DE19620033C1 - Schaltungsanordnung zur Parametereinstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Parame­ tereinstellung mit mindestens einer ersten analogen Multipli­ ziereinrichtung, der ein Eingangssignal sowie ein einem Para­ meter entsprechendes erst es Steuersignal zugeführt wird und die ein Ausgangssignal abgibt.

Der Einsatz von analogen Multiplizierern zur Einstellung von Parametern, insbesondere von Filterparametern, wird bei­ spielsweise bei U. Tietze, Ch. Schenk, Electronic Circuits-Design and Applications Springer Verlag Berlin, Heidelberg 1991 vorgeschla­ gen. Problematisch ist bei derartigen Schaltungsanordnungen zum einen das exakte Einstellen der gewünschten Parameter und zum anderen das Konstanthalten der eingestellten Parameter. Das Einstellen der Parameter erfolgte bisher meist durch je­ weils ein externes Referenzelement pro einzustellendem Para­ meter. Nachteilig ist bei einer Integration der Schaltung die nötige hohe Anzahl externer Referenzelemente sowie der zuge­ hörigen Anschlüsse bei der integrierten Schaltung. Hinsicht­ lich der Konstanthaltung der gewünschten Parameter werden die verwendeten Multiplizierer einzeln derart ausgelegt, daß ihre Eigenschaften durch die jeweils zugehörigen Referenzelemente exakt und konstant definiert sind. Der notwendige Schaltungs­ aufwand erhöht sich dadurch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit geringem Schal­ tungsaufwand eine exakte und konstante Einstellung von Para­ metern ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patent­ anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erlaubt beispiels­ weise die Einstellung der Grenzfrequenz eines analogen Uni­ versalfilters durch einen einzigen externen Widerstand, was sowohl Anschlüsse, Kosten und Platz einspart, die Genauigkeit erhöht und eine hohe Flexibilität für den jeweiligen Anwender bietet.

Erzielt wird dies insbesondere mit mindestens einer ersten analogen Multipliziereinrichtung, der ein Eingangssignal so­ wie ein einem Parameter entsprechendes erstes Steuersignal zugeführt wird und die ein Ausgangssignal abgibt. Außerdem ist eine zur ersten Multiplikationseinrichtung identisch aus­ geführte zweite analoge Multiplikationseinrichtung vorgesehen, der ein erstes Referenzsignal sowie ein dem ersten Steuersignal entsprechendes zweites Steuersignal zugeführt werden und die ein Ausgangssignal abgibt. Schließlich umfaßt die erfindungs­ gemäße Schaltungsanordnung eine Regeleinrichtung, die das Ausgangssignal der zweiten Multipliziereinrichtung mit einem zweiten Referenzsignal vergleicht und daraus die Steuersig­ nale herleitet.

Bei der Weiterbildung der Erfindung wird das erste Referenz­ signal proportional zu einem dritten Referenzsignal und das zweite Referenzsignal proportional zu dem dritten Referenz­ signal sowie umgekehrt proportional zu einem Referenz­ widerstand gewählt. Vorteil dabei ist, daß an das dritte Referenzsignal keine zu hohen Genauigkeitsanforderun­ gen gestellt werden müssen, da Schwankungen durch die Schal­ tung kompensiert werden.

Weiterhin kann vorgesehen werden, daß das zweite Referenz­ signal durch einen Strom gegeben ist, der durch eine durch das dritte Referenzsignal gesteuerte Stromquelle mit einem durch den Referenzwiderstand bestimmten Übersetzungsverhältnis erzeugt wird.

Die Steuersignale können dabei durch Ströme gegeben sein, die durch eine Strombank am Ausgang der Regeleinrichtung bereit­ gestellt werden. Diese Ströme können in einem durch die Strombank bestimmten Verhältnis von 3 : 2 : 1 zueinander stehen. Damit werden auf einfache Weise feste Verhältnisse der Parameter untereinander mit hoher Genauigkeit eingestellt.

Schließlich können die Multipliziereinrichtungen Differenz­ verstärkerstufen aufweisen, die durch die Eingangssignale an­ gesteuert werden und die mit einem zum jeweiligen Steuerstrom proportionalen Strom gespeist werden. Durch die Differenzver­ stärkerstufen werden auf einfache Weise Multipliziereinrich­ tungen realisiert, wobei Temperatureinflüsse und sonstige Einwirkungen durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ausgeschaltet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Multiplizierein­ richtungen 1, 2, 3 vorgesehen, die jeweils durch eine Diffe­ renzverstärkerstufe gebildet werden. Die Differenzverstärker­ stufen umfassen dabei jeweils zwei npn-Transistoren 4, 5; 6, 7; 8, 9, deren Emitter jeweils miteinander gekoppelt sind und deren Kollektoren über jeweils einen Widerstand 10 bis 15 an ein Versorgungspotential 16 angeschlossen sind. Die Basis je­ weils eines Transistors 4, 6, 8 der Differenzverstärkerstufe wird dabei durch ein Eingangssignal 17, 18, 19 angesteuert, während die Basen der jeweils anderen Transistoren 5, 7, 9 der Differenzverstärkerstufe, deren Kollektoren Ausgangs­ signale 20, 21, 22 führen, an ein Bezugspotential 23 gelegt sind.

Zudem ist eine weitere Multipliziereinrichtung 25 vorgesehen, die zwei emittergekoppelte npn-Transistoren 26 und 27 auf­ weist. Die Basis des Transistors 27 ist dabei an das Bezugs­ potential 23 gelegt und die Kollektoren der beiden Transisto­ ren 26 und 27 sind über jeweils einen Widerstand 28 und 29 mit dem positiven Versorgungspotential 16 verschaltet. Die gekoppelten Emitter der Transistoren 26 und 27 sind ebenso wie die gekoppelten Emitter der Transistoren 4, 5; 6, 7; 8, 9 über jeweils eine Stromquelle mit einem negativen Versor­ gungspotential 24 verbunden. Die Stromquellen werden durch die Ausgänge einer Strombank gebildet, deren Eingangszweig einen durch Verbinden von Basis und Emitter zu einer Diode in Durchlaßrichtung verschalteten npn-Transistor 35 aufweist. Der Emitter des Transistors 35 ist an das negative Versor­ gungspotential 24 angeschlossen. Die über der Kollektor-Emit­ ter-Strecke des Transistors 35 abfallende Spannung wird dabei den Basen der npn-Transistoren 28 bis 34 zugeführt, die als Ausgangszweige der Strombank fungieren.

Beispielsweise durch Zusammenfassen einzelner Stromausgänge werden Ausgangsströme geschaffen, die entsprechend der je­ weils zusammengefaßten Ausgänge in bestimmten Verhältnissen zueinander stehen. So ist gemäß dem Ausführungsbeispiel bei den Multipliziereinrichtungen 3 und 25 jeweils nur ein Aus­ gangszweig - gebildet durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 34 bzw. 28 - vorgesehen, während zur Speisung der Differenzverstärkerstufen bei den Multipliziereinrichtungen 2 und 1 zwei bzw. drei Ausgangszweige verwendet werden. Demzu­ folge sind die gekoppelten Emitter der Transistoren 6 und 7 über die einander parallel geschalteten Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 32 und 33 mit dem negativen Versor­ gungspotential 24 gekoppelt. Die gekoppelten Emitter der Transistoren 4 und 5 sind demgemäß über die einander parallel geschalteten Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 29, 30, 31 an das negative Versorgungspotential 24 gelegt. Dem entsprechend werden die Eingangssignale 17, 18, 19 mit Para­ metern multipliziert, die im Verhältnis 3 : 2 : 1 zueinander stehen.

Zur Eliminierung von Temperatureinflüssen und sonstiger Ein­ wirkungen auf die Multipliziereinrichtungen 1, 2, 3 ist die Multipliziereinrichtung 25 in einen Regelkreis eingebunden, wobei durch die Steuergröße nicht nur die Multiplizierein­ richtung 25, sondern auch die Multipliziereinrichtungen 1, 2, 3 angesteuert werden.

Der Regelkreis enthält zudem eine Vergleichseinrichtung 38 mit Stromausgang, die die über den Widerstand 37 abfallende Spannung mit einer über einem Widerstand 39 abfallenden Span­ nung vergleicht und einen zur Spannungsdifferenz proportiona­ len Strom in den Transistor 35 einspeist. Weiterhin ist eine Referenzspannungsquelle 40 vorgesehen, die zum einen einen aus zwei Widerständen 41 und 42 bestehenden Spannungsteiler speist und zum anderen eine Stromquelle steuert. Die Strom­ quelle enthält einen Operationsverstärker 43, dessen nichtin­ vertierender Eingang mit einem Anschluß der Referenzspan­ nungsquelle 40 verbunden ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 43 ist mit einem Anschluß eines Wider­ stands 44 verbunden, dessen anderer Anschluß ebenso wie ein Anschluß des Widerstandes 42 und der Referenzspannungsquelle 40 mit dem negativen Versorgungspotential 24 verschaltet ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 43 ist zudem mit dem Emitter eines Transistors 45 verbunden, dessen Basis mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 43 verschal­ tet ist und dessen Kollektor zum einen mit einem Eingang des Vergleichers 38 sowie mit einem Anschluß des Widerstandes 39 gekoppelt ist. Der andere Anschluß des Widerstandes 39 ist an das positive Versorgungspotential 16 gelegt. Schließlich ist der Abgriff des Spannungsteilers mit der Basis des Transi­ stors 26 verbunden.

Die Steilheit der in den Multipliziereinrichtungen 1, 2, 3, 25 verwendeten Differenzverstärkerstufen hängt vom jeweiligen in die gekoppelten Emitter eingespeisten Steuerstrom ab und wird von dem Regelkreis so eingestellt, daß die Steilheit um­ gekehrt proportional zum Wert Re ist. Der Widerstand 44 ist dabei zur Einstellung des Sollsignals vorgesehen. Über dem Widerstand 44 liegt eine Spannung, die gleich der von der Re­ ferenzspannungsquelle 40 abgegebenen Spannung Ur ist. Somit wird in den Widerstand 39 ein Strom Is eingespeist, der gleich dem Verhältnis der Spannung Ur zum Widerstandswert Re ist. Die Multipliziereinrichtung 25, die identisch zu den Multipliziereinrichtungen 1, 2, 3 aufgebaut ist, wird ein­ gangsseitig mit einer Spannung versorgt, die gleich der Span­ nung Ur multipliziert mit einem Dämpfungsfaktor ist. Der Dämpfungsfaktor ergibt sich aus den Widerstandswerten R1 und R2 der Widerstände 41 und 42. Er ist gleich dem Widerstands­ wert R1 geteilt durch die Summe der Widerstandswerte R1 und R2. Zusammen mit der Steilheit G der Multiplikationseinrich­ tung 25 ergibt sich über dem Widerstand 37 folgende Spannung Ui:

Ui = Ur·R1/(R1 + R2)·R4,

wobei R4 den Widerstandswert des Widerstandes 37 wiedergibt. Die Ist-Spannung Ui wird mit einer Sollspannung Us vergli­ chen. Dabei ist Us = Ur/Re·R3, wobei R3 den Widerstandswert des Widerstandes 39 wiedergibt. Der Regelkreis stellt nun den Strom Is derart ein, daß die Ist-Spannung Ui gleich der Sollspannung Us ist. Daraus folgt unmittelbar, daß

R1/(R1 + R2)·G·R4 = 1/Re·R3.

Die sich daraus ergebende Steilheit G wird also nur durch ex­ akt definierte Widerstandsverhältnisse sowie einen externen Referenzwiderstand (44) definiert und ist dabei von der Span­ nung Ur der Referenzspannungsquelle 40 unabhängig.

Wird eine Vergleichseinrichtung 36 mit Stromeingängen verwen­ det, so kann zudem auf die Widerstände 37 und 39 verzichtet werden und die sie jeweils durchfließenden Ströme direkt in die Vergleichseinrichtung 36 eingespeist werden. Die Verhält­ nisse der Steilheiten der einzelnen Differenzverstärkerstufen zueinander können über die Verhältnisse der entsprechenden Ausgangsströme der Strombank auf einfache Weise eingestellt werden. Schließlich können die Differenzverstärkerstufen, wie auch andere Schaltungsteile, symmetrisch betrieben werden.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Parametereinstellung mit minde­ stens einer ersten analogen Multipliziereinrichtung (1, 2, 3), der ein Eingangssignal (17, 18, 19) sowie ein einem Para­ meter entsprechendes Steuersignal zugeführt wird und die ein Ausgangssignal (20, 21, 22) abgibt, gekennzeichnet durch eine zur ersten Multiplikationseinrichtung (1, 2, 3) identischen zweiten analogen Mul­ tiplikationseinrichtung (25), der ein erstes Referenzsignal sowie ein dem ersten Steuersignal entsprechendes zweites Steuersignal zugeführt werden und die ein Ausgangssignal (Ui) abgibt, und durch eine Regeleinrichtung (38 bis 45), die das Ausgangssignal (Ui) der zweiten Multipliziereinrichtung (25) mit einem zweiten Referenzsignal (Us) vergleicht und daraus die Steuersignale für alle Multipliziereinrichtungen (1, 2, 3, 25) ableitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Referenzsignal proportional zu einem dritten Referenzsignal (Ur) ist und daß das zweite Referenzsignal (Us) proportional zu dem dritten Referenzsignal (Ur) sowie umgekehrt proportional zu einem Referenzwiderstand (44) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Referenzsignal (Us) aus einem Strom (Is) hervorgeht, der durch eine durch das dritte Referenzsignal (Ur) gesteu­ erte Stromquelle (43, 44, 45) mit einem durch das Referenz­ widerstand (44) bestimmten Übersetzungsverhältnis erzeugt wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu­ ersignale durch Ströme gegeben sind, die durch eine Strombank (28 bis 35) am Ausgang der Regeleinrichtung (38 bis 45) be­ reitgestellt werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu­ ersignale bildenden Ströme in einem durch die Strombank (28 bis 35) bestimmten Verhältnis von 3 : 2 : 1 zueinander stehen.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mul­ tipliziereinrichtungen (1, 2, 3, 25) Differenzverstärkerstu­ fen aufweisen, die durch die Eingangssignale (17, 18, 19) an­ gesteuert werden und die mit einem zum jeweiligen Steuerstrom proportionalen Strom gespeist werden.