DE68919086T2

DE68919086T2 - Abtast-halte-verstärkerschaltung.

Info

Publication number: DE68919086T2
Application number: DE68919086T
Authority: DE
Inventors: Gerald Miller; Christopher O'connor
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2009-09-12
Also published as: WO1990003034A1; DE68919086D1; EP0433383A1; EP0433383B1; JPH04501779A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Datenerfassungssysteme und insbesondere Abtast-Halte-Verstärker (SHA für "Sample-and-Hold-Amplifier"). Die vorliegende Erfindung stellt einen Abtast-Halte-Verstärker mit automatischem Nullpunktausgleich bereit, welcher inhärent interne Verstärkerfehler korrigiert.
Abtast-Halte-Verstärker sind in der Elektronikindustrie hinreichend bekannt. Wie aus dem Namen hervorgeht, verfügt ein Abtast-Halte-Verstärker über zwei stationäre Betriebszustände. Im Abtast- oder Folgemodus folgt der Ausgang eines SHA dem Eingang so präzise wie möglich, bis der Halte-Modus eingeleitet wird. Im Halte-Modus sichert der Ausgang des SHA den Wert des Eingangssignals in dem Zeitpunkt, in dem der Halte-Modus eingeleitet wurde.
Obwohl nur wenige Schaltungskomponenten für die Grundausführung eines Abtast-Halte-Verstärkers benötigt werden, erfordert das genaue Halten der abgetasteten Eingangsspannung eine komplexere Architektur. Die Fig. 1, 2, 3 und 4 zeigen einige beispielhafte Ausführungsformen von dem Stand der Technik entsprechenden Abtast-Halte-Verstärkern; es gibt zahlreiche weitere. Diese beispielhaften dem Stand der Technik entsprechenden Abtast-Halte-Verstärkerschaltungen bedienen sich der Technik des automatischen Nullpunktausgleichs, um Ausgangsfehler aufgrund von Eingangs-Offsetfehlern zu verringern. Bei Anwendungen für Abtasten und Halten ist der automatische Nullpunktausgleich ein Verfahren zur Kompensation von Fehlern, welche durch die Spannungsoffsetfehler der Verstärker in die Schaltung eingeführt werden. Typischerweise wird der Offsetfehler eines Steilheitsverstärkers in der Betriebsart Abtasten abgetastet. Ein ähnlicher Offsetwert wird dann zur Ausgangsspannung im Halte-Modus addiert, um den Offsetfehler auszugleichen. Bei den obigen dem Stand der Technik entsprechenden Schaltungen zwingt der automatische Nullpunktausgleich die Ausgangsspannung der Schaltung zum Ausgleich mit der abgetasteten Eingangsspannung. Architektur und Verhalten dieser Schaltungen weisen jedoch unterwünschte Nachteile auf, welche ihre Brauchbarkeit einschränken.
Die Fig. 1 ist ein Schaltschema eines vereinfachten Abtast- Halte-Verstärkers mit automatischem Nullpunktausgleich. Dieser Abtast-Halte-Verstärker benötigt einen Steilheitsverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor/niedrigem Versatz bzw. Offset und weist ein schlechtes Einschwingverhalten aufgrund der Rückkehr-nach-Null-Anforderung am Schaltungsausgang auf.
Die Fig. 2 ist ein Schaltschema eines Abtast-Halte-Verstärkers mit automatischem Nullpunktausgleich, welcher zur gleichzeitigen Erfassung eines analogen Signals und Speicherung eines zuvor abgetasteten Signals in der Lage ist. Dieser Abtast-Halte-Verstärker weist ein schlechtes dynamisches Verhalten auf, erfordert einen Ausgangsverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor/niedrigem Versatz bzw. Offset und ist für eine monolithische Implementierung zu komplex. Außerdem folgt der Ausgang des Abtast-Halte-Verstärkers nicht dem Spannungseingang.
Die Fig. 3 ist ein Schaltschema eines differentiellen Schaltkapazitätenverstärkers, welcher eine Offsetspannungs- Nullsetzung des Verstärkers enthält. Wie der SHA der Fig. 2 weist dieser Verstärker ein schlechtes dynamisches Verhalten auf, erfordert einen Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor und folgt nicht dem Spannungseingang.
Die Fig. 4 ist ein Schaltschema eines Abtast-Halte-Verstärkers mit automatischem Nullpunktausgleich, welcher ein gutes Schaltungsverhalten aufweist, jedoch wie der SHA der Fig. 2 zu komplex ist.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abtast-Halte-Verstärker zur Abtastung analoger Signale bereitzustellen, welcher in der Lage ist, interne Offset- und Verstärkungsfaktorfehler des Verstärkers zu korrigieren, ohne daß der Verstärkerausgang nach Null zurückzukehren braucht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Abtast-Halte-Verstärkers, bei welchem der Schaltungsausgang dem Spannungseingang folgt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Abtast- Halte-Verstärker gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Bei dem die vorliegende Erfindung verwirklichenden Abtast- Halte-Verstärker folgt der Schaltungsausgang dem Spannungseingang und, als Reaktion auf ein Steuersignal, erfaßt und hält er die am Verstärkerausgang abgetastete Eingangsspannung genau. Sowohl der Eingang als auch der Ausgang werden gepuffert, und die Eingangsspannung wird nicht nur über die primäre Ladungsspeicherungseinrichtung, welche einen primären "Halte"-Kondensator umfaßt, sondern auch über die sekundäre Ladungsspeicherungseinrichtung, welche einen sekundären "Halte"-Kondensator am Ausgang des Verstärkers umfaßt, abgetastet, um die pufferoffsetbedingten Spannungsspitzen am Schaltungsausgang zu verringern. Die Eingangs- und Ausgangspuffer führen komplementäre, gleich große Offsetspannungen ein, welche zusammen mit der speziellen Rückkopplungsanordnung zur Steuerung der Ladung des Verstärker- Ausgangskondensators einen automatischen Nullpunktausgleich interner Offsetfehler des Verstärkers ermöglichen.
Der die Erfindung verwirklichende Abtast-Halte-Verstärker enthält einen Eingangsschalter, einen Rückkopplungsschalter, primäre und sekundäre Abtastschalter, Eingangs- und Ausgangspuffer, primäre und sekundäre Haltekondensatoren, einen Kompensationskondensator und einen Steilheitsverstärker.
Die Abtast-Halte-Verstärkerschaltung arbeitet in zwei Betriebsarten, dem Abtast- und dem Haltemodus.
Während des Abtast-Modus sind der Eingangsschalter sowie der primäre und sekundäre Abtastschalter geschlossen. Der Rückkopplungsschalter ist geöffnet. Der Steilheitsverstärker stellt dem primären und sekundären Haltekondensator scheinbare Erde zur Verfügung, wodurch es dem Schaltungsausgang ermöglicht wird, dem Spannungseingang über einen durch den Eingangspuffer, den sekundären Abtastschalter und den Ausgangspuffer definierten Signalpfad zu folgen. Wird ein Halte-Befehl bestätigt, so wird der Übergang vom Abtast- in den Halte-Modus eingeleitet. Zunächst öffnet der primäre Abtastschalter, wodurch die Abtastung der Eingangsspannung über den primären Haltekondensator veranlaßt wird. Danach öffnet der sekundäre Abtastschalter, wodurch die Abtastung der Eingangs spannung über den sekundären Haltekondensator veranlaßt wird. Schließlich öffnet der Eingangsschalter, wodurch die gesamte Schaltung von der Eingangsspannung getrennt wird und der Rückkopplungsschalter schließt, wodurch der Regelkreis um den Steilheitsverstärker geschlossen wird. Die Schaltung befindet sich nun im Halte-Modus.
Im Halte-Modus liefert der Steilheitsverstärker mit einem negativen Regelkreis, welcher in Reihe geschaltet den sekundären Haltekondensator, den Ausgangspuffer, den Rückkopplungsschalter, den Eingangspuffer und den primären Haltekondensator enthält, eine gewisse Spannungsverstärkung. Unter Annahme des Idealfalles, daß der Eingangs- und Ausgangspuffer sowie der Steilheitsverstärker keine Offsetspannungen aufweisen, wird die exakte Eingangsspannung im primären und sekundären Haltekondensator gehalten. Mit dem Übergang in den Halte-Modus würde die Ausgangs Spannung der Schaltung die abgetastete im primären und sekundären Haltekondensator gespeicherte Eingangs Spannung automatisch ohne jegliche vom Steilheitsverstärker geforderte Fehlerkompensation ausgleichen. Unter realen Bedingungen werden die Spannungsoffsetwerte des Eingangspuffers und des Steilheitsverstärkers zusammen mit der Eingangsspannung vom primären Haltekondensator abgetastet. Bei eingestelltem Halte-Modus zwingt der Steilheitsverstärker die Ausgangsspannung, die abgetastete Eingangs Spannung durch die Korrektur eventueller Offsetfehler auszugleichen.
Die die Erfindung verwirklichende Abtast-Halte-Verstärkerschaltung verwendet einfache Verstärker geringer Präzision, welche keine hohen Verstärkungsfaktoren oder niedrige Versatz- bzw. Offsetwerte benötigen. Sie verfügt über eine schnelle Erfassungszeit, hat eine geringe Leistungsaufnahme und erfordert wenig Integrationsplatz.
Die Erfindung wird anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema eines Abtast-Halte-Verstärkers mit automatischem Nullpunktausgleich in einer dem Stand der Technik entsprechenden Implementierung;
Fig. 2 ein Schaltschema eines Abtast-Halte-Verstärkers mit automatischem Nullpunktausgleich gemäß dem Stand der Technik, welcher zur gleichzeitigen Abtastung eines analogen Signals und Speicherung des zuvor abgetasteten Signals in der Lage ist;
Fig. 3 ein Schaltschema eines eines dem Stand der Technik entsprechenden differentiellen Schaltkapazitätenverstärkers;
Fig. 4 ein Schaltschema einer weiteren Ausführungsform eines dem Stand der Technik entsprechenden Abtast-Halte-Verstärkers;
Fig. 5 ein Schaltschema der grundlegenden Ausführungsform des Abtast-Halte-Verstärkers der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Schaltschema der Konfiguration des Abtast- Halte-Verstärkers der Fig. 5 in der Abtast- Betriebsart;
Fig. 7 ein Schaltschema der Auslegungskonfiguration des Abtast-Halte-Verstärkers der Fig. 5 in der Halte-Betriebsart;
Fig. 8 ein Schaltschema der umfassenderen Architektur des Abtast-Halte-Verstärkers der Fig. 5 mit einer zusätzlichen Beschaltung zur Löschung der Injektionsladungen; und
Fig. 9 eine Impulsübersicht der Signalpegel verschiedener Steuersignale, welche zur Steuerung der Betriebsarten des die vorliegenden Erfindung verwirklichenden Abtast-Halte-Verstärkers herangezogen werden.
Nunmehr sei auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 5 verwiesen, welche die grundlegende Implementierung eines verbesserten Abtast-Halte-Verstärkers 10 darstellt. Der SHA 10 umfaßt einen Eingangsanschluß 15, einen Ausgangsanschluß 13, einen Steueranschluß 44, einen Eingangsschalter 12, einen Eingangspuffer 22, einen Ausgangspuffer 24, einen primären Abtastschalter 14, einen sekundären Abtastschalter 16, einen primären Haltekondensator 18, einen sekundären Haltekondensator 20, einen Rückkopplungsschalter 28, einen Kompensationskondensator 42 und einen Steilheitsverstärker 26.
Der Eingangsschalter 12 ist zwischen den Eingangsanschluß 15 und den Eingang des Eingangspuffers 22 eingeschaltet. Der Ausgang des Eingangspuffers 22 ist mit einer ersten Elektrode des primären Haltekondensators 18 verbunden; die zweite Elektrode des Kondensators ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 26 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 26 ist mit einer ersten Elektrode des sekundären Haltekondensators 20 verbunden; die zweite Elektrode des Kondensators 20 ist wiederum mit dem Eingang des Ausgangspuffers 24 verbunden. Der Ausgang des Ausgangspuffers 24 stellt am Anschluß 13 den Ausgang der Abtast-Halte-Verstärkerschaltung 10 bereit.
Der nicht invertierende Anschluß des Verstärkers 26 ist an Masse gelegt. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 26 ist außerdem mit einer ersten Elektrode des Kompensationskondensators 42 verbunden; die zweite Elektrode des Kompensationskondensators 42 ist mit Masse verbunden. Das Abtast- /Halte-Befehlssignal wird an den Steueranschluß 44 gelegt, und als Antwort darauf werden geeignete Steuersignale (siehe Fig. 9) durch eine nicht dargestellte, dem Elektroingenieur jedoch hinreichend bekannte Steuerschaltung an die Schalter geliefert. Die mit gestrichelten Linien in der Fig. 5 dargestellten Steuersignale, welche den Zustand der Schalter 14, 16, 12 und 28 bestimmen, sind mit A, B, C bzw. D gekennzeichnet.
Die Schalter 14, 16 und 28 sind außerdem zur Neukonfiguration des Abtast-Halte-Verstärkers 10 enthalten. Der primäre Abtastschalter 14 ist zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Steilheitsverstärkers 26 eingeschaltet. Der sekundäre Abtastschalter 16 ist über den Ausgang des Eingangspuffers 22 und den Eingang des Ausgangspuffers 24 angeschlossen. Der Rückkopplungsschalter 28 schließlich ist zwischen dem Eingang des Eingangspuffers 22 und dem Ausgang des Ausgangspuffers 24 eingeschaltet.
Der Abtast-Halte-Verstärker 10 verfügt über zwei stationäre Betriebsarten, den Abtast-Modus und den Halte-Modus. Nachstehend folgt eine Beschreibung jeder Betriebsart. Um die Erläuterung der Funktionsweise der Schaltung zu vereinfachen, sind verschiedene Knoten der Schaltung mit Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 6 stellt die Konfiguration des Abtast-Halte-Verstärkers 10 der Fig. 5 im Abtast-Modus dar. Im Abtast-Modus liegt das an den Steueranschluß 44 gelegte Abtast-/Halte- Signal auf "High", d.h. auf dem logisch hohen Pegel. Der Rückkopplungsschalter 28 ist in geöffneter Position. Der Eingangsschalter 12, der primäre Abtastschalter 14 und der sekundäre Abtastschalter 16 sind geschlossen. Der Eingangsschalter 12 koppelt den Abtast-Halte-Verstärker 10 mit der Eingangs Spannung.
In der Konfiguration für den Abtast-Modus folgt der Spannungsausgang des Abtast-Halte-Verstärkers 10 dem Spannungseingang über den den Eingangsanschluß 15, den Eingangsschalter 12, den Eingangspuffer 22, den sekundären Abtastschalter 16, den Ausgangspuffer 24 und den Ausgangsanschluß 13 umfassenden Signalpfad. Im Abtastmodus fungiert der Verstärker 26 als ein Steilheitsverstärker, welcher bei an Masse liegendem, nicht invertierendem Anschluß in idealer Weise für die "unteren" Elektroden des primären Haltekondensators 18 und des sekundären Haltekondensators 20 als scheinbare Erde erscheint. Da der Steilheitsverstärker 26 über den primären Abtastschalter 14 in eine Rückkopplungskonfiguration versetzt ist, wird in der Realität eine Versatz- bzw. Offsetspannung am invertierenden Anschluß des Steilheitsverstärkers erscheinen, wodurch die an Knoten 32 und 36 liegende Spannung gezwungen wird, die Offsetspannung des Steilheitsverstärkers auszugleichen. Knoten 30 und 34 werden vom Eingangspuffer 22 auf einer Spannung gleich der Eingangs spannung minus eines Offsetwertes für die Puffer 22 und 24 gehalten.
Ein Wechsel des Signals am Steueranschluß 44 von "High" nach "Low", d.h. vom logisch hohen auf den logisch niedrigen Pegel, leitet den Wechsel des Abtast-Halte-Verstärkers 10 vom Abtast-Modus zum Halte-Modus ein. Fig. 9 ist eine Impulsübersicht, welche die zur Neukonfiguration verwendeten Steuersignale darstellt. Zum Zeitpunkt t&sub1;, welcher mit dem Wechsel des Steuersignals A von "High" nach "Low" zusammenfällt, öffnet der primäre Abtastschalter 14. In dem Moment, in dem der primäre Abtastschalter 14 öffnet, wird vom primären Haltekondensator 18 eine Ladung aufgenommen, und die Spannung am Knoten 30 wird über den Kondensator abgetastet. Zum Zeitpunkt t&sub2;, welcher mit dem Wechsel des Steuersignals B von "High" nach "Low" zusammenfällt, öffnet der sekundäre Abtastschalter 16. In dem Moment, in dem der sekundäre Abtastschalter 16 öffnet, wird vom sekundären Haltekondensator 20 eine Ladung aufgenommen, und die Spannung am Knoten 34 wird über den sekundären Haltekondensator abgetastet. Die über den primären und sekundären Haltekondensator abgetasteten Spannungen sind gleich der Eingangsspannung plus einem gewissen Offsetfehler.
Die Offsetspannung eines Verstärkers ist definiert als die Restspannung, auf die eine Potentialdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen des Verstärkers durch negative Rückkopplung gebracht wird, und wird als Voe bezeichnet. Die Eingangsspannung des SHA 10 ist als Vos bezeichnet. Bezeichnet man die Offsetspannungen des Eingangspuffers 22, des Ausgangspuffers 24 und des Verstärkers 26 als Voa1, Vos2 bzw. Vos3, so ergibt sich die abgetastete Eingangsspannung über den primären Haltekondensator 18 (VCH) zu:
VCH = Vin + Vos1 - Vos3 (1)
Sobald die Eingangsspannung über den primären und den sekundären Haltekondensator 18 und 20 abgetastet ist, kann der Abtast-Halte-Verstärker von der Eingangsspannung getrennt und neu konfiguriert werden, um Offsetfehler auszugleichen. Dementsprechend öffnet im Zeitpunkt t&sub3;, welcher mit dem Wechsel des Steuersignals C von "High" nach "Low" zusammenfällt, der Eingangsschalter 12, wodurch der Abtast- Halte-Verstärker 10 von der Eingangsspannung am Eingangsanschluß 15 getrennt wird. Im Zeitpunkt t&sub4;, welcher mit dem Wechsel des Steuersignals B von "Low" nach "High" zusammenfällt, schließt der Rückkopplungsschalter 28, wodurch der Übergang des Abtast-Halte-Verstärkers 10 vom Abtast- in den Halte-Modus abgeschlossen wird.
Die Fig. 7 stellt die Konfiguration des Abtast-Halte-Verstärkers der Fig. 5 im Halte-Modus dar. Im Halte-Modus enthält die Regelschleife des Steilheitsverstärkers 26 den sekundären Haltekondensator 20, den Ausgangspuffer 24, den Rückkopplungsschalter 28, den Eingangspuffer 22 und den primären Haltekondensator 18. Im Halte-Modus ändert der Verstärker 26 seine Funktion von einem Steilheitsverstärker zu einem Spannungsverstärker, um seine eigenen Offsetspannungen sowie diejenigen des Eingangs- und Ausgangspuffers auszugleichen.
Bei Annahme des Idealfalls, in dem der Verstärker 26, der Eingangspuffer 22 und der Ausgangspuffer 24 Offsetspannungen von Null hätten, wäre die über den primären und den sekundären Haltekondensator 18 und 20 abgetastete Spannung exakt gleich der zum Zeitpunkt der Abtastung vorliegenden Eingangsspannung. Mit dem Öffnen des Eingangsschalters und dem Schließen des Rückkopplungsschalters wird die Ausgangsspannung gleich der Eingangsspannung sein, ohne daß vom Spannungsverstärker 26 irgendein Ausgleich oder ein Pegelversatz gefordert wird.
In der Realität werden, wie aus der Gleichung 1 ersichtlich ist, Offsetspannungen in die über den primären und sekundären Haltekondensator abgetastete Spannung eingeführt. Die zusammen mit der Eingangsspannung abgetasteten Spannungsfehler werden nunmehr in der Halte-Modusschleife subtrahiert. Im Halte-Modus muß sich die Ausgangsspannung um einen Betrag gleich der Summe der Offsetspannungen des Eingangspuffers 22 und des Ausgangspuffers 24 ändern.
Wenn Av gleich ist dem Verstärkungsfaktor des Spannungsverstärkers 26, dann muß der invertierende Eingang des Spannungsverstärkers 26 um den Spannungsfehler (VE) gleich:
VE = (Vos1 + Vos2)/Av (2)
verändert werden.
Durch die Auslegung des Eingangspuffers 22 und des Ausgangspuffers 24 mit komplementären Offsetspannungen gleicher Größe kann der Spannungsfehler VE vernachlässigbar klein gemacht werden. Ist VE vernachlässigbar, so ist eine geringe Änderung am Spannungsverstärker 26 erforderlich, wodurch die Ausgangs spannung des Abtast-Halte-Verstärkers 10 gezwungen wird, die abgetastete Eingangsspannung auszugleichen.
Unter der Annahme, daß durch den Eingangsschalter 12 kein Ladungsinjektionsfehler in den primären Haltekondensator 18 eingeführt wird, kann ein wie oben beschrieben aufgebauter Abtast-Halte-Verstärker 10 die Eingangsspannungen erster Ordnung exakt abtasten und halten. In der Realität werden Effekte zweiter Ordnung, wie etwa Ladungsinjektionsfehler, das Verhalten der erfindungsgemäßen Schaltung beeinflussen.
Nunmehr sei auf die Fig. 8 verwiesen, in welcher eine umfassendere Architektur geeignet zur Implementierung des Abtast-Halte-Verstärkers 10 dargestellt ist. Ein Löschschalter 40 und ein Löschkondensator 38 sind zwischen dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Steilheitsverstärkers 26 und Masse parallel eingeschaltet. Durch gleichzeitige Betätigung des Löschschalters 40 und des primären Abtastschalters 14 mittels des Steuersignals A können die durch Schaltkapazitätenaufkopplung am primären Haltekondensator 18 verursachten Spannungsfehler differentiell ausgeglichen werden. In der Fig. 8 ist außerdem ein dominanter Polkompensationskondensator 42 enthalten. Mit dem Öffnen des primären und sekundären Abtastschalters wird der Knoten 36 durch den Kompensationskondensator 42 an einer raschen Anderung gehindert, wodurch sichergestellt wird, daß der Abtastwert am sekundären Haltekondensator dem Abtastwert am primären Haltekondensator näherungsweise entspricht, wenn das Intervall zwischen den Abtastungen kurz ist. Der Kompensationskondensator 42 verhindert außerdem ein Schwingen des Steilheitsverstärkers 26. Die Schalter des Abtast- Halte-Verstärkers 10 sind in der Fig. 8 durch MOS-Transistoren implementiert, während sie in den Fig. 5, 6 und 7 ohne Berücksichtigung der Implementierungsdetails einfach durch Funktionssymbole für Schalter dargestellt sind.
In der bevorzugten Ausführungsform ist der Abtast-Halte- Verstärker 10 monolithisch mittels eines BiCMOS-Herstellungsprozesses implementiert. In der bevorzugten Ausführungsform sind sämtliche Schalter durch PMOS-NMOS-Paare implementiert, mit Ausnahme des primären Abtastschalters 14 und des Löschschalters 40, bei denen es sich um NMCS-Elemente mit kleiner Größe für verminderte Ladungsaufkopplung handelt. Bei monolithischer Implementierung können bis zu vier unabhängig gesteuerte Abtast-Halte-Verstärker auf einem Chip angebracht werden, von denen jeder weniger als 2300 tausendstel Zoll zum Quadrat (1/1000 Zoll)² Fläche beansprucht.
Ein wie oben beschrieben aufgebauter Abtast-Halte-Verstärker 10 mit automatischem Nullpunktausgleich ist in der Lage, einer Eingangsspannung zu folgen und, wenn angezeigt, eine Eingangs Spannung abzutasten und ohne signifikante Verstärkungs- oder Offsetfehler präzise zu halten. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung monolithisch implementiert werden, um Erfassungszeiten von 500 ns, eine Leistungsaufnahme von 75 mW und einen Flächenbedarf von weniger als 2300 (1/1000 Zoll)² zu verwirklichen.
Nach der Beschreibung einer bestimmten Ausführungsform werden dem Fachmann ohne weiteres verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen offenkundig. Demzufolge soll die obige Beschreibung nur als Beispiel dienen, deren Beschränkung nur durch die nachfolgenden Ansprüche gegeben ist.

Claims

1.

Abtast-Halte-Verstärkerschaltung (10) zum Abtasten einer an einen Eingang (15) der Schaltung gelegten Spannung und zum selektiven Halten der abgetasteten Eingangsspannung, um diese an einem Ausgang (13) der Schaltung bereitzustellen, wobei die Schaltung folgendes enthält:

- einen Verstärker (26) mit einem Ausgangsanschluß, einem invertierenden Eingangsanschluß und einem nicht invertierenden Eingangsanschluß;

eine primäre Ladungsspeicherungseinrichtung (18) zur Speicherung der abgetasteten Eingangs spannung mit einem ersten und einem zweiten Leiter, welche mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers (26) gekoppelt sind; und

einen zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers (26) eingeschalteten primären Abtastschalter (14);

gekennzeichnet durch:

einen Eingangspuffer (22) mit einem Ausgangs- und einem Eingangsanschluß, welche mit dem Eingang (15) der Schaltung (10) zum Aussteuern der Eingangsspannung für die restliche Schaltung gekoppelt sind;

wobei der erste Leiter der primären Ladungsspeicherungseinrichtung (18) mit dem Ausgangsanschluß des Eingangspuffers gekoppelt ist;

der nicht invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers (26) an Masse gelegt ist;

ein Leiter einer sekundären Ladungsspeicherungseinrichtung (20) am Ausgangsanschluß des Verstärkers (26) angeschlossen ist;

ein Eingangsanschluß eines Ausgangspuffers (24) mit einem zweiten Leiter der sekundären Ladungsspeicherungseinrichtung (20) gekoppelt ist und ein Ausgangsanschluß den Ausgang dieser Schaltung (10) bereitstellt;

ein sekundärer Abtastschalter (16) zwischen dem Ausgangsanschluß des Eingangspuffers (22) und dem Eingangsanschluß des Ausgangspuffers (24) eingeschaltet ist; und

ein Rückkopplungsschalter (28) zwischen dem Eingangsanschluß des Eingangspuffers (22) und dem Ausgangsanschluß des Ausgangspufrers (24) eingeschaltet ist.

2.

Abtast-Halte-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, in welcher der Eingangspuffer (22) und der Ausgangspuffer (24) komplementäre Offsetspannungen gleicher Größe aufweisen.

3.

Abtast-Halte-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher die primäre Ladungsspeicherungseinrichtung (18) ein Kondensator ist.

4.

Abtast-Halte-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, in welcher die sekundäre Ladungsspeicherungseinrichtung (20) ein Kondensator ist.