DE69319033T2

DE69319033T2 - Verstärkerschaltung mit geschalteten Kapazitäten

Info

Publication number: DE69319033T2
Application number: DE69319033T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Tatsumi
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-07-21
Also published as: EP0582862A1; EP0582862B1; US5475337A; DE69319033D1; JPH0645875A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung und insbesondere eine Schaltkondensator-Verstärkerschaltung, die automatisch eine Offsetspannung kompensieren kann.
In einem Operationsverstärker tritt infolge einer Charakteristik eines Transistorpaars in einer ersten Stufe eine Gleichstrom-(GS)-Offsetspannung auf, die einen Ausgabefehler bewirken kann. Zur überwindung dieses Problems weist bisher eine Schaltkondensator-Verstärkerschaltung eine Schaltung zum automatischen Kompensieren der Offsetspannung auf. Fig. 1 zeigt ein Beispiel für die herkömmliche Verstärkerschaltung, die eine Offsetspannungskompensation realisiert.
Der Aufbau von Fig. 1 weist Schalter 3 bis 5 auf, die jeweils durch ein Taktsignal A ein- oder ausgeschaltet werden, sowie Schalter 6 und 7, die jeweils als Reaktion auf ein Taktsignal B in einen Ein- oder Ausschaltzustand versetzt werden. Die Takte A und B sind zueinander um eine halbe Periode verschoben und überlappen sich nicht. Folglich sind bei eingeschalteten Schaltern 3 bis 5 die Schalter 6 und 7 in jedem Fall ausgeschaltet und umgekehrt.
Fig. 2A zeigt einen Abtastzustand für eine Offsetlöschung, in dem die Schalter 3 bis 5 infolge des Taktsignals A eingeschaltet sind, während Fig. 28 einen Haltezustand mit einem Verstärkungsbetrieb zeigt, in dem die Schalter 6 und 7 als Reaktion auf das Taktsignal B eingeschaltet sind. Sind in dieser Konfiguration die Schalter 3 bis 5 sowie Kondensatoren 10 und 11 mit Kapazitäten cxc bzw. C eingeschaltet, funktioniert ein Operationsverstärker 8 als Verstärker, der eine verstärkung "1" entwickelt. Als Ergebnis werden die Kondensatoren 10 und 11 auf Vos - Vin bzw. vos aufgeladen, wodurch eine Ausgangsspannung Vos erzeugt wird.
Als nächstes wird angenommen, daß bei eingeschalteten -Schaltern 6 und 7 eine Ausgangsspannung vout gemäß Fig. 28 entwickelt wird. In dieser Situation werden die Kondensatoren 10 und 11 auf Vos bzw. Vos - Vout aufgeladen. Da die elektrische Ladungsmenge an einem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 8 fest ist, gilt
αC(Vos - Vin) + CVos = CVos + C(Vos - Vout).
Damit erhält man
Vout = αVin.
Dies bedeutet, daß die Offsetspannung ausgelöscht wird und folglich keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung ausübt.
Sind gemäß der herkömmlichen Schaltkondensator-Verstärkerschaltung vom Offsetlöschtyp die Schalter 3 bis 5 eingeschaltet, dient der Operationsverstärker als Puffer mit der verstirkung Eins. In einem Fall, in dem der Verstirker zu einem Typ von steilheitsgesteuerten Operationsverstärkern (OTA) gehört, bestand ein Problem darin, daß der Verstärker leicht eine Signaischwingung auslöst.
Die EP-A-0078601 und US-A-4656871 offenbaren einen Schaltkondensatorverstärker, der ein Löschen einer Offsetspannung ohne Verwendung eines Belastungskondensators erreicht,
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Schaltkondensator-Verstärkerschaltung bereitzustellen, wobei ein Ausgang eines Operationsverstärkers von ihr mit einer Last nur beim Löschen einer Offsetspannung von ihr beaufschlagt wird, wodurch die Signalschwingerscheinung unterdrückt wird.
Erfindungsgemäß wird eine Schaltkondensator-Verstärkerschaltung bereitgestellt, die aufweist: einen Operationsverstärker mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß, der mit einer Referenzspannung verbunden ist, und einen ersten Kondensator, der zwischen einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers und der Referenzspannung verbunden ist. Der erste Kondensator dient nur dann als Last des Operationsverstärkers, wenn die Schaltung eine Löschung einer 0ff setspannung erreicht.
Die Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden näheren Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Konfiguration einer Schaltkondensator-verstärkerschaltung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2A ein Schaltbild eines Zustands der Schaltung, in dem Schalter von Fig. 1 eingeschaltet sind;
Fig. 2B eine Darstellung eines Schaltungszustands, in dem Schalter von Fig. 1 eingeschaltet sind;
Fig. 3 eine Darstellung, die schematisch den Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkondensator-Verstärkerschaltung zeigt;
Fig. 4A ein Schaltbild eines Zustands der Schaltung, in dem Schalter von Fig. 3 eingeschaltet sind; und
Fig. 4B eine Darstellung eines Schaltungszustands, in dem Schalter von Fig. 3 eingeschaltet sind.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird nunmehr eine Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben.
Fig. 3 zeigt die Struktur einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkondensator-Verstärkerschaltung.
Der Schaltungsaufbau weist einen Signaleingangsanschluß auf, der über einen Schalter 3 und einen Kondensator 10 mit einem invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 8 verbunden ist. Der Verstärker hat einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß, der mit einer Referenzspannungsquelle 9 verbunden ist. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Schalter 3 und dem Kondensator 10 ist mit der Referenzspannungsquelle 9 über einen Schalter 6 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 8 ist ebenfalls mit der Spannungsversorgung 9 über einen Kondensator 12 mit einer Kapazität CL verbunden.
Außerdem ist der invertierende Eingangsanschluß über einen Schalter 4 mit einem Ausgangsanschluß 2 des Verstärkers 8 sowie über einen Schalter 7 und einen Kondensator 11 mit dem Ausgangsanschluß 2 des Verstärkers 8 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Schalter 7 und dem Kondensator 11 ist mit der Spannungsquelle 9 über einen Schalter 5 verbunden. Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine den Offset darstellende Spannungsquelle bezeichnet.
Der Schaltungsaufbau von Fig. 3 unterscheidet sich von dem des herkömmlichen Beispiels von Fig. 1 darin, daß der Kondensator 12 mit der Kapazität CL zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 8 und der Referenzspannungsquelle 9 angeordnet ist.
Fig. 4A zeigt einen Abtastzustand für eine Offsetlöschung, in dem die Schalter 3 bis 5 von Fig. 3 eingeschaltet sind, wihrend Fig. 4B einen Haltezustand mit einem Verstärkungsbetrieb zeigt, in dem die Schalter 6 und 7 von Fig. 3 eingeschaltet sind.
Im Zustand, in dem die Schalter 3 bis 5 eingeschaltet sind, funktioniert der Operationsverstärker 8 als Spannungsfolgeschaltung wie im herkömmlichen Beispiel von Fig. 2A, so daß die Kondensatoren 10 und 11 auf Spannungen Vos - Vin bzw. Vos aufgeladen werden. Außerdem wird der zusätzlich in der Schaltungsstruktur angeordnete Kondensator 12 auf Vos aufgeladen, um als Last des Operationsverstärkers 8 in diesem Schaltungssystem zu dienen. Im herkömmlichen Beispiel von Fig. 2A funktioniert nur der Kondensator 11 als Last. Im Vergleich dazu funktioniert in der erfindungsgemäßen Schaltung auch der Kondensator 12 als Last. Damit erhöht sich die Gesamtlast auf C + CL.
Sind anschließend die Schalter 6 und 7 eingeschaltet, werden ebenfalls wie im herkömmlichen Beispiel von Fig. 2B die Kondensatoren 10 und 11 auf Spannungen Vos bzw. Vos - Vout aufgeladen. Unter diesen Bedingungen wird der Kondensator 12 auf Vos gehalten, d. h. in seinem aufgeladenen Zustand, der sich bei eingeschalteten Schaltern 3 und 5 entwikkelt, was folglich mit keinerlei Signalübertragung in Beziehung steht. Damit übt der Kondensator 12 der Schaltung keinerlei Einfluß auf eine Signalübertragung, d. h., Ladungsübertragung, aus. Dies bedeutet, daß der Kondensator 12 nur dann als Last dient, wenn der Operationsverstärker 8 als Puffer mit der Verstärkung Eins funktioniert. Folglich wird das Schwingphänomen unterdrückt.
Wie zuvor beschrieben wurde, weist erfindungsgemäß die Schaltkondensator-verstärkerschaltung vom Offsetlöschtyp einen Kondensator zwischen einem invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers vorn OTA-Typ und einer Referenzspannungsquelle auf. Folglich wird ein Ausgang vorn Operationsverstärker nur dann mit einer Last beaufschlagt, wenn ein Betrieb zum Löschen der Offsetspannung erfolgt, was zu einem vorteilhaften Effekt der Unterdrückung des Schwingphänomens führt.

Claims

1. Schaltkondensator-Verstärkerschaltung, in der eine Offsetspannung löschbar ist, wobei die Schaltung aufweist: einen Operationsverstärker (8) mit einem invertierenden Eingangsanschluß (-) zum Empfangen einer Eingangsspannung (Vin) und einem mit einer Referenzspannung (9) verbundenen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (+), wobei der Operationsverstärker (8) eine Spannungsdifferenz zwischen der Eingangsspannung (Vin) und der Referenzspannung (9) verstärkt, um eine Ausgangsspannung (Vout) zu einem Ausgangsanschluß (2) der Schaltung zu führen, so daß die Schaltung an ihrem Ausgangsanschluß (2) die Offsetspannung infolge der Spannungsdifferenz hat, gekennzeichnet durch:

einen Kondensator (12), der zu dem Operationsverstärker (8) zugefügt und zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß (-) und der Referenzspannung (9) verbunden ist, so daß der Kondensator (12) als Last für den Operationsverstärker (8) nur dann dient, wenn die Offsetspannung in der Schaltung gelöscht wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, ferner mit: einem weiteren Kondensator (10), der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Operationsverstärkers (8) und einem Signaleingangsanschluß (1) der Schaltung verbunden ist;

einem ersten Schalter (3), der zwischen dem weiteren Kondensator (10) und dem Signaleingangsanschluß (1) der Schaltung verbunden ist;

einem zweiten Schalter (6), der zwischen einer Verbindung zwischen dem weiteren Kondensator (10) und dem ersten Schalter sowie der Referenzspannung (9) verbunden ist;

noch einem weiteren Kondensator (11), der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Operationsverstärkers (8) und dem Ausgangsanschluß (2) der Schaltung verbunden ist;

einem dritten Schalter (4), der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Operationsverstärkers (8) und dem Ausgangsanschluß (2) der Schaltung verbunden ist;

einem vierten Schalter (7), der zwischen dem noch weiteren Kondensator (11) und dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Operationsverstirkers (8) verbunden ist; einem fünften Schalter (5), der zwischen einer Verbindung zwischen dem vierten Schalter (7) und dem noch weiteren Kondensator (11) sowie der Referenzspannung (9) verbunden ist;

einer ersten Schaltergruppe (3, 4, 5) mit dem ersten (3), dem dritten (4) und dem fünften Schalter (5); und einer zweiten Schaltergruppe (6, 7) mit dem zweiten (6) und dem vierten Schalter (7),

wobei die erste (3, 4, 5) und die zweite Schaltergruppe (6, 7) so arbeiten, daß sie sich in übereinstimmung mit einem ersten Taktsignal (A) bzw. einem zweiten Taktsignal (B) ein- und ausschalten, die voneinander getrennt und zueinander um eine halbe Periode verschoben sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Operationsverstärker (8) einen steilheitsgesteuerten Operationsverstärker aufweist.

4. Schaltkondensator-Verstärkerschaltung mit: einem steilheitsgesteuerten Operationsverstärker (8) mit einem invertierenden Eingangsanschluß (-) und einem mit einer Referenzspannung (9) verbundenen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (+);

einem ersten Kondensator (10), der mit dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Verstärkers (8) verbunden ist;

einem ersten Schalter (3), der zwischen dem ersten Kondensator (10) und einem Signaleingangsanschluß (1) der Schaltung verbunden ist;

einem zweiten Schalter (6), der zwischen dem ersten Kondensator (10) und der Referenzspannung (9) verbunden ist;

einem dritten Schalter (4), der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Verstärkers (8) und einem Ausgangsanschluß (2) der Schaltung verbunden ist; einem vierten Schalter (7) und einem zweiten Kondensator (11), die in Reihe zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Verstärkers (8) und dem Ausgangsanschluß (2) der Schaltung parallel zu dem dritten Schalter (4) verbunden sind;

einem fünften Schalter (5), der zwischen einer Verbindung zwischen dem vierten Schalter (7) und dem zweiten Kondensator (11) sowie der Referenzspannung (9) verbunden ist;

wobei die erste (3, 4, 5) und die zweite Schaltergruppe (6, 7) so arbeiten, daß sie sich als Reaktion auf ein erstes Taktsignal (A) bzw. ein zweites Taktsignal (B) ein- und ausschalten, wobei das erste (A) und das zweite Taktsignal (B) zueinander um eine halbe Periode verschoben und voneinander getrennt sind,

wobei die Schaltung durch einen dritten Kondensator (12) gekennzeichnet ist, der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Verstärkers (8) und der Referenzspannung (9) verbunden ist, so daß der dritte Kondensator (12) nur dann als Last des Verstärkers (8) dient, wenn die Schaltung eine Löschung einer Offsetspannung erreicht.