DE3638020A1 - Abtastdatenintegrator mit umgeschalteter kapazitaet unter verwendung eines verstaerkers mit einer verstaerkung von eins - Google Patents
Abtastdatenintegrator mit umgeschalteter kapazitaet unter verwendung eines verstaerkers mit einer verstaerkung von einsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein einen Abtastdatenintegrator
mit umgeschalteter Kapazität, insbesondere betrifft
die Erfindung einen solchen Integrator, der einen
Verstärker mit der Verstärkung von Eins verwendet.
Abtastdatenintegratoren mit umgeschalteter (kommutierter)
Kapazität enthalten im allgemeinen einen Abtastkondensator,
einen Integrationskondensator, einen Verstärker
(Puffer) mit der Verstärkung Eins sowie vier Schalter in
Form von MOS-Transistoren. Ein erster und ein zweiter
Schalter werden von einem ersten Zeitsteuersignal- oder
Taktsignalgenerator gesteuert, während ein dritter und
ein vierter Schalter von einem zweiten Zeitsteuersignal-
oder Taktsignalgenerator, der mit dem ersten Generator
synchronisiert ist, derart gesteuert, daß keine einander
überlappenden Signale vorhanden sind. Der erste und der
dritte Schalter liegen als Reihenschaltung zwischen
einer Eingangssignalquelle und dem Verstärker-Ausgang,
während der zweite und der vierte Schalter als Reihenschaltung
zwischen Schaltungsmasse und dem positiven Eingang
des Verstärkers liegen, welcher mit seinem negativen
Eingang über einen Rückkopplungszweig an den Verstärker-
Ausgang angeschlossen ist. Der Abtastkondensator ist zwischen
gemeinsamen Schaltungsknoten geschaltet, die sich
zwischen dem ersten und dem dritten Schalter bzw. zwischen
dem zweiten und dem vierten Schalter befinden. Der
Integrationskondensator ist zwischen dem positiven Eingang
des Verstärkers und Schaltungsmasse gelegt.
In solchen bekannten Integratoren wird während einer
ersten Betriebsphase, in der der erste Taktsignalgenerator
den ersten und den zweiten Schalter in einen Zustand
niedrigen Widerstands bringt, während der zweite Generator
den dritten und den vierten Schalter in einen
Zustand hohen Widerstands bringt, der Abtastkondensator
auf die Spannung des Eingangssignals geladen, während der
Integrationskondensator unverändert auf eine Spannung
aufgeladen bleibt, die während der vorausgehenden Aktivitätsphase
des Integrators am Ausgang des Verstärkers
erzeugt wird. In der anschließenden zweiten Betriebsphase,
in welcher der erste Generator den ersten und den
zweiten Schalter in einen Zustand hohen Widerstands
bringt und dadurch die Eingangssignalquelle vom Rest der
Schaltung trennt, während der zweite Generator den
dritten und den vierten Schalter in einen Zustand niedrigen
Widerstands bringt, wird die gesamte, in den Abtastkondensator
gespeicherte Ladung zwischen dem Kondensator
und dem Integrationskondensator verteilt, wobei die Ladespannung
des Integrationskondensators aufgrund der Verstärkung
von Eins des Verstärkers wiederum identisch ist
mit der Ausgangsspannung des Verstärkers.
Im Hinblick auf die Speicherfähigkeit der Schaltung sollte
die Ausgangsspannung des Verstärkers unverändert bleiben,
wenn das Eingangssignal beendet wird. Allerdings befindet
sich zwischen jedem einzelnen Schaltungsknoten und
Schaltungsmasse bei jeder möglichen Schaltungsauslegung
eine parasitäre Kapazität, die bei der anschließenden
Folge von Zeitsteuer- oder Taktsignalen und insbesondere
während der oben erwähnten zweiten Betriebsphase die Neigung
haben, den Integrationskondensator zu entladen, mit
dem Ergebnis, daß die Ausgangsspannung variiert. Dies
stellt eine unerwünschte Beschränkung dieses weitverbreiteten
Typs eines Integrators mit umgeschalteter Kapazität
dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Integrator
mit umgeschalteter Kapazität zu schaffen, der Gebrauch
macht von einem Verstärker mit der Verstärkung 1,
und der weniger empfindlich gegenüber parasitären Kapazitäten
ist als die bekannte Schaltung.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene
Erfindung gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
ist in Anspruch 2 angegeben.
Durch die Erfindung wird nicht nur erreicht, daß der
Integrator weniger empfindlich gegenüber parasitären
Kapazitäten ist, sondern es wird allgemein der Vorteil
erzielt, daß die Übertragungsfunktion der Schaltung weniger
fehlerbehaftet ist.
Aufgrund der neuen, erfindungsgemäßen Ausbildung des Integrators
wird jegliche parasitäre Kapazität, die zwischen
dem gemeinsamen Knoten zwischen dem ersten und dem
vierten Schalter einerseits und Schaltungsmasse andererseits
existiert, während der ersten Phase des Betriebszyklus
auf die Ausgangsspannung des Verstärkers vorgeladen,
und dadurch wird in der anschließenden zweiten
Phase, auch wenn das Eingangssignal nicht vorhanden ist,
die Entladung des Integrationskondensators (der dann parallel
zu dem Abtastkondensator geschaltet ist) verhindert,
mit der Folge, daß Schwankungen der Ausgangsspannung
vermieden werden. Der andere Schaltungsknoten ist
geerdet und mithin frei von parasitären Kapazitäten.
Da der erfindungsgemäße Integrator im wesentlichen unempfindlich
gegenüber parasitären Kapazitäten ist, wird
vermieden, daß die Übertragungsfunktion der Schaltung
fehlerbehaftet ist.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsskizze einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abtastdatenintegrators.
Ein Verstärker (Puffer) 1 mit der Verstärkung von Eins
besitzt zwischen dem Ausgang 2 und seinem negativen (invertierenden)
Eingang 3 eine Rückkopplung. Vier Schalter
4, 5, 6, 7 sind jeweils als MOS-Transistoren ausgebildet.
Ein erster und ein zweiter Schalter 4, 5 sind mit ihren
Gates zusammengeschaltet, und die Gates werden gesteuert
von einem ersten Zeitsteuersignal- oder Taktsignalgenerator
8. Ein dritter und ein vierter Schalter
6, 7 sind ebenfalls mit den Gates zusammengeschaltet und
werden von einem zweiten Zeitsteuersignal- oder Taktsignalgenerator
9, der mit dem Generator 8 synchronisiert
ist, derart gesteuert, daß die zueinander in Beziehung
stehenden Signale überlappungsfrei aufeinander
folgen.
Der erste und der dritte Schalter liegen in Reihe zwischen
einer Eingangssignalquelle 10 und Schaltungsmasse,
während der zweite und der vierte Schalter 5, 7 in Reihe
zwischen dem Ausgang 2 des Verstärkers 1 und einem positiven
(nicht-invertierenden) Eingang 11 des Verstärkers
liegen.
Zwischen zwei Schaltungsknoten 13 und 14 zwischen den
Schaltern 4, 6 bzw. 5, 7 befindet sich ein Abtastkondensator
12.
Zwischen dem positiven Eingang 11 des Verstärkers 1 und
Schaltungsmasse befindet sich ein Integrationskondensator
15.
Aufgrund der oben beschriebenen Schaltungsauslegung lädt
sich der Abtastkondensator 12 während einer ersten Betriebsphase,
in der der Generator 8 die Schalter 4 und 5
in einen Zustand niedrigen Widerstands bringt und der Generator
9 die Schalter 6, 7 in einen Zustand hohen Widerstands
bringt, auf eine Spannung auf, die so groß ist wie
die Differenz zwischen der Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß
2 und der Eingangsspannung am Eingangsanschluß
10.
Während dieser ersten Betriebsphase wird die parasitäre
Kapazität 16, die zwischen dem Schaltungsknoten 14 und
Schaltungsmasse existiert und in der Zeichnung durch gestrichelte
Linien angedeutet ist, auf die Ausgangsspannung
des Verstärkers 1 vorgeladen.
An die oben erwähnte erste Betriebsphase schließt sich
ohne Signalüberlappung die zweite Betriebsphase an, bei
der der Generator 8 die Schalter 4, 5 in einen Zustand
hohen Widerstands bringt und dadurch den Eingang 10 vom
Rest der Schaltung abtrennt, während der Generator 9 die
Schalter 6, 7 in einen Zustand niedrigen Widerstands
bringt. In diesem Zustand schaltet ein stark leitender
Pfad die Kondensatoren 12 und 15 parallel, mit der Folge,
daß zwischen den Kondensatoren eine Ladungsverteilung erfolgt.
Die Ausgangsspannung am Anschluß 2 nimmt folglich
einen Wert an, der von der in den beiden Kondensatoren
gespeicherten Gesamtladung abhängt.
Während der zweiten Phase bleibt die parasitäre Kapazität
16, auch wenn kein Eingangssignal vorhanden ist,
aufgeladen auf die Ausgangsspannung und bewirkt mithin
keine Entladung der zwei parallel geschalteten Kondensatoren
12 und 15. Deshalb bleibt die Ausgangsspannung
am Anschluß 2 über viele Zyklen hinweg stabil.
Claims (2)
1. Abtastdatenintegrator mit umgeschalteten Kapazitäten,
umfassend: einen Abtastkondensator (12), einen
Integrationskondensator (15), einen Verstärker mit der
Verstärkung von Eins (1) sowie vier Schalter (4, 5, 6, 7),
die umschaltbar sind zwischen einem Zustand niedrigen
Widerstands und einem Zustand hohen Widerstands, wobei
ein erster und ein zweiter Schalter (4, 5) von einem
ersten Zeitsteuersignalgenerator (8) und ein dritter und
ein vierter Schalter (6, 7) von einem zweiten Zeitsteuersignalgenerator
(9), der mit dem ersten Zeitsteuersignalgenerator
(8) synchronisiert ist, derart gesteuert
werden, daß die zueinander in Beziehung stehenden Zeitsteuersignale
überlappungsfrei aufeinanderfolgen, der
erste und der dritte Schalter (4, 6) ebenso wie der zweite
und der vierte Schalter in Reihe geschaltet sind, der Abtastkondensator
(12) zwischen gemeinsamen Schaltungsknoten
(13, 14) zwischen den in Reihe geschalteten Schaltern
(4, 6) angeschlossen ist und der Integrationskondensator
(15) zwischen einen Eingang (11) des Verstärkers (1) und
Schaltungsmasse gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aus dem ersten und dritten Schalter (4, 6) bestehende
Reihe zwischen eine Eingangssignalquelle (10)
und Schaltungsmasse eingefügt ist, während die aus dem
zweiten und dem vierten Schalter (5, 7) bestehende Reihe
zwischen den Ausgang (2) des Verstärkers (1) und den Eingang
(11) des Verstärkers (1) eingefügt ist.
2. Integrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalter (4, 5, 6, 7) aus MOS-Transistoren bestehen.
Applications Claiming Priority (1)
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IT (1) | IT1200824B (de) |
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