DE69732552T2

DE69732552T2 - Rauscharme Verstärkungsanordnung

Info

Publication number: DE69732552T2
Application number: DE69732552T
Authority: DE
Inventors: Eric Compagne
Original assignee: Dolphin Integration SA
Current assignee: Dolphin Integration SA
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: US5982234A; DE69732552D1; EP0836272A1; FR2754405B1; JPH10190364A; FR2754405A1; EP0836272B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rauscharme Anordnung für einen Verstärker. Die Erfindung eignet sich allgemein zur Anwendung bei jeglicher Funktion, welcher der Verstärker in der Anordnung zugeordnet ist (Verstärkung, Integration, Inversion eines Eingangssignals usw.). Ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer rauscharmen Integrationsanordnung aus einem Differenzverstärker.
1 zeigt ein herkömmliches Schaltbild einer derartigen Integrationsanordnung. Diese Anordnung umfasst einen Differenzverstärker 1 mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss E+, der mit einer Mittelwert- bzw. Medianspannung (beispielsweise Masse) zwischen den Speise- bzw. Versorgungsspannungen +Vpol bzw. –Vpol des Verstärkers 1 verbunden ist. Ein invertierender Eingangsanschluss E– des Verstärkers 1 erhält beispielsweise über einen Widerstand R ein Eingangssignal Vin zugeführt. Die Spannung Vin wird zwischen zwei Eingangsanschlüssen 3 und 4 der Anordnung zugeführt, von welchen der Anschluss 4 an Masse liegt. Ein Ausgang des Verstärkers 1 bildet einen Ausgangsanschluss S der Integrationsanordnung. Zwischen den Anschlüssen E– und S ist ein Kondensator bzw. eine Kapazität C angeordnet.
In 1 ist der Differenzverstärker 1 durch einen vollkommenen oder idealen Verstärker 1' mit einer Offenschleife-Verstärkung –A repräsentiert, dessen invertierender Eingang mit einem Spannungsgenerator 2 mit einem Rauschen Vn verbunden ist. Der Generator 2 symbolisiert als Ersatzschaltbild das äquivalente Eingangsrauschen des Verstärkers 1.
Die Qualität der mit der Anordnung erzielten Integration hängt im besonderen von dem Signal über dem Kondensator C ab, das eine Funktion des durch den Widerstand R fließenden Stroms I ist. Bei einem vollkommenen, d. h. idealen Verstärker 1 wäre der Strom I gleich Vin/R. In Wirklichkeit hängt, da der Verstärker 1 rauschbehaftet ist, der Strom I auch von der Spannung Vn ab. Außerdem scheint die Rauschspannung Vn in dem Ausgangssignal V_S durch die Spannungsverstärkung –A des Verstärkers (V_S = –A(Vin – Vn)) verstärkt.
Man kann verschiedene herkömmliche Lösungen anwenden, um das Rauschen des Verstärkers zu verringern.
Eine bekannte Lösung besteht in der Vergrößerung der Größe der den Verstärker 1 und den Vorspannungsstrom bildenden Transistoren. Zusätzlich zu der für die Realisierung des Verstärkers in integrierter Schaltungsform erforderlichen Vergrößerung der Silikonoberfläche hat diese Lösung den Nachteil einer Erhöhung der parasitären Kapazitäten, was eine Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit des Verstärkers auf eine Änderung des Eingangssignals verursacht.
In bestimmten Anordnungen wird der Widerstand R durch einen umschaltbaren Kondensator ersetzt. Das Eingangssignal Vin wird dann gesampelt, d. h. intermittierend abgetastet. Die her kömmlichen Lösungen gestatten keine Minimierung des Rauscheinflusses bei Schaffung eines Integrators, dessen Ansprechgeschwindigkeit genügend groß ist, um die Verwendung einer hohen Samplingfrequenz des Eingangssignals zu gestatten. Um zu einer befriedigenden Lösung zu gelangen, verringert man die Verstärkung des Verstärkers.
Allgemein gesprochen tritt das mit dem Rauschen verbundene Problem bei jeder aus einem Verstärker entwickelten Anordnung auf, gleichgültig, ob er einen Differenzein- oder -ausgang besitzt oder nicht.
2 zeigt einen Verstärker 10, der keinen Differenzeingang besitzt, in Nachbildung wie in 1 durch einen vollkommenen bzw, idealen Verstärker 10' in Verbindung mit einem Rauschspannungsgenerator 2. Der Unterschied zwischen den Schaltbildern von 1 und 2 besteht darin, dass der Verstärker 10 nur einen Eingang E besitzt. Die Spannung V_T entspricht hier der Schaltspannung eines Inverters oder der erforderlichen Spannungsdifferenz zwischen dem Anschluss E und der Vorspannung –Vpol, um den Verstärker (d. h. die zwischen dem Anschluss E und der Spannung –Vpol vorhandenen Transistoren) leitend zu machen, im Fall eines einfachen Verstärkers. Die Rauschspannung Vn und die Gleichstromkomponente V_T werden in dem Ausgangssignal V_S durch die Spannungsverstärkung des Verstärkers verstärkt (V_S = –A(Vin – Vn – V_T)).
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer auf der Grundlage eines Verstärkers realisierten Integrationsanordnung, bei welcher der Rauscheinfluss des Verstärkers auf das Ausgangssignal weitestgehend verringert ist und die Anordnung gleichwohl eine hohe Verstärkung besitzt.
Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer Anordnung, die mit niedrigen Speise- bzw. Versorgungsspannungen und mit einem niedrigen Vorspannstrom betrieben werden kann.
Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer Anordnung, die besonders gut für einen Integrator mit umschaltbarem Kondensator angepaßt ist.
Zur Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung vor die Schaffung einer Anordnung, welche einen Hauptverstärker sowie Mittel umfasst, um wenigstens während vorgegebener Zeitperioden eine flottierende Bezugsspannung zu schaffen, um wenigstens ein Eingangssignal an wenigstens einem ersten Eingangsanschluss des Hauptverstärkers zuzuführen, wobei die genannte Bezugsspannung gemäß dem äquivalenten Eingangsrauschen des Hauptverstärkers servogesteuert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die genannten Mittel einen sekundären Verstärker (Sekundärverstärker), der wenigstens einen direkt mit dem ersten Eingangsanschluss des Hauptverstärkers verbundenen ersten Eingangsanschluss und wenigstens einen die genannte Bezugsspannung definierenden Ausgangsanschluss besitzt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sekundärverstärker eine Spannungsverstärkung nahe und kleiner Eins besitzt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der genannte Hauptverstärker einen einzigen Eingangsanschluss besitzt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hauptverstärker ein Verstärker mit Differenzeingängen ist, bei welchem ein nicht-invertierender Eingang mit einer Mittelwert- bzw. Medianspannung zwischen zwei Speise- bzw. Versorgungsspannungen, nämlich einer am stärksten positiven und einer am stärksten negativen, verbunden ist, und bei welchem ein invertierender Eingang den genannten ersten Eingangsanschluss des Hauptverstärkers bildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der genannte invertierende Eingang des Hauptverstärkers über eine Impedanz mit einem Ausgangsanschluss des Hauptverstärkers verbunden ist, der einen Ausgangsanschluss der Anordnung bildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das an den ersten Eingangsanschluss des Hauptverstärkers angelegte Eingangssignal einem zu verarbeitenden Signal entspricht, das einem ersten Eingangsanschluss der Anordnung zugeführt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Eingangsimpedanz zwischen einem ersten Eingangsanschluss der Anordnung, welchem ein zu verarbeitendes Signal zugeführt ist, und dem ersten Eingangsanschluss des Hauptverstärkers angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der genannte Ausgangsanschluss des Sekundärverstärkers einen zweiten Anschluss zur Zufuhr des zu verarbeitenden Signals bildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hauptverstärker ein Verstärker mit Differenzeingängen und -ausgängen ist, wobei jeder Eingang ein Eingangssignal zugeführt erhält; dass der Sekundärverstärker Differenzeingänge und -ausgänge aufweist, wobei jeder Ausgang jeweils eine flottierende Spannung zum Anlegen eines der Eingangssignale definiert, und dass jeder Eingang des Hauptverstärkers jeweils direkt mit einem Eingang des Sekundärverstärkers verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Ausbildung der Anordnung als eine Integrationsanordnung jeweils jeder Eingang des Hauptverstärkers über eine Impedanz mit einem einen Ausgangsanschluss der Anordnung bildenden Ausgangsanschluss des Hauptverstärkers verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei Eingangsimpedanzen jeweils zwischen zwei ein zu verarbeitendes Differenzsignal zugeführt erhaltenden Anschlüssen der Anordnung und einem Eingangsanschluss des Hauptverstärkers angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils jeder Ausgangsanschluss des Sekundärverstärkers einen zweiten Anschluss zur Zufuhr des zu verarbeitenden Signals bildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung Umschaltmittel umfasst, die bei Betätigung periodisch die Eingangsimpedanzen von dem zugeordneten Eingangsanschluss des Hauptverstärkers abtrennen, wobei das genannte Eingangssignal des Hauptverstärkers während der Perioden, in denen die Impedanzen angeschlossen sind, auf die genannte Bezugsspannung bezogen ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hauptverstärker und die Sekundärverstärker mit übereinstimmenden Spannungen versorgt bzw. gespeist werden.
Die vorstehenden und weitere Gegenstände, Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, nur zur Erläuterung und nicht zur einschränkenden Begrenzung dienenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen; in diesen zeigen:
die bereits beschriebenen 1 und 2 die Darlegung des Standes der Technik und der damit verbundenen Probleme,
3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer rauscharmen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 ein Ersatzschaltbild einer Integrations-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 eine erste Ausführungsform einer Integrations-Anordnung mit Schaltkondensator, gemäß der vorliegenden Erfindung,
6 eine zweite Ausführungsform einer Integrations-Anordnung mit Umschaltkondensator, gemäß der Erfindung,
7 ein Ausführungsbeispiel eines Sekundärverstärkers einer rauscharmen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
8 ein drittes Ausführungsbeispiel einer rauscharmen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
9 ein Ausführungsbeispiel einer Differenz-Integrationsanordnung mit Schaltkondensator, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit sind in den Figuren gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
3 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Anwendung auf eine Integrationsanordnung, bei welcher ein zu verarbeitendes Eingangssignal Vin über einen Widerstand R zugeführt wird. Wie zuvor ist der Integrator ausgehend von einem Differenzverstärker 1 ähnlicher Art wie der von 1 entwickelt. Ein invertierender Eingangsanschluss E– des Verstärkers 1 ist über einen Kondensator C mit einem Ausgangsanschluss S verbunden. Der Anschluss S bildet den Ausgang der Anordnung. Ein nicht-invertierender Anschluss E+ des Verstärkers 1 ist mit einer mittleren oder Medianspannung zwischen zwei Vorspannungen +Vpol und –Vpol des Verstärkers 1 verbunden.
Die Spannung +Vpol stellt die positivste Speise- bzw. Versorgungsspannung dar und die Spannung –Vpol die negativste. Im gezeigten Beispiel haben die Spannungen +Vpol und –Vpol gleichen Absolutbetrag (beispielsweise 2,5 V) und der Anschluss E+ ist mit Masse verbunden. Jedoch können auch andere Werte ausgewählt werden. Beispielsweise +Vpol = 3 V und –Vpol = 0 V (Masse), wobei der Anschluss E+ mit einer Spannung von 1,5 V verbunden ist.
Zwischen Eingangsanschlüssen 3 und 4 der Anordnung wird ein zu verarbeitendes Signal Vin angelegt. Der Anschluss 3 ist über einen Widerstand R mit dem Anschluss E– verbunden. Ein Merkmal dieser Ausführungsform ist, dass der Anschluss 4 nicht mehr mit derselben Spannung wie der Anschluss E+ verbunden ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Anschluss 4 auf eine Bezugsspannung V_G eingestellt, die sich automatisch dem Rauschen des Verstärkers 1 anpasst.
Allgemeiner gesprochen besteht ein Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass während wenigstens einiger Perioden das an den Eingang des Verstärkers angelegte Signal auf eine flottierende Spannung V_G bezogen wird, die von dem Rauschen des Verstärkers abhängt.
Um dies zu erreichen, umfasst die Anordnung gemäß der Erfindung auch einen Sekundärverstärker 5 mit einem Eingangsanschluss, der direkt mit dem Anschluss E– des Verstärkers 1 verbunden ist und mit einem Ausgangsanschluss S', der mit dem Anschluss 4 verbunden ist. Vorzugsweise wird die Ausgangsspannung V_S der Anordnung auch auf die Spannung V_G bezogen.
Gemäß der Erfindung besitzt die Spannungsverstärkung β des Verstärkers 5 einen Wert nahe, jedoch kleiner als Eins. Vorzugsweise wird der Verstärker 5 mit den Speise- bzw. Versorgungsspannungen +Vpol und –Vpol des Verstärkers 1 gespeist.
Der Verstärker 5 hat eine doppelte Aufgabe. Erstens erhöht er die Offenschleife-Verstärkung der Integrations-Anordnung. Zweitens minimiert er den Rauscheinfluss des Verstärkers 1. Diese Merkmale werden mit Bezugnahme auf 4 besser verständlich. 4 zeigt eine vereinfachte Komparator-Anord nung, welche an dem Eingang E– direkt ein zu verarbeitendes Signal V' zugeführt erhält. Diese Figur bildet auch eine Teildarstellung der Anordnung von 3, in einer Offenschleife-Konfiguration, und bei welcher die Zuordnung der Spannung Vin und des Widerstands R in Form eines zwischen den Anschlüssen E– und 4 angeschlossenen Spannungsgenerators V' gezeigt ist.
In 4 ist der Verstärker 1 in der schematischen Form eines vollkommenen oder idealen Verstärkers 1' mit einer Offenschleifen-Verstärkung von –A gezeigt, in Zuordnung mit einem Rauschgenerator 2 an seinen invertierenden Eingang. Die Fehlerspannung zwischen dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 1' ist als V_D bezeichnet.
Zwischen den Spannungen V', V_S, V_D und V_G können die folgenden Ausdrücke aufgestellt werden: VS + VG = –A·VD; V' + VG – Vn = VD; sowie VG = β(Vn + VD).
Indem man V_G in die beiden ersten Ausdrücke einführt und sie zur Eliminierung von V_D kombiniert, erhält man: VS = [(A + β)/(β – 1)]V' + A·Vn.
Da die Verstärkung β einen Wert nahe 1 besitzt, wird das Eingangssignal V' wesentlich stärker verstärkt als das Rauschen Vn, während in einer konventionellen Anordnung das Rauschen Vn derselben Spannungsverstärkung unterliegt wie das Nutzsignal V'. Tatsächlich würde eine herkömmliche Anordnung wie die in 1 ergeben VS = –A(V' – Vn).
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das äquivalente Rauschen (Ersatzrauschen) zwischen den Eingangsanschlüssen E– und 4 um einen Faktor β-1 gedämpft ist. Somit nimmt das äquivalente Rauschen der Anordnung ab, wenn die Verstärkung des sekundären Verstärkers 5 näher an 1 rückt. Daher wird der Einfluss des Rauschens Vn auf den durch den Widerstand R (3) fließenden Strom I', d. h. auf das Signal über dem Kondensator C, minimiert. Die Qualität der Integration wird somit erhöht.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Verstärkung β des Verstärkers 5 unter Eins liegen muss. Tatsächlich wird, wenn diese Verstärkung größer als 1 ist, die Anordnung von 3 instabil, da der Verstärker 5 dann in einer Schleife mit dem Widerstand R und der Eingangsspannung Vin liegt. Als ein konkretes Beispiel liegt die Verstärkung des Verstärkers 5 zwischen 0,9 und 0,99.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass für eine gegebene Spannungsverstärkung der Anordnung der Verstärker 1 mit einer kleineren Intrinsik- oder Eigenverstärkung realisiert werden kann als in einer herkömmlichen Anordnung. Tatsächlich wird die Verstärkung des Verstärkers 1 durch einen Faktor β-1 mit dem Wert nahezu 0 geteilt. Es ist somit möglich, die Zahl von Stufen des Verstärkers 1 gegenüber einer herkömmlichen Anordnung zu verringern. Die Zahl der den Verstärker 1 bildenden Transistor-Kaskadenstufen kann daher weitgehend verringert werden und gleichwohl weiterhin ein hoher Wert der Offenschleife-Verstärkung für die Anordnung erreicht werden. Zusätzlich zu der weitgehenden Verringerung des Rauschens Vn, das von der Zahl der Transistoren des Verstärkers abhängt, verringert dies die für den Betrieb der Anordnung erforderliche Mindest-Speise- bzw. -Versorgungsspannung. Somit kann ein rauscharmer Verstärker mit niedriger Speise- bzw. Versorgungsspannung von beispielsweise etwa 3 V realisiert werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass man infolge der Verringerung der Intrinsik- oder Eigenverstärkung des Verstärkers für gegebene Rauscheigenschaften Transistoren mit höherem Rauschen für den Verstärker 1 verwenden kann, was die Gestehungskosten der Anordnung verringert.
5 zeigt eine Ausführung einer Integrations-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Widerstand R (3) durch eine Anordnung mit einem umschaltbaren Kondensator ersetzt ist.
Bei einer derartigen Anordnung ist ein erster Schalter K1 in Reihe mit einem Kondensator C' geschaltet und ein zweiter Schalter K2 zwischen den Anschlüssen 3 und E– vorgesehen. Jeder Anschluss des Kondensators C' ist außerdem mit dem Anschluss 4 über einen Schalter K'1 bzw. K'2 verbunden. Im übrigen ist die Anordnung ähnlich der in Verbindung mit 3 beschriebenen Anordnung. Die Schalter K1 und K'1 sowie K2 und K'2 werden alternativ geschlossen. Beispielsweise werden die Schalter K1 und K'1 durch ein Taktsignal CLK umgeschaltet, während die Schalter K2 und K'2 durch ein dem Komplement des Signals CLK entsprechendes Signal CLK gesteuert werden. Die auf die Spannung V_G bezogene Spannung V' am Eingang E– des Verstärkers 10 liegt während der Perioden an, in denen die Schalter K2 und K'2 geschlossen sind.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Integrations-Anordnung gemäß der Erfindung. Ein Unterschied gegenüber den Anordnungen gemäß den 3 bis 5 ist, dass das zu verarbeitende Signal Vin auf Masse bezogen ist. Die am Eingang E– des Verstärkers 1 liegende Spannung V' ist jedoch weiterhin auf die durch den Sekundärverstärker eingestellte Spannung V_G bezogen. Tatsächlich ist die Spannung V' am Eingang E– nur während der Perioden vorhanden, während derer die Schalter K2 und K'2 geschlossen sind. Der Anschluss E– ist gegenüber der auf Masse bezogenen Spannung Vin isoliert, und zwar entweder durch den Schalter K1 oder durch den Kondensator C'.
Mittels einer Anordnung gemäß der Erfindung wird der antagonistische oder gegenläufige Kompromiss Rauschen-Verstärkung-Schnelligkeit erfüllt, da die Geschwindigkeit durch den Hauptverstärker 1 gewährleistet wird, während der Rausch-Einfluss durch den sekundären Verstärker 5 minimiert wird, während die Verstärkung durch die beiden Verstärker zusammen (≈ A/β-1) gewährleistet wird.
Der Verstärker 5 ist besonders einfach zu realisieren, da er nur wenige Komponenten benötigt und weil seine Eingangs- und Ausgangsspannungen sehr niedrige Amplituden (von etwa mehreren Millivolt) besitzen. Das Rauschen der Anordnung hängt nunmehr vom Sekundärverstärker 5 ab. Dieses Rauschen ist sehr niedrig, da dieser Verstärker 5 sehr wenige Komponenten besitzt.
7 zeigt eine Ausführungsform eines nicht als Differenzverstärker ausgebildeten Sekundärverstärkers 5 gemäß der Er findung. Der Verstärker 5 besteht aus zwei P-MOS-Transistoren MP1 und MP2, die zwischen den Vorspannungen +Vpol und –Vpol in Reihe geschaltet sind. Der Source-Anschluss des Transistors MP1 ist mit der Spannung +Vpol verbunden. Sein Drain-Anschluss bildet den Ausgangsanschluss S'. Das Gate des Transistors MP1 bildet den mit dem Anschluss E– verbundenen Eingangsanschluss. Der Source-Anschluss des Transistors MP2 ist mit dem Drain-Anschluss des Transistors MP1 verbunden. Der Gate-Anschluss des Transistors MP2 ist mit seinem Drain-Anschluss verbunden, der seinerseits mit der Spannung –Vpol verbunden ist. Die Verstärkung β des Verstärkers 5 ist durch den folgenden Ausdruck gegeben: β = gm1(rds1//1/gm2) = gm1/[(1/rds1) + gm2],worin gm1 und gm2 die jeweiligen Steilheitsverstärkungen der Transistoren MP1 und MP2 sind und rds1 der Drain-Source-Durchlasswiderstand des Transistors MP1 ist.
Da der Inverswert der Steilheit eines MOS-Transistors im allgemeinen wesentlich kleiner als sein Drain-Source-Widerstand ist, hat die Verstärkung β einen Wert nahe 1, falls die Transistoren MP1 und MP2 identisch sind. Außerdem ist die Verstärkung β dann stets kleiner als 1, da der Zähler des Ausdrucks stets kleiner als der Nenner ist.
8 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Anwendung auf einen Verstärker 10 mit einem einzigen Eingang (der kein Differenzeingang ist). Der Eingangsanschluss E des Verstärkers 10 ist über einen Sekundärverstärker 5 der beispielsweise zuvor beschriebenen Art mit dem Anschluss 4 verbunden, der nunmehr nicht mit Masse verbunden ist. Das zu verarbeitende Signal Vin (das hier V' entspricht) wird zwischen den Anschlüssen 3 und 4 angelegt, wobei der Anschluss 4 sich auf der flottierenden Spannung V_G befindet. Die oben in Verbindung mit 4 beschriebenen Ausdrücke gelten für diese Anordnung, indem man der Gleichstromumschaltungs- (oder Leitungs-)Schwelle V_T des Verstärkers 10 Rechnung trägt. Man erhält dann den folgenden Ausdruck: VS = [(A + β)/(β – 1)]V' + A(Vn + VT).
Wird die Anordnung von 8 beispielsweise als ein Inverter verwendet, dessen Umschaltschwellwert in der Mitte zwischen +Vpol und –Vpol liegt, dann ist V_T = 0. Wird die Anordnung von 8 beispielsweise als einfacher Verstärker des Signals V' verwendet, entspricht die Spannung V_T dem Leitungsschwellwert des Verstärkers, beispielsweise der Schwellwertspannung eines MOS-Transistors, dessen Gate den Anschluss E bildet, dessen Drain den Anschluss S bildet, der über eine Stromquelle mit der Spannung +Vpol verbunden ist, und dessen Source sich auf der Spannung –Vpol befindet. Es sei darauf hingewiesen, dass der Anschluss E auch in diesem Falle über eine Eingangsimpedanz mit dem Anschluss 3 verbunden sein kann.
9 zeigt eine Ausführungsform einer ganz als Differenzanordnung ausgebildeten Anordnung gemäß der Erfindung. Das in 9 gezeigte Beispiel ist eine Integrations-Anordnung mit einem umschaltbaren Kondensator, von dem in 5 gezeigten Typ.
Der Hauptverstärker 1' von 9 umfasst zwei Differenzausgänge S1, S2, wobei jeweils jeder Ausgang über einen Kondensator C mit einem Eingang E– bzw. E+ verbunden ist. Die An ordnung umfasst zwei Anschlüsse 3, 3' zum Anlegen des zu verarbeitenden Signals. Dieses Signal ist, infolge der Differenzstruktur der Gesamtanordnung, in zwei den Anschlüssen 3 und 3' zugeführte Signale Vin bzw. V'in entkoppelt. Es handelt sich jedoch um dasselbe Signal. Jeder Eingang E–, E+ des Verstärkers 1' ist jeweils einer umschaltbaren Kondensatoranordnung 6, 6' zugeordnet. Jede Anordnung umfasst wie in 5 jeweils einen Schalter K1 in Reihe mit einem Kondensator C' und einen Schalter K2, zwischen den Anschlüssen 3 und E– bzw. 3' und E+.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jeder Eingang E–, E+ des Verstärkers 1' jeweils mit einem nicht-invertierenden (+) bzw. einem invertierenden (–) Eingang eines Sekundärverstärkers 5' verbunden, der Differenzausgänge besitzt. Jeder Ausgang des Verstärkers 5' ist mit einem Anschluss 4, 4' zur Zufuhr der Spannung Vin bzw. V'in des zu verarbeitenden Signals verbunden. Somit definiert der Verstärker 5' an den beiden Anschlüssen 4, 4' eine Bezugsspannung V_G, die auf das Äquivalent-Eingangsrauschen des Verstärkers 1' servogeregelt ist, und die an den Eingängen E–, E+ des Verstärkers 1' liegenden Spannungen V', V'' sind stets auf die Spannung V_G bezogen.
Die Arbeits- und Wirkungsweise der in 9 gezeigten Anordnung ergibt sich aus der in Verbindung mit 5 erläuterten Wirkungsweise. Man erkennt, dass die flottierende Bezugsspannung V_G an den Anschlüssen 4 und 4' denselben Betrag besitzt, so dass die Anordnung vollkommen symmetrisch ist.
Man erkennt auch, dass eine Integrations-Anordnung, wie sie beispielsweise in 3 oder in 6 beschrieben wurde, in ähnlicher Weise für eine ganz als Differenzanordnung ausgebildete Anordnung angepasst werden kann, wobei jeweils jede Differenzanordnung in zwei symmetrische Teile unterteilbar ist, die den positiven bzw. negativen Spannungen zugeordnet sind.
Es ist auch ersichtlich, dass die Realisierung der Erfindung keinerlei Modifizierung der Ausgangsstufe erfordert, gleichgültig, ob die Anordnung auf einem einzelnen Ausgangsverstärker oder einem Differenz-Ausgangsverstärker beruht. Tatsächlich betrifft die Erfindung nur die Eingangsstufe.
Selbstverständlich ergeben sich für den Fachmann verschiedene Alternativen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere hängt die Wahl der Speise- bzw. Versorgungsspannungen +Vpol und –Vpol der Verstärker der Anordnung von der jeweiligen Anwendung, für welche der Integrator bestimmt ist, ab. Des weiteren finden bei der praktischen Realisierung des Hauptverstärkers 1 herkömmliche Techniken Anwendung, die dem Fachmann zur Verfügung stehen, und falls die Anordnung eine Eingangsimpedanz umfasst, kann es sich um ein Widerstands-, ein kapazitives oder induktives Element oder eine Kombination von Elementen dieser verschiedenen Typen handeln.

Claims

Anordnung, welche umfasst: – einen Hauptverstärker (1, 1', 10), der an wenigstens einem ersten Eingangsanschluss (E–, E) ein Eingangssignal zugeführt erhält, sowie – einen sekundären Verstärker (Sekundärverstärker) (5, 5') mit wenigstens einem ersten Eingangsanschluss, der direkt mit dem genannten ersten Eingangsanschluss des Hauptverstärkers verbunden ist, und mit wenigstens einem Ausgangsanschluss (S'), der direkt mit einem Bezugsspannungsanschluss (4) zum Anlegen des genannten Eingangssignals verbunden ist, wobei der genannte Bezugsspannungsanschluss auch als Bezug für die Ausgangsspannung (V_S) der Anordnung dient, um wenigstens während einiger Perioden eine flottierende Bezugsspannung (V_G) zum Anlegen des Eingangssignals zu erzeugen und zur Servosteuerung der Spannung gemäß dem Rauschen (Vn) des Hauptverstärkers, gesehen von dessen Eingang her.
Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Sekundärverstärker (5, 5') eine Spannungsverstärkung (β) nahe und kleiner Eins besitzt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der genannte Hauptverstärker (10) einen einzigen Eingangsanschluss (E) besitzt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Hauptverstärker ein Verstärker (1) mit Differenzeingängen (E–, E+) ist, bei welchem ein nicht-invertierender Eingang (E+) mit einer Mittelwert- bzw. Medianspannung zwischen zwei Speise- bzw. Versorgungsspannungen, nämlich einer am stärksten positiven (+Vpol) und einer am stärksten negativen (–Vpol), ver bunden ist, und bei welchem ein invertierender Eingang (E–) den genannten ersten Eingangsanschluss des Hauptverstärkers (1) bildet.
Anordnung nach Anspruch 4, welche eine Integrationsanordnung bildet, wobei der genannte invertierende Eingang (E–) des Hauptverstärkers (1) über eine Impedanz (C) mit einem Ausgangsanschluss (S) des Hauptverstärkers verbunden ist, der einen Ausgangsanschluss der Anordnung bildet.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei wel-cher das an den ersten Eingangsanschluss (E–, E) des Hauptverstärkers (1, 10) angelegte Eingangssignal einem zu verarbeitenden Signal (V') entspricht, das einem ersten Eingangsanschluss (3) der Anordnung zugeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher eine Eingangsimpedanz (R, C') zwischen einem ersten Ein-gangsanschluss (3) der Anordnung, welchem ein zu verarbeitendes Signal (Vin) zugeführt ist, und dem ersten Eingangsanschluss (E–) des Hauptverstärkers (1) angeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher der genannte Ausgangsanschluss (S') des Sekundärverstärkers (5) einen zweiten Anschluss (4) zur Zufuhr des zu verarbeitenden Signals (Vin, V') bildet.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher – der Hauptverstärker ein Verstärker (1') mit Differenzeingängen (E–, E+) und Ausgängen (S1, S2) ist, wobei jeder Eingang (E–, E+) ein Eingangssignal (V', V'') zugeführt erhält, – der Sekundärverstärker (5') Differenzeingänge und -ausgänge aufweist, wobei jeder Ausgang jeweils eine flottierende Spannung zum Anlegen eines der Eingangssignale definiert, und wobei – jeder Eingang des Hauptverstärkers jeweils direkt mit einem Eingang des Sekundärverstärkers verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 9, in Ausbildung als eine Integrationsanordnung, bei welcher jeweils jeder Eingang (E–, E+) des Hauptverstärkers (5') über eine Impedanz (C) mit einem einen Ausgangsanschluss der Anordnung bildenden Ausgangsanschluss (S1, S2) des Hauptverstärkers verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher zwei Eingangsimpedanzen (C') jeweils zwischen zwei ein zu verarbeitendes Differenzsignal (Vin, V'in) zugeführt erhaltenden Anschlüssen (3, 3') der Anordnung und einem Eingangsanschluss (E–, E+) des Hauptverstärkers angeschlossen sind.
Anordnung nach Anspruch 11, bei welcher ein Ausgangsanschluss des Sekundärverstärkers (5') einen zweiten Anschluss (4, 4') zur Zufuhr des zu verarbeitenden Signals (Vin, V'in) bildet.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 11, mit Umschaltmitteln (K1, K2, K'1, K'2), die bei Betätigung periodisch die Eingangsimpedanzen (C') von dem zugeordneten Eingangsanschluss (E–, E+) des Hauptverstärkers (1, 1') abtrennt, wobei das genannte Eingangssignal (V', V'') des Hauptverstärkers während der Perioden, in denen die Impedanzen (C') angeschlossen sind, auf die genannte Bezugsspannung (V_G) bezogen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher die Hauptverstärker (1, 1', 10) und die Sekundärverstär-ker (5, 5') mit übereinstimmenden Spannungen (+Vpol, –Vpol) versorgt bzw. gespeist werden.