DE3014657A1

DE3014657A1 - Anordnung und verfahren zur erzeugung einer spannung

Info

Publication number: DE3014657A1
Application number: DE19803014657
Authority: DE
Inventors: Randall Charles Gray; Wilson David Pace
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1979-04-19
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1980-11-06
Also published as: FR2454617B1; FR2454617A1; US4250452A; JPH0166076U; DE3014657C2; JPS55142251A

Description

Dipl.-Phys. O. E. Weber D-8000 München 71 Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

zugelassener Vertreter beim 3014657

Europäischen Patentamt Telefon: (0 89) 7 9150 50

Telegramm: monopolweber

Representative before the münchen

European Patent Office Telex: 05-212877

M 1279

Motorola'Inc.

1303 E. Algonquin Road

Schaumburg, 111. 60196

USA

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nachträglich geändert

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Die Erfindung betrifft allgemein eiiie Anordnung für einen Druckfühler und bezieht sich insbesondere auf eine monolithisch integrierbare Schaltung zur Erzeugung einer linearen Spannung, welche dem Wert 1/Cp proportional ist, wobei Cp die Kapazität eines druckempfindlichen kapazitiven Übertragers ist.

Es sind Druckfühler bekannt, welche grundsätzlich integrierte Schaltungen verwenden, um die Frequenz von zwei Oszillatoren zu ermitteln. Der erste Oszillator erzeugt ein Signal mit einer Frequenz, die der Kapazität eines Bezugskondensators proportional ist. Zur Bestimmung des Druckes wird dieses Signal mit dem Ausgangssignal eines zweiten Oszillators verglichen, der eine Frequenz hat, die der sich ändernden Kapazität eines kapazitiven Übertragers proportional ist. Da diese Schaltung jedoch in einer offenen Schleife angeordnet ist, leidet sie unter dem Nachteil, daß eine erhebliche Drift die Genauigkeit nachteilig beeinträchtigt. Weiterhin wird diese bekannte Schaltungsanordnung durch die Notwendigkeit der Verwendung einer großen Anzahl von Bauteilen kompliziert und teuer, und·sie ist nicht gut dafür geeignet, mit Hilfe einer Dickfilmtechnik nach dem Stand der Technik hergestellt zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs näher erläuterten Art zu schaffen, die dazu geeignet ist, eine Linearspannung zu erzeugen, die der Kapazität eines veränderbaren Kondensators umgekehrt proportional ist. Gemäß der Erfindung soll auch eine druckempfindliche Schaltungsanordnung geschaffen

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werden» die leicht monolithisch integrierter ist und mit Hilfe der Dickfilmtechnik hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Nach dem wesentlichen Grundgedanken der Erfindung wird eine Anordnung geschaffen, die dazu dient, eine Spannung zu erzeugen, die der Kapazität eines veränderbaren Kondensators umgekehrt proportional ist und im wesentlichen folgende Teile aufweist: Einen Bezugskondensator, eine erste Einrichtung, die mit dem Bezugskondensator verbunden ist und auch mit dem veränderbaren Kondensator verbunden ist, um abwechselnd den Bezugskondensator und den veränderbaren Kondensator aufzuladen und zu entladen, weiterhin eine zweite Einrichtung, die mit der ersten Einrichtung verbunden ist, um eine Rückführspannung zu erzeugen, bei welcher der veränderbare Kondensator entladen wird, wobei die Rückführspannung eine Größe erreicht, die der Kapazität des veränderbaren Kondensators umgekehrt proportional ist.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine integrierte Schaltung geschaffen, welche in Verbindung mit einer externen Energieversorgungseinrichtung, einem externen Bezugskondensator und einem externen Übertrager-Kondensator sowie einem externen kapazitiven Integrator verwendbar ist, um eine Druckfühlerschaltung zu erreichen, wobei die integrierte Schaltung folgende Teile aufweist: Eine erste Einrichtung, welche dazu dient, abwechselnd den Bezugskondensator und den Übertrager-Kondensator aufzuladen und

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zu entladen, und eine zweite Einrichtung, die mit der ersten Einrichtung verbunden ist, um in dem Integrator eine Rückführspannung aufzubauen, bei welcher der Übertrager-Kondensator entladen wird, wobei die Rückführspannung der Kapazität des Übertrager-Kondensators umgekehrt proportional ist.

Schließlich wird gemäß der Erfindung auch ein Verfahren zur Erzeugung einer Spannung geschaffen, welche der Kapazität eines veränderbaren Kondensators umgekehrt proportional ist; dieses Verfahren weist folgende Schritte auf: Es wird ein Ladestrom einem Bezugskondensator zugeführt, um den Bezugskondensator aufzuladen, es wird ein kapazitiver Integrator während derjenigen Zeit aufgeladen, in welcher der Bezugskondensator geladen wird, es wird der Bezugskondensator entladen, wenn seine Spannung einen vorgegebenen Wert erreicht, es wird der Ladestrom einem veränderbaren Kondensator zugeführt, um den veränderbaren Kondensator aufzuladen, es wird der kapazitive Integrator während der Ladezeit des veränderbaren Kondensators entladen und es wird der veränderbare Kondensator entladen, wenn seine Spannung diejenige Spannung erreicht, die in dem kapazitiven Integrator gespeichert ist, wobei die gespeicherte Spannung der Kapazität des veränderbaren Kondensators umgekehrt proportional ist.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema einer ersten bevorzugten Ausfüh-' rungsform einer erfindungsgemäßen Druckfühlerschaltung,

Fig. 2 A bis 2 D Signalwellenformen, welche an verschiedenen Punkten in der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung auftreten, und

Fig. 3 A bis 3 D schematische Schaltbilder der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Gemäß der Darstellung in der- Fig. 1 erzeugt eine Konstantstromquelle 2 einen Strom Iq, der abwechselnd durch einen Schalter 4· auf einen Bezugskondensator C_R, der zwischen dem Eingang der Komparator/Entladungs-Schaltung 6 und dem Nullpunkt der Schaltung angeordnet ist, und auf einen druckempfindlichen kapazitiven Übertrager geschaltet wird, der eine Kapazität Cp aufweist, die sich mit dem Druck ändert, wobei die veränderbare Kapazität zwischen der Komparator/Entladungs-Schaltung 8 und dem Nullpunkt der Schaltung angeordnet ist. Jede der Schaltungen 6 und 8 hat einen Ausgang, der an an Flip-Flop 14- angeschlossen ist, um den Ausgang umzuschalten. Das Flip-Flop 14- hat seine Ausgänge abwechselnd mit dem Schalter 4- verbunden. Ein zweiter Ausgang des Flip-Flops 14- ist mit einem Detektor für ein Puls-Tastverhältnis verbunden, der als Stromschalter für einen Integrator dient, der einen Widerstand 20 und Kondensatoren 18 und 22 aufweist. Der Detektor 16 bestimmt, ob eine Ladung in dem Kondensator gespeichert oder von dem Kondensator entnommen werden soll. Außer der

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-tr-

Speicherung einer Ladung hat der Integrator die Aufgabe, die Welligkeit in dem Signal zu vermindern, welches dem Puffer 24 zugeführt wird, der als Operationsverstärker ausgebildet sein kann, so daß dieser Verstärker das Verstärkungsmaß eins aufweist. Der Puffer 24 erzeugt an einem entsprechenden Knoten eine hohe Impedanz für den Integrator, um einen Ladungsverlust zu vermeiden. Das Ausgangssignal des Puffers 24 ist die gewünschte Spannung Vp, die 1/Cp proportional ist. Diese Spannung wird an die Komparator/Entladungs-Schaltung 8 zurückgeführt, während eine Bezugsspannung V^ der Komparator/Entladungs-Schaltung 6 zugeführt wird.

Die oben beschriebene Druckmeßeinrichtung, welche einen Oszillator mit einem einzigen Flip-Flop verwendet, arbeitet folgendermaßen: Wenn sich das Flip-Flop 14 in einem ersten Status befindet (z. B. hoch), wird der Strom I₀ über den Schalter 4 dem Kondensator C·™ zugeführt. Wenn der Komparator 6 feststellt, daß die Spannung an dem Bezugskondensator C-g im wesentlichen gleich dem Bezugspotential V_R ist, wird das Flip-Flop 14 umgeschaltet und gelangt in einen zweiten Status (z. B. tief), und der Kondensator G-o wird entladen. Während der Zeit, in welcher sich das Flip-Flop 14 in seinem ersten Status befindet, wird eine Spannung in den Integratorkondensatoren 18 und 22 gesammelt, und zwar über den Detektor 16 für das Puls-Tastverhältnis, um die Spannung Vp zu erzeugen. Diese Spannung wird nach der Pufferung an den Komparator 8 zurückgeführt.

Zu der Zeit, zu welcher das Flip-Flop 14 umgeschaltet wird, und der Kondensator G-r, mit der Entladung beginnt (T^ in den Fig. 2 A bis D), führt der Schalter 4 den Strom I_Q

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wieder an den Kondensator Cp zurück, welcher mit der Ladung beginnt. Zur selben Zeit beginnen die Integratorkondensatoren 18 und 22 mit der Entladung, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche derjenigen entspricht, mit denen sie geladen wurden. Wenn die Spannung an Cp im wesentlichen gleich Vp wird, wird das Flip-Flop 14- erneut umgeschaltet, so daß der Strom I_Q wieder zu C_R zurückgeführt wird (t2 in den Fig. 2 A bis D), und Cp wird entladen. Es ist zu bemerken, daß an diesem Punkt Vp wesentlich kleiner ist als V^, und deshalb sind die Integratorkondensatoren 18 und 22 stärker aufgeladen worden, als sie infolge eines Restsignals Vp entladen wurden, wenn der Strom Iq an C^ zurückgeschaltet wurde.

Während des nächsten Zyklus werden die Integratorkondensatoren 18 und 22 erneut während der Zeit aufgeladen, die erforderlich ist, um C-n auf Vp aufzuladen, so daß Vp ansteigt. Wenn somit der Strom Iq wieder auf Cp umgeschaltet wird (t, in Fig. 2 A bis D), dauert es für Cp langer, um auf Vp aufgeladen zu werden Ct₂. in Fig. 2 A bis D). Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Filterkondensatoren 18 und 22 für eine längere Zeit entladen werden, als dies während des ersten Zyklus der Fall war. Ihre Entladungszeit ist jedoch immer noch kürzer als ihre Aufladungszeit, was zu einem noch größeren Anstieg von Vp führt. Dieser Vorgang wird während der nachfolgenden Zyklen fortgesetzt, bis ein stetiger oder konstanter Zustand erreicht wird, wobei TCu=XCp, da der Strom in den Integrator gleich dem Strom aus dem Integrator ist.

Die Gleichungen für TrC^ und %Cp sind folgende:

^{p 1}O ^V* (1)

• C

^ro

Für *p--T

V-ϊ! ^VR " (2)

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" V mi XT

T T> T O

O O

^CR

^vp - c; V

Somit ist die gewünschte Spannung (Vp), welche 1/Cp proportional ist, erreicht worden.

Die Fig. 2 A, 2 B, 2 C und 2 D sind Wellenformen, welche den oben "beschriebenen Vorgang veranschaulichen. Die Fig. 2 A zeigt das Ausgangssignal des Flip-Flops 14, welches dann, wenn es hochgelegt ist, O^ dazu bringt, daß er geladen wird, und welches dann, wenn es tiefgelegt ist, Cp'dazu bringt, daß er geladen wird. Dies bedeutet, von t_Q-t^ wird C-n geladen (siehe Fig. 2 B), und von "t^-^o wird Cp geladen (siehe Fig. 2 C). Während der Zeit "t^-t^ wird Ct, entladen (siehe Fig. 2B). Gemäß der Darstellung in der Fig. 2 D werden während der Zeit tQ-t,. die Filterkondensatoren geladen, und während der Zeit t^-tp werden sie entladen.

Gemäß der obigen Beschreibung ist die Länge der Zeit, über welche die Filterkondensatoren entladen werden, für jeden folgenden Zyklus größer, und dieser Anstieg wird fortgesetzt, bis ein stetiger oder konstanter Zustand erreicht ist, d.h., _R= ρ (siehe Fig. 2 B und 2 C). Zunächst ist jedoch t^-t^i größer als t^-t^ usw. Dies rührt von dem fortschreitenden Anstieg von Vp her. Wenn ein stetiger oder konstanter Zustand erreicht ist, sind die Ladungsund die Entladungszeiten der Filterkondensatoren im weserblichen gleich, d.h. t_n-t_n--₁ = ^t _n+1*"^tn*

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— &f —

In den Fig. 3 A bis 3 D sind detaillierte Schaltbilder der in der Fig. Λ veranschaulichten erfindungsgemäßen Druckfühleranordnung dargestellt. Die Fig. 4- veranschaulicht als Hilfsfigur die zutreffende Anordnung der Fig. 3 A bis 3 D. Es wird soweit wie möglich in der gesamten Schaltung eine Symmetrie verwendet, um die durch die Schaltung entstehenden Fehler soweit wie möglich zu reduzieren, so daß Zeitfehler und Komparatorversatzspannungen auf einem Minimum bleiben. Folglich besteht eine Symmetrie zwischen den Komparator/Entladungs-Schaltungen 6 und 8 (Fig. 1), und es ist auchdem Flip-Flop eine Symmetrie eigen. Die Stromquelle 2 wird abwechselnd auf den Bezugskondensator C^ und dem Übertragerkondensator geschaltet, und zwar mit Hilfe eines symmetrischen Schalters 4- (Fig. 1).

Gemäß der obigen Erläuterung weist die Schaltung einen einzigen Flip-Flop-Oszillator auf, und ein Strom Iq wird abwechselnd auf C_R oder Cp geschaltet, und zwar in Abhängigkeit von dem Status des Flip-Flops. Wenn die Kondensatorspannung Vqp ihren zugehörigen Wert der Bezugsspannung Vp des !Comparators erreicht, wird das Flip-Flop umgeschaltet, so daß Iq auf C_R geschaltet wird und dabei Cp entladen wird. Der Kondensator C^ wird dann aufgeladen, bis die Spannung an diesem Kondensator (Vq^) eine Bezugsspannung V_R erreicht, wobei zu dieser Zeit die Entladung beginnt und der Zyklus wiederholt wird. Die Spannung V_R wird durch eine externe Quelle erzeugt, und Vp ist die Rückführspannung der Schaltung. Wenn eine Aktivierung durch das Flip-Flop erfolgt ist, lad der Detektor (16 in der Fig. 1) für das Tastverhältnis einen Integrator auf, bis eine Rückführspannung Vp erreicht ist, welche die Ladungszeiten von Cp und Cg gleich werden läßt oder Trp=fp. Ein Trennverstärker liefert eine Last hoher Impe-

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-sr- ■ -

danz für den. Integrator, um Ladungsverluste zu verhindern, und er liefert weiterhin das erforderliche Treibersignal für einen Ausgang und den Cp-Komparator.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 3 liefert eine Vorspannungsschaltung, welche Transistoren 30, 32, 3^·, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 und 52 sowie Widerstände 54, 56, 58 und 60 aufweist, diejenigen Ströme, welche von der übrigen Schaltung benötigt werden. Der Aufbau und die Arbeitsweise dieser Schaltung sind in der US-Patentanmeldung Nr. 882 710 unter dem Titel "Reference Circuit for Providing a Plurality of Regulated Currents Having Desired Temperature Characteristics" der Anmelderin vollständig beschrieben.

Ein Standard-Flip-Flop zum Setzen und Rückstellen, welches Transistoren 62, 64, 66 und 68 sowie Widerstände 74 und 76 aufweist, wird in der Schaltung verwendet. Die Transistoren 66 und 68 werden durch den Bezugskomparator bzw. den Übertragungskomparator gesteuert, so daß Vq_R und V„p überwacht werden. Die Transistoren 70 und 72 liefern Strom an das Flip-Flop (z. B. jeweils 500 /uA) und bilden die erforderliche Last. Die Transistoren 62 und 64 werden abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet. Wenn beispielsweise der Transistor 62 ausgeschaltet ist, fließt Strom von dem Transistor 70 durch den Widerstand 74-, so daß dadurch der Transistor 64 eingeschaltet wird und tief in die Sättigung gebracht wird. Wenn der Transistor 68 nun eingeschaltet wird, und zwar durch den Ubertragerkomparator, wird Strom von der Basis des Transistors 64 abgeleitet, und da der Transistor 66 abgeschaltet ist, fließt Strom durch den Widerstand 76 zur Basis des Transistors 62, wodurch er eingeschaltet wird. Ein hochgelegtes Ausgangssignal wird durch die

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Spannungsabfälle in den Widerständen 74 und 76 erzeugt, wenn die TransistoiBn62und 64 jeweils abgeschaltet sind.

Die Transistoren 70» 72, 78 und 80 erzeugen den erforderlichen Strom (z. B. jeweils 500/uA) aus denjenigen Strömen, welche durch die Vorspannungsschaltung geliefert werden (z. B. 50 /uA vom Transistor 30). Die Widerstände 82, 84 und 86 sind Vorspannungswiderstände, und der Transistor 78 ist ein Substrat-Transistor, welcher die Basisfehlerströme in der Stromspiegelkonfiguration vermindert.

Der Bezugsstrom Iq wird durch eine Stromspiegelleiste hervorgerufen, zu welcher die Transistoren 88, 110, 116, 130, 151, 152, 153 und 155 gehören. V_ßE für die Stromleiste wird durch denjenigen Strom hervorgerufen, der durch den Transistor 157 fließt. Der Strom Iq wird durch die Transistoren 90 und 92 an Cp bzw. C^ geschaltet, wobei jede dieser Transistoren einen Emitter aufweist, der mit dem Kollektor des Transistors 88 verbunden ist. Schalttransistoren 90 und 92 haben jeweils eine Basis, die mit dem Kollektor des Transistors 98 bzw. 100 verbunden ist, deren Basen jeweils mit den Flip-Flop-Transistoren 62. und 64 verbunden sind. Transistoren 98 und 100 sind als Differenzverstärker geschaltet, und ihre Basen werden gleichzeitig durch das' Flip-Flop umgeschaltet, um sehr kurze Schaltzeiten zu erreichen. Die Kombinationen der Transistoren und der Widerstände 102, 104 und 106, 108 sind Ladungen, welche dazu dienen, Strom aus den Basen der Schalttransistoren zu ziehen.

Da beide Komparatoren identisch sind, wird nur der Bezugskomparator in seinem Aufbau näher beschrieben. Transistoren

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1-10, 112 und 114 sowie Transistoren 116, 118 und 120 liefern die Ströme an den Kollektoren der Transistoren 128 "bzw. 122, und zwar zum Beispiel 150/uA und 100/uA. Der Transistor 130, der mit Vqq verbunden ist, liefert beispielsweise 50/uA. Wenn Iq den Bezugskondensator G^ auflad, ist die Spannung an der Basis des Transistors 124, der mit dem Flip-Flop verbunden ist, gering, und somit wird der Transistor 122 in die Lage versetzt, als Senke für den Strom zu dienen, der durch, den Transistor 130 geliefert wird, so daß dadurch der Transistor 126, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors I30 verbunden ist, in einem gesperrten Zustand genalten wird. Der Transistor 126, welcher dazu verwendet wird, den Kondensator C_R zu entladen, wird im invertierten Modus betrieben, um die Schand-Kapazität zu vermindern. Diese Schaltungskonfiguration liefert eine Kollektor-Basis-Durchbruchspannung von etwa 7 Volt, welche durch die Transistoren 132 und 134- kompensiert wird, die die Basis und den Emitter des Transistors 126 um den dreifachen Wert von V^ unter dem Potential des Kondensators G_R halten.

Wenn die Spannung an dem Kondensator C^ die Bezugsspannung V_R erreicht (mit der Basis des Transistors 142 verbunden), schaltet der Differentialkomparator, welcher die Transistoren 136, 138, 140, 142, 144, 146 und 148 enthält, den Transistor I50 ab, so daß dadurch der Strom von dem Transistor 152 den Transistor 66 treiben kann, wodurch das Flip-Flop umgeschaltet wird. Die Transistoren 150 und 152 bilden eine hohe Impedanz außerhalb des Komparators und ermöglichen eine verbesserte Steuerung, eine erhöhte Geschwindigkeit und eine Verminderung der Zeitfehler in der Schaltung.

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Wenn das Flip-Flop seinen Status ändert, wird der Strom I₀ umgeschaltet, so daß Cp geladen wird und ein hoher Pegel den Transistoren 124, 154 und 156 zugeführt wird. Der hohe Pegel am Transistor 124 sperrt den Transistor 122, da diese beiden Transistoren in einer Differenzverstärkerkonfiguration betrieben werden, und der Strom vom Transistor 130 schaltet den Transistor 126 ein, so daß dadurch der Kondensator C-^ entladen wird. Die Transistoren 154- und 156 entladen die Übergangskapazitäten der Transistoren 134 und 132, so daß dadurch die Möglichkeit geschaffen wird, daß die Kondensatorspannung Vq„ abfällt. Dieser Vorgang wird für jeden Kondensator wiederholt, d.h., für C_R und Gp.

Die Widerstände 158 und 162 werden in einer Spiegelkonfiguration dazu verwendet, um die Stabilität des Spiegels zu erhöhen. Die Widerstände I70, 172 und 174 werden dazu verwendet, die Transistoren 154- und 156 daran zu hindern, die verfügbare Basistreiberspannung zu beeinträchtigen, wenn die Transistoren 15^- und 156 in die Sättigung gehen. Die Widerstände 168 und 176 sind Lastwiderstände für die Transistoren 154 und 156, und die Widerstände I78 und 180 verbessern die Stromanpassung in dem Stromspiegel, der von den Transistoren 146 und 181 gebildet wird. Schließlich bilden die Transistoren 146., 151 und 181 die Stromquelle für den Komparator.

Der Ausgang des Transistors 64 in dem Flip-Flop ist mit der Basis des Transistors 216 verbunden, um den Detektor für das Tastverhältnis zu steuern, der die Transistoren 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198, 200, 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 und 216 sowie die Widerstände 218, 220, 222, 224, 226, 228 und 230 aufweist. Die Transistoren 186

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und 188 liefern die erforderlichen Eingangsströme (z. B. 50/uA) für die Stromspiegeltransistoren 188, 192, 194 und 200. Die Transistoren 192 und 194 sind parallel geschaltet, so daß sie einen Strom 21 in bezug auf denjenigen Strom I liefern, der durch den Transistor 200 fließt. Der Strom 21 wird einer Stromspiegelschaltung zugeführt, die aus den Transistoren 210 und 212 "besteht, so daß der Strom, welcher die Filterstufe entlad, dem doppelten Wert des Ladestromes entspricht. Da der Transistor 216 den Strom 21 einschaltet und auschaltet, und zwar in Reaktion auf das Ausgangssignal des Flip-Flops, wird die Ausgangsspannung Vp derart gesteuert, daß gleiche Ladezeiten für C_R und Cp gebildet werden. Die Transistoren 196, 198 sowie 202, 204 werden in einer Darlington-Konfiguration verwendet, um die Ausgangsimpedanz der Stromquellen für den Strom I sowie für den Strom 21 zu verbessern.

Der Transistor 208 wird dazu verwendet, die Arbeitsweise des Stromspiegels zu verbessern (Transistoren 210 und 212). Dies führt zu einer Tilgung des Basisstroms, um den Entladestrom (Kollektorstrom des Transistors 212) dem Kollektorstrom des Transistors 210 besser anzugleichen. Es besteht jedoch noch ein Fehler zwischen dem Strom 21, welcher durch das Darlington-Paar (196, 198) fließt, und demjenigen Strom, welcher durch den Transistor 212 fließt. Dieser Fehler entspricht dem Basisstrom des Transistors 208. Um diesen Fehler zu kompensieren, ist der Transistor 206 vorgesehen, um einen Basisstrom zu erzeugen, welcher den Kollektor des Transistors 212 in der Weise auflad, daß der durch ihn fließende Strom den Strom im Transistor 210 anpaßt.

Der Transistor 214 ist als Diode geschaltet und dient dazu, den Wert des Widerstandes 228 auf beispielsweise

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50 kOhm zu vermindern, wodurch die Arbeitsweise des Stromspiegels verbessert wird. Die Widerstände 226 und 230 (z. B. 5 kOhm), die mit den Emittern der Transistoren 210 bzw. 212 verbunden sind, verbessern die Anpassung des Stromspiegels und erhöhen die Ausgangsimpedanz der Transistoren 210 und 212. Wenn der Transistor 214 nicht vorhanden wäre, müßte der Widerstand 228 viel größer bemessen sein.

Der Transistor 212 wird durch den Transistor 216 abgeschaltet, der in einer Differenzverstärker-Anordnung geschaltet ist, so daß immer dann, wenn die Basisspannung des Transistors 216 höher ist als diejenige an den Basen der Transistoren 210 und 212, der Transistor 212 abgeschaltet wird. Sobald das Flip-Flop eine hohe Spannung an die Basis des Transistors 216 führt, wird daher der Transistor 212 abgeschaltet, wodurch der Strom I die Möglichkeit hat, über die Klemme 232 in das Filter zu fließen (siehe Fig. 1).Wenn die Basis des Transistors 216 tiefgelegt ist, wird der Transistor 212 eingeschaltet und zieht einen Strom 21 (entsprechend dem doppelten Ladestrom I). Dies bedeutet, daß dann, wenn der Transistor 212 eingeschaltet wird, er einen Strom I zieht (50 /UA), und zwar durch die Transistoren 202 und 204, und daß ein Strom I (zusätzlich 50/uA) aus dem Filter gezogen wird.

Die Widerstände 218, 220, 222 und 224 erhöhen die Ausgangsimpedanzen der Transistoren 188, 192, 194 und 200 und erzeugen eine verbesserte Stromanpassung. Der Transistor 186 hat einen Basisstrom-Tilgungstransistor für einen Standard-Stromspiegel, und der Transistor I90 vermindert diejenige Spannung, welche für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Darlington-Puffer erforderlich ist (Transistoren I96, 198 und 202, 204).

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Ein Trennverstärker (Transistoren 234, 236, 238, 240, 242, 246 und Widerstände 248 und 250) ist mit dem Ausgang des Filters (siehe Pig. 1) über die Klemme 252 verbunden und wird als eine Emitterfolger-Stufe dazu verwendet, die Ausgangsbelastung bei dem Detektor zur Ermittlung des Tastverhältnisses zu vermindern. Die Transistoren 260, 262, 264 und 266 arbeiten als eine Nachlaufstromquelle zur Versorgung des Stromspiegels 258 und 240, welcher den Nachlaufstrom für den Trennverstärker liefert. Wenn die Basis des Transistors unter die Basisspannung des Transistors 234 abfällt, arbeitet das Darlington-Paar 242 und 246 in der Weise, daß die Basisspannung des Transistors 236 angehoben wird. Der Widerstand 248 ist ein Vorspannungswiderstand, und der Widerstand 250 dient dazu, den Operationsverstärker zu stabilisieren. Die oben angegebene Rückführspannung Vp steht an der Klemme 254 zur Verfügung und wird auf der Leitung 256 an den Übertrager-Komparator zurückgeführt .

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Claims

Patentansprüche

1/. Anordnung zur Erzeugung einer Spannung, welche der Kapazität eines veränderbaren Kondensators umgekehrt proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugskondensator (CR) vorgesehen ist, daß weiterhin eine erste Einrichtung (2, 4, 6, 8, 14) mit dem Bezugskondensator (CR) und mit dem veränderbaren Kondensator (CP) verbunden ist, um abwechselnd den Bezugskondensator (CR) und den veränderbaren Kondensator (CP) aufzuladen und zu entladen, und daß weiterhin eine zusätzliche Einrichtung (16, 18, 20, 22, 24) mit der ersten Einrichtung (2, 4, 6, 8, 14) verbunden ist, um eine Rückführspannung zu erzeugen, bei welcher der veränderbare Kondensator entladen wird, wobei die Rückführspannung eine Größe erreicht, welche der Kapazität des veränderbaren Kondensators (CP) umgekehrt proportional ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Einrichtung (4) vorgesehen ist, welche dazu dient, abwechselnd den Strom dem Bezugskondensator (CR) und dem veränderbaren Kondensator (CP) zuzuführen, daß weiterhin eine erste Vergleichseinrichtung (6) mit der dritten Einrichtung (4) und mit dem Bezugskondensator (CR) verbunden ist, um den Status der dritten Einrichtung (4) zu verändern, wenn die Spannung an dem Bezugskondensator (CR) einen vorgegebenen Wert erreicht, wodurch der Bezugskondensator (CR) entladen wird und der Strom dem veränderbaren Kondensator (CP) zugeführt wird, und daß weiterhin eine zweite Vergleichseinrichtung (8) mit der dritten Einrichtung (4) und mit dem

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veränderbaren Kondensator (CR) verbunden ist, um den Status der dritten Einrichtung (4) zu verändern, wenn die Spannung an dem veränderbaren Kondensator (CP) die Rückführspannung erreicht, wodurch der veränderbare · Kondensator (CP) entladen wird und der Strom dem Bezugskondensator (CR) zugeführt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (4) folgende Teile aufweist: Einen Stromschalter (4), der einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist, die mit dem Bezugskondensator (CR) bzw. mit dem veränderbaren Kondensator (CP) verbunden sind, und weiterhin eine bistabile Einrichtung (14), welche Eingänge hat, die mit der ersten und der zweiten Vergleichseinrichtung (6 und 8) verbunden sind, und die einen Ausgang aufweist, welcher mit dem Stromschalter (4) verbunden ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Einrichtung (14) ein Flip-Flop ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung folgende Teile aufweist: Eine Ladungsspeichereinrichtung (18, 20, 22) und eine vierte Einrichtung (1€j, welche dazu dient, den Strom der Ladungsspeichereinrichtung zuzuführen, wenn der Bezugskondensator (CR) geladen wird, und weiterhin dazu, den Strom aus der Ladungsspeichereinrichtung zu entnehmen, wenn der veränderbare Kondensator (CP) geladen wird.

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6. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsspeichereinrichtung ein kapazitiver Integrator ist.
7» Integrierte Schaltung zur Verwendung bei einer externen Energieversorgungseinrichtung, einem externen Bezugskondensator und einem externen Übertrager-Kondensator sowie bei einem externen Integrator, um eine Druckfühlerschaltung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung folgende Teile aufweist: Eine erste Einrichtung (2, 4, 6, 8, 14). welche dazu dient, abwechselnd den Bezugskondensator (CR) und den Übertrager-Kondensator (CP) aufzuladen und zu entladen, und weiterhin eine zweite Einrichtung (16, 18, 20, 22, 24·), welche mit der ersten Einrichtung (2, 4, 6, 8, 14) verbunden ist, um in dem Integrator eine Rückführspannung zu erzeugen, bei welcher der Übertrager-Kondensator (CP) entladen wird, wobei die Rückführspannung der Kapazität des Übertrager-Kondensators (CP) umgekehrt proportional ist.
8. Integrierte Schaltung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung folgende Teile aufweist: Eine dritte Einrichtung (4, 14), welche dazu dient, abwechselnd den Strom dem Bezugskondensator (CR) und dem Übertrager-Kondensator (CP) zuzuführen, eine erste Komparatoreinrichtung (6), welche mit der dritten Einrichtung verbunden ist, um den Status der dritten Einrichtung zu ändern, wenn die Spannung an dem Bezugskondensator (CR) einen vorgegebenen Wert erreicht, wodurch der Bezugskondensator entladen wird und der Strom dem Übertrager-Kondensator (CP) zugeführt wird, und weiterhin einen zweiten Komparator (8) der mit der dritten Einrichtung verbunden ist, um den Status der dritten Einrichtung zu verändern, wenn die Spannung an dem Übertrager-

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Kondensator (CP) die Rückführspannung erreicht, wodurch der Übertrager-Kondensator (CP) entladen wird und der Strom dem Bezugskondensator (CR) zugeführt wird.
9. Integrierte Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung folgende Teile aufweist: Einen Stromschalter (4-) und eine "bistabile Einrichtung (14-), deren Eingänge mit dem ersten und dem zweiten Komparator (6 und 8) verbunden sind und die einen Ausgang aufweist, welcher mit dem Stromschalter (4·) verbunden ist.
10. Integrierte Schaltung nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Einrichtung (14-) ein Flip-Flop ist.
11. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Ladungseinrichtung (16) aufweist, welche dazu dient, Strom dem Filter zuzuführen, wenn der Bezugskondensator (CR) geladen wird, und Strom aus dem Filter zu entnehmen, wenn der Übertrager-Kondensator (CP) geladen wird.
12. Verfahren zur Erzeugung einer Spannung, welche der Kapazität eines veränderbaren Kondensators umgekehrt proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladestrom einem Bezugskondensator (CR) zugeführt wird, um diesen Bezugskondensator (CR) zu laden, daß ein kapazitives Filter (18, 20, 22) während derjenigen Zeit geladen wird, in welcher der Bezugskondensator (CR) geladen wird, daß der Bezugskondensator (CR) entladen wird, wenn seine Spannung einen vorgegebenen Wert erreicht,

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daß der Ladestrom einem veränderbaren Kondensator (CP) zugeführt wird, um den veränderbaren Kondensator aufzuladen, daß der kapazitive Integrator (18, 20, 22) während der Ladezeit des veränderbaren Kondensators (GP) entladen wird und daß der veränderbare Kondensator (GP) entladen wird, wenn seine Spannung diejenige Spannung erreicht, die in dem kapazitiven Integrator (18, 20, 22) gespeichert ist, wobei die gespeicherte Spannung der Kapazität des veränderbaren Kondensators umgekehrt proportional ist.
13. Druckfühlereinrichtung mit einem Übertrager-Kondensator, der eine Kapazität aufweist, die sich mit dem Druck verändert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugskondensator (CR) vorgesehen ist, daß weiterhin eine erste Einrichtung (2, 4, 6, 8, 14). mit dem Bezugskondensator (GR) und mit dem Übertrager-Kondensator (GP) verbunden ist, um abwechselnd den Bezugskondensator (CR) und den Übertrager-Kondensator (CP) aufzuladen und zu entladen, daß der Bezugskondensator (CR) bei einer vorgegebenen Spannung entladen wird und der Übertrager-Kondensator (CP) bei einer festgelegten Spannung entladen wird, welche der Übertrager-Kapazität umgekehrt proportional ist.

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