DE3922977C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trimmschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Abgleichen eines elektrischen Pa­ rameters einer Baueinheit durch Anschließen eines elektrischen Bauelements mit einstellbarem Wert unter Verwendung einer sol­ chen integrierten Trimmschaltung.

Es gibt Anwendungsfälle in der Elektronik, bei denen Bauein­ heiten durch Verändern des Werts eines einstellbaren Bauele­ ments abgeglichen werden müssen. Bei dem Abgleichvorgang wird das einstellbare Bauelement auf einen Wert eingestellt, der in Zusammenwirkung mit der abzugleichenden Baueinheit in dieser einen elektrischen Parameter auf einen Sollwert stellt. Bei­ spielsweise kann die abzugleichende Baueinheit der Resonanz­ kreis einer Senderendstufe sein, zu dem zum Zwecke des Ab­ gleichs ein Trimmkondensator parallel geschaltet ist, der beim Abgleichvorgang auf einen solchen Wert eingestellt wird, daß eine gewünschte Resonanzfrequenz des Resonanzkreises erreicht wird. Der exakte Abgleich ist insbesondere dann von großer Be­ deutung, wenn mit einer geringen Sendeleistung eine relativ große Reichweite, also eine optimale Energieabstrahlung er­ reicht werden soll. Das Anschließen externer Bauelemente an die abzugleichende Baueinheit ist unerwünscht, wenn es auf ei­ nen möglichst geringen Platzbedarf ankommt, der nur dann be­ friedigt werden kann, wenn möglichst alle Bauelemente in einer integrierten Schaltung untergebracht sind. Auch erfordert das Anschließen externer Bauelemente in der Regel die Durchführung des Abgleichvorgangs mittels mechanischer Eingriffe, was zeit­ raubend und daher ebenfalls unerwünscht ist.

Aus "FUNK-TECHNIK", 1967, Nr. 16, S, 598 ist es bekannt, krumme Widerstandswerte dadurch zu erhalten, daß mehrere Teilwiderstände, deren Werte jeweils einer Normreihe angehören, in einer Parallelschaltung miteinander verbunden werden. Allerdings ist dabei nicht vorgesehen, nach dem Parallelschalten irgendeinen Ableichvorgang durchzuführen. Aus "Elektor", Nr. 7/8/1988, S. 116 ist es bekannt, in die Zuleitung zu den Teilwiderständen einer Widerstandskette jeweils einen elektrisch programmierbaren Feldeffekttransistor einzufügen, der durch ein Steuersignal in einen Leitzustand oder einen Sperrzustand versetzbar ist. Durch Anlegen entsprechender Steuersignale an die Feldeffekttransistoren kann daher mit der Widerstandskette ein gewünschter Widerstandswert erzeugt werden. Die Widerstandskette läßt sich aber nicht im Sinne eines Trimmbauelements einsetzen, da sie den gewünschten elektrischen Parameter, also den durch die Steuersignale mittels der Feldeffekttransistoren festgelegten Widerstandswert nur dann hat, wenn die Steuersignale vorhanden sind. Sobald die Steuersignale wegen Abschalten der Stromversorgung nicht mehr vorhanden sind, nimmt die Widerstandskette wieder ihren ursprünglichen Widerstandswert an. Aus "Elektor", Juli/August 1987, S. 75 ist ein digitales Potentiometer bekannt, das eine Widerstandskette aus Teilwiderständen enthält, denen jeweils ein mit Hilfe von Steuersignalen einstellbarer Schalter parallel geschaltet ist, so daß bei Schließen dieses Schalters der jeweilige Teilwiderstand kurzgeschlossen werden kann. Auch bei diesem digitalen Potentiometer gilt, daß der mit Hilfe der Steuersignale eingestellte Widerstandswert nur dann vorhanden ist, wenn bestimmte Steuersignale anliegen; nach Abschalten der Stromversorgung ändert sich auch der Widerstandswert, so daß dieses digitale Potentiometer nicht im Sinne eines Trimmerbauelements eingesetzt werden kann, das einen einmal eingestellten Wert dauerhaft beibehält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trimmschaltung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die sich in Form ei­ ner integrierten Schaltung herstellen läßt und bei der sich der Wert des für einen Abgleichvorgang an eine externe Bauein­ heit anzuschließenden Bauelements ausschließlich durch Anlegen elektrischer Signale einstellen läßt. Ferner soll ein Ab­ gleichverfahren geschaffen werden, mit dessen Hilfe unter An­ wendung der zu schaffenden Trimmschaltung ein elektrischer Pa­ rameter einer Baueinheit auf einfache Weise auf einen Sollwert eingestellt werden kann. Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

In der erfindungsgemäßen Trimmschaltung sind die das Bauele­ ment bildenden Teil-Bauelemente in einem Halbleitersubstrat integriert, das auch die elektrisch programmierbaren Feldef­ fekttransistoren enthält. Durch Anlegen entsprechender Steuer­ signale an diese Feldeffekttransistoren können die Teil-Bau­ elemente gezielt wirksam und unwirksam gemacht werden, so daß dadurch der Gesamtwert der Teil-Bauelemente eingestellt werden kann. Das aus den wirksam gemachten Teil-Bauelementen zusam­ mengesetzte Bauelement bewirkt dann in der angeschlossenen Baueinheit die Einstellung eines elektrischen Parameters auf einen gewünschten Wert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Trimmschal­ tung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.

Das erfindungsgemäße Abgleichverfahren ist in einer ersten Ausführungsform im Patentanspruch 6 und in einer zweiten Ausführungsform im Patentanspruch 7 gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Abgleichverfahren ermöglicht einen ge­ nauen und schnell durchführbaren Abgleichvorgang unter Verwen­ dung der erfindungsgemäßen Trimmschaltung, wobei Prozeßein­ flüsse auf die Werte der Teil-Bauelemente, die hinsichtlich ihrer genauen Werte schwanken können, wegen der Verwendung des Referenz-Bauelements ausgeglichen werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnah­ me auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Trimmschaltung zeigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Trimmschaltung 10 ist Teil einer integrierten Schaltung 12, die in der Zeichnung schema­ tisch mit einer gestrichelten Umrißlinie dargestellt ist. Die integrierte Schaltung 12 ist beispielsweise die Endstufe eines Kleinleistungssenders in einem Transponder, der Teil eines Identifizierungssystems ist, in dem zu identifizierende Gegen­ stände jeweils mit einem eigenen Transponder versehen sind, der mit Hilfe eines Abfragegeräts aktiviert und zum Aussenden einer Identifizierungs-Codegruppe angeregt werden kann.

An die integrierte Schaltung 12 ist ein Resonanzkreis 14 mit einer Spule 16 und zwei Kondensatoren 18, 20 angeschlossen. Die Spule 16 bildet dabei eine Antennenspule, die das auszu­ sendende Signal abstrahlt. Damit eine möglichst optimale Ab­ strahlung und damit eine möglichst große Reichweite der abge­ strahlten Signale erhalten wird, muß die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 14 möglichst genau an die Sendefrequenz ange­ paßt werden. Mit Hilfe der Trimmschaltung 10 kann dies erreicht werden.

Die Trimmschaltung 10 enthält mehrere integrierte Kondensato­ ren 22.1-22.n, die als Teil-Bauelemente zusammen ein Bauele­ ment bilden, das zum Abgleichen der Resonanzfrequenz des Re­ sonanzkreises 14 mit diesem verbunden ist. Der Kondensator 24 ist ebenfalls ein Teil-Bauelement wie die Kondensatoren 22.1- 22.n, jedoch dient er einem besonderen Zweck, der noch erläu­ tert wird.

In die Zuleitung zu jedem der Kondensatoren 22.1-22.n und 24 ist jeweils ein Feldeffekttransistor 26.1-26.n, 28 eingefügt. Bei diesen Feldeffekttransistoren handelt es sich um elektrisch programmierbare Feldeffekttransistoren, d. h. um Feldeffekt­ transistoren, die durch Anlegen eines entsprechenden Steuersi­ gnals an ihren Steuer-Gate-Anschluß entweder in den Sperrzu­ stand oder in den Leitzustand versetzt werden können. Diese Transistoren enthalten eine nicht angeschlossene Gate-Elektro­ de, die in der englisch sprachigen Fachliteratur als "floating gate" bezeichnet wird. Die Wirkungsweise solcher Transistoren ist allgemein bekannt und bedarf hier keiner näheren Erläute­ rung. Die Kondensatoren 21.1-22.n sind binär gewichtet. Im konkreten Ausführungsbeispiel sollen 7 dieser Transistoren vorhanden sein, die nacheinander die Werte 1C, 2C, 4C, 8C, 16C, 32C und 64C haben. "C" ist dabei der Kapazitätswert des kleinsten dieser Kondensatoren. Der Kondensator 24 hat im Aus­ führungsbeispiel den Wert 8C. Aufgrund dieser binären Gewich­ tung kann der Gesamtwert der Kondensatoren 22.1-22.n durch entsprechendes Wirksammachen oder Unwirksammachen mit Hilfe der Feldeffekttransistoren 26.1-26.n auf jeden Wert zwischen 1C und 127C eingestellt werden. Dieser Gesamtwert kann zuzüg­ lich des Werts des Kondensators 24 zum Kondensator 18 des Re­ sonanzkreises 14 parallel geschaltet werden.

Bei der Herstellung der integrierten Schaltung 12 werden im Verlauf des Testens als Vorbereitung auf die spätere Anwendung alle Transistoren 26.1-26.n und 28 in den leitenden Zustand versetzt, was bedeutet, daß alle Kondensatoren 22.1-22.n und 24 wirksam sind und eine Gesamtkapazität entsprechend der Sum­ me der Teilkapazitäten bilden. Nach Anschließen des Resonanz­ kreises 14 an die Klemmen 30 und 32 der integrierten Schaltung 12 werden die nachfolgenden Schritte zur Erzielung des Ab­ gleichs der Resonanzfrequenz durchgeführt.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen sind die absoluten Kapazi­ tätswerte der in der integrierten Schaltung enthaltenen Kon­ densatoren nicht genau festzulegen. Da jedoch alle Kondensato­ ren mit Hilfe der gleichen Prozeßschritte hergestellt werden, sind sie auch mit den gleichen Fertigungstoleranzen behaftet, wodurch gewährleistet ist, daß die durch die Geometrie der Kondensatoren festgelegten relativen Verhältnisse richtig sind. Dies heißt in anderen Worten, daß der Kapazitätswert des Kon­ densators 22.n entsprechend der oben angegebenen binären Ge­ wichtung 64mal so groß wie der Kapazitätswert des Transistors 22.1 ist.

In einem ersten Schritt des Abgleichverfahrens wird die Reso­ nanzfrequenz gemessen, mit der der Resonanzkreis 14 schwingt, wenn alle Transistoren der Trimmschaltung 10 wirksam sind. Um festzustellen, welche Kondensatoren unwirksam gemacht werden müssen, um eine Veränderung der Resonanzfrequenz von der Ist­ frequenz zur Sollfrequenz zu erreichen, wird zunächst der Kon­ densator 24 durch Sperren des in seiner Zuleitung 28 enthalte­ nen Feldeffekttransistors 28 unwirksam gemacht. Wie oben ange­ geben, steht dieser Kondensator 24 hinsichtlich seines Kapazi­ tätswerts in einem festen Verhältnis zum Kondensator 22.1; sein Kapazitätswert ist 8mal so groß wie der Kapazitätswert des Kondensators 22.1. Das Unwirksammachen des Kondensators 24 führt zu einer Veränderung der Resonanzfrequenz des Resonanz­ kreises 14, nämlich zu einer Erhöhung, da die Gesamtkapazität, die parallel zum Resonanzkreis 14 liegt, verringert wurde. Aus der einfachen Schwingungsgleichung des Resonanzkreises 14 kann aus der Änderung, die das Abschalten des Kondensators 24 bewirkt hat, diejenige Kapazitätsänderung berechnet werden, die notwendig ist, um die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 14 vom Istwert zum Sollwert zu verändern. Die Berechnung kann beispielsweise ergeben, daß eine Veränderung um 65C notwendig ist, um die gewünschte Frequenzänderung herbeizuführen. Dies bedeutet, daß der Feldeffekttransistor 26.1 und der Feldef­ fekttransistor 26.n in den gesperrten Zustand versetzt werden müssen, damit der Kondensator 22.1 und der Kondensator 22.n, die zusammen den Kapazitätswert 65C haben, unwirksam gemacht werden. Nach dem Sperren dieser beiden Feldeffekttransistoren 26.1 und 26.n haben die Kondensatoren der Trimmschaltung 10 genau den Gesamt-Kapazitätswert, der die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 14 auf den Sollwert einstellt.

Wegen der Verwendung der elektrisch programmierbaren Feldef­ fekttransistoren in den Zuleitungen zu den Kondensatoren der Trimmschaltung ist nur ein einmaliges Anlegen von Schaltsigna­ len an die Steuereingänge 34.1 bis 34.n und 36 erforderlich, da die Schaltzustände der Feldeffekttransistoren 26.1-26.n und 28 erhalten bleiben, auch wenn die Schaltsignale nicht mehr anliegen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Trimmschaltung wird angenommen, daß die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 14 ohne Parallelschalten der Kondensatoren der Trimmschaltung un­ ter allen Umständen höher als die zu erreichende Sollfrequenz ist. Mit Hilfe der Trimmschaltung kann die Resonanzfrequenz dann so weit herabgesetzt werden, daß die Sollfrequenz erreicht wird.

In einer weiteren Ausführungsform wäre es auch möglich, bei den Feldeffekttransistoren 26.1-26.n und 28 vor der eigent­ lichen Anwendung in den gesperrten Zustand zu versetzen, damit alle Kondensatoren 22.1-22.n und 24 zunächst unwirksam sind. Während des Abgleichvorganges wird bei dieser Ausführungsform dann zunächst der Feldeffekttransistor 28 in den leitenden Zu­ stand versetzt, damit der Kondensator 24 wirksam wird, und es wird die Frequenzveränderung bestimmt, die das Wirksamwerden des Kondensators 24 am Resonanzkreis 14 hervorruft. Aus dieser Frequenzveränderung kann dann berechnet werden, welcher Kapa­ zitätswert zum Resonanzkreis 14 parallel geschaltet werden muß, um den Sollwert der Resonanzfrequenz zu erreichen, worauf dann die entsprechenden Kondensatoren 22.1-22.n wirksam ge­ macht werden, indem die in ihren Zuleitungen enthaltenden ent­ sprechenden Feldeffekttransistoren 26.1 bis 26.n mit Hilfe von Schaltsignalen in den leitenden Zustand versetzt werden.

Bei dem geschilderten Anwendungsfall der Trimmschaltung in der Endstufe eines Senders können an den Kondensatoren 22.1-22.n und 24 relativ hohe Spannungsspitzen auftreten, so daß es un­ ter Umständen zu Problemen bezüglich der Spannungsfestigkeit kommen kann. Zur Beseitigung dieser Probleme können in die Zu­ leitungen zu den Kondensatoren jeweils an der mit einem ge­ strichelten Kreis angegebenen Stelle zusätzliche elektrisch programmierbare Feldeffekttransistoren 38.1-38.n und 40 ein­ gefügt werden, die mit den jeweiligen Feldeffekttransistoren 26.1-26.n und 28 in Serie geschaltet sind. Diese zusätzli­ chen Feldeffekttransistoren werden im Verlaufe des Abschluß­ tests der integrierten Schaltung 12 in den leitenden Zustand versetzt, so daß sie hinsichtlich des oben geschilderten Ab­ gleichverfahrens ohne Einfluß bleiben. Sie setzen lediglich die Spannungsbelastung der einzelnen, in den jeweils parallel zum Resonanzkreis 14 liegenden Bauelemente herab.

Es sei bemerkt, daß die beschriebene Trimmschaltung anstelle der Kondensatoren 22.1-22.n und 24 auch Widerständen enthal­ ten könnte, die zum Abgleichen einer Baueinheit wirksam oder unwirksam gemacht werden können, bei der der Abgleich durch Parallelschalten eines bestimmten Widerstandes erreicht werden kann. Der Abgleichvorgang würde dabei ebenso wie im oben ge­ schilderten Fall des Abgleichs der Resonanzfrequenz des Reso­ nanzkreises 14 ablaufen.

Claims (7)

1. Trimmschaltung zum Einstellen eines gewünschten Werts eines elektrischen Bauelements, das aus mehreren Teil-Bauelementen zusammengesetzt ist, deren Werte in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil-Bauelemente (22.1-22.n) parallel zueinander geschaltet sind und daß in eine Zuleitung zu jedem Teil-Bauelement (22.1-22.n) mindestens ein elektrisch programmierbarer Feldeffekttransistor (26.1-26.n) eingefügt ist, der über einen Steuer-Gate-Anschluß dauerhaft in einen Leitzustand oder einen Sperrzustand versetzbar ist.

2. Trimmschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Teil-Bauelemente (22.1-22.n) binär gewichtet sind.

3. Trimmschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den binär gewichteten Teil-Bauelementen (22.1- 22.n) ein Referenz-Bauelement (24) vorgesehen ist, dessen Wert in einem vorbestimmten Verhältnis zum Wert eines der binär ge­ wichteten Teil-Bauelemente (22.1-22.n) steht, wobei in eine der Zuleitungen zu dem Referenz-Bauelement (24) ein elektrisch programmierbarer Feldeffekttransistor (28) eingefügt ist.

4. Trimmschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil-Bauelemente und das Referenz-Bauelement Kondensatoren sind.

5. Trimmschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in jede Zuleitung zu einem Teil-Bau­ element (22.1-22.n, 24) ein weiterer elektrisch programmier­ barer Feldeffekttransistor (38.1-38.n, 40) eingefügt ist.

6. Verfahren zum Abgleichen eines elektrischen Parameters einer Baueinheit durch Anschließen eines elektrischen Bauelements mit einstellbarem Wert unter Verwendung der integrierten Trimmschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, durch folgende Schritte gekennzeichnet:

• - in der Trimmschaltung (10) werden alle Teil-Bauelemente (22.1-22.n) und das Referenz-Bauelement (24) wirksam gemacht, indem die in eine ihrer Zuleitungen eingefügten Feldeffekttransistoren (26.1-26.n, 28) in den leitenden Zustand versetzt werden,
• - die Trimmschaltung (10) wird mit der Baueinheit (14) verbunden und der Istwert des abzugleichenden elektrischen Parameters sowie dessen Abweichung von einem Sollwert werden bestimmt,
• - das Referenz-Bauelement (24) wird durch Sperren des in seine Zuleitung eingefügten Feldeffekttransistors (28) unwirksam gemacht,
• - die durch das Unwirksammachen des Referenz-Bauelements (24) hervorgerufene Veränderung des elektrischen Parameters der Baueinheit (14) wird gemessen,
• - aus dem Meßergebnis wird berechnet, wie groß der Wert der Teil-Bauelemente (22.1-22.n) ist, der wirksam zu machen ist, um den abzugleichenden elektrischen Parameter der Baueinheit (14) vom Istwert auf den Sollwert zu verändern, und
• - die Feldeffekttransistoren (26.1-26.n) werden in so vielen Zuleitungen zu den Teil-Bauelementen (22.1-22.n) gesperrt, bis der berechnete Wert der unwirksam zu machenden Teil-Bauelemente (22.1-22.n) erreicht ist.

7. Verfahren zum Abgleichen eines elektrischen Parameters einer Baueinheit durch Anschließen eines elektrischen Bauelements mit einstellbarem Wert unter Verwendung der integrierten Trimmschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - in der Trimmschaltung (10) werden alle Teil-Bauelemente (22.1-22.n) und das Referenz-Bauelement (24) unwirksam gemacht, indem die in eine ihrer Zuleitungen eingefügten Feldeffekttansistoren (26.1-26.n, 28) in den gesperrten Zustand versetzt,
• - die Trimmschaltung (10) wird mit der Baueinheit (14) verbunden und der Istwert des abzugleichenden elektrischen Parameters sowie dessen Abweichung von einem Sollwert werden bestimmt,
• - das Referenz-Bauelement (24) wird durch Leitendmachen des in seine Zuleitung eingefügten Feldeffekttransistors (28) wirksam gemacht,
• - die durch das Wirksammachen des Referenz-Bauelements (24) hervorgerufene Veränderung des elektrischen Parameters der Baueinheit (14) wird gemessen,
• - aus dem Meßergebnis wird berechnet, wie groß der Wert der Teil-Bauelemente (22.1-22.n) ist, der unwirksam zu machen ist, um den abzugleichenden elektrischen Parameter der Baueinheit (14) vom Istwert auf den Sollwert zu verändern, und
• - die Feldeffekttransistoren (26.1-26.n) werden in so vielen Zuleitungen zu den Teil-Bauelementen (22.1-22.n) in den leitenden Zustand versetzt, bis der berechnete Wert der wirksam zu machenden Teil-Bauelemente (22.1-22.n) erreicht ist.