HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Integrati
onsverfahren und eine Integrationsschaltung, die für elektro
nische Schaltungen weithin übernommen wurden, und einen für
elektronische Schaltungen weithin übernommenen spannungsge
steuerten Oszillator und auf einen die Integrationsschaltung
verwendenden Frequenz-Spannungs-Wandler. Diese Erfindung be
faßt sich insbesondere mit einem Integrationsverfahren und
einer Integrationsschaltung, die für Anwendungen geeignet
sind, in denen eine Variation in einem für ein Laden oder
Entladen eines Integrierkondensators relevanter Faktor in ei
nen vorbestimmten schmalen Bereich fällt. Diese Erfindung be
faßt sich auch mit einem spannungsgesteuerten Oszillator und
einem die Integrationsschaltung verwendenden Frequenz-
Spannungs-Wandler.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Eine Integrationsschaltung ist als Teil einer elektroni
schen Schaltung weithin übernommen. Wenn eine Zufuhr von
Gleichstrom zu einem Integrierkondensator gestartet wird,
steigt eine Anschlußspannung oder eine an einem Anschluß der
Integrationsschaltung entwickelte Spannung im Verlauf der
Zeit an. Unter der Annahme, daß ein Strom I ist, die An
schlußspannung Vc ist, die Kapazität des Integrierkondensa
tors C ist und eine Integrationszeit T ist, ist die Beziehung
Vc = (I/C)×T eingerichtet. C ist hierin ein festgelegter
Wert.
Wenn die Integrationsschaltung als Teil einer elektroni
schen Schaltung verwendet wird, wird die obige Beziehung ge
nutzt. Eine von I, T und Vc wird auf einen vorbestimmten Wert
eingestellt, und eine andere davon wird variiert. Eine Varia
tion in der verbleibenden wird detektiert. Zum Beispiel kann
die Integrationsschaltung als Teil eines spannungsgesteuerten
Oszillators verwendet werden. In diesem Fall werden zwei Re
ferenzspannungen bestimmt, und der Strom I wird proportional
zu einer Spannung zum Induzieren einer Ladung variiert. Wenn
Vc eine erste (höhere) Referenzspannung erreicht, wird ein
Ausgangssignal variiert. Zur gleichen Zeit wird der Strom I
zum Induzieren einer Entladung variiert. Wenn Vc die zweite
(niedrigere) Referenzspannung erreicht, wird das Ausgangs
signal variiert. Der Strom I wird zum Induzieren einer Ladung
wieder variiert. Folglich oszilliert das Ausgangssignal bei
einer von einer Spannung abhängigen Frequenz.
In dieser Art eines spannungsgesteuerten Oszillators kann
z. B. Rauschen auf einer Referenzspannung überlagert werden.
In diesem Fall wird eine Entladungsperiode, während der ein
Integrierkondensator entladen wird, instabil. Dies verursacht
ein Schwanken oder Zittern im Ausgangssignal und wirft ein
Problem insofern auf, als ein oszillierendes Signal mit hoher
Präzision nicht erzeugt werden kann. Solange die Größe des
Rauschens nicht geändert wird, bezieht sich das Zittern auf
das Verhältnis des Stroms I zur Kapazität C, I/C. Um das Zit
tern zu reduzieren, muß das Verhältnis I/C erhöht werden, und
eine Änderungsrate, bei der die Anschlußspannung der Inte
gralkapazität einen Übergang macht, muß erhöht werden. Die
Integrationszeit ist jedoch mit dem Zyklus des oszillierenden
Signals bestimmt. Eine Differenz zwischen den beiden Refe
renzspannungen kann nicht vergrößert werden. Folglich ist es
unmöglich, das Verhältnis I/C zu erhöhen.
Außerdem verwendet ein Frequenz-Spannungs-Wandler die In
tegrationsschaltung als Teil einer elektronischen Schaltung.
Ein Eingangssignal ist z. B. ein Nulldurchgangssignal. Wenn
das Eingangssignal einen Nullpegel kreuzt, wird ein pulsie
rendes Signal erzeugt. Das pulsierende Signal wird verwendet,
um die Integrationsschaltung zurückzusetzen. Eine Anschluß
spannung oder eine an einem Anschluß der Integrationsschal
tung entwickelte Spannung wird abgetastet und gehalten. Auf
der Basis der Anschlußspannung wird dann ein Ausgangssignal
erzeugt.
Falls eine Änderungsrate, bei der sich die Frequenz eines
Eingangssignals ändert, niedrig ist, ist in dem Frequenz-
Spannungs-Wandler eine Änderungsrate, bei der sich der Span
nungspegel eines Ausgangssignals ändert, auch niedrig. Dies
wirft ein Problem insofern auf, als das Ausgangssignal für
Rauschen anfällig ist und der Frequenz-Spannungs-Wandler hin
sichtlich des Ausgangssignals an einem schlechten
Signal-Rausch-Verhältnis leidet. Um dieses Problem zu lösen, sollte
das Verhältnis I/C des Stroms I zur Kapazität C erhöht wer
den, und die Änderungsrate, bei der die Anschlußspannung Vc
des Integrierkondensators einen Übergang macht, sollte erhöht
werden. Wenn I/C erhöht wird, übersteigt Vc einen Spannungs
pegel, der abgetastet und gehalten werden kann. Dies ist ein
Problem, und I/C kann daher nicht angehoben werden.
Wie oben erwähnt wurde, wird, soweit eine die Integrati
onsschaltung verwendende Schaltung betroffen ist, bevorzugt,
das Verhältnis I/C eines Stroms zu einer Kapazität zum Mini
mieren des Einflusses von Rauschen zu erhöhen. In der Praxis
gibt es jedoch eine Schwierigkeit beim Erhöhen von I/C.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein Integrationsverfahren und eine Integrationsschaltung zu
realisieren, die das Verhältnis I/C eines Stroms zu einer Ka
pazität wesentlich erhöhen können. Außerdem besteht eine Auf
gabe der vorliegenden Erfindung darin, einen die Integrati
onsschaltung verwendenden spannungsgesteuerten Oszillator zum
Reduzieren von Zittern und einen ein hohes Signal-Rausch-Ver
hältnis bietenden Frequenz-Spannungs-Wandler zu realisie
ren.
In dem Integrationsverfahren und der Integrationsschal
tung der vorliegenden Erfindung ist eine Integration ausge
setzt oder suspendiert (suspended). Der vorliegende Erfinder
hat seine/ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet, daß
für eine Ladung oder Entladung der Integrationsschaltung re
levante Faktoren, d. h. ein Lade- oder Entladestrom, eine Re
ferenzspannung oder Detektionsspannung und eine Zeit, inner
halb eines beschränkten Bereichs variieren. Eine Periode,
während der eine Integration suspendiert ist, fällt in einen
Bereich von Variationen in der Zeit, die von einer Integrati
on benötigt wird. Falls das Ende einer Integration detektiert
werden kann, obgleich eine Integration suspendiert ist, kön
nen notwendige Aktionen ausgeführt werden. Außerdem ist eine
Integrationszeit wesentlich verkürzt. Folglich kann das Ver
hältnis I/C eines Stroms zu einer Kapazität im wesentlichen
erhöht werden.
Mit anderen Worten, ein Integrationsverfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung umfaßt einen Ladungsschritt, bei dem
ein Integrierkondensator geladen wird, und einen Spannungsde
tektionsschritt, bei dem eine am Integrierkondensator entwic
kelte Spannung detektiert wird. Der Ladungsschritt enthält
einen Stromzufuhrschritt, bei dem dem Integrierkondensator
Strom zugeführt wird, und einen Stoppschritt, bei dem eine
Ladung des Integrierkondensators während einer vorbestimmten
Periode gestoppt ist.
Eine Integrationsschaltung gemäß der vorliegenden Erfin
dung umfaßt einen Integrierkondensator, eine Stromquelle, ei
nen Schalter, eine Detektionsschaltung und eine Steuerschal
tung. Die Stromquelle liefert Strom an den Integrierkonden
sator. Der Schalter ist auf einem Weg installiert, entlang
dem von der Stromquelle dem Integrierkondensator Strom zuge
führt wird. Die Detektionsschaltung detektiert eine am Inte
grierkondensator entwickelte Spannung. Die Steuerschaltung
steuert den Schalter, so daß von der Stromquelle dem Inte
grierkondensator während einer Integrationsperiode Strom zu
geführt wird. Die Integrationsperiode zerfällt in eine Strom
zufuhrperiode und eine Stopperiode. Die Steuerschaltung steu
ert den Schalter, so daß während der Stromzufuhrperiode dem
Integrierkondensator von der Stromquelle Strom zugeführt wird
und während der Stopperiode von der Stromquelle dem Inte
grierkondensator kein Strom zugeführt wird.
Die Stopperiode, während der eine Stromzufuhr gestoppt
ist, kann in der Mitte der Integrationsperiode oder an ihrem
Beginn eingestellt sein. Es ist jedoch erforderlich, daß das
Ende einer Integration detektiert werden kann. Außerdem muß
die Stopperiode, während der eine Stromzufuhr gestoppt ist,
exakt konstant sein, kann aber variabel sein.
Ein spannungsgesteuerter Oszillator gemäß der vorliegen
den Erfindung umfaßt einen Integrierkondensator, eine La
dungs/Entladungsschaltung, eine Referenzpegelquelle, eine
Vergleichsschaltung und eine Steuerschaltung. Die Ladungs/Ent
ladungsschaltung lädt oder entlädt den Integrierkondensator
unter Verwendung eines Stroms, der dem Spannungspegel eines
Eingangssignals proportional ist. Die Referenzpegelquelle
gibt selektiv einen ersten Referenzpegel und einen zweiten
Referenzpegel ab. Die Vergleichsschaltung vergleicht eine am
Integrierkondensator entwickelte Spannung mit einem Referenz
pegel, der von der Referenzpegelquelle abgegeben wurde, und
gibt die Ergebnisse eines Vergleichs in Form eines oszillie
renden Signals aus. Die Steuerschaltung steuert eine Ladung
und Entladung des Integrierkondensators durch die La
dungs/Entladungsschaltung. Die Referenzpegelquelle gibt als
Antwort auf das oszillierende Signal abwechselnd die ersten
und zweiten Referenzpegel ab. Die Steuerschaltung schaltet
als Antwort auf das oszillierende Signal abwechselnd Ladung
und Entladung des Integrierkondensators um. Die Steuerschal
tung steuert die Ladungs/Entladungsschaltung, so daß während
einer vorbestimmten Periode innerhalb einer Ladungsperiode
die Ladungs/Entladungsschaltung eine Ladung stoppen wird und
während der gleichen vorbestimmten Periode innerhalb einer
Entladungsperiode die Ladungs/Entladungsschaltung eine Entla
dung stoppen wird.
Soweit es einen tatsächlichen spannungsgesteuerten Oszil
lator betrifft, ist es selten, daß die Spannung eines Ein
gangssignals innerhalb eines weiten Bereichs variiert. Nor
malerweise variiert das Eingangssignal innerhalb eines be
schränkten Bereichs. Der spannungsgesteuerte Oszillator der
vorliegenden Erfindung behandelt das Eingangssignal, dessen
Spannungsvariation beschränkt ist, und erzeugt ein oszillie
rendes Signal, das wenig Zittern zeigt. Da die Spannungsva
riation im Eingangssignal beschränkt ist, ist eine Variation
in der Frequenz klein, bei der das Ausgangssignal oszilliert.
Folglich ist eine Variation in der Integrationsperiode klein.
Selbst wenn eine Integration während einer vorbestimmten
Zeit, die kürzer als die untere Grenze der Integrationsperi
ode ist, gestoppt wird, kann der Spannungssteueroszillator
ähnlich einem herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillator
wirken. Ein proportional zur Spannung des Eingangssignals er
zeugter Strom und zwei Referenzpegel müssen hierin jedoch
richtig bestimmt sein. Da die Integrationsperiode im wesent
lichen kurz ist, selbst wenn der gleiche Integrierkondensator
und die gleichen Referenzpegel wie diejenigen, die herkömmli
cherweise übernommen wurden, verwendet werden, kann außerdem
das Verhältnis I/C des Stroms zu einer Kapazität erhöht wer
den. Außerdem kann der Einfluß eines Rauschens minimiert wer
den. Folglich kann Zittern minimiert werden.
Ein Frequenz-Spannungs-Wandler gemäß der vorliegenden Er
findung umfaßt einen Integrierkondensator, eine Rücksetz
schaltung, eine Konstantstromquelle, eine Ladungssteuerschal
tung und eine Abtast- und Halteschaltung. Die Rücksetzschal
tung stellt eine am Integrierkondensator entwickelte Spannung
in Intervallen von einem Zyklus eines oszillierenden Signals
zurück. Die Konstantstromquelle lädt den Integrierkondensator
mit einem Konstantstrom. Die Ladungssteuerschaltung dehnt ei
ne Steuerung aus, so daß eine Ladung während einer vorbe
stimmten Periode innerhalb einer Ladungsperiode gestoppt
wird, innerhalb der der Integrierkondensator geladen wird.
Die Abtast- und Halteschaltung tastet die am Integrierkonden
sator entwickelte Spannung am Ende der Ladungsperiode ab, in
nerhalb der der Integrierkondensator geladen wird, und hält
sie.
In einem tatsächlichen Frequenz-Spannungs-Wandler ist es
selten, daß die Frequenz eines Eingangssignals innerhalb ei
nes weiten Bereichs variiert. Normalerweise ist die Frequenz
variation im Eingangssignal beschränkt. Der Frequenz-
Spannungs-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung verarbei
tet das Eingangssignal, von welchem eine Frequenzvariation
beschränkt ist, und erzeugt eine genaue Spannung, wobei der
Einfluß von Rauschen minimiert ist. Da die Frequenzvariation
im Eingangssignal beschränkt ist, ist eine Variation in einer
Integrationsperiode klein. Selbst wenn eine Integration wäh
rend einer vorbestimmten Periode, die kürzer als die untere
Grenze der Integrationsperiode ist, gestoppt wird, kann der
Frequenz -Spannungs-Wandler ähnlich einem herkömmlichen Fre
quenz-Spannungs-Wandler wirken. Der von der Konstantstrom
quelle zuzuführende Strom muß hierin richtig eingestellt
sein. Da die Integrationsperiode im wesentlichen kurz ist,
obgleich der gleiche Integrierkondensator wie der herkömmli
cherweise verwendete enthalten ist, kann außerdem das Ver
hältnis I/C eines Stroms zu einer Kapazität erhöht werden.
Außerdem kann der Einfluß von Rauschen minimiert werden.
Schließlich kann eine Ausgangsspannung mit hoher Präzision
bei einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis erzeugt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird klarer aus der Beschrei
bung verstanden, wie sie unten mit Verweis auf die Zeichnun
gen dargelegt ist, worin:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm ist, das ein Beispiel her
kömmlicher Integrationsschaltungen zeigt;
Fig. 2A und Fig. 2B die Beziehung zwischen der Aktion der
in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Integrationsschaltung und
Faktoren zeigen;
Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm ist, das ein Beispiel her
kömmlicher spannungsgesteuerter Oszillatoren zeigt, die eine
Integrationsschaltung verwenden;
Fig. 4 Aktionen anzeigt, die im in Fig. 3 gezeigten span
nungsgesteuerten Oszillator ausgeführt werden;
Fig. 5 die Aktion einer Schalteinheit, die in dem in Fig.
3 gezeigten spannungsgesteuerten Oszillator enthalten ist,
und den Einfluß von Rauschen anzeigt;
Fig. 6 ein Beispiel herkömmlicher Frequenz-Spannungs-Wandler
zeigt, die eine Integrationsschaltung verwenden;
Fig. 7 Aktionen anzeigt, die in dem in Fig. 6 gezeigten
Frequenz-Spannungs-Wandler durchgeführt werden;
Fig. 8 die Grundkonfiguration einer Integrationsschaltung
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9A und Fig. 9B die Aktion der Integrationsschaltung
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 10 ein Schaltungsdiagramm ist, das die Konfiguration
eines spannungsgesteuerten Oszillators der ersten Ausfüh
rungsform zeigt, der die Integrationsschaltung gemäß der vor
liegenden Erfindung verwendet;
Fig. 11 ein Schaltungsdiagramm ist, das die Konfiguration
einer Stoppuls-Erzeugungsschaltung zeigt, die in der ersten
Ausführungsform verwendet wird;
Fig. 12 ein Schaltungsdiagramm ist, das Aktionen anzeigt,
die in der Stoppuls-Erzeugungsschaltung ausgeführt werden;
Fig. 13 Aktionen anzeigt, die in dem spannungsgesteuerten
Oszillator gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wer
den;
Fig. 14 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Differenz
im Auftreten von Zittern zwischen dem spannungsgesteuerten
Oszillator der ersten Ausführungsform und dem der verwandten
Technik betrifft;
Fig. 15 ein Schaltungsdiagramm ist, das die Konfiguration
eines Frequenz-Spannungs-Wandlers der zweiten Ausführungsform
zeigt, der die Integrationsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet;
Fig. 16 ein Schaltungsdiagramm ist, das die Konfiguration
einer in der zweiten Ausführungsform verwendeten Stoppuls-Er
zeugungsschaltung zeigt;
Fig. 17 Aktionen anzeigt, die in der Stoppuls-Erzeugungs
schaltung ausgeführt werden;
Fig. 18 Aktionen anzeigt, die in dem Frequenz-Spannungs-Wandler
gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wer
den;
Fig. 19 ein Schaltungsdiagramm ist, das die Konfiguration
einer Stoppuls-Erzeugungsschaltung mit variabler Pulsdauer
zum Erzeugen eines Pulses zeigt, dessen Dauer variabel ist;
und
Fig. 20 Aktionen anzeigt, die in der Stoppuls-Erzeu
gungsschaltung mit variabler Pulsdauer ausgeführt werden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor mit einer ausführlichen Beschreibung der bevorzug
ten Ausführungsformen weitergemacht wird, werden mit Verweis
auf die darauf bezogenen beiliegenden Zeichnungen für ein
klareres Verständnis der Unterschiede zwischen der herkömmli
chen Technik und der vorliegenden Erfindung ein herkömmliches
Integrationsverfahren und eine herkömmliche Integrations
schaltung, ein herkömmlicher spannungsgesteuerter Oszillator
und ein herkömmlicher Frequenz-Spannungs-Wandler beschrieben.
Eine Integrationsschaltung ist weithin als Teil einer
elektronischen Schaltung übernommen. Fig. 1 ist ein Schal
tungsdiagramm, das ein Beispiel herkömmlicher Integrations
schaltungen zeigt. Bezugnehmend auf Fig. 1 bietet ein Inte
grierkondensator 1 eine Kapazität C an, und eine Stromquelle
2 führt dem Integrierkondensator 1 Gleichstrom zu. Eine Steu
erschaltung 3 führt der Stromquelle 2 ein Integrationssignal
IS zu, um die Stromquelle zu steuern. Eine Detektionsschal
tung 4 detektiert eine Anschlußspannung Vc oder eine an einem
Anschluß des Integrierkondensators 1 entwickelte Spannung.
Wenn das Integrationssignal IS von der Steuerschaltung 3 ab
gegeben wird, liefert die Stromquelle 2 einen Gleichstrom an
den Integrierkondensator 1. Die Anschlußspannung Vc des Inte
grierkondensators steigt mit dem Verlauf der Zeit gemäß dem
Strom I an, der von der Stromquelle 2 zugeführt wird. Die An
schlußspannung Vc, die Kapazität C des Integrierkondensators
und eine Integrationszeit T weisen die Beziehung Vc = (I/C)×T
auf. Die Detektionsschaltung 4 ist z. B. einem Komparator
zum Vergleichen der Anschlußspannung Vc mit einer Referenz
spannung oder einer Abtast- und Halteschaltung zum Abtasten
und Halten der Anschlußspannung Vc äquivalent.
In der Integrationsschaltung ist C konstant. Eine belie
bige von I, T und Vc ist gemäß der obigen Beziehung auf einen
vorbestimmten Wert eingestellt, und eine andere davon wird
variiert. Eine Änderung in der verbleibenden wird detektiert.
Zum Beispiel zeigt Fig. 2A den variierten Strom I, der von
der Stromquelle zugeführt wird, in Beziehung zu der Zeit t,
die erforderlich ist, bis die Anschlußspannung Vc die vorbe
stimmte Spannung Vt erreicht. Die Zeit t, die erforderlich
ist, bis Vc Vt erreicht, variiert in Abhängigkeit vom Strom
I. Außerdem zeigt Fig. 2B die variierte Zeit t in einer Be
ziehung zur Anschlußspannung Vc mit dem auf einen vorbestimm
ten Wert eingestellten Strom I. Beispiele von die Integrati
onsschaltung verwendenden Schaltungen werden unten beschrie
ben.
Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel her
kömmlicher spannungsgesteuerter Oszillatoren zeigt, die eine
Integrationsschaltung verwenden. Bezugnehmend auf Fig. 3 emp
fängt ein Spannungs-Strom-Wandler 5 eine Eingangsspannung Vin
(Steuerspannung). Ein Widerstand 6 bestimmt einen Ausgangs
strom des Spannungs-Strom-Wandlers 5. Ströme, die von strom
gesteuerten Stromquellen 7 und 8 zugeführt werden sollen,
werden gemäß dem Ausgangsstrom des Spannungs-Strom-Wandlers 5
gesteuert. Unter der Annahme, daß ein durch den Widerstand 6
angebotener Widerstand R ist, ist die Beziehung I = Vin/R
eingerichtet. Ein Integrierkondensator 9 und ein Komparator
10 sind gezeigt. Der Komparator 10 gibt die Anschlußspannung
Vc des Integrierkondensators 9 durch seinen invertierenden
Eingangsanschluß 10A ein. Eine Referenzspannung VRH oder VRL
(< VRH) wird durch seinen nicht-invertierenden Eingangsan
schluß 10B eingegeben. Ein oszillierendes Signal (VCO-Aus
gabe) Sout, das von dem spannungsgesteuerten Oszillator abge
geben wird, wird an seinem Ausgangsanschluß entwickelt. Ein
Schalter 11 weist dessen Ein- und Aus-Zustände auf, die auf
der Grundlage des oszillierenden Signals Sout gesteuert wer
den. Wenn das oszillierende Signal Sout hoch ist, ist der
Schalter 11 eingeschaltet. Wenn das oszillierende Signal Sout
niedrig ist, ist der Schalter 11 ausgeschaltet. Der Inverter
12 invertiert das oszillierende Signal Sout. Die Ein- und
Aus-Zustände eines Schalters 13 werden auf der Basis einer
Ausgabe des Inverters 12 gesteuert. Wenn die Ausgabe des In
verters 12 hoch ist, ist der Schalter 13 eingeschaltet. Wenn
die Ausgabe des Inverters 12 niedrig ist, ist der Schalter 13
ausgeschaltet. Die Ein- und Aus-Zustände eines Schalters 14
werden auf der Grundlage des oszillierenden Signals Sout ge
steuert. Die Referenzspannung VRH wird an einen Eingangsan
schluß 14A des Schalters 14 angelegt, während das Referenzsi
gnal VRL an dessen Eingangsanschluß 14B angelegt wird. Dessen
Ausgangsanschluß 14C ist mit dem nicht-invertierenden Ein
gangsanschluß 10B des Komparators 10 verbunden. Wenn das os
zillierende Signal Sout hoch ist, ist der Eingangsanschluß
14A des Schalters 14 mit dessen Ausgangsanschluß 14C verbun
den. Wenn das oszillierende Signal Sout niedrig ist, ist der
Eingangsanschluß 14B mit dem Ausgangsanschluß 14C verbunden.
Der in Fig. 3 gezeigte spannungsgesteuerte Oszillator nutzt
die Integrationsschaltung zum Detektieren der Zeit, die er
forderlich ist, bis die Anschlußspannung Vc die vorbestimmte
Spannung VRH oder VRL erreicht, wenn der Strom wie in Fig. 2
angezeigt variiert wird.
Fig. 4 ist ein Wellenformdiagramm, das Aktionen anzeigt,
die in dem in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen spannungsgesteu
erten Oszillator ausgeführt werden. Wie veranschaulicht, ist
der Eingangsanschluß 14B des Schalters 14 in dem herkömmli
chen spannungsgesteuerten Oszillator, beispielsweise wenn das
oszillierende Signal Sout niedrig ist, mit seinem Ausgangs
anschluß 14C verbunden. Die Referenzspannung VRL wird an den
nicht-invertierenden Eingangsanschluß 10B des Komparators 10
angelegt. Der Schalter 11 wird ausgeschaltet. Die Ausgabe des
Inverters 12 wird hoch getrieben oder gesteuert. Der Schalter
13 wird eingeschaltet. Folglich fließt vom Integrierkondensa
tor 9 ein der Eingangsspannung Vin proportionaler Gleichstrom
zur stromgesteuerten Stromquelle 8. Die Anschlußspannung Vc
des Integrierkondensators 9 fällt mit dem Verlauf der Zeit.
Wenn die Anschlußspannung Vc des Integrierkondensators 9 die
Referenzspannung VRL erreicht, wird das oszillierende Signal
Sout hoch gesteuert.
Folglich wird der Eingangsanschluß 14A des Schalters 14
mit dessen Ausgangsanschluß 14C verbunden. Die Referenzspan
nung VRH wird an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß
10B des Komparators 10 angelegt. Der Schalter 11 wird einge
schaltet. Die Ausgabe des Inverters 12 wird niedrig gesteu
ert. Der Schalter 13 wird ausgeschaltet. Folglich fließt von
der stromgesteuerten Stromquelle 7 ein der Eingangsspannung
Vin proportionaler Gleichstrom zum Integrierkondensator 9.
Die Anschlußspannung Vc des Integrierkondensators 9 steigt
mit dem Verlauf der Zeit an. Wenn die Anschlußspannung Vc des
Integrierkondensators 9 die Referenzspannung VRH übersteigt,
wird das oszillierende Signal Sout niedrig gesteuert. Danach
werden die ähnlichen Aktionen wiederholt. Das oszillierende
Signal Sout wird schließlich bei einer von der Eingangsspan
nung Vin abhängigen Frequenz abgegeben. Der Zyklus T des os
zillierenden Signals Sout wird als T = (C/I)×(VRH-VRL)
ausgedrückt, wo C die Kapazität des Integrierkondensators 9
bezeichnet. Da die Beziehung I = Vin/R eingerichtet ist, wird
der Zyklus T als T = (RC/Vin)×(VRH-VRL) ausgedrückt. Wie
in Fig. 4 gezeigt ist, ist der Strom I klein und der Zyklus T
lang, wenn die Eingangsspannung Vin niedrig ist. Der Zyklus
des Signals Sout ist nämlich lang. Wenn die Eingangsspannung
Vin hoch ist, ist der Strom I groß, und der Zyklus T ist
kurz. Der Zyklus eines Signals Sout' ist nämlich kurz.
Fig. 5 zeigt Aktionen, die während eines Zyklus des Si
gnals Sout im in Fig. 3 gezeigten spannungsgesteuerten Oszil
lator ausgeführt werden. Eine Flanke 17 der Spannung Vc, bei
der das Signal Sout einen Übergang macht, ist vergrößert und
in einer Einfügung 16 dargestellt, die mit abwechselnden lan
gen und zwei kurzen Strichen eingeschlossen ist. Zum Beispiel
nimmt man an, daß ein Rauschen einer Spannung ΔV auf der Re
ferenzspannung VRL überlagert ist. Eine Entladungsperiode,
während der der Integrierkondensator 9 entladen wird, wird
nach einem Zeitintervall instabil, das als ΔT = (C/I)×ΔV
ausgedrückt wird, das in der mit abwechselnden langen und
zwei kurzen Strichen eingeschlossenen Einfügung 16 in Fig. 5
geschrieben ist. Dies verursacht in dem oszillierenden Signal
Sout Zittern. Folglich kann kein oszillierendes Signal mit
hoher Präzision erzeugt werden. Dies ist ein Problem. Das
gleiche findet auf den Fall Anwendung, in welchem ein Rau
schen auf der Referenzspannung VRH überlagert ist. Zum Redu
zieren von Zittern muß das Verhältnis I/C des Stroms I zur
Kapazität C erhöht werden. Eine Änderungsrate, mit der die
Anschlußspannung Vc des Integrierkondensators 9 einen Über
gang macht, muß in solch einem Maß erhöht werden, daß die An
schlußspannung Vc des Integrierkondensators 9 die Referenz
spannung nicht überschreiten wird. Die in Fig. 3 gezeigte
Schaltung führt jedoch eine Integration während eines Zeit
intervalls aus, das mit einem Zyklus des oszillierenden Si
gnals Vout zusammenfällt. Die Anschlußspannung Vc ist der In
tegrationszeit proportional. Wenn das Verhältnis I/C erhöht
wird, überschreitet die Spannung Vc die Referenzspannung. Das
Verhältnis I/C muß daher hinsichtlich eines Bereichs, inner
halb dem die Integrationszeit variiert, d. h. eines Bereichs,
innerhalb dem der Zyklus des oszillierenden Signals variiert,
und einer Differenz zwischen den Referenzspannungen,
VRH-VRL, bestimmt werden. Das Verhältnis I/C kann daher nicht auf
einen großen Wert eingestellt werden.
Fig. 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines
eine Integrationsschaltung verwendenden herkömmlichen Fre
quenz-Spannungs-Wandlers zeigt. Bezugnehmend auf Fig. 6 teilt
ein Komparator 19 die Wellenform eines Eingangssignals Sin in
bezug auf eine Erdungsspannung 0 V auf, und gibt ein Rechteck
wellensignal Sp mit der gleichen Frequenz wie das Eingangs
signal Si ab. Das Eingangssignal Si ist an einen nicht
invertierenden Eingangsanschluß 19A des Komparators 19 ange
legt, und die Erdungsspannung 0 V ist an einen invertierenden
Eingangsanschluß 19B davon angelegt. Außerdem detektiert eine
Flankenpuls-Erzeugungsschaltung 20 die Vorderflanke des
Rechteckwellensignals Sp und erzeugt synchron mit der Vorder
flanke des Rechteckwellensignals Sp einen Flankenpuls Pr. Ei
ne Verzögerungsschaltung 21 verzögert den Flankenpuls Pr und
gibt einen verzögerten Flankenpuls Prd ab. Die Ein- und
Aus-Zustände eines Schalters 22 werden auf der Grundlage des ver
zögerten Flankenpulses Prd gesteuert, der von der Verzöge
rungsschaltung 21 abgegeben wird. Der Schalter 22 wird einge
schaltet, wenn der verzögerte Flankenpuls Prd zugeführt wird.
Wenn der verzögerte Flankenpuls Prd nicht zugeführt wird, ist
der Schalter 22 ausgeschaltet. Außerdem führt eine Konstant
stromquelle 24 einem Integrierkondensator 23 Gleichstrom zu.
Eine Abtast- und Halteschaltung 25 tastet unter Verwendung
des verzögerten Flankenpulses Prd als Abtastsignal eine An
schlußspannung Vc oder eine an einem Anschluß des Integrier
kondensators 23 entwickelte Spannung ab und hält sie. Der in
Fig. 6 gezeigte Frequenz-Spannungs-Wandler nutzt die Integra
tionsschaltung zum Detektieren der Anschlußspannung Vc, deren
Werte während einer variierenden Zeit (Zyklus eines Eingangs
signals) mit dem konstant gehaltenen Strom I integriert wer
den.
Fig. 7 ist ein Wellenformdiagramm, das Aktionen zeigt,
die in dem in Fig. 6 gezeigten herkömmlichen Frequenz-
Spannungs-Wandler ausgeführt werden. Eine Spannung Vout ist
eine Ausgangsspannung der Abtast- und Halteschaltung 25
(Ausgangsspannung des Frequenz-Spannungs-Wandlers). Wenn z. B.
ein Eingangssignal Sin wie das veranschaulichte eingegeben
wird, teilt der Komparator 19 die Wellenform des Eingangs
signals Sin in bezug auf die Erdungsspannung 0 V auf. Der Kom
parator 19 gibt ein Rechteckwellensignal Sp mit der gleichen
Frequenz wie das Eingangssignal Sin ab. Die Flankenpuls-Er
zeugungsschaltung 20 detektiert die Vorderflanke des Recht
eckwellensignals Sp und erzeugt synchron mit der Vorderflanke
des Rechteckwellensignals Sp einen Flankenpuls Pr. Die Ab
tast- und Halteschaltung 25 tastet die Anschlußspannung Vc
des Integrierkondensators 23 unter Verwendung des Flankenpul
ses Pr als Abtastsignal ab und hält sie.
Andererseits verzögert die Verzögerungsschaltung 21 den
Flankenpuls Pr und gibt einen verzögerten Flankenpuls Prd ab.
Folglich wird der Schalter 22 eingeschaltet. Dies bewirkt,
daß ein von der Konstantstromquelle 24 abgegebener Gleich
strom in eine Erdung fließt. Der Integrierkondensator 23 wird
entladen, und die Anschlußspannung Vc des Integrierkondensa
tors 23 wird auf 0 V zurückgesetzt. Wenn eine Anwendung des
verzögerten Flankenpulses Prd auf den Schalter 22 beendet
wird, wird der Schalter 22 ausgeschaltet. Von der Konstant
stromquelle 24 wird dann dem Integrierkondensator 23 Gleich
strom zugeführt. Eine Integration wird dann ausgeführt.
Die vorhergehenden Aktionen zur Integration werden in In
tervallen von einem Zyklus des Eingangssignals Sin ausge
führt. Die Anschlußspannung Vc des Integrierkondensators 23
variiert wie veranschaulicht. Die Ausgangsspannung Vout der
Abtast- und Halteschaltung 25 ist, wie veranschaulicht, dem
Zyklus des Eingangssignals Sin proportional.
In dem in Fig. 6 gezeigten Frequenz-Spannungs-Wandler ist
die Ausgangsspannung Vout dem Zyklus des Eingangssignals Sin
proportional. Wenn eine Änderungsrate Δf, mit der sich die
Frequenz des Eingangssignals Sin ändert, niedrig ist, ist
auch eine Änderungsrate ΔV niedrig, in der die Ausgangsspan
nung Vout einen Übergang macht. Die Ausgangsspannung ist da
her für Rauschen anfällig. Dies wirft insofern ein Problem
auf, als der Frequenz-Spannungs-Wandler hinsichtlich der Aus
gangsspannung Vout an einem schlechten Signal-Rausch-Ver
hältnis leidet. Das Verhältnis I/C des Stroms I zur Kapa
zität C sollte daher erhöht werden. Eine Änderungsrate, bei
der die Anschlußspannung Vc des Integrierkondensators 23 ei
nen Übergang macht, sollte auf solch ein Maß erhöht werden,
daß die Anschlußspannung Vc eine Spannung nicht überschreiten
wird, die abgetastet und gehalten werden kann. Somit wird die
Ausgangsspannung Vout ein Hochpräzisionssignal, das bei einem
hohen Signal-Rausch-Verhältnis abzugeben ist. Soweit die in
Fig. 6 gezeigte Schaltung betroffen ist, wird jedoch eine In
tegration über ein Zeitintervall ausgeführt, das mit einem
Zyklus des Eingangssignals Sin zusammenfällt. Falls das Ver
hältnis I/C erhöht würde, würde die Spannung Vc die Spannung
überschreiten, die abgetastet und gehalten werden kann. Das
Verhältnis I/C muß daher hinsichtlich eines Bereichs bestimmt
werden, innerhalb dem die Integrationszeit variiert, d. h. ei
nes Bereichs, innerhalb dem der Zyklus des Eingangssignals
variiert, und eines Bereichs von Spannungen, die abgetastet
und gehalten werden können. Das Verhältnis I/C kann nämlich
nicht erhöht werden.
Wie oben erwähnt wurde, sollte, soweit eine eine Integra
tionsschaltung verwendende Schaltung betroffen ist, das Ver
hältnis I/C eines Stroms zu einer Kapazität vorzugsweise hoch
genug sein, um den Einfluß von Rauschen zu minimieren. Das
I/C kann jedoch nicht erhöht werden, weil die Anschlußspan
nung des Integrierkondensators dessen Grenzwert überschrei
tet.
Fig. 8 zeigt die Grundkonfiguration einer Integrations
schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie veranschaulicht, umfaßt die Integrationsschaltung ge
mäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den Komponenten
der in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Integrationsschaltung
einen Schalter 31 und eine Stoppuls-Erzeugungsschaltung 30.
Der Schalter 31 ist auf einem Weg installiert, entlang dem
dem Integrierkondensator 1 von der Stromquelle 2 Strom zuge
führt wird. Die Stoppuls-Erzeugungsschaltung 30 erzeugt den
Stoppuls Px unter Verwendung des von der Steuerschaltung 3
gesendeten Integrationssignals IS und führt ihn dem Schalter
31 zu. Die Stoppuls-Erzeugungsschaltung 30 erzeugt den
Stoppuls Px, der während einer vorbestimmten Periode aktiv
ist, unter Verwendung des Integrationssignals IS. Demgemäß
ist während der vorbestimmten Periode der Schalter 31 geöff
net.
Fig. 9A und Fig. 9B zeigen Aktionen an, die in der in
Fig. 8 gezeigten Integrationsschaltung ausgeführt werden. Wie
in Fig. 9A gezeigt ist, steigt der Stoppuls Px in einer Zeit
TP an, nachdem das Integrationssignal IS ansteigt. Der
Stoppuls Px ist während einer vorbestimmten Periode T0 aktiv
hoch. Daher ist der Stoppuls Px nicht aktiviert (niedrig ge
steuert). Selbst wenn eine Integrationsperiode T variiert,
soll die Summe der Zeiten TP und T0 kleiner als die Periode T
sein. Unter der Annahme, daß die untere Grenze der Integrati
onsperiode T TS ist, wird die Beziehung TP + T0 < TS einge
richtet. Die Stromquelle 2 führt während der Integrationspe
riode T Strom zu. Während der Stoppuls Px hoch ist, ist je
doch der Schalter 31 geöffnet. Ein Strom wird daher nur wäh
rend eines Zeitintervalls T-T0 dem Integrierkondensator 1 zu
geführt. Die Anschlußspannung Vc des Integrierkondensators 1
steigt während des Zeitintervalls T-T0 proportional dem Strom
I an. Die am Ende der Integrationsperiode T erreichte An
schlußspannung Vce wird als (I/C)×(T-T0) ausgedrückt.
Wie oben erwähnt wurde, wird in der Integrationsschaltung
der vorliegenden Erfindung eine Periode, während der eine In
tegration ausgeführt wird, als T-T0 ausgedrückt. Solange die
Anschlußspannung Vc des Integrierkondensators 1 einen Bereich
detektierbarer Spannungen nicht überschreitet, kann das I/C
erhöht werden. Außerdem kann die Änderungsrate erhöht werden,
mit der die Anschlußspannung Vc einen Übergang macht.
In dem in Fig. 9A gezeigten Beispiel steigt der Stoppuls
Px in der Zeit TP nach dem Start der Integrationsperiode an.
Alternativ dazu kann der Stoppuls Px, wie in Fig. 9B gezeigt
ist, gleichzeitig mit dem Beginn der Integrationsperiode an
steigen. In diesem Fall müssen die Zeiten T0 und TS die Be
ziehung T0 < TS aufweisen.
Als nächstes wird eine Beschreibung der ersten Ausfüh
rungsform vorgenommen, in der die in Fig. 8 gezeigte Integra
tionsschaltung an einen spannungsgesteuerten Oszillator ange
paßt ist.
Fig. 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration
eines spannungsgesteuerten Oszillators gemäß der ersten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der spannungs
gesteuerte Oszillator der ersten Ausführungsform hat die
gleichen Komponenten wie der in Fig. 3 gezeigte herkömmliche
spannungsgesteuerte Oszillator. Ein Unterschied gegenüber dem
herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillator liegt in einem
Punkt, daß ein Schalter 47, eine Flankenpuls-Erzeugungsschal
tung 14 und eine Stoppuls-Erzeugungsschaltung 44 enthalten
sind. Der Schalter 44 ist auf einem Weg installiert, entlang
dem ein Strom in den Integrierkondensator 9 fließt. Die Flan
kenpuls-Erzeugungsschaltung 41 und die Stoppuls-Erzeugungs
schaltung 44 werden verwendet, um einen Stoppuls Px zu erzeu
gen, mit dem der Schalter 47 gesteuert wird. Wenn ein Hochpe
gelsignal zugeführt wird, ist der Schalter 47 geschlossen.
Ein Inverter invertiert den Stoppuls Px und führt einen re
sultierenden Puls dem Schalter 47 zu. Die Flankenpuls-Erzeu
gungsschaltung 41 enthält einen Inverter 42 zum Verzögern und
Invertieren des oszillierenden Signals Sout, das vom Kompara
tor 10 abgegeben wurde, und ein Exklusiv-ODER-Gatter 43, das
das oszillierende Signal Sout und eine Ausgabe des Inverters
42 eingibt. Die Flankenpuls-Erzeugungsschaltung 42 erzeugt
einen Flankenpuls EP, dessen Dauer kurz genug ist, um mit der
Übergangsflanke des oszillierenden Signals Sout zu synchroni
sieren.
Fig. 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration
der Stoppuls-Erzeugungsschaltung 44 zeigt. D-Flipflops 50 bis
53 sind hintereinander in Reihe geschaltet, so daß ein Posi
tive-Phase-Ausgangsanschluß Q auf einer vorhergehenden Stufe
mit einem Dateneingangsanschluß D auf einer nachfolgenden
Stufe verbunden sein wird. Ein Dateneingangsanschluß Q eines
D-Flipflops 54 ist mit einem Entgegengesetzte-Phase-Ausgangs
anschluß /Q des letzten D-Flipflops 53 verbunden. Ein Takt
CLK wird in Takteingangsanschlüsse C der D-Flipflops 50 bis
54 eingegeben. Ein von der Flankenpuls-Erzeugungsschaltung 41
abgegebener Flankenpuls EP wird an deren Rücksetzanschlüsse R
angelegt. Außerdem ist der Dateneingangsanschluß D des ersten
D-Flipflops 50 mit einer VCC-Netzleitung 55 verbunden. Ein
Hochpegel-Logikpegel-Signal wird an den Dateneingangsanschluß
D angelegt.
Fig. 12 zeigt die Aktionen, die in der in Fig. 11 gezeig
ten Stoppuls-Erzeugungsschaltung 44 ausgeführt werden. Die
D-Flipflops 50 bis 54 werden als Antwort auf den Flankenpuls EP
zurückgesetzt. Positive-Phase-Ausgaben Q1, Q2 und Q3 der
D-Flipflops 50 bis 52 werden niedrig gesteuert, und eine Nega
tive-Phase-Ausgabe/Q4 des D-Flipflops 53 wird hoch gesteu
ert. Der Stoppuls Px, der eine Positive-Phase-Ausgabe des
D-Flipflops 54 ist, wird niedrig gesteuert. Wenn der Takt CLK
ansteigt, wird daher die Positive-Phase-Ausgabe Q1 des
D-Flipflops 50 hoch gesteuert, und der Stoppuls Px wird hoch
gesteuert. Danach machen jedesmal, wenn der Takt ansteigt,
die Ausgaben Q2, Q3 und/Q4 sukzessiv einen Übergang. Wenn die
mit vier Zyklen des Taktes übereinstimmende Zeit verstreicht,
geht Px niedrig. Der Takt wird durch Nutzen eines Kristallos
zillators oder dergleichen erzeugt. Der Zyklus des Taktes ist
exakt konstant. Die Periode, während der Px hoch bleibt, ist
exakt konstant.
Fig. 13 ist ein Wellenformdiagramm, das Aktionen zeigt,
die im spannungsgesteuerten Oszillator der ersten Ausfüh
rungsform ausgeführt werden. Beispielsweise nehme man an, daß
das oszillierende Signal Sout und der Stoppuls Px niedrig
sind. Der Eingangsanschluß 42B des Schalters 14 ist mit des
sen Ausgangsanschluß 42C verbunden. Die Referenzspannung VRL
wird an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß 38B des
Komparators 38 angelegt. Der Schalter 11 wird geöffnet, und
der Schalter 13 wird geschlossen. Ein der Eingangsspannung
Vin proportionaler Strom fließt vom Integrierkondensator 9
zur stromgesteuerten Stromquelle 8. Die Anschlußspannung Vc
des Integrierkondensators 9 fällt mit dem Verlauf der Zeit.
Wenn die Anschlußspannung Vc auf die Referenzspannung VRL
fällt, wird das oszillierende Signal Sout doch gesteuert, und
der Flankenpuls EP wird erzeugt. Demgemäß wird der Eingangs
anschluß 42A des Schalters 14 mit dessen Ausgangsanschluß 42C
verbunden. Die Referenzspannung VRH wird an den nicht
invertierenden Eingangsanschluß 38B des Komparators 38 ange
legt. Der Schalter 11 wird geschlossen, und der Schalter 13
wird geöffnet. Außerdem bleibt der Stoppuls Px während der
Zeit von dem Moment an, in dem der Flankenpuls EP in die
Stoppuls-Erzeugungsschaltung 44 eingegeben wird, bis zu dem
Moment niedrig, in dem der Takt CLK ansteigt. Der Schalter 47
wird geschlossen. Ein der Eingangsspannung Vin proportionaler
Strom fließt von der stromgesteuerten Stromquelle 7 zum Inte
grierkondensator 9. Die Anschlußspannung Vc des Integrierkon
densators 9 steigt mit dem Verlauf der Zeit an.
Wenn der Takt CLK ansteigt, wird der von der Stoppuls-Er
zeugungsschaltung 44 abgegebene Stoppuls Px hoch gesteuert.
Der Schalter 47 wird geöffnet. Eine Ladung des Integrierkon
densators 9 durch die stromgesteuerte Stromquelle wird ge
stoppt. Die Anschlußspannung Vc bleibt intakt.
Wenn die mit vier Zyklen des Taktes übereinstimmende Zeit
verstreicht, wird danach der Stoppuls Px hoch-gesteuert. Der
Schalter 47 wird wieder geschlossen. Demgemäß wird eine La
dung des Integrierkondensators 9 durch die stromgesteuerte
Stromquelle 7 erneut gestartet. Die Anschlußspannung Vc
steigt mit dem Verlauf der Zeit an. Wenn die Anschlußspannung
Vc bis zur Referenzspannung VRH ansteigt, wird hierin das os
zillierende Signal Sout niedrig gesteuert, und der Flanken
puls EP wird erzeugt. Demgemäß wird der Eingangsanschluß 42B
des Schalters 14 mit dessen Ausgangsanschluß 42C verbunden.
Die Referenzspannung VRL wird an den nicht-invertierenden
Eingangsanschluß 38B des Komparators 38 angelegt. Der Schal
ter 11 wird geöffnet, und der Schalter 13 wird geschlossen.
Desgleichen bleibt der Stoppuls Px während der Zeit von dem
Moment an, in dem der Flankenpuls EP in die Stoppuls-Erzeu
gungsschaltung 44 eingegeben wird, bis zu dem Moment niedrig,
in dem der Takt CLK ansteigt. Der Schalter 47 wird geschlos
sen. Folglich fließt ein der Eingangsspannung Vin proportio
naler Strom von dem Integrierkondensator 9 zur stromgesteuer
ten Stromquelle 8. Die Anschlußspannung Vc des Integrierkon
densators 9 fällt mit dem Verlauf der Zeit.
Wenn der Takt CLK ansteigt, wird gleichfalls der von der
Stoppuls-Erzeugungsschaltung 44 abgegebene Stoppuls Px hoch
gesteuert. Der Schalter 47 wird geöffnet. Folglich wird eine
Entladung des Integrierkondensators 9 zur spannungsgesteuer
ten Stromquelle 8 gestoppt, und die Anschlußspannung Vc
bleibt intakt. Wenn die mit vier Zyklen des Taktes überein
stimmende Zeit verstreicht, wird der Stoppuls Px hoch gesteu
ert. Der Schalter 47 wird wieder geschlossen. Die obige Folge
von Aktionen wird danach wiederholt.
Wie oben erwähnt wurde, wird die Zeit, während der der
Integrierkondensator tatsächlich geladen wird, innerhalb ei
ner Ladungszeit als Tc-T0 ausgedrückt. Die Zeit, während der
der Integrierkondensator 9 tatsächlich entladen wird, inner
halb einer Entladungszeit wird als Td-T0 ausgedrückt. Die La
dungszeit, während der der Integrierkondensator 9 geladen
wird, ist hierin Tc, die Entladungszeit, während der der In
tegrierkondensator 9 entladen wird, ist Td, und die Dauer des
Pulses Px ist T0. Eine Periode, während der eine Integration
tatsächlich ausgeführt wird, innerhalb eines Zyklus des os
zillierenden Signals wird als T-2T0 ausgedrückt. Folglich ist
in dem spannungsgesteuerten Oszillator der ersten Ausfüh
rungsform die Beziehung (T-2T0) = 2(RC/Vin)×(VRH-VRL) ein
gerichtet.
Fig. 14 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Einfluß
betrifft, der auf die Entladungszeit, während der der Inte
grierkondensator 9 entladen wird, ausgeübt wird, wenn Rau
schen einer Spannung ΔV auf der Referenzspannung VRL überla
gert wird. Eine durchgezogene Linie Vc1 zeigt den Einfluß an,
der in dieser Ausführungsform ausgeübt wird, während eine ge
strichelte Linie Vc3 den Einfluß anzeigt, der in der in Fig.
3 gezeigten verwandten Technik ausgeübt wird. Außerdem reprä
sentiert ΔT1 die Instabilität der Entladungszeit, während der
der in dieser Ausführungsform verwendete Integrierkondensator
9 entladen wird. ΔT2 bezeichnet die Instabilität der Entla
dungszeit, während der der in der verwandten Technik verwen
dete Integrierkondensator 9 entladen wird. Wie veranschau
licht, wird die Instabilität ΔT ausgedrückt als (C/1)×ΔV.
Je niedriger das Verhältnis C/I ist, desto höher ist die Än
derungsrate, mit der die Anschlußspannung Vc einen Übergang
macht. Die Instabilität ΔT verschwindet im Verhältnis. Das
Verhältnis C/I in dieser Ausführungsform ist niedriger als
dasjenige in der verwandten Technik. Die Änderungsrate, mit
der die Anschlußspannung Vc in dieser Ausführungsform einen
Übergang macht, ist höher. Falls das Rauschen ΔV auf der Re
ferenzspannung überlagert wird, ist die Instabilität ΔT1 in
dieser Ausführungsform kleiner als die Instabilität ΔT2 in
der verwandten Technik. Die Instabilität ΔT bezieht sich auf
den Zyklus des oszillierenden Signals Sout und verursacht
Zittern. Aus diesem Grund ist das in dieser Ausführungsform
auftretende Zittern kleiner.
Die Dauer des Stoppulses wird gemäß den Bedingungen zur
Verwendung des spannungsgesteuerten Oszillators bestimmt. Je
de andere Bedingung, z. B. das Verhältnis I/C, wird gemäß der
Pulsdauer bestimmt. Der spannungsgesteuerte Oszillator der
ersten Ausführungsform ist z. B. an einen Oszillator zum Er
zeugen eines Trägers mit 455 kHz mit einer Abweichung von 3
kHz angepaßt. Diese Anpassung wird diskutiert. Da die Fre
quenz des Trägers 455 kHz ist, ist dessen Zyklus T ungefähr
2,2 µs. Da die Frequenz die Abweichung von 3 kHz enthält, ist
die Variation im Zyklus T ungefähr 15 ns. Von diesem Ge
sichtspunkt aus sollte die Periode, während der eine Ladung
oder Entladung tatsächlich ausgeführt wird, auf höchstens et
wa 50 ns eingestellt werden. Die mit 97,5% des Zyklus T
übereinstimmende Zeit kann als eine Stopperiode betrachtet
werden. In diesem Fall kann, es sein denn, eine Bedingung der
Spannung wird geändert, das Verhältnis I/C auf einen etwa
vierzigmal so großen Wert eingestellt werden. Dementsprechend
kann Zittern reduziert werden.
Als nächstes wird eine Beschreibung der zweiten Ausfüh
rungsform vorgenommen, in der die in Fig. 8 gezeigte Integra
tionsschaltung an einen Frequenz-Spannungs-Wandler angepaßt
ist.
Fig. 15 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration
des Frequenz-Spannungs-Wandlers gemäß der zweiten Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Frequenz-
Spannungs-Wandler der zweiten Ausführungsform hat die glei
chen Komponenten wie der in Fig. 6 gezeigte herkömmliche Fre
quenz-Spannungs-Wandler. Ein Unterschied gegenüber dem her
kömmlichen Frequenz-Spannungs-Wandler liegt in einem Punkt,
daß ein Schalter 63 und eine Stoppuls-Erzeugungsschaltung 62
enthalten sind. Der Schalter 63 ist auf einem Weg instal
liert, entlang dem ein Strom in den Integrierkondensator 23
fließt. Die Stoppuls-Erzeugungsschaltung 62 erzeugt einen
Stoppuls Px, mit dem der Schalter 63 gesteuert wird. Die
Flankenpuls-Erzeugungsschaltung 20 besteht, wie veranschau
licht ist, aus einem Inverter 60 und einem UND-Gatter 61. Die
Flankenpuls-Erzeugungsschaltung 20 erzeugt einen kurzen Puls
Pr an der Vorderflanke des Signals Sp. Bei Zufuhr eines Hoch
pegelsignals wird der Schalter 63 geöffnet.
Fig. 16 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration
der Stoppuls-Erzeugungsschaltung 62 zeigt. Fig. 17 zeigt Ak
tionen, die in der Stoppuls-Erzeugungsschaltung 62 ausgeführt
werden. Wie veranschaulicht ist, ist die Stoppuls-Erzeugungs
schaltung 62 der in Fig. 11 gezeigten Schaltung analog, außer
daß die Zahl von Stufen von Flipflops verschieden ist. Die
Beschreibung der Konfiguration wird daher weggelassen.
Fig. 18 ist ein Wellenformdiagramm, das Aktionen anzeigt,
die in dem in Fig. 15 gezeigten Frequenz-Spannungs-Wandler
der zweiten Ausführungsform ausgeführt werden. Wenn ein Ein
gangssignal Sin wie das veranschaulichte eingegeben wird,
teilt der Komparator 19 die Wellenform des Eingangssignals
Sin in bezug auf eine Erdungsspannung 0 V auf. Der Komparator
19 gibt dann ein Rechteckwellensignal Sp mit der gleichen
Frequenz wie das Eingangssignal Sin ab. Die Flankenpuls-Er
zeugungsschaltung 20 detektiert die Vorderflanke des Recht
eckwellensignals Sp und erzeugt synchron mit der Vorderflanke
des Rechteckwellensignals Sp einen Flankenpuls Pr. Die Ab
tast- und Halteschaltung 25 tastet die Anschlußspannung Vc
des Integrierkondensators 23 unter Verwendung des Flankenpul
ses PR als Abtastsignal ab und hält sie.
Die Verzögerungsschaltung 21 verzögert andererseits den
Flankenpuls Pr und gibt einen verzögerten Flankenpuls Prd ab.
Folglich wird der Schalter 22 eingeschaltet. Dies läßt einen
von der Konstantstromquelle 24 abgegebenen Gleichstrom in die
Erdung fließen. Der Integrierkondensator 23 wird entladen,
und die Anschlußspannung Vc des Integrierkondensators 23 wird
auf 0 V zurückgesetzt. Wenn eine Zufuhr des verzögerten Flan
kenpulses Prd zum Schalter 22 geändert wird, wird der Schal
ter 22 beendet oder abgeschaltet. Zu dieser Zeit ist der
Stoppuls Px niedrig. Der Schalter 63 wird geschlossen. Daher
wird von der Konstantstromquelle 24 dem Integrierkondensator
23 Gleichstrom zugeführt. Aktionen zur Integration werden
ausgeführt.
Nachdem der verzögerte Flankenpuls Prd von der Verzöge
rungsschaltung 21 der Stoppuls-Erzeugungsschaltung 62 zuge
führt ist, wird, wenn der Takt CLK zuerst ansteigt, der
Stoppuls Px hoch gesteuert. Der Schalter 63 wird geöffnet.
Folglich wird eine Zufuhr eines Stroms von der Konstantstrom
quelle 24 zum Integrierkondensator 23 gestoppt, und die An
schlußspannung Vc des Integrierkondensators 23 wird bei der
zu dieser Zeit erreichten Spannung gehalten.
Wenn der Takt CLK zweimal ansteigt, wird danach das
Stoppulssignal Px niedrig gesteuert, und der Schalter 63 wird
wieder geschlossen. Eine Zufuhr eines Stroms von der Kon
stantstromquelle 24 zum Integrierkondensator 23 wird erneut
gestartet. Wenn der Flankenpuls Pr durch die Flankenpuls-Er
zeugungsschaltung 20 erzeugt wird, tastet die Abtast- und
Halteschaltung 25 die Anschlußspannung Vc ab und hält sie.
Die vorhergehenden Aktionen werden danach wiederholt.
Eine Ausgangsspannung Vout der Abtast- und Halteschaltung
25 variiert in Abhängigkeit vom Zyklus des Eingangssignals
Sin. Insbesondere wird die Ausgangsspannung Vout ausgedrückt
als (I/C)×(T-T0-Te) = (I/C)×T + Konstante. Der Zyklus des
Eingangssignals Sin ist hierin T, die Dauer des Flankenpulses
ist Te, die Dauer des Stoppulses Px ist T0, der von der
Stromquelle 24 zugeführte Strom ist I, und die Kapazität des
Integrierkondensators ist C.
In dem Frequenz-Spannungs-Wandler dieser Ausführungsform
kann, ohne die Notwendigkeit, die Ausgangsspannung Vout zu
erhöhen, die Änderungsrate erhöht werden, mit der die Aus
gangsspannung Vout einen Übergang macht. Folglich kann eine
Umwandlung mit hoher Präzision bei einem hohen Signal-Rausch-Ver
hältnis erreicht werden.
Die Dauer des in den ersten und zweiten Ausführungsformen
verwendeten Stoppulses sollte auf einen vorbestimmten Wert
eingestellt sein, kann aber variabel sein. Wenn die Pulsdauer
variabel ist, wird, soweit der spannungsgesteuerte Oszillator
der ersten Ausführungsform betroffen ist, ein Bereich von
Frequenzen erweitert, bei denen Oszillation stattfindet. So
weit der Frequenz-Spannungs-Wandler der zweiten Ausführungs
form betroffen ist, wird ein Bereich von Frequenzen erwei
tert, bei denen ein Eingangssignal empfangen wird.
Fig. 19 zeigt ein Beispiel von Konfigurationen einer
Stoppuls-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Stoppulses
Px, dessen Dauer variabel ist. Fig. 20 zeigt Aktionen, die in
der in Fig. 19 gezeigten Stoppuls-Erzeugungsschaltung mit va
riabler Pulsdauer ausgeführt werden. Wie veranschaulicht ist,
sind mehrere D-Flipflops 73 bis 78 hintereinander in Reihe
geschaltet, so daß ein Positive-Phase-Ausgangsanschluß Q auf
einer vorhergehende Stufe mit einem Dateneingangsanschluß D
auf einer nachfolgenden Stufe verbunden sein wird. Datenein
gangsanschlüsse D von D-Flipflops 79 bis 82 sind mit Entge
gengesetzte-Phase-Ausgangsanschlüssen/Q der D-Flipflops 75,
76, 77 und 78 verbunden. Die D-Flipflops 79 bis 82 erzeugen
Stoppulse Px1 bis Px4. Nachdem der Flankenpuls EP eingegeben
ist, werden die Stoppulse Px1 bis Px4 an der ersten Vorder
flanke des Taktes CLK hoch gesteuert. Danach werden die
Stoppulse Px1 bis Px4 an den dritten bis sechsten Vorderflan
ken des Taktes CLK niedrig gesteuert. Ein Selektor 83 wählt
gemäß einem Auswahlsignal einen der Stoppulse Px1 bis Px4 aus
und gibt den ausgewählten als Puls Px ab. Die Dauer des Pul
ses Px kann somit variabel gemacht werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Periode, während der eine Integration tatsäch
lich ausgeführt wird, innerhalb einer Integrationsperiode als
[Integrationsperiode-Stopperiode] ausgedrückt. Ein Verhältnis
I/C kann erhöht werden, und eine Änderungsrate kann erhöht
werden, bei der eine Anschlußspannung einen Übergang macht.
Folglich kann z. B. in einem spannungsgesteuerten Oszillator
auftretendes Zittern minimiert werden, und ein durch einen
Frequenz Spannungs-Wandler angebotenes Signal-Rausch-Ver
hältnis kann verbessert werden.