Transkonduktanzverstärker und
mehrere Kondensatoren, die mit dem Transkonduktanzverstärer verbunden
sind, wobei mindestens einer dieser Kondensatoren schaltbar ist.
Eine RC-Abstimmschaltung ist vorgesehen und so gestaltet, um eine
RC-Zeitkonstante der geschalteten Kondensatorschaltung zu bestimmen
und den mindestens einen der Kondensatoren auf der Grundlage der bestimmten
RC-Zeitkonstante zu schalten. Ferner umfasst die geschaltete Kondensatorschaltung
eine abstimmbare Konstant-Transkonduktanz-Schaltung, die ausgebildet
ist, eine Vorspannung an dem Transkonduktanzverstärker auf
der Grundlage der bestimmten RC-Zeitkonstante zu liefern.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform
umfasst ein Verfahren zum Abstimmen des Frequenzverhaltens eines
Transkonduktanzverstärkers in
einer integrierten geschalteten Kondensatorschaltung das Ermitteln
eines Signals, das für
eine RC-Zeitkonstante Indikativ ist, die durch eine augenblickliche
Umgebungsbedingung und eine Prozesstechnologie, die zur Herstellung
der integrierten geschalteten Kondensatorschaltung angewendet wurde,
definiert ist. Anschließend
wird ein abstimmbarer Widerstandsblock in einer Konstant-Transkonduktanz-Schaltung
in Reaktion auf das Signal eingestellt, um einen Ruhestrom, der
dem Transkonduktanzverstärker
zugeführt
wird, abzugleichen.
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Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung näher hervor,
wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird;
es zeigen:
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1 ein
Schaltbild, das ein Beispiel einer konventionellen geschalteten
Kondensatorschaltung darstellt mit einem abstimmbaren kapazitiven
Rückkopplungsnetzwerk,
das an eine Kondensatorabstimmschaltung angekoppelt ist, und einer
Konstant-GM-Schaltung;
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2a schematisch
ein Schaltbild, das eine Konstant-GM-Schaltung mit einem abstimmbaren Widerstandsblock
gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
zeigt;
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2b schematisch
eine spezielle Ausführungsform
eines abstimmbaren Widerstandsblocks einer Konstant-GM-Schaltung;
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3 eine
Schaltung zum Einstellen eines Breitenverhältnisses von Widerständen in
einer Konstant-GM-Schaltung gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform;
und
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4 ein
Schaltbild, das eine geschaltete Kondensatorschaltung mit einer
Konstant-GM-Schaltung
gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Obwohl die vorliegende Erfindung
mit Bezug zu den Ausführungsformen
beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Wie zuvor mit Bezug zu 1 erläutert ist, ist das Frequenzverhalten
eines Transkonduktanzverstärkers,
der von einer Konstant-GM-Schaltung vorgespannt wird, im Wesentlichen
bestimmt: Ft ∼ 1/(RC) × A wobei
A das Breitenverhältnis
und R und C die spezifischen Werte für das Widerstandsmaterial repräsentieren,
aus dem der Widerstand in der Konstant-GM-Schaltung hergestellt
ist, und C repräsentiert
die spezifische Kapazität,
die durch den Schaltungsentwurf und die zur Herstellung der Kondensatoren
in der Schaltung angewendeten Technologie definiert ist. Selbstverständlich können Umgebungseinflüsse zu einer
Variation der RC-Zeitkonstanten führen. Diese Zeitkonstante wird
jedoch durch einen Messwert T repräsentiert, der von einer Kondensatorabstimmschaltung,
etwa der RC-Abstimmschaltung 110 geliefert wird, so dass
der Messwert T verwendet werden kann, um einen Frequenzkorrekturwert,
der als K bezeichnet ist, zu definieren in der Form: K
= Konstante/(RC)wobei Konstante beliebige prozessbezogene konstante
Beiträge,
etwa unterschiedliche Größen der Widerstände und
Kondensatoren, die zum Messen der Zeit T verwendet werden, im Vergleich
zu Schaltungselementen, die tatsächlich
in der geschalteten Kondensatorschaltung und/oder Konstant-GM-Schaltung
verwendet sind, beinhaltet. Durch Verwendung des Korrekturwertes
K zur Modifizierung des Widerstandwertes und/oder des Verhältnisses
der Transistorbreite, d. h. der Zahl A, kann das Frequenzverhalten,
das durch Ft bezeichnet ist, an die momentan
vorherrschenden Umgebungsbedingungen und Technologievariationen
angepasst werden. Zum Modifizieren der Konstant-GM-Schaltung in Übereinstimmung
mit dem auf einer Messung abgeleiteten Korrekturwert kann ein abstimmbares Element
in der Konstant-GM-Schaltung vorgesehen werden, die beispielsweise
einen abstimmbaren Widerstandsblock und/oder ein abstimmbares Transistorelement
umfasst, so dass eine geschaltete Kondensatorschaltung erhalten
wird, die eine minimale Empfindlichkeit auf Schwankungen der Umgebungsbedingungen,
etwa der Betriebstemperatur, und auf prozessinduzierte Toleranzen
aufweist, wobei gleichzeitig der Ruhestrom, der den Transkonduktanzoperationsverstärkern zugespeist
wird, auf einen minimalen erforderlichen Pegel gehalten wird.
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2a ist
ein Schaltbild, das schematisch eine Konstant-GM-Schaltung 270 gemäß einer
Ausführungsform
zeigt, die als eine Ruhestromschaltung in einer geschalteten Kondensatorschaltung
verwendbar ist. Die Konstant-GM-Schaltung 270 umfasst einen
ersten Transistor 277 und einen zweiten Transistor 276,
die im Wesentlichen die gleiche Länge aber eine unterschiedliche
Breite aufweisen, wobei ein Verhältnis
als eine Zahl A bezeichnet ist, in ähnlicher Weise wie dies in
der Konstant-GM-Schaltung 170 der Fall ist, die mit Bezug
zu 1 beschrieben ist.
Im Gegensatz zu der konventionellen Anordnung aus 1 ist ein abstimmbarer Widerstandsblock 280 in
der Source-Leitung des zweiten Transistors 276 vorgesehen.
Der abstimmbare Widerstandsblock 280 umfasst einen Steuereingang 281
zum Empfangen eines Steuersignals, das verwendet wird, um den abstimmbaren
Widerstandsblock 280 in Übereinstimmung mit dem Korrekturwert K,
der zuvor beschrieben ist, einzustellen. In einigen Ausführungsformen
kann das Steuersignal ein digitales Signal sein, das eine geeignete
Einstellung des abstimmbaren Widerstandsblock 280 ermöglicht.
In anderen Ausführungsformen
kann das Steuersignal ein geeignet geformtes analoges Signal sein,
das die gewünschte
Einstellung des abstimmbaren Widerstandblocks 280 ermöglicht.
Ferner umfasst die Konstant-GM-Schaltung 270 eine Regelschaltung 271, die
so gestaltet sein kann, wie die Regelschaltung 171, die
mit Bezug zu 1 beschrieben
ist.
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Während
des Betriebs wird das Steuersignal dem Steuereingang 281 zugeleitet,
beispielsweise während
einer Anfangsphase des Betriebs, in regelmäßiger Weise oder ständig, um
die Transkonduktanz des ersten und des zweiten Transistors 277, 276 einzustellen,
wobei das Steuersignal auf der Grundlage eines Korrekturwertes erzeugt
werden kann, der durch Messen einer Momentan vorherrschenden RC-Zeitkonstanten
in einer integrierten Schaltung ermittelt wird. Abhängig von
der "Auflösung" des abstimmbaren
Widerstandsblocks 280 kann die Transkonduktanz so eingestellt
werden, um einen Ruhestrom zu anderen Schaltungsstufen zu liefern,
der im Wesentlichen unabhängig
von Prozessvariationen und Umgebungsbedingungen ist, wobei eine
Genauigkeit durch die Auflösung
durch die Abstimmbarkeit des Widerstandsblocks 280 gegeben
ist.
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2b zeigt
schematisch ein Beispiel eines Aufbaus des abstimmbaren Widerstandsblocks 280 aus 2a. Der abstimmbare Widerstandsblock 280 umfasst
mehrere Widerstände 282a ... 282n ,
die Widerstandswerte so aufweisen können, dass das gegenseitige
Verhältnis
der Widerstandswerte gut definiert und bekannt ist. Mindestens einige
der Widerstände 282a ... 282n sind
mit einem gemeinsamen Knotenpunkt 284 mittels Schalter 283 verbunden,
die durch das von dem Steuereingang 281 zugeleitete Steuersignal
betätigbar
sind, verbunden. Steuerbare Schalter, beispielsweise in Form von
Feldeffekttransistoren, sind im Stand der Technik gut bekannt und somit
wird eine Beschreibung davon weggelassen.
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Während
des Betriebs aktiviert das an dem Steuereingang 281 zugeleitete
Steuersignal, das beispielsweise auf dem Korrekturwert K, wie dieser
zuvor erläutert
ist, basieren kann, eine erforderliche Anzahl der Widerstände 282a ... 282n,
um Abweichungen zu kompensieren, die durch Prozessvariationen und/oder Änderungen
der Umgebungsbedingungen hervorgerufen werden. In einer Ausführungsform können die
Widerstände 282a aus
im Wesentlichen identischen "Einheits-" Widerständen aufgebaut
sein, wobei ein spezifischer Widerstand eines entsprechenden Widerstands 282a ... 282n erhalten
wird, indem mehrere der Einheitswiderstände in geeigneter Weise parallel
und/oder seriell geschaltet werden, um einen erforderlichen Entwurfswert
für den
Widerstand zu erhalten. Im einfachsten Falle können die Widerstände 282a ... 282n im
Wesentlichen identische Widerstandswerte aufweisen, wobei die erreichbare
Genauigkeit bei der Abstimmung des Widerstandsblocks 280 dann
durch die Gesamtzahl der vorgesehenen Widerstände bestimmt ist. Da die Widerstände 282a ... 282n durch
die gleichen technologischen Prozesse und mit geringem Abstand zueinander
hergestellt sind, unabhängig
davon, ob sie aus mehreren Einheitswiderständen zusammengesetzt sind oder
nicht, können
technologische Prozessschwankungen und/oder Umgebungsänderungen alle
Widerstände 282a ... 282n im
Wesentlichen in gleicher Weise beeinflussen, so dass die entsprechenden
Verhältnisse
der Widerstandwerte im Wesentlichen konstant bleiben.
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3 zeigt
ein Schaltbild gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform,
wobei das Verhältnis
der Transistorbreite in einer Konstant-GM-Schaltung abstimmbar ist.
Eine Konstant-GM-Schaltung 370 umfasst eine Regelschaltung 371,
die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweisen kann, wie
sie bereits mit Bezug zu den 1 und 2 beschrieben ist. Ein erster
Transistor 377 und mehrere zweite Transistoren 376a... 376n sind
vorgesehen, wobei die mehreren zweiten Transistoren 376a ... 376n parallel
geschaltet sind und ein Widerstand 378 in der gemeinsamen
Source-Leitung vorgesehen ist. Mindestens einige der zweiten Transistoren 376a ... 376n sind
selektiv mittels Schalter 283 schaltbar, die in entsprechenden
Gate-Leitungen dieser Transistoren vorgesehen sind. Somit kann durch
Aktivierung einer der Schalter 383 das Gate eines entsprechenden
zweiten Transistors mit einem gemeinsamen Gatespannungsknoten 384 verbunden
werden. Die Schalter 383 sind mit einem Steuereingang 381 verbunden.
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Während
des Betriebs kann ein Steuersignal zu dem Steuereingang 381 geleitet
werden, um eine spezifizierte Anzahl der Schalter 383 auszuwählen, um
damit das effektive Ver hältnis
der Transistorbreiten des ersten Transistors 377 und der
mehreren zweiten Transistoren 376a ... 376n einzustellen.
Wie zuvor angemerkt wurde, ist die Transkonduktanz der Konstant-GM-Stufe 370 proportional
zu dem Verhältnis
der Breite der ersten und zweiten Transistoren und ist umgekehrt
proportional zu dem Widerstandswert des Widerstands 378.
Somit kann eine Änderung
der schaltungsinternen RC-Zeitkonstanten ebenfalls auf der Grundlage
des Korrekturwertes K durch Modifizieren des Transistorbreitenverhältnisses
kompensiert werden.
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Beachtet werden sollte, dass hinsichtlich
der Anzahl und der Anordnung der zweiten Transistoren 376a ... 376n im
Wesentlichen die gleichen Kriterien gelten, wie sie bereits mit
Bezug zu dem abstimmbaren Widerstandsblock 280 dargelegt
sind. D. h., die zweiten Transistoren können im Wesentlichen die gleichen
Abmessungen, d. h. eine Länge,
die im Wesentlichen identisch zu der Länge des ersten Transistors 377 und
eine Breite, die so gestaltet ist, um eine erforderliche "Auflösung" für die Abstimmbarkeit
der Konstant-GM-Schaltung 370 zu erhalten, aufweisen. Beispielsweise
können
die zweiten Transistoren 376a ... 376n aus im
Wesentlichen identischen "Einheits-"Transistoren aufgebaut
sein, wobei eine erforderliche Anzahl der Einheitstransistoren parallel
geschaltet wird mit einer gemeinsamen Gate-Leitung, die durch einen
einzelnen Schalter 383 aktiviert wird. In anderen Ausführungsformen
kann eine erforderliche Anzahl im Wesentlichen identischer zweiter Transistoren 376 bereitgestellt
werden, von denen jeder durch einen entsprechenden Schalter 383 aktiviert
wird. In einer besonderen Ausführungsform
sind der erste Transistor 377 und die zweiten Transistoren 376a ... 376n aus
im Wesentlichen identischen Einheitstransistoren gebildet, die die
gleichen Abmessungen wie die Transistoren aufweisen können, die in
einer Eingangsstufe eines Transkonduktanzoperationsverstärkers verwendet
sind, der durch die Konstant-GM-Schaltung 370 vorzuspannen
ist. Es sollte beachtet werden, dass alternativ die zweiten Transistoren 376a ... 376n selektiv
miteinander verbunden werden kann durch Vorsehen entsprechender
Schalter in den Drain- oder Source-Leitungen dieser Transistoren.
Ferner kann in einigen Anwendungen es geeignet sein, mehrere erste
Transistoren 377 vorzusehen, von denen mindestens einige
schaltbar sind, um ein höheres
Maß an
Auflösung
zum Einstellen des Verhältnisses
A der Transistorbreiten zu erreichen.
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4 ist
ein Schaltbild einer geschalteten Kondensatorschaltung 400 mit
einer aktiven Filterschaltung 450, einer RC-Abstimmschaltung 410 und einer
Konstant-Transkonduktanz-Schaltung 470,
wobei die Transkonduktanz bei Anlegen eines geeigneten Steuersignals einstellbar
ist. Die RC-Abstimmschaltung 410 und die aktive Filterschaltung 450 können so
gestaltet sein, wie dies zuvor mit Bezug zu 1 beschrieben ist, und die Gesichtspunkte,
die dort dargelegt sind, gelten auch für die Schaltung 410 und 450 der
vorliegenden Ausführungsform.
Die Konstant-Transkonduktanz-Schaltung 470 umfasst eine
Regelschaltung 471, einen ersten Transistor 477 und
einen zweiten Transistor 476. Ferner kann ein abstimmbarer
Widerstandsblock 480 mit einem Steuereingang 481 in
der Source-Leitung des zweiten Transistors 476 vorgesehen
sein. Der abstimmbare Widerstandsblock 480 kann in ähnlicher
Weise gestaltet sein, wie dies bereits mit Bezug zu den 2a und 2b beschrieben ist. In einer weiteren
Ausführungsform
kann ein schaltbarer Transistorblock 490 mit einem Steuereingang 491 zusätzlich oder
alternativ vorgesehen sein, wobei der abstimmbare Transistorblock 490 in ähnlicher
Weise ausgestaltet sein kann, wie dies mit Bezug zu 3 beschrieben ist.
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Während
des Betriebs wird ein Steuersignal an den Steuereingang 481 und/oder 491 angelegt, um
die Transkonduktanz und damit den Ruhestrom auf einen gewünschten
Wert anzupassen. Vorteilhafter Weise wird das im Steuereingang 481 und/oder 491 zugeleitete
Steuersignal von einem Korrekturwert, etwa dem Wert K abgeleitet,
der wiederum auf einer Messung einer schaltungsinternen RC-Zeitkonstanten
beruht und es somit zu ermöglichen,
das Frequenzverhalten Ft der aktiven Filterschaltung 450 auf einen
definierten Wert oder Bereich einzustellen, oder um das Frequenzverhalten,
beispielsweise die Einschwingzeit der aktiven Filterschaltung 450,
innerhalb eines spezifizierten Bereichs zu halten, wobei damit Minderungen
der Umgebungsbedingungen, etwa Temperaturänderungen, und technologische
Schwankungen in effizienter Weise kompensiert werden.
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Weitere Modifikationen und Variationen
der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser
Beschreibung offensichtlich. Daher ist diese Beschreibung als lediglich
anschaulich und für
die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des
Ausführens
der vorliegenden Erfindung zu vermitteln.