-
TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Quantisierung
und im Besonderen auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Quantisierung
eines analogen Signals unter Verwendung eines getakteten Paars Dioden
mit resonantem Tunneleffekt.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Analog-Digital-Wandler
sind in einer Vielfalt von Bauweisen ausgeformt worden. Normalerweise sind
diese Bauweisen mit Transistoren realisiert worden. Zum Beispiel
umfasst eine bekannte Implementierung ein kreuzgekoppeltes Paar
von Transistoren. Es gibt jedoch mehrere Nachteile, die mit der
Verwendung von Transistoren bei der Realisierung von Analog-Digital-Wandlern
verbunden sind.
-
Als
Erstes werden elektrische Komponenten, die in digitalen Schaltkreisen
verwendet werden, zunehmend kleiner. In dem Maß wie diese Bausteine in der
Größe abnehmen,
beginnen quantenmechanische Effekte aufzutreten. Die elektrischen
Eigenschaften von konventionellen Transistoren können durch quantenmechanische
Effekte inakzeptabel werden. Zum Zweiten wird ein mit Transistoren
realisierter Analog-Digital-Wandler durch die Schaltgeschwindigkeit
der Transistoren limitiert, die für einige Anwendungen zu langsam
sein kann. Zuletzt sind konventionelle Transistoren auf zwei stabile
Zustände
beschränkt.
Daher wandeln Anordnungen, die Transistoren verwendenden, Analogsignale
typischerweise nur in binäre
digitale Signale um, wodurch die Anwendung von mehrwertiger Logik schwierig
wird.
-
Ein
Beispiel für
einen Logikschaltkreis nach dem Stand der Technik kann in dem Dokument „Pulse
circuits using Esaki diodes" von
Kazuo Fushimi in Electronics and Communications in Japan, vol. 47, No.
4, April 1964, Seiten 142 bis 152 gefunden werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Quantisierung
eines anlogen Signals zur Verfügung
zu stellen, die eine größere Symmetrie
zur Verfügung
stellt. Dieses Ziel kann durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 bis
15 erreicht werden. Die abhängigen
Ansprüche weisen
weitere Verbesserungen der vorliegenden Erfindung auf.
-
Entsprechend
der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Anordnung
für die Quantisierung
eines analogen Signals unter Verwendung eines Paares von getakteten
Dioden mit resonantem Tunneleffekt zur Verfügung gestellt, die die Nachteile
oder Probleme, die mit vorhergehenden Quantisierern verbunden sind,
im Wesentlichen eliminieren oder reduzieren.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung für die Quantisierung eines analogen
Signals zur Verfügung
gestellt, die ein ein analoges Eingangssignal empfangendes Eingangsanschlusselement,
ein ein Zeittaktsignal empfangendes Zeittaktanschlusselement und
eine ein invertiertes Zeittaktsignal empfangendes invertiertes Zeittaktanschlusselement
aufweist. Eine erste Negativwiderstandseinrichtung weist ein erstes
Anschlusselement auf, das mit dem Zeittaktanschlusselement verbunden
ist und ein zweites Anschlusselement, das mit dem Eingangsanschlusselement
verbunden ist. Eine zweite Negativwiderstandseinrichtung weist ein
erstes Anschlusselement auf, das mit dem Eingangsanschlusselement
verbunden ist und ein zweites Anschlusselement, das mit dem invertierten
Zeittaktanschlusselement verbunden ist. Ein quantisiertes Ausgangssignal
wird an einem Ausgangsanschlusselement erzeugt, das mit dem zweiten
Anschlusselement der ersten Negativwiderstandseinrichtung und dem
ersten Anschlusselement der zweiten Negativwiderstandseinrichtung
verbunden ist.
-
Die
technischen Vorzüge
der vorliegenden Erfindung beinhalten das zur Verfügung stellen
eines verbesserten Verfahrens und einer verbessertes Anordnung für die Quantisierung
eines analogen Signals. Im Besonderen ist eine Negativwiderstandseinrichtung,
wie zum Beispiel eine Diode mit resonantem Tunneleffekt, als Teil
des Analog-Digital-Wandlers beinhaltet. Dementsprechend wird die
Notwendigkeit von Transistoren vermieden. Als Ergebnis werden die
abträglichen
Auswirkungen der Quantenmechanik reduziert oder liegen nicht vor,
die Schaltgeschwindigkeit wird gesteigert und die Verwendung von
mehrwertiger Logik ist möglich.
-
Weitere
technische Vorzüge
der vorliegenden Erfindung werden jemandem, der in der Technik ausgebildet
ist, leicht aus den nachfolgenden Figuren, Beschreibungen und Ansprüchen offenbar.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Für ein vollständiges Verständnis der
vorliegenden Erfindung und ihrer Vorzüge, wird jetzt Bezug genommen
auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden
Figuren:
-
1 zeigt
ein schematisches Diagramm einer Resonanzeffekt-Tunneldiode (Resonant
Tunneling Diode – RTD)
zum Gebrauch als ein Element negativen Widerstands entsprechend
den Lehren der vorliegenden Erfindung;
-
2 zeigt
einen Graphen des Stroms als eine Funktion der elektrischen Spannung
für das
in 1 veranschaulichte Element negativen Widerstands;
-
Die 3 und 4 zeigen
Stromlaufpläne, die
eine Anordnung für
die Quantisierung eines analogen Signals entsprechend ersten und
zweiten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
-
Die 5, 6 und 7 zeigen
Stromlaufpläne,
die eine Brücke
für die
Quantisierung eines analogen Signals entsprechend zusätzlichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
-
8 zeigt
einen Stromlaufplan, der die Brücke
gemäß der 5, 6 und 7 in
einem direkten Betriebsmodus veranschaulicht;
-
9 zeigt
einen Stromlaufplan, der die Brücke
gemäß der 5, 6 und 7 in
einem kapazitiv gekoppelten Betriebsmodus veranschaulicht; und
-
10 zeigt
einen Stromlaufplan, der einen entsprechend einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gebauten Konstantzeitmodulator veranschaulicht.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und deren Vorzüge werden am besten verstanden,
in dem man sich jetzt detaillierter auf die 1 bis 10 der
Figuren bezieht, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleich
Elemente beziehen.
-
1 zeigt
ein schematisches Diagramm einer Resonanzeffekt-Tunneldiode (RTD) 10 zur
Verwendung als ein Element negativen Widerstands entsprechend den
Lehren der vorliegenden Erfindung. Die RTD 10 weisen ein
Eingangsanschlusselement 11 für das Empfangen eines Eingangssignals,
ein Ausgangsanschlusselement 12 für das Erzeugen eines Ausgangssignals,
zweier Tunnelsperrschichten 13 und eine Quantenwannenschicht 14 auf.
-
2 zeigt
einen Graphen, der den Strom als Funktion der elektrischen Spannung
für ein
Element negativen Widerstands wie eine RTD 10 zeigt. Die
Form dieser I-V Kurve wird von den Quanteneffekten bestimmt, die
ein Ergebnis der extremen Dünnheit
der Tunnelsperrschichten 13 und der Quantenwannenschicht 14 sind.
Diese Schichten 13 und 14 sind etwa zehn (10)
bis zwanzig (20) Atome stark.
-
Wenn
eine elektrische Spannung niedriger Amplitude an das Eingangsanschlusselement 11 angelegt
wird, tunneln fast keine Elektronen durch die beiden Tunnelsperrschichten 13.
Dies führt
zu einem vernachlässigbaren
Strom und die RTD 10 ist ausgeschaltet. Wenn die elektrische
Spannung zunimmt, nimmt die Energie der am Eingangsanschlusselement 11 empfangenen
Elektronen ebenfalls zu und die Wellenlänge dieser Elektronen nimmt
ab. Wenn ein bestimmter elektrischer Spannungspegel am Eingangsanschlusselement 11 erreicht
wird, passt eine bestimmte Anzahl von Elektronenwellenlängen in
die Quantenwannenschicht 14. An dieser Stelle wird eine
Resonanz aufgebaut, da Elektronen, die durch eine Tunnelsperrschicht 13 tunneln,
in der Quantenwannenschicht 14 verbleiben, wodurch jenen
Elektronen die Gelegenheiten geben wird, durch die zweite Tunnelsperrschicht 13 an
das Ausgangsanschlusselement 12 zu tunneln. Auf diese Weise
wird ein Stromfluss vom Eingangsanschlusselement 11 zum Ausgangsanschlusselement 12 aufgebaut
und RTD 10 wird eingeschaltet. Wenn jedoch der elektrische Spannungspegel
weiterhin ansteigt, weisen schließlich keine der Elektronen
die richtige Wellenlänge auf,
um durch die Tunnelsperrschichten 13 zu tunneln und RTD 10 wird
ausgeschaltet. Diese Eigenschaft von Elementen negativen Widerstands
wie zum Beispiel RTDs 10, die es erlaubt, zwischen Ein- und
Aus-Zuständen
hin und her umzuschalten während
die elektrische Spannung zunimmt, ermöglicht den Betrieb mit einer
Vorspannung, um, wie in 2 veranschaulicht, in einem
von drei stabilen Zuständen
zu arbeiten. Diese drei stabilen Zustände sind der Bereich des Tals
bei negativer Vorspannung 16, der Bereich vor dem Spitzenwert 17 und
der Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18.
-
Eine
weitere Eigenschaft in Verbindung mit der extremen Dünnheit der
Tunnelsperrschichten 13 und der Quantenwannenschicht 14 der
RTD 10 bezieht sich auf die Umschaltgeschwindigkeit. Weil
jede von diesen Schichten 13 und 14 nur etwa zehn
(10) bis zwanzig (20) Atomen stark ist, wandert ein Elektron nur
etwa 0,1 Mikron vom Eingangsanschlusselement 11 zum Ausgangsanschlusselement 12.
Wegen dieses kurzen Abstands schaltet die RTD 10 mit einer sehr
hohen Rate an und ab.
-
Die 3 und 4 zeigen
Stromlaufpläne, die
Anordnungen 20 und 40 für die Quantisierung eines analogen
Signals entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Die Anordnungen 20 und 40 weisen eine erste Resonanzeffekt-Tunneldiode
(3) 22 und eine zweite Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 24 auf.
Die Anordnungen 20 und 40 weisen auch ein Eingangsanschlusselement 26 für das Empfangen
eines analogen Eingangssignals, ein Taktanschlusselement 28 für das Empfangen
eines Taktsignals, ein invertiertes Taktanschlusselement 30 für das Empfangen
eines invertierten Taktsignals und ein Ausgangsanschlusselement 32,
um ein quantisiertes Ausgangssignal zu erzeugen, auf.
-
Entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das am Eingangsanschlusselement 26 empfangene
Eingangssignal ein im Strom veränderliches
Signal auf, während
der Ausgang am Ausgangsanschlusselement 32 eine in der
Spannung veränderliche
elektrische Spannung aufweist. In einer Implementierung der Anordnungen 20 und 40 variiert
das Eingangssignal im Bereich des X-Bandes (zehn oder mehr Gigahertz).
In der in 3 gezeigten Anordnung 20 werden
die RTDs 22 und 24 in Bezug auf das Taktanschlusselement 28 auf
die gleiche Weise mit einer Vorspannung beaufschlagt. In der in 4 gezeigten
Anordnung 40 weisen die RTDs 22 und 24 jeweils
ein Paar, das parallel verschaltet und entgegen gesetzt zu einander
mit einer Vorspannung beaufschlagt wird, auf.
-
In
den Anordnungen 20 und 40 arbeiten die RTDs in
dem Bereich vor dem Spitzenwert 17, wenn der Eingangsstrom
null ist. Dies erzeugt ein Ausgangssignal einer elektrischen Spannung
von Null. Wenn der Eingangsstrom jedoch einen festgelegten Pegel
erreicht, wird eine der RTDs 22 oder 24 durch die
resultierende Asymmetrie entweder in den Bereich des Tals bei negativer
Vorspannung 16 gezwungen, woraus ein Ausgangssignal von –1 resultiert oder
in den Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18, was
zu einem Ausgangssignal von +1 führt.
-
Entsprechend
der vorliegenden Erfindung erzeugt das Ausgangsanschlusselement 32 ein
elektrisches +1 Spannungssignal als Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal
größer ist
als eine erste Schwelle, ein elektrisches –1 Spannungssignal als Ausgangssignal,
wenn das Eingangssignal kleiner ist als eine zweite Schwelle und
eine elektrische Spannung von Null als Ausgangssignal, wenn sich
das Eingangssignal zwischen den ersten und zweiten Schwellen befindet.
-
In
der in 3 gezeigten Ausführungsform weist die Anordnung 20 eine
einzelne RTD 22 und eine einzelne RTD 24 auf.
Diese Ausführungsform stellt
ein kompakteres Layout zur Verfügung
und läuft mit
einer höheren
Geschwindigkeit als die in 4 gezeigte
Ausführungsform,
wobei jede der RTDs 22 und 24 ein Paar aufweist.
Jedoch stellt die in 4 gezeigte Ausführungsform
mehr Symmetrie zur Verfügung
und reduziert Harmonische geradzahliger Ordnung, die in der in 3 gezeigten
Ausführungsform
vorhanden sein können.
-
Die 5, 6 und 7 zeigen
Stromlaufpläne,
die die Brücken 50, 70 und 80 für die Quantisierung
eines analogen Signals entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Die Brücken 50, 70 und 80 weisen
eine erste Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 52, eine zweite
Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 54, eine dritte Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 56 und
eine vierte Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 58 auf. Die Brücken 50, 70 und 80 weisen
auch ein Eingangsanschlusselement 60 für das Empfangen eines analogen
Eingangssignals, ein invertier tes Eingangsanschlusselement 62 für das Empfangen
eines invertierten Eingangssignals, ein Taktanschlusselement 64 für das Empfangen
eines Taktsignals und ein invertiertes Taktanschlusselement 66 für das Empfangen
eines invertierten Taktsignals auf.
-
In
der in 5 gezeigten Ausführungsform wird jede RTD 52, 54, 56 und 58 in
Bezug auf das Taktanschlusselement 64 mit einer Vorspannung
beaufschlagt. In der in 6 gezeigten Ausführungsform
weist jede RTD 52, 54, 56 und 58 ein
parallel geschaltetes und zu einander entgegen gesetzt unter Vorspannung
gesetztes Diodenpaar auf. Die in 7 gezeigte
Anordnung 80 weist eine fünfte Resonanzeffekt-Tunneldiode 82 auf.
In dieser Ausführungsform wird
jede RTD 52, 54, 56, 58 und 82 in
Bezug auf das Taktanschlusselement 64 auf gleiche Weise
unter Vorspannung gesetzt. Jedoch kann als Alternative jede RTD 52, 54, 56, 58 und 82 ein
parallel geschaltetes und zu einander entgegen gesetzt unter Vorspannung
gesetztes RTD Paar aufweisen.
-
In
den Brücken 50 und 70 arbeiten
die RTDs 52, 54, 56 und 58 in
dem Bereich vor dem Spitzenwert 17, siehe 2,
wenn der Eingangsstrom Null ist. Dies erzeugt ein Ausgangssignal
von Null. Wenn jedoch der Eingangsstrom einen festgelegten Pegel erreicht,
resultiert daraus eine Asymmetrie und erzeugt ein Ausgangssignal
von –1
oder +1.
-
Eine
Entscheidung darüber,
ob das Ausgangssignal –1
oder +1 sein wird, wird getroffen, wenn der Pegel des Taktsignals
zunimmt. In dieser Situation werden die Brücken 50 und 70 positiv
unter Vorspannung gesetzt und zwei der RTDs 52, 54, 56 und 58 arbeiten
entweder im Bereich des Tals bei negativer Vorspannung 16,
wodurch ein Ausgangssignal von –1
Volt erzeugt wird oder im Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18,
wodurch ein Ausgangssignal von +1 Volt erzeugt wird. Wenn der Pegel
des Eingangsstroms bewirkt, dass die RTD 52 umschaltet,
schaltet die RTD 58 ebenfalls um. Wenn jedoch der Pegel
des Eingangsstroms bewirkt, dass die RTD 54 um schaltet,
wird die RTD 56 die zweite sein, die umschaltet. Wenn die
RTDs 52 und 58 umschalten, wird das Ausgangssignal
zu +1 Volt, während
wenn die RTDs 54 und 56 umschalten, das Ausgangssignal
zu –1
Volt wird.
-
Eine
Festlegung in Bezug darauf, ob das Ausgangssignal –1 oder
+1 sein wird, wird auch gemacht, wenn das Taktsignal abnimmt. In
dieser Situation werden die Brücken 50 und 70 negativ
unter Vorspannung gesetzt und zwei der RTDs 52, 54, 56 und 58 werden
entweder in den Bereich des Tals bei negativer Vorspannung 16 gezwungen,
siehe 2, oder in den Bereich des Tals bei positiver
Vorspannung 18, wie gerade in Verbindung mit einer Zunahme
des Taktsignals beschrieben. Wie zuvor schalten entweder die RTDs 52 und 58 oder
die RTDs 54 und 56 um. In diesem Fall jedoch,
wenn die RTDs 52 und 58 umschalten, wird das Ausgangssignal
zu –1,
während
wenn die RTDs 54 und 56 umschalten, das Ausgangssignal
zu +1 wird.
-
In
der Brücke 80 erzeugt
die fünfte
RTD 82 eine Asymmetrie, die eines der Paare der RTDs, entweder 52 und 58 oder 54 und 56 in
den Bereich des Tals bei negativer Vorspannung 16 oder
in den Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18 zwingt.
In dieser Konfiguration gibt es im Grunde genommen kein Eingangssignal,
das zu einem Ausgangssignal von Null führt. Auf diese Weise ist das
erzeugte Ausgangssignal für
die Ausführungsform,
in der die Brücke 80 eine
fünfte
RTD aufweist, binär
statt ternär.
-
Wie
bei den Brücken 50 und 70,
arbeitet die Brücke 80,
um den Wert des Ausgangssignals zu bestimmen, sowohl wenn der Takt
zunimmt als auch wenn der Takt abnimmt. Deshalb erzeugen die Brücken 50, 70 und 80 zwei
Ausgangssignale für
jeden Taktzyklus. Daher ist, um zum Beispiel 25 Gigasamples pro
Sekunde zu erhalten, ein Taktsignal mit 12,5 Gigahertz ausreichend.
-
Die
in den 5 und 7 gezeigten Ausführungsformen,
in denen einzelne RTDs 52, 54, 56, 58 und
RTD 82 gemäß 7 die
Brücke
aufweisen, stellen ein kompakteres Layout zur Verfügung, das mit
einer höheren
Geschwindigkeit läuft
als die Ausführungsform,
die in 6 gezeigt wird, wo jede RTD 52, 54, 56 und 58 ein
Paar aufweist. Jedoch stellt die in 6 gezeigte
Ausführungsform
mehr Symmetrie zur Verfügung
und reduziert die geradzahligen Harmonischen, die in den in den 5 und 7 gezeigten
Ausführungsformen
auftreten können.
-
8 zeigt
einen Stromlaufplan, der eine Anordnung 90 für die Quantisierung
eines analogen Signals in einem direkten Betriebsmodus veranschaulicht.
Die Anordnung 90 weist eine entsprechend einer der in den 5, 6 oder 7 gezeigten
Ausführungsformen
konfigurierte Brücke 100 auf.
Auf diese Weise weist die Brücke 100 ein
Eingangsanschlusselement 60 für das Empfangen eines analogen
Eingangssignals, ein invertiertes Eingangsanschlusselement 62 für das Empfangen
eines invertierten Eingangssignals, ein Taktanschlusselement 64 für das Empfangen
eines Taktsignals und ein invertiertes Taktanschlusselement 66 für das Empfangen
eines invertierten Taktsignals auf.
-
Entsprechend
der in 8 gezeigten Ausführungsform weist das Eingangssignal
eine in der Spannung variierende elektrische Spannung, die an einem
Eingangsanschlusselement 102 der Anordnung empfangen wird,
auf. Das invertierte Eingangssignal wird an dem Eingangsanschlusselement 104 der
Anordnung empfangen. Das Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal
werden an einen Eingangsverstärker 106 angelegt,
der ein Ausgangsanschlusselement aufweist, das an das Eingangsanschlusselement 60 beziehungsweise
das invertierte Eingangsanschlusselement 62 angeschlossen
ist. Auf ähnliche
Weise wird das Taktsignal an dem Taktanschlusselement 108 empfangen
und das invertierte Taktsignal wird an einem Taktanschlusselement 110 empfangen.
Das Taktsignal und das invertierte Taktsignal werden an einen Taktverstärker 112 angelegt,
der einen Ausgang aufweist, der auf das Taktanschlusselement 64 angewendet
wird beziehungsweise einen zweiten Aus gang aufweist, der auf das
invertierte Taktanschlusselement 66 geführt wird.
-
Ein
Ausgangssignal der Anordnung 90 wird an einem Ausgangsanschlusselement 114 der
Anordnung zur Verfügung
gestellt, und ein invertierter Ausgang der Anordnung wird an einem
invertierten Ausgangsanschlusselement 116 der Anordnung
zur Verfügung
gestellt. Entsprechend einer Ausführungsform weist das Ausgangssignal
ein Signal, das mit dem Strom variiert, auf. Das Ausgangsanschlusselement 114 der
Anordnung ist mit dem Eingangsanschlusselement 60 der Brücke 100 verbunden
und das invertierte Ausgangsanschlusselement 116 der Anordnung
ist mit dem invertierten Eingangsanschlusselement 62 der
Brücke 100 verbunden.
-
Wenn
die Brücke 100 entsprechend
der 5 oder 6 ausgeführt ist, weist das Ausgangssignal
drei Pegel, die durch –1,
0 und +1 dargestellt werden, auf. Entsprechend der vorliegenden
Erfindung verstärkt
der Eingangsverstärker 106 das Eingangssignal
und das invertierte Eingangssignal und der Taktsignalverstärker 112 verstärkt das
Taktsignal und das invertierte Taktsignal. Durch diese Verstärkung wird
ein +1 für
das Ausgangssignal erzeugt, wenn das Eingangssignal größer als
eine erste Schwelle ist, ein –1
für das
Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal kleiner als eine zweite
Schwelle ist und eine Null für
das Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal zwischen den ersten
und zweiten Schwellen liegt.
-
Wenn
die Brücke 100 entsprechend 7 ausgeführt wird,
weist das Ausgangssignal einen von zwei durch –1 und +1 dargestellten Pegeln
auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verstärkt der Eingangsverstärker 106 das
Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal und der Taktverstärker 112 verstärkt das
Taktsignal und das invertierte Taktsignal. Durch diese Verstärkung wird
ein +1 für
das Ausgangssignal erzeugt, wenn das Eingangssignal größer als
eine erste Schwelle ist und ein –1 für das Ausgangssignal, wenn
das Eingangssignal kleiner als eine zweite Schwelle ist.
-
9 zeigt
einen Stromlaufplan, der eine Anordnung 120 für die Quantisierung
eines analogen Signals in einem kapazitiv gekoppelten Betriebsmodus
veranschaulicht. Die Anordnung 120 weist eine entsprechend
einer der in 5, 6 oder 7 gezeigten
Ausführungsformen
konfigurierte Brücke 100 auf.
Daher weist die Brücke 100 ein
Eingangsanschlusselement 60 für das Empfangen eines analogen
Eingangssignals, ein invertiertes Eingangsanschlusselement 62 für das Empfangen
eines invertierten Eingangssignals, ein Taktanschlusselement für das Empfangen
eines Taktsignals und ein invertiertes Taktsignalanschlusselement 66 für das Empfangen
eines invertierten Taktsignals auf.
-
Entsprechend
der in 9 gezeigten Ausführungsform weist das Eingangssignal
ein im Strom veränderliches
Signal, das am Eingangsanschlusselement 102 der Anordnung
empfangen wird, auf. Das invertierte Eingangssignal wird am Eingangsanschlusselement 104 der
Anordnung empfangen. Das Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal werden
auf den Eingangsverstärker 106 geführt, der Ausgänge aufweist,
die mit dem Eingangsanschlusselement 60 beziehungsweise
mit dem invertierten Eingangsanschlusselement 62 verbunden
sind. Ebenso wird das Taktsignal am Taktanschlusselement 108 empfangen
und das invertierte Taktsignal wird am Taktanschlusselement 110 empfangen.
Das Taktsignal und das invertierte Taktsignal werden auf die Widerstände 124 und
die Kondensatoren 126 geführt und dann mit dem Taktanschlusselement 64 beziehungsweise
dem invertierten Taktanschlusselement 66 verbunden.
-
Ein
Ausgangssignal wird von der Anordnung 120 an einem Ausgangsanschlusselement 114 der Anordnung
zur Verfügung
gestellt und ein invertiertes Ausgangssignal wird an einem invertierten
Ausgangsanschlusselement 116 der Anordnung zur Verfügung gestellt.
Das Ausgangssignal weist ein in der elektrischen Spannung variierendes
Signal auf. Das Ausgangsanschlusselement 114 der Anordnung
ist am Eingangsanschlusselement 60 mit der Brücke 100 verbunden
und der invertierte Ausgang 116 der Anordnung ist am invertierten
Eingangsanschlusselement 62 mit der Brücke 100 verbunden.
-
In
dem in 9 gezeigten kapazitiv gekoppelten Betriebsmodus
weist das Ausgangssignal einen von zwei durch –1 und +1 repräsentierten
Pegeln, die unabhängig
davon sind, ob die Brücke 100 entsprechend
der in 5, 6 oder 7 gezeigten
Ausführungsform
konfiguriert ist, auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verstärkt der
Eingangsverstärker 106 das
Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal. Im Fall der Anordnung 120 ist
das Ausgangssignal am Ausgang 114 der Anordnung +1, wenn
das Eingangssignal größer als
eine erste Schwelle ist und ist –1, wenn das Eingangssignal
kleiner als eine zweite Schwelle ist.
-
10 zeigt
einen Stromlaufplan, der einen Konstantzeitmodulator 130 entsprechend
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Modulator 130 weist
eine Brücke 100 entsprechend
einer der in den 5, 6 oder 7 gezeigten
Ausführungsformen
auf. Daher weist die Brücke 100 ein
Eingangsanschlusselement 60 für das Empfangen eines analogen
Eingangssignals, ein invertiertes Eingangsanschlusselement 62 für das Empfangen
eines invertierten Eingangssignals, ein Taktanschlusselement 64 für das Empfangen
eines Taktsignals und ein invertiertes Taktanschlusselement 66 für das Empfangen
eines invertierten Taktsignals auf.
-
Bei
dem in 10 gezeigten Modulator 130 weist
der Eingang ein im Strom veränderliches
Signal auf und wird an einem Eingangsanschlusselement 132 der
Anordnung empfangen. Das invertierte Eingangssignal wird an einem
Eingangsanschlusselement 133 der Anordnung empfangen. Das
Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal werden auf einen
Eingangsverstärker 134 geführt, der
Ausgänge auf
den Verbindungsleitungen 136 beziehungsweise 138 aufweist.
Die Leitungen 136 und 138 sind mit den Anschlusselementen 140 beziehungsweise 142 eines
Brückenverstärkers 144 verbunden,
der Ausgänge
auf Leitungen aufweist, die 146 und 148 verbinden.
-
Die
Verbindungsleitungen 146 und 148 sind mit dem
Eingangsanschlusselement 60 beziehungsweise dem invertierten
Eingangsanschlusselement 62 verbunden. Ebenso verbunden
mit dem Eingangsanschlusselement 60 und dem invertierten
Eingangsanschlusselement 62 sind die Verbindungsleitungen 150 beziehungsweise 152.
Diese Verbindungsleitungen führen
die Signale an den Anschlusselementen 60 und 62 zu
einem Rückkopplungsverstärker 154,
der Ausgänge
auf den Verbindungsleitungen 156 und 158 aufweist.
Die Verbindungsleitungen 156 und 158 sind mit
Anschlusselementen 140 beziehungsweise 142 verbunden,
um die Signale der Brücke
zum Brückenverstärker 144 rückzukoppeln. Ein
Kondensator 160 stellt eine kapazitive Kopplung zwischen
den Verbindungsleitungen 136 und 138 zur Verfügung.
-
Das
Taktsignal wird an einem Taktanschlusselement 162 empfangen,
und das invertierte Taktsignal wird an einem invertierten Taktanschlusselement 164 empfangen.
Das Taktsignal und das invertierte Taktsignal werden auf einen Taktverstärker 166 geführt, der
Ausgänge
auf den Verbindungsleitungen 168 beziehungsweise 170 aufweist.
Die Verbindungsleitungen 168 und 170 sind mit
dem Taktanschlusselement 64 beziehungsweise dem invertierten
Taktanschlusselement 66 verbunden.
-
Der
Modulator 130 weist auch ein Ausgangsanschlusselement 172 für das Ausgangssignal
und ein invertiertes Ausgangsanschlusselement 174 für das invertierte
Ausgangssignal auf. Das Ausgangssignal weist ein in der elektrischen
Spannung variierendes Signal auf. Das Ausgangsanschlusselement 172 ist
mit der Brücke 100 am
Eingangsanschlusselement 60 verbunden und das invertierte
Ausgangsanschlusselement 174 ist mit der Brücke 100 am
invertierten Eingangsanschlusselement 62 verbunden.
-
Wenn
die Brücke 100 entsprechend
den 5 oder 6 konfiguriert ist, weist das
Ausgangssignal einen von drei Pegeln, die durch –1, 0 und +1 repräsentiert
werden, auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verstärkt der
Eingangsverstärker 134 das
Eingangssignal und das invertierte Ein gangssignal, verstärkt der
Brückenverstärker 144 die
an den Anschlusselementen 140 und 142 empfangenen
Signale, verstärkt
der Rückkopplungsverstärker 154 die
auf den Verbindungsleitungen 150 und 152 empfangenen
Signale und der Taktverstärker 166 verstärkt das
Taktsignal und das invertierte Taktsignal. Für den Modulator 130 ist
das Ausgangssignal am Anschlusselement 172 +1, wenn das
Eingangssignal größer ist
als eine erste Schwelle, ist –1, wenn
das Eingangssignal kleiner ist als eine zweite Schwelle und ist
Null, wenn das Eingangssignal zwischen den ersten und zweiten Schwellen
liegt.
-
Wenn
die Brücke 100 entsprechend 7 konfiguriert
ist, weist das Ausgangssignal einen von zwei durch –1 und +1
repräsentierten
Pegeln auf. Der Eingangsverstärker 134 verstärkt die
auf diesen geführten
Signale, der Brückenverstärker 144 verstärkt empfangene
Signale, der Rückkopplungsverstärker 154 verstärkt die
auf diesen geführten
Signale und der Taktverstärker 166 verstärkt die
Taktsignale. Am Ausgangsanschlusselement 172 ist das Ausgangssignal
ein +1, wenn das Eingangssignal größer ist als eine erste Schwelle
und eine –1,
wenn das Eingangssignal kleiner ist als eine zweite Schwelle.
-
Die
Verstärkung
des Taktverstärkers 166 ist etwa
vier bis zehn Mal größer als
die Verstärkung
des Brückenverstärkers 144.
Dies verstärkt
das digitale Signal, wodurch im Vergleich die analoge Rückkopplung
reduziert wird. Dies reduziert ebenfalls den Ausgangswiderstand
und steigert sowohl die Geschwindigkeit als auch die Empfindlichkeit.