DE69837891T2 - Verfahren und vorrichtung zur abtastgeräuschunterdrückung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur abtastgeräuschunterdrückung Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Signalverarbeitungsschaltungen und insbesondere auf Switched Capacitor-Schaltungen.
  • Switched Capacitor-Schaltungen bzw. Schaltungen mit geschalteten Kondensatoren sind in Signalverarbeitungsanwendungen, wie z. B. der Filterung, der Analog-Digital-Umsetzung, der Digital-Analog-Umsetzung oder Ähnlichem, weit verbreitet. Eine Erscheinung, die die Leistung einer Switched Capacitor-Schaltung herabsetzt, ist das Abtastrauschen. Der Wirkungsgrad und die Hochfrequenzleistung der Switched Capacitor-Schaltung verbessern sich, wenn in einer Switched Capacitor-Schaltung kleine Kondensatoren verwendet werden. Die Stärke des Abtastrauschens verhält sich allerdings im Wesentlichen proportional zu der Temperatur und umgekehrt proportional zu den Kapazitätswerten der Abtastkondensatoren in der Switched Capacitor-Schaltung. Kleine Kondensatoren legen deshalb ein beträchtliches Abtastrauschen an den Tag.
  • Das Abtastrauschen kann reduziert werden, indem ein Eingangssignal bei einer höheren Frequenz als derjenigen des Eingangssignals abgetastet wird, d. h. das Eingangssignal im Zeitbereich überabgetastet wird. Das Eingangssignal kann zum Beispiel bei einer Frequenz, die um einen Faktor zwei, drei, vier, fünf usw. höher als die Nyquist-Frequenz des Eingangssignals ist, abgetastet werden. Das Verhältnis der Abtastfrequenz zu der Nyquist-Frequenz des Eingangssignals wird üblicherweise als Abtastrate (x) bezeichnet. Wenn die Abtastrate größer als eins ist, wird die Abtastung als Überabtastung [oder auch engl.: Oversampling] bezeichnet. Für ein bandbreitenbegrenztes Signal verhält sich das Abtastrauschen im Wesentlichen umgekehrt proportional zu der Abtastrate. Wird ein Eingangssignal bei einer Rate vier abgetastet, d. h. 4× überabgetastet, wird das Abtastrauschen demgemäß im Vergleich zu einer Abtastung des Eingangssignals bei einer Rate eins, d. h. einer 1× Abtastung, in etwa um einen Faktor vier reduziert. Allerdings erhöht eine Überabtastung im Zeitbereich den Energieverbrauch der Schaltung. Darüber hinaus weist die Abtastrate eine obere Grenze auf, die durch die Hochfrequenzeigenschaften der Bauteile in der Schaltung festgelegt ist.
  • Folglich wäre es von Vorteil, wenn man eine Switched Capacitor-Schaltung und ein Verfahren, um das Abtastrauschen darin zu reduzieren, hätte. Es ist wünschenswert, dass die Schaltung einfach ist. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass die Schaltung und das Verfahren leistungseffizient sind. Darüber hinaus wäre es von Vorteil, wenn die Schaltung und das Verfahren für eine Verwendung in Hochfre quenzanwendungen geeignet wären. Die EP 0010014 beschreibt einen Switched Capacitance-Verstärker, der n Kondensatoren C11 bis C1n umfasst, die periodisch parallel und in Reihe geschaltet werden, wobei die n parallel geschalteten Kondensatoren gleichzeitig durch dieselbe Spannung VE geladen werden. Die US 4331894 und die WO 8103589 beschreiben eine Interpolations- oder Glättungsfilterschaltung für ein Switched Capacitor- System, wobei die Abtast-Halte-Ausgangssignale von einem Switched Capacitor-Filter in Abtast-Halte-Signale mit einer doppelten Abtastrate umgewandelt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematisches Diagramm einer Switched Capacitor-Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Zeitdiagramm von Signalen, die während eines Überabtastungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung an die Switched Capacitor-Schaltung angelegt werden; und
  • 3–7 sind schematische Diagramme von Switched Capacitor-Schaltungen gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert wird, stellt allgemein eine Switched Capacitor-Schaltung und ein Verfahren zum Reduzieren von Abtastrauschen darin zur Verfügung. Die Reduzierung von Ab tastrauschen wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass ein Signal in der Space-Domäne bzw. im Raumbereich überabgetastet wird.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm einer Switched Capacitor-Schaltung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Switched Capacitor-Schaltung 10 ist gekoppelt, um an einem Eingangsanschluss 12 ein Eingangssignal zu empfangen, und gekoppelt, um an einem Ausgangsanschluss 14 ein Ausgangssignal zu übertragen. Über einen Spannungsversorgungsleiter 15 wird der Switched Capacitor-Schaltung 10 eine Referenzspannung VREF, z. B. Massespannung, zur Verfügung gestellt. Im Inneren umfasst die Switched Capacitor-Schaltung 10 einen Abtaster 20 und einen Integrator 40.
  • Der Abtaster 20 umfasst Abtastkondensatoren 23, 25 und 27. Vorzugsweise entsprechen sich die Kapazitätswerte der Kondensatoren 23, 25 und 27 im Wesentlichen. Der Abtaster 20 umfasst auch Schalter 22, 24, 26, 28, 33, 34, 35, 36, 37 und 38, von denen jeder eine Steuerelektrode und zwei Strom leitende Elektroden aufweist. Bauelemente, die in dem Abtaster 20 als Schalter 22, 24, 26, 28, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 verwendet werden können, umfassen IGFETs (Insulated Gate Field Effect Transistors/Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate), MESFETs (Metal Semiconductor Field Effect Transistors/Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), bipolare Transistoren, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transitors/Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) und Ähnliche. Es sollte beachtet werden, dass die Schalter 22, 24, 26, 28, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 aus einem einzigen Typ von Bauelementen, z. B. n-Kanal IGFETs, oder einer Kombination aus mehreren Bauelementetypen bestehen können. Wenn ein FET (Field Effect Transistor/Feldeffekttransistor) als ein Schalter verwendet wird, ist sich der Fachmann bewusst, dass eine Gateelektrode des FET als die Steuerelektrode des Schalters fungiert und Sourceelektrode und Drainelektrode des FET als die Strom leitenden Elektroden des Schalters fungieren. Wenn ein bipolarer Transistor als ein Schalter verwendet wird, weiß der Fachmann, dass eine Basiselektrode des bipolaren Transistors als die Steuerelektrode des Schalters fungiert und Emitterelektrode und Kollektorelektrode des bipolaren Transistors als die Strom leitenden Elektroden des Schalters fungieren.
  • Eine erste Elektrode des Kondensators 23 ist über den Schalter 22 mit dem Leiter 15 und über den Schalter 33 mit dem Eingangsanschluss 12 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 23 ist über den Schalter 24 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 25 und über den Schalter 34 mit dem Leiter 15 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 25 ist über den Schalter 35 auch mit dem Eingangsanschluss 12 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 25 ist über den Schalter 26 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 27 und über den Schalter 36 mit dem Leiter 15 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 27 ist über den Schalter 37 auch mit dem Eingangsanschluss 12 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 27 ist gekoppelt, um über den Schalter 28 ein abgetastetes Signal des Abtasters 20 zu übertragen, und über den Schalter 38 zu einem Leiter 15. Die Steuerelektroden der Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 sind gekoppelt, um ein zweites Taktsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 22, 24, 26 und 28 sind gekoppelt, um ein erstes Taktsignal Φ2 zu empfangen.
  • Wie nachstehend beschrieben wird, sind die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 während einer Abtastphase leitend. Daher wird das an deren Steuerelektroden angelegte zweite Taktsignal Φ1 auch als ein Abtastsignal bezeichnet. Demgegenüber sind die Schalter 22, 24, 26 und 28 während einer Integrierphase leitend. Daher wird das an deren Steuerelektroden angelegte erste Taktsignal Φ2 auch als ein Integriersignal bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass es sich bei dem Abtastsignal Φ1, je nachdem, um welche Typen von Bauelementen es sich bei den Schaltern 33, 34, 35, 36, 37 und 38 handelt, um ein Spannungssignal, ein Stromsignal usw. handeln kann. Desgleichen kann es sich bei dem Integriersignal Φ2, je nachdem, um welche Typen von Bauelementen es sich bei den Schaltern 22, 24, 26 und 28 handelt, um ein Spannungssignal, ein Stromsignal usw. handeln.
  • Der Integrator 40 umfasst einen Operationsverstärker 42 und einen Integrierkondensator 44. Der Operationsverstärker 42 weist einen nicht invertierenden Eingang, der mit einem Leiter 45 gekoppelt ist, um eine Referenzspannung VREF1 zu empfangen, und einen invertierenden Eingang, der über den Schalter 28 mit der zweiten Elektrode des Kondensators 27 gekoppelt ist, um das abgetastete Signal des Abtasters 20 zu empfangen, auf. Die Referenzspannung VREF1 an dem Leiter 45 kann der Referenzspannung VREF an dem Leiter 15 entsprechen oder sich von ihr unterscheiden. Ein Ausgang des Operationsverstärkers 42 ist mit dem Ausgangsanschluss 14 der Switched Capacitor-Schaltung 10 gekoppelt. Der Kondensator 44 ist zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers 42 gekoppelt.
  • In Betrieb tastet die Switched Capacitor-Schaltung 10 das Eingangssignal an dem Eingangsanschluss 12 ab, integ riert das Eingangssignal und überträgt das integrierte Signal zu dem Ausgangsanschluss 14. In einem Taktzyklus tastet jeder der Abtastkondensatoren 23, 25 und 27 während der Abtastphase das Eingangssignal ab. Das abgetastete Signal wird während der Integrierphase, die der Abtastphase folgt, zu dem Integrator 40 übertragen. Während der Abtastphase tastet jeder der Kondensatoren 23, 25 und 27 in der Switched Capacitor-Schaltung 10 das Eingangssignal einmal ab. Auf diese Weise führt die Switched Capacitor-Schaltung 10 eine 3× Überabtastung aus und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis im Wesentlichen um einen Faktor drei. Die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 sind während der Abtastphase leitend und während der Integrierphase nicht leitend. Sie werden deshalb auch als Abtastschalter bezeichnet. Demgegenüber sind die Schalter 22, 24, 26 und 28 während der Abtastphase nicht leitend und während der Integrierphase leitend. Sie werden deshalb auch als Integrierschalter bezeichnet. Die Schalter 22, 24, 26 und 28 sind seriell mit den Kondensatoren 23, 25 und 27 gekoppelt, um eine Anordnung oder ein Muster aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden. Die Schalter 22 und 28 befinden sich an zwei Endpunkten der Anordnung und werden deshalb auch als Endpunktschalter bezeichnet.
  • Es sollte sich verstehen, dass die Struktur der Switched Capacitor-Schaltung 10 nicht auf diejenige, die in 1 dargestellt wird, beschränkt ist. In einer alternativen Ausführungsform ist die Switched Capacitor-Schaltung 10 zum Beispiel gekoppelt, um ein Differenzialeingangssignal zu empfangen. In einer solchen Ausführungsform sind die zweiten Elektroden der Kondensatoren 23, 25 und 27, statt mit dem Leiter 15 gekoppelt zu sein, gekoppelt, um über die Schalter 34, 36 beziehungsweise 38 eine Komponente des Differenzeingangssignals zu empfangen. Die andere Komponente des Differenzeingangssignals wird an den Eingangsanschluss 12 angelegt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform sind die zweiten Elektroden der Kondensatoren 23, 25 und 27 über die Schalter 34, 36 beziehungsweise 38 gekoppelt, um ein Rückkopplungssignal, erzeugt durch eine Rückkopplungsschaltung (nicht dargestellt), die mit dem Ausgang des Integrators 40 gekoppelt ist, zu empfangen. Darüber hinaus ist die Switched Capacitor-Schaltung 10 nicht darauf beschränkt, dass sie drei Abtastkondensatoren, d. h. die Kondensatoren 23, 25 und 27, aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Switched Capacitor-Schaltung 10 jegliche Mehrzahl von Abtastkondensatoren, z. B. zwei, vier, fünf, sechs usw., die über Schalter miteinander gekoppelt sind, aufweisen. Die Abtastrate der Switched Capacitor-Schaltung 10 entspricht gewöhnlich der Anzahl der Abtastkondensatoren darin.
  • 2 ist ein Zeitdiagramm 50 des Abtastsignals Φ1 und des Integriersignals Φ2, die in einem Überabtastungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung an die Switched Capacitor-Schaltung 10 von 1 angelegt werden. 2 stellt einen Taktzyklus in dem Überabtastungsprozess dar, der eine Abtastphase und eine Integrierphase umfasst. Es sollte beachtet werden, dass 2 eine Timingrelation der Zustände der Abtastschalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 und der Integrierschalter 22, 24, 26 und 28 darstellen will. Dadurch, dass zum Beispiel zwischen einer Zeit t0 und einer Zeit t1 das Abtastsignal Φ1 mit einem hohen Pegel und das Integriersignal Φ2 mit einem niedrigen Pegel dargestellt werden, will 2 zeigen, dass die Abtastschalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 in einem Zeitintervall zwischen der Zeit t0 und der Zeit t1 leitend sind und die Integrierschalter 22, 24, 26 und 28 nicht leitend sind. Wie oben beschrieben wird, kann es sich bei den Taktsignalen Φ1 und Φ2 um Spannungssignale, Stromsignale usw. handeln. Es sollte beachtet werden, dass die an die Steuerelektroden der Abtastschalter angelegten Signale nicht darauf beschränkt sind, dass sie miteinander identisch sind. Falls es sich bei den Schaltern 33, 34 und 35 zum Beispiel um einen bipolaren NPN-Transistor, einen p-Kanal FET beziehungsweise einen n-Kanal FET handelt, handelt es sich bei den zwischen der Zeit t0 und der Zeit t1 an die Steuerelektroden der Schalter 33, 34 und 35 angelegten Signalen um ein Stromsignal, ein Niederspannungssignal beziehungsweise ein Hochspannungssignal. Falls ein Abtastschalter, z. B. der Schalter 36, darüber hinaus ein Zweitransistor-Passgate, bestehend aus einem p-Kanal FET und einem n-Kanal FET, umfasst, sollte das an den Abtastschalter angelegte Signal ein Niederspannungssignal für das Gate des p-Kanal FET und ein Hochspannungssignal für das Gate des n-Kanal FET umfassen, um den Abtastschalter einzuschalten. Desgleichen sind die an die Steuerelektroden der Integrierschalter angelegten Signale nicht darauf beschränkt, dass sie miteinander identisch sind.
  • Die Abtastphase beginnt bei einer Zeit t0, wenn das Abtastsignal Φ1 zu einem High-Pegel schaltet und sich das Integriersignal Φ2 auf einem Low-Pegel befindet. Die Schalter 22, 24, 26 und 28 sind nicht leitend und die Kondensatoren 23, 25 und 27 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 sind eingeschaltet und leitend. Der Kondensator 23 ist über die Schalter 33 beziehungsweise 34 zwischen den Eingangsan schluss 12 und den Leiter 15 gekoppelt. Das Eingangssignal Vin wird über den Kondensator 23 angelegt. Ähnlich ist der Kondensator 25 über die Schalter 35 beziehungsweise 36 zwischen den Eingangsanschluss 12 und den Leiter 15 gekoppelt und das Eingangssignal Vin wird über den Kondensator 25 angelegt. Darüber hinaus ist der Kondensator 27 über die Schalter 37 beziehungsweise 38 zwischen den Eingangsanschluss 12 und den Leiter 15 gekoppelt und das Eingangssignal Vin wird über den Kondensator 27 angelegt. Das Eingangssignal Vin lädt die Abtastkondensatoren 23, 25 und 27. Somit tastet jeder der Abtastkondensatoren 23, 25 und 27 das Eingangssignal ab. Die Ladung, die in jedem der Kondensatoren 23, 25 und 27 gespeichert wird, entspricht im Wesentlichen der Eingangssignalspannung Vin multipliziert mit der Kapazität jedes der Kondensatoren 23, 25 und 27.
  • Bei einer Zeit t1 schaltet das Abtastsignal Φ1 zu einem Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 bleibt auf dem Low-Pegel. Die Schalter 22, 24, 26 und 28 bleiben nicht leitend. Die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 sind ausgeschaltet, wobei die Kondensatoren 23, 25 und 27 von dem Eingangsanschluss 12 und dem Leiter 15 entkoppelt werden, wodurch die Abtastphase beendet wird. Die Kondensatoren 23, 25 und 27 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert.
  • Die Integrierphase beginnt bei einer Zeit t2, wenn das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel bleibt und das Integriersignal Φ2 zu einem High-Pegel schaltet. Die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 bleiben nicht leitend. Die Schalter 22, 24, 26 und 28 sind eingeschaltet und leitend. Die Kondensatoren 23, 25 und 27 sind seriell zwischen den Leiter 15 und den invertierenden Eingang des Operationsver stärkers 42 gekoppelt. Unmittelbar nach der Zeit t2 entspricht die Spannung an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 vorübergehend im Wesentlichen minus dreimal die abgetastete Eingangssignalspannung Vin, (-3Vin), falls VREF1 im Wesentlichen gleich VREF ist. Andernfalls gibt es einen Gleichstrom (DC)-Spannungsoffset in der Spannung an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42. Anschließend treibt der Operationsverstärker 42 die Spannung an seinem invertierenden Eingang auf die Referenzspannung VREF1 an dem Leiter 45, was dazu führt, dass die in den Abtastkondensatoren 23, 25 und 27 gespeicherte Ladung zu dem Integrierkondensator 44 übertragen wird. Es sollte beachtet werden, dass die zu dem Kondensator 44 übertragene Ladung zu der Ladung, die sich bereits vor der Zeit t2 auf dem Kondensator 44 befinden kann, hinzugefügt wird.
  • Bei einer Zeit t3 bleibt das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 schaltet auf einen Low-Pegel. Die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 bleiben nicht leitend. Die Schalter 22, 24, 26 und 28 sind ausgeschaltet, wobei die Integrierphase und der aktuelle Taktzyklus beendet werden. Die Kondensatoren 23, 25 und 27 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert. Die Switched Capacitor-Schaltung 10 ist bereit, das Eingangssignal an dem Eingangsanschluss 12 in dem nächsten Taktzyklus abzutasten.
  • Da die Kondensatoren 23, 25 und 27 in der Integrierphase seriell zwischen den Leiter 15 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 gekoppelt sind, entspricht die zu dem Integrierkondensator 44 übertragene Ladungsmenge im Wesentlichen dem Durchschnitt der vor der Zeit t2 in den Kondensatoren 23, 25 und 27 gespeicherten Ladungen. Somit repräsentiert die zu dem Integrierkondensator 44 übertragene Ladung einen Mittelwert aus den drei Abtastungen des durch die Kondensatoren 23, 25 und 27 abgetasteten Eingangssignals. Die Switched Capacitor-Schaltung 10 führt daher eine 3× Überabtastung des Eingangssignals an dem Eingangsanschluss 12 aus. Durch die 3×-Überabtastung wird das Abtastrauschen der Switched Capacitor-Schaltung 10 effektiv um einen Faktor 3 reduziert. In einer Switched Capacitor-Schaltung auf dem Stand der Technik, die an Stelle der Abtastkondensatoren 23, 25 und 27 nur eine Abtastschaltung aufweist, wird die Abtastrauschenreduzierung ausgeführt, indem das Eingangssignal bei einer höheren Frequenz abgetastet wird. Die Switched Capacitor-Schaltung 10 verwendet drei Abtastkondensatoren 23, 25 und 27, um das Eingangssignal überabzutasten, ohne dass die Abtastfrequenz erhöht wird. Dieses Überabtastungsschema wird als Überabtastung im Raumbereich bezeichnet.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm einer Switched Capacitor-Schaltung 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Switched Capacitor-Schaltung 60 ist gekoppelt, um über ein Paar von Eingangsanschlüssen 61 und 62 ein Differenzeingangssignal zu empfangen, und gekoppelt, um über ein Paar von Ausgangsanschlüssen 63 und 64 ein Differenzausgangssignal zu übertragen. Der Switched Capacitor-Schaltung 60 wird über einen Spannungsversorgungsleiter 65 ein Referenzsignal, wie z. B. Massespannung, zur Verfügung gestellt. Im Inneren umfasst die Switched Capacitor-Schaltung 60 einen Abtaster 70 und einen Integrator 90.
  • Der Abtaster 70 umfasst Abtastkondensatoren 72, 74, 76 und 78. Vorzugsweise entsprechen sich die Kapazitätswerte der Kondensatoren 72, 74, 76 und 78 im Wesentlichen. Der Abtaster 70 umfasst auch Schalter 71, 73, 75, 77, 79, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und 88, von denen jeder eine Steuerelektrode und zwei Strom leitende Elektroden aufweist. Wie die Schalter 22, 24, 26 und 28 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dargestellt, werden auch die Schalter 71, 73, 75, 77 und 79 als Integrierschalter bezeichnet. Die Schalter 71, 73, 75, 77 und 79 sind seriell mit den Kondensatoren 72, 74, 76 und 78 gekoppelt, um eine Anordnung oder ein Muster aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden. Wie die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dargestellt, werden auch die Schalter 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und 88 als Abtastschalter bezeichnet. Bauelemente, die in dem Abtaster 70 als Schalter 71, 73, 75, 77, 79, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und 88 verwendet werden können, umfassen IGFETs, MESFETs, bipolare Transistoren, IGBTs und dergleichen.
  • Eine erste Elektrode des Kondensators 72 ist über den Schalter 81 mit dem Leiter 65 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 72 ist über den Schalter 73 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 74 und über den Schalter 82 mit dem Eingangsanschluss 61 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 74 ist über den Schalter 83 auch mit dem Eingangsanschluss 62 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 74 ist über den Schalter 75 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 76 und über den Schalter 84 mit dem Eingangsanschluss 61 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 76 ist über den Schalter 85 auch mit dem Eingangsanschluss 62 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 76 ist über den Schalter 77 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 78 und über den Schalter 86 mit dem Eingangsanschluss 61 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 78 ist über den Schalter 87 auch mit dem Eingangsanschluss 62 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 78 ist über den Schalter 88 mit dem Leiter 65 gekoppelt. Die Steuerelektroden von 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und 88 sind gekoppelt, um ein Abtastsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 71, 73, 75, 77 und 79 sind gekoppelt, um ein Integriersignal Φ2 zu empfangen.
  • Der Integrator 90 umfasst einen Operationsverstärker 92 und Integrierkondensatoren 93 und 94. Vorzugsweise entsprechen die Kapazitätswerte der Integrierkondensatoren 93 und 94 einander im Wesentlichen. Der Operationsverstärker 92 weist einen nicht invertierenden Eingang, der über den Schalter 71 mit der ersten Elektrode des Kondensators 72 gekoppelt ist, einen invertierenden Eingang, der über den Schalter 79 mit der zweiten Elektrode des Kondensators 78 gekoppelt ist, einen nicht invertierenden Ausgang, der mit dem Ausgangsanschluss 63 gekoppelt ist, und einen mit dem Ausgangsanschluss 64 gekoppelten invertierenden Ausgang auf. Der Kondensator 93 weist eine Elektrode, die mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 92 gekoppelt ist, und eine weitere Elektrode, die mit dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 92 gekoppelt ist, auf. Der Kondensator 94 weist eine mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 92 gekoppelte Elektrode und eine weitere Elektrode, die mit dem nicht invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 92 gekoppelt ist, auf.
  • Es sollte sich verstehen, dass die Struktur der Switched Capacitor-Schaltung 60 nicht auf die in 3 dargestellte beschränkt ist. In einer alternativen Ausführungsform ist die Switched Capacitor-Schaltung 60 zum Beispiel gekoppelt, um ein unsymmetrisches bzw. einpolig geerdetes Eingangssignal, angelegt an die zweiten Elektroden der Kondensatoren 72, 74 und 76 über die Schalter 82, 84 beziehungsweise 86 zu empfangen, und die ersten Elektroden der Kondensatoren 74, 76 und 78 sind über die Schalter 83, 85 beziehungsweise 87 gekoppelt, um ein Rückkopplungssignal, erzeugt durch eine Rückkopplungsschaltung (nicht dargestellt), die mit den Ausgängen des Integrators 90 gekoppelt ist, zu empfangen. Darüber hinaus ist die Switched Capacitor-Schaltung 60 nicht darauf beschränkt, dass sie vier Abtastkondensatoren, d. h. die Kondensatoren 72, 74, 76 und 78, aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Anzahl an Abtastkondensatoren in der Switched Capacitor-Schaltung 60 um jede Mehrzahl, z. B. zwei, drei, fünf, sechs, sieben usw., handeln.
  • In Betrieb tastet die Switched Capacitor-Schaltung 60 das Differenzeingangssignal an den Eingangsanschlüssen 61 und 62 ab, integriert das Differenzeingangssignal und überträgt das integrierte Signal zu den Ausgangsanschlüssen 63 und 64. Die Switched Capacitor-Schaltung 60 kann auf dem Abtastsignal Φ1 und dem Integriersignal Φ2, die in dem Zeitdiagramm 50 von 2 dargestellt werden, arbeiten. Wie im Vorstehenden erwähnt wird, stellt 2 einen Taktzyklus, der eine Abtastphase und eine Integrierphase umfasst, dar.
  • Die Abtastphase beginnt bei einer Zeit t0, wenn das Abtastsignal Φ1 zu einem High-Pegel schaltet und sich das Integriersignal Φ2 auf einem Low-Pegel befindet. Die Schalter 71, 73, 75, 77 und 79 sind nicht leitend und die Kondensatoren 72, 74, 76 und 78 sind galvanisch voneinander getrennt. Die Schalter 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und 88 sind eingeschaltet und leitend. Der Kondensator 72 ist über die Schalter 82 beziehungsweise 81 zwischen den Eingangsanschluss 61 und den Leiter 65 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 72 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen dem Spannungspegel der ersten Komponente des Eingangssignals, z. B. Vin1, und dem Referenzspannungspegel, z. B. Massespannung. Der Kondensator 74 ist über die Schalter 84 beziehungsweise 83 zwischen die Eingangsanschlüsse 61 und 62 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 74 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Vin1 und dem Spannungspegel der zweiten Komponente des Eingangssignals, z. B. Vin2. Der Kondensator 76 ist über die Schalter 86 beziehungsweise 85 zwischen die Eingangsanschlüsse 61 und 62 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 76 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Vin1 und Vin2. Der Kondensator 78 ist über die Schalter 88 beziehungsweise 87 zwischen den Leiter 65 und den Eingangsanschluss 62 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 78 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Massespannung und Vin2. Somit tastet der Abtastkondensator 72 die erste Komponente des Eingangssignals ab, jeder der Abtastkondensatoren 74 und 76 tastet sowohl die erste Komponente als auch die zweite Komponente des Eingangssignals ab und der Abtastkondensator 76 tastet die zweite Komponente des Eingangssignals ab.
  • Bei einer Zeit t1 schaltet das Abtastsignal Φ1 auf einen Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 bleibt auf dem Low-Pegel. Die Schalter 71, 73, 75, 77 und 79 bleiben nicht leitend. Die Schalter 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und 88 sind ausgeschaltet, wobei die Kondensatoren 72, 74, 76 und 78 von entsprechenden angelegten Spannungssignalen entkoppelt werden, wodurch die Abtastphase beendet wird. Die Kondensatoren 72, 74, 76 und 78 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert.
  • Die Integrierphase beginnt bei einer Zeit t2, wenn das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel bleibt und das Integriersignal Φ2 auf einen High-Pegel schaltet. Die Schalter 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und 88 bleiben nicht leitend. Die Schalter 71, 73, 75, 77 und 79 sind eingeschaltet. Die Kondensatoren 72, 74, 76 und 78 sind seriell zwischen den invertierenden Eingang und den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 92 gekoppelt. Unmittelbar nach der Zeit t2 ist die Spannungsdifferenz zwischen dem invertierenden Eingang und dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 92 vorübergehend im Wesentlichen gleich dreimal die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente des abgetasteten Eingangssignals, d. h. 3 (Vin1–Vin2). Der Operationsverstärker 92 treibt die Spannungsdifferenz zwischen seinem nicht invertierenden Eingang und seinem invertierenden Eingang auf im Wesentlichen null, was dazu führt, dass die in den Abtastkondensatoren 72, 74, 76 und 78 gespeicherte Ladung zu den Integrierkondensatoren 93 und 94 übertragen wird.
  • Falls (Vin1–Vin2) positiv ist, befindet sich der nicht invertierende Eingang anfangs auf einem niedrigeren Spannungspegel als der invertierende Eingang. Über den Schalter 71 wird negative Ladung zu dem Integrierkondensator 93 übertragen und über den Schalter 79 wird positive Ladung zu dem Integrierkondensator 94 übertragen. Der Ladungsübertragungsprozess erhöht den Spannungspegel an dem Ausgangsanschluss 63 und reduziert den Spannungspegel an dem Ausgangsanschluss 64. Falls (Vin1–Vin2) negativ ist, befindet sich der nicht invertierende Eingang anfangs auf einem höheren Spannungspegel als der invertierende Eingang. Über den Schalter 71 wird positive Ladung zu dem Integrierkondensator 93 übertragen und über den Schalter 79 wird negative Ladung zu dem Integrierkondensator 94 übertragen. Der Ladungsübertragungsprozess senkt den Spannungspegel an dem Ausgangsanschluss 63 und erhöht den Spannungspegel an dem Ausgangsanschluss 64. Deshalb wird ein Differenzausgangssignal an die Ausgangsanschlüsse 63 und 64 übertragen. Es sollte beachtet werden, dass die zu den Kondensatoren 93 und 94 übertragenen Ladungen zu den Ladungen, die sich bereits vor der Zeit t2 auf den Kondensatoren 93 beziehungsweise 94 befinden können, hinzugefügt werden.
  • Bei einer Zeit t3 bleibt das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 schaltet zu einem Low-Pegel. Die Schalter 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und 88 bleiben nicht leitend. Die Schalter 71, 73, 75, 77 und 79 sind ausgeschaltet, wobei die Integrierphase und der gegenwärtige Taktzyklus beendet werden. Die Kondensatoren 72, 74, 76 und 78 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert. Die Switched Capacitor-Schaltung 60 ist bereit, das Eingangssignal an den Eingangsanschlüssen 61 und 62 in dem nächsten Taktzyklus abtasten.
  • Die Switched Capacitor-Schaltung 60 verwendet vier Abtastkondensatoren 72, 74, 76 und 78, um eine 4× Überabtastung im Raumbereich durchzuführen, ohne die Abtastfrequenz zu erhöhen. Die Anfangsspannung über die Kondensatoren 72, 74, 76 und 78 beträgt während der Integrierphase 3 (Vin1-Vin2). Somit wird das Eingangsspannungssignal um einen Faktor 3/4 skaliert. Das Signal-Rausch-Verhältnis der Switched Capacitor-Schaltung 60 wird im Vergleich zu einer herkömmlichen Switched Capacitor-Schaltung um einen Faktor von 4×(3/4)2, d. h. 9/4, verbessert. Eine Switched Capacitor-Schaltung, die eine der Switched Capacitor-Schaltung 60 ähnliche Struktur aufweist, aber N Abtastkondensatoren hat, reduziert das Abtastrauschen gewöhnlich um einen Faktor (N-1)2/N.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm einer Switched Capacitor-Schaltung 110 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Switched Capacitor-Schaltung 110 ist gekoppelt, um über ein Paar von Eingangsanschlüssen 111 und 112 ein Differenzeingangssignal zu empfangen, und ist gekoppelt, um über ein Paar von Ausgangsanschlüssen 113 und 114 ein Differenzausgangssignal zu übertragen. Die Referenzsignale VREF, VREF1, und VREF2 werden der Switched Capacitor-Schaltung 110 über Spannungsversorgungsleiter 115, 118 beziehungsweise 119 zur Verfügung gestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Referenzspannungssignale VREF, VREF1 und VREF2 sich entweder voneinander unterscheiden oder einander im Wesentlichen entsprechen können. Im Inneren umfasst die Switched Capacitor-Schaltung 110 einen Abtaster 120 und einen Integrator 160.
  • Der Abtaster 120 umfasst Abtastkondensatoren 122, 124, 126 und 128 und Schalter 121, 123, 125, 127, 129, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137 und 138. Vorzugsweise entsprechen sich die Kapazitätswerte der Kondensatoren 122, 124, 126 und 128 im Wesentlichen. Eine erste Elektrode des Kondensa tors 122 ist über den Schalter 121 mit dem Leiter 115 und über den Schalter 131 mit dem Eingangsanschluss 111 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 122 ist über den Schalter 123 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 124 und über den Schalter 132 mit dem Leiter 118 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 124 ist über den Schalter 133 auch mit dem Eingangsanschluss 111 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 124 ist über den Schalter 125 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 126 und über den Schalter 134 mit dem Leiter 118 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 126 ist über den Schalter 135 auch mit dem Eingangsanschluss 111 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 126 ist über den Schalter 127 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 128 und über den Schalter 136 mit dem Leiter 118 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 128 ist über den Schalter 137 auch mit dem Eingangsanschluss 111 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 128 ist gekoppelt, um ein erstes abgetastetes Signal des Abtasters 120 über den Schalter 129 zu übertragen, und ist über den Schalter 138 mit dem Leiter 118 gekoppelt. Die Steuerelektroden von 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137 und 138 sind gekoppelt, um ein Abtastsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 121, 123, 125, 127 und 129 sind gekoppelt, um ein Integriersignal Φ2 zu empfangen.
  • Der Abtaster 120 umfasst auch Abtastkondensatoren 142, 144, 146 und 148 und Schalter 141, 143, 145, 147, 149, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 und 158. Vorzugsweise entsprechen die Kapazitätswerte der Kondensatoren 142, 144, 146 und 148 einander und denen der Kondensatoren 122, 124, 126 und 128 im Wesentlichen. Eine erste Elektrode des Kondensa tors 142 ist über den Schalter 141 mit dem Leiter 115 und über den Schalter 151 mit dem Eingangsanschluss 112 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 142 ist über den Schalter 143 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 144 und über den Schalter 152 mit dem Leiter 119 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 144 ist über den Schalter 153 auch mit dem Eingangsanschluss 112 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 144 ist über den Schalter 145 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 146 und über den Schalter 154 mit dem Leiter 119 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 146 ist über den Schalter 155 auch mit dem Eingangsanschluss 112 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 146 ist über den Schalter 147 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 148 und über den Schalter 156 mit dem Leiter 119 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 148 ist über den Schalter 157 auch mit dem Eingangsanschluss 112 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 148 ist gekoppelt, um über den Schalter 149 ein zweites abgetastetes Signal des Abtasters 120 zu übertragen, und ist über den Schalter 158 mit dem Leiter 119 gekoppelt. Die Steuerelektroden von 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 und 158 sind gekoppelt, um ein Abtastsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 141, 143, 145, 147 und 149 sind gekoppelt, um ein Integriersignal Φ2 zu empfangen.
  • Bauelemente, die als Schalter 121, 123, 125, 127, 129, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 und 158 verwendet werden können, umfassen IGFETs, MESFETs, bipolare Transistoren, IGBTs und dergleichen. Wie die Schalter 22, 24, 26 und 28 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dar gestellt, werden auch die Schalter 121, 123, 125, 127, 129, 141, 143, 145, 147 und 149 als Integrierschalter bezeichnet. Die Schalter 121, 123, 125, 127 und 129 sind seriell mit den Kondensatoren 122, 124, 126 und 128 gekoppelt, um eine erste Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden. Die Schalter 141, 143, 145, 147 und 149 sind seriell mit den Kondensatoren 142, 144, 146 und 148 gekoppelt, um eine zweite Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden. Wie die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dargestellt, werden auch die Schalter 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 und 158 als Abtastschalter bezeichnet.
  • Der Integrator 160 umfasst einen Operationsverstärker 162 und Integrierkondensatoren 163 und 164. Vorzugsweise entsprechen sich die Kapazitätswerte der Integrierkondensatoren 163 und 164 im Wesentlichen. Der Operationsverstärker 162 weist einen nicht invertierenden Eingang, der über den Schalter 129 mit der zweiten Elektrode des Kondensators 128 gekoppelt ist, und einen invertierenden Eingang, der über den Schalter 149 mit der zweiten Elektrode des Kondensators 148 gekoppelt ist, auf. Der Operationsverstärker 162 weist auch einen nicht invertierenden Ausgang und einen invertierenden Ausgang, gekoppelt mit den Ausgangsanschlüssen 113 beziehungsweise 114, auf. Der Kondensator 163 weist eine Elektrode, die mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 162 gekoppelt ist, und eine weitere Elektrode, die mit dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 162 gekoppelt ist, auf. Der Kondensator 164 weist eine Elektrode, die mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 162 gekoppelt ist, und eine weitere Elektrode, die mit dem nicht invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 162 gekoppelt ist, auf.
  • Es sollte sich verstehen, dass die Struktur der Switched Capacitor-Schaltung 110 nicht auf die in 4 dargestellte beschränkt ist. In einer alternativen Ausführungsform sind zum Beispiel die zweiten Elektroden der Kondensatoren 122, 124, 126, 128, 142, 144, 146 und 148 über die Schalter 132, 134, 136, 138, 152, 154, 156 beziehungsweise 158 gekoppelt, um Rückkopplungssignale, erzeugt durch eine Rückkopplungsschaltung (nicht dargestellt), mit den Ausgängen des Integrators 160 gekoppelt, zu empfangen. Darüber hinaus ist die Switched Capacitor-Schaltung 110 nicht darauf beschränkt, dass sie acht Abtastkondensatoren, d. h. die Kondensatoren 122, 124, 126, 128, 142, 144, 146 und 148, aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der Abtastkondensatoren in der Switched Capacitor-Schaltung 110 irgendeine gerade Zahl, die größer als zwei ist, z. B. vier, sechs, zehn, zwölf, vierzehn usw., betragen. Die Abtastrate der Switched Capacitor-Schaltung 110 entspricht gewöhnlich der Anzahl der Abtastkondensatoren darin geteilt durch zwei.
  • In Betrieb tastet die Switched Capacitor-Schaltung 110 das Differenzeingangssignal an den Eingangsanschlüssen 111 und 112 ab, integriert das Differenzeingangssignal und überträgt das integrierte Signal an die Ausgangsanschlüsse 113 und 114. Die Switched Capacitor-Schaltung 110 kann auf dem Abtastsignal Φ1 und dem Integriersignal Φ2, die in dem Zeitdiagramm 50 von 2 dargestellt werden, arbeiten. Wie hier zuvor erwähnt wird, stellt 2 einen Taktzyklus dar, der eine Abtastphase und eine Integrierphase umfasst.
  • Die Abtastphase beginnt bei einer Zeit t0, wenn das Abtastsignal Φ1 auf einen High-Pegel schaltet und sich das Integriersignal Φ2 auf einem Low-Pegel befindet. Die Schalter 121, 123, 125, 127 und 129 sind nicht leitend und die Kondensatoren 122, 124, 126 und 128 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137 und 138 sind eingeschaltet und leitend. Jeder der Kondensatoren 122, 124, 126 und 128 ist über entsprechende Schalter zwischen den Eingangsanschluss 111 und den Leiter 118 gekoppelt. Die Spannung über jeden der Kondensatoren 122, 124, 126 und 128 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen dem Spannungspegel der ersten Komponente des Eingangssignals, z. B. Vin1, und der Referenzspannung VREF1 Folglich tastet während der Abtastphase jeder der Abtastkondensatoren 122, 124, 126 und 128 die erste Komponente des Eingangssignals einmal ab. Desgleichen sind die Schalter 141, 143, 145, 147 und 149 nicht leitend und die Kondensatoren 142, 144, 146 und 148 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 und 158 sind eingeschaltet und leitend. Jeder der Kondensatoren 142, 144, 146 und 148 ist über entsprechende Schalter zwischen den Eingangsanschluss 112 und den Leiter 119 gekoppelt. Die Spannung über jeden der Kondensatoren 142, 144, 146 und 148 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen dem Spannungspegel der zweiten Komponente des Eingangssignals, z. B. Vin2, und der Referenzspannung VREF2 Auf diese Weise tastet jeder der Abtastkondensatoren 142, 144, 146 und 148 die zweite Komponente des Eingangssignals einmal während der Abtastphase ab.
  • Bei einer Zeit t1 schaltet das Abtastsignal Φ1 auf einen Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 bleibt auf dem Low-Pegel. Die Schalter 121, 123, 125, 127, 129, 141, 143, 145, 147 und 149 bleiben nicht leitend. Die Schalter 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 und 158 sind ausgeschaltet, wobei die Kondensatoren 122, 124, 126, 128, 142, 144, 146 und 148 von entsprechenden angelegten Spannungssignalen entkoppelt werden, wodurch die Abtastphase beendet wird. Die Kondensatoren 122, 124, 126, 128, 142, 144, 146 und 148 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert.
  • Die Integrierphase beginnt bei einer Zeit t2, wenn das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel bleibt und das Integriersignal Φ2 auf einen High-Pegel schaltet. Die Schalter 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 und 158 bleiben nicht leitend. Die Schalter 121, 123, 125, 127, 129, 141, 143, 145, 147 und 149 sind eingeschaltet und leitend. Die Kondensatoren 122, 124, 126 und 128 sind seriell zwischen den Leiter 115 und den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 162 gekoppelt. Unmittelbar nach der Zeit t2 entspricht der Spannungspegel an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 162 vorübergehend im Wesentlichen minus viermal die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Komponente des abgetasteten Eingangssignals und dem ersten Referenzsignal an dem Leiter 118, d. h. –4(Vin1–VREF1), falls VREF1 im Wesentlichen VREF entspricht. Andernfalls gibt es einen DC-Spannungsoffset in der Spannung an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 162. Der Operationsverstärker 162 treibt den Spannungspegel an seinem nicht invertierenden Eingang auf Massespannung, was dazu führt, dass die in den Abtastkondensatoren 122, 124, 126 und 128 gespeicherte Ladung zu dem Integrierkondensator 163 übertragen wird. Die Menge an Ladung, die zu dem Integrierkondensator 163 übertragen wird, entspricht im Wesentlichen dem Mittel der vor der Zeit t2 in den Kondensatoren 122, 124, 126 und 128 gespeicherten Ladungen. Somit repräsentiert die auf den Integrierkondensator 163 übertragene Ladung einen Mittelwert der vier Abtastungen der ersten Komponente des Eingangssignals. Desgleichen sind die Kondensatoren 142, 144, 146 und 148 seriell zwischen den Leiter 115 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 162 gekoppelt und der Spannungspegel an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 162 entspricht vorübergehend im Wesentlichen minus viermal die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Komponente des abgetasteten Eingangssignals und dem zweiten Referenzsignal an dem Leiter 119, d. h. –4(Vin2–VREF2), falls VREF2 im Wesentlichen gleich VREF ist. Andernfalls gibt es einen DC-Spannungsoffset in der Spannung an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 162. Der Operationsverstärker 162 treibt den Spannungspegel an seinem invertierenden Eingang auf Massespannung, was dazu führt, dass die Ladung, die in den Abtastkondensatoren 142, 144, 146 und 148 gespeichert wird, zu dem Integrierkondensator 164 übertragen wird. Die zu dem Integrierkondensator 164 übertragene Ladungsmenge entspricht im Wesentlichen dem Mittel der vor der Zeit t2 in den Kondensatoren 142, 144, 146 und 148 gespeicherten Ladungen. Auf diese Weise repräsentiert die zu dem Integrierkondensator 164 übertragene Ladung einen Mittelwert der vier Abtastungen der zweiten Komponente des Eingangssignals. Daher führt die Switched Capacitor-Schaltung 110 eine 4× Überabtastung des Eingangssignals aus. Es sollte beachtet werden, dass die zu den Kondensatoren 163 und 164 über tragenen Ladungen zu den Ladungen, die sich bereits vor der Zeit t2 auf den Kondensatoren 163 beziehungsweise 164 befinden können, hinzugefügt werden.
  • Bei einer Zeit t3 bleibt das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 schaltet auf einen Low-Pegel. Die Schalter 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 und 158 bleiben nicht leitend. Die Schalter 121, 123, 125, 127, 129, 141, 143, 145, 147 und 149 sind ausgeschaltet, wobei die Integrierphase und der aktuelle Taktzyklus beendet werden. Die Kondensatoren 122, 124, 126, 128, 142, 144, 146 und 148 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert. Die Switched Capacitor-Schaltung 110 ist bereit, das Eingangssignal an den Eingangsanschlüssen 111 und 112 in einem nachfolgenden Taktzyklus abzutasten.
  • Wie hier zuvor erwähnt wird, führt die Switched Capacitor-Schaltung 110 eine 4× Überabtastung des Eingangssignals an den Eingangsanschlüssen 111 und 112 aus. Die Switched Capacitor-Schaltung 110 verwendet acht Abtastkondensatoren 122, 124, 126, 128, 142, 144, 146 und 148, um das Eingangssignal im Raumbereich überabzutasten, ohne dass die Abtastfrequenz erhöht wird. Das Abtastrauschen der Switched Capacitor-Schaltung 110 wird durch die 4×-Überabtastung effektiv um einen Faktor 4 reduziert.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm einer Switched Capacitor-Schaltung 210 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Switched Capacitor-Schaltung 210 ist gekoppelt, um über ein Paar von Eingangsanschlüssen 211 und 212 ein Diffrenzeingangssignal zu empfangen, und ist gekoppelt, um über ein Paar von Ausgangsanschlüssen 213 und 214 ein Differenzausgangssignal zu über tragen. Die Referenzsignale VREF, VREF1 und VREF2 werden der Switched Capacitor-Schaltung 210 über Spannungsversorgungsleiter 215, 218 beziehungsweise 219 zur Verfügung gestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Referenzspannungssignale VREF, VREF1 und VREF2 sich entweder voneinander unterscheiden oder einander im Wesentlichen entsprechen können. Im Inneren umfasst die Switched Capacitor-Schaltung 210 einen Abtaster 220 und einen Integrator 260.
  • Der Abtaster 220 umfasst Abtastkondensatoren 222, 224, 226, 228, 242, 244, 246 und 248. Vorzugsweise entsprechen die Kapazitätswerte der Kondensatoren 222, 224, 226, 228, 242, 244, 246 und 248 einander im Wesentlichen. Der Abtaster 220 umfasst auch Schalter 221, 223, 225, 227, 229, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 241, 243, 245, 247, 249, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 und 258, von denen jeder eine Steuerelektrode und zwei Strom leitende Elektroden aufweist. Die Steuerelektroden von 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 und 258 sind gekoppelt, um ein Abtastsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 221, 223, 225, 227, 229, 241, 243, 245, 247 und 249 sind gekoppelt, um ein Integriersignal Φ2 zu empfangen.
  • Eine erste Elektrode des Kondensators 222 ist über die Schalter 221 und 231, parallel gekoppelt, mit dem Leiter 215 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 222 ist über den Schalter 223 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 224 und über den Schalter 232 mit dem Leiter 218 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 224 ist über den Schalter 233 auch mit dem Eingangsanschluss 211 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 224 ist über den Schalter 225 mit einer ersten Elektrode des Kon densators 226 und über den Schalter 234 mit dem Leiter 218 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 226 ist über den Schalter 235 auch mit dem Eingangsanschluss 211 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 226 ist über den Schalter 227 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 228 und über den Schalter 236 mit dem Leiter 218 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 228 ist über den Schalter 237 auch mit dem Eingangsanschluss 211 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 228 ist gekoppelt, um ein erstes abgetastetes Signal des Abtasters 220 über den Schalter 229 zu übertragen, und ist über den Schalter 238 mit dem Leiter 218 gekoppelt.
  • Eine erste Elektrode des Kondensators 242 ist über die Schalter 241 und 251, parallel gekoppelt, mit dem Leiter 215 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 242 ist über den Schalter 243 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 244 und über den Schalter 252 mit dem Leiter 219 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 244 ist über den Schalter 253 auch mit dem Eingangsanschluss 212 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 244 ist über den Schalter 245 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 246 und über den Schalter 254 mit dem Leiter 219 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 246 ist über den Schalter 255 auch mit dem Eingangsanschluss 212 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 246 ist über den Schalter 247 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 248 und über den Schalter 256 mit dem Leiter 219 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 248 ist über den Schalter 257 auch mit dem Eingangsanschluss 212 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 248 ist gekoppelt, um über den Schalter 249 ein zweites abgetastetes Signal des Abtasters 220 zu übertragen, und ist über den Schalter 258 mit dem Leiter 219 gekoppelt.
  • Bauelemente, die als Schalter 221, 223, 225, 227, 229, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 241, 243, 245, 247, 249, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 und 258 verwendet werden können, umfassen IGFETs, MESFETs, bipolare Transistoren, IGBTs und dergleichen. Wie die Schalter 22, 24, 26 und 28 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dargestellt, werden auch die Schalter 221, 223, 225, 227, 229, 241, 243, 245, 247 und 249 als Integrierschalter bezeichnet. Die Schalter 221, 223, 225, 227 und 229 sind seriell mit den Kondensatoren 222, 224, 226 und 228 gekoppelt, um eine erste Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden. Die Schalter 241, 243, 245, 247 und 249 sind seriell mit den Kondensatoren 242, 244, 246 und 248 gekoppelt, um eine zweite Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden. Wie die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dargestellt, werden auch die Schalter 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 und 258 als Abtastschalter bezeichnet.
  • Der Integrator 260 umfasst einen Operationsverstärker 262 und Integrierkondensatoren 263 und 264. Vorzugsweise entsprechen die Kapazitätswerte der Integrierkondensatoren 263 und 264 einander im Wesentlichen. Der Operationsverstärker 262 weist einen nicht invertierenden Eingang, der über den Schalter 229 mit der zweiten Elektrode des Kondensators 228 gekoppelt ist, und einen invertierenden Eingang, der über den Schalter 249 mit der zweiten Elektrode des Kondensators 248 gekoppelt ist, auf. Der Operationsverstär ker 262 weist auch einen nicht invertierenden Ausgang und einen invertierenden Ausgang, mit den Ausgangsanschlüssen 213 beziehungsweise 214 gekoppelt, auf. Der Kondensator 263 weist eine mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 262 gekoppelte Elektrode und eine weitere Elektrode, die mit dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 262 gekoppelt ist, auf. Der Kondensator 264 weist eine mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 262 gekoppelte Elektrode und eine weitere Elektrode, die mit dem nicht invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 262 gekoppelt ist, auf.
  • Es sollte sich verstehen, dass die Struktur der Switched Capacitor-Schaltung 210 nicht auf die in 5 dargestellte beschränkt ist. In einer alternativen Ausführungsform sind die zweiten Elektroden der Kondensatoren 222, 224, 226, 242, 244 und 246 zum Beispiel über die Schalter 232, 234, 236, 252, 254 beziehungsweise 256 gekoppelt, um Rückkopplungssignale, erzeugt von einer Rückkopplungsschaltung (nicht dargestellt), mit den Ausgängen des Integrators 260 gekoppelt, zu empfangen. Darüber hinaus wird die Switched Capacitor-Schaltung 210 nicht darauf beschränkt, dass sie acht Abtastkondensatoren, d. h. die Kondensatoren 222, 224, 226, 228, 242, 244, 246 und 248, aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Anzahl an Abtastkondensatoren in der Switched Capacitor-Schaltung 210 um irgendeine gerade Zahl, die größer als zwei ist, z. B. vier, sechs, zehn, zwölf, vierzehn, sechzehn usw., handeln.
  • In Betrieb tastet die Switched Capacitor-Schaltung 210 das Differenzeingangssignal an den Eingangsanschlüssen 211 und 212 ab, integriert das Differenzeingangssignal und überträgt das integrierte Signal zu den Ausgangsanschlüssen 213 und 214. Die Switched Capacitor-Schaltung 210 kann auf dem Abtastsignal Φ1 und dem Integriersignal Φ2, die in dem Zeitdiagramm 50 von 2 dargestellt werden, arbeiten. Wie hier zuvor erwähnt wird, stellt 2 einen Taktzyklus dar, der eine Abtastphase und eine Integrierphase umfasst.
  • Die Abtastphase beginnt bei einer Zeit t0, wenn das Abtastsignal Φ1 auf einen High-Pegel schaltet und sich das Integriersignal Φ2 auf einem Low-Pegel befindet. Die Schalter 221, 223, 225, 227 und 229 sind nicht leitend und die Kondensatoren 222, 224, 226 und 228 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237 und 238 sind eingeschaltet und leitend. Der Kondensator 222 ist über die Schalter 231 beziehungsweise 232 zwischen den Leiter 215 und den Leiter 218 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 222 entspricht im wesentlichen der Differenz zwischen den Referenzspannungen VREF und VREF1. Der Kondensator 224 ist über die Schalter 233 beziehungsweise 234 zwischen den Eingangsanschluss 211 und den Leiter 218 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 224 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen dem Spannungspegel der ersten Komponente des Eingangssignals, z. B. Vin1, und VREF1. Der Kondensator 226 ist über die Schalter 235 beziehungsweise 236 zwischen den Eingangsanschluss 211 und den Leiter 218 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 226 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Vin1 und Vin1. Der Kondensator 228 ist über die Schalter 237 beziehungsweise 238 zwischen den Eingangsanschluss 211 und den Leiter 215 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 228 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Vin1 und VREF. Desgleichen sind die Schalter 241, 243, 245, 247 und 249 nicht leitend und die Kondensatoren 242, 244, 246 und 248 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 und 258 sind eingeschaltet und leitend. Der Kondensator 242 ist über die Schalter 251 beziehungsweise 252 zwischen den Leiter 215 und den Leiter 219 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 242 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen den Referenzspannungen VREF und VREF2. Der Kondensator 244 ist über die Schalter 253 beziehungsweise 254 zwischen den Eingangsanschluss 212 und den Leiter 219 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 244 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen dem Spannungspegel der zweiten Komponente des Eingangssignals, z. B. Vin2, und VREF2. Der Kondensator 246 ist über die Schalter 255 beziehungsweise 256 zwischen den Eingangsanschluss 212 und den Leiter 219 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 246 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Vin2 und VREF2. Der Kondensator 248 ist über die Schalter 257 beziehungsweise 258 zwischen den Eingangsanschluss 212 und den Leiter 215 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 248 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Vin2 und VREF.
  • Bei einer Zeit t1 schaltet das Abtastsignal Φ1 auf einen Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 bleibt auf dem Low-Pegel. Die Schalter 221, 223, 225, 227, 229, 241, 243, 245, 247 und 249 bleiben nicht leitend. Die Schalter 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 und 258 sind ausgeschaltet, wobei die Kondensatoren 222, 224, 226, 228, 242, 244, 246 und 248 von entsprechenden angelegten Spannungssignalen entkoppelt werden, wodurch die Abtastphase beendet wird. Die Kondensatoren 222, 224, 226, 228, 242, 244, 246 und 248 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert.
  • Die Integrierphase beginnt bei einer Zeit t2, wenn das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel bleibt und das Integriersignal Φ2 auf einen High-Pegel schaltet. Die Schalter 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 und 258 bleiben nicht leitend. Die Schalter 221, 223, 225, 227, 229, 241, 243, 245, 247 und 249 sind eingeschaltet und leitend. Die Kondensatoren 222, 224, 226 und 228 sind seriell zwischen den Leiter 215 und den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 262 gekoppelt. Unmittelbar nach der Zeit t2 entspricht der Spannungspegel an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 262 vorübergehend im Wesentlichen minus dreimal die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Komponente des abgetasteten Eingangssignals und dem Referenzsignal an dem Leiter 218, d. h. –3 (Vin1–VREF1), falls VREF1 VREF im Wesentlichen entspricht. Ansonsten gibt es einen DC-Spannungsoffset in der Spannung an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 262. Der Operationsverstärker 262 treibt den Spannungspegel an seinem nicht invertierenden Eingang auf Massespannung, was dazu führt, dass die in den Abtastkondensatoren 222, 224, 226 und 228 gespeicherte Ladung zu dem Integrierkondensator 263 übertragen wird. Desgleichen sind die Kondensatoren 242, 244, 246 und 248 seriell zwischen den Leiter 215 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 262 gekoppelt und der Spannungspegel an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 262 entspricht vorübergehend im Wesentlichen minus dreimal die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Komponente des abgetasteten Eingangssignals und dem Referenzsignal an dem Leiter 219, d. h. –3 (Vin2–VREF2) falls VREF2 VREF im Wesentlichen entspricht. Andernfalls gibt es einen DC-Spannungsoffset in der Spannung an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 262. Der Operationsverstärker 262 treibt den Spannungspegel an seinem invertierenden Eingang auf Massespannung, was dazu führt, dass die in den Abtastkondensatoren 242, 244, 246 und 248 gespeicherte Ladung zu dem Integrierkondensator 264 übertragen wird. Es sollte beachtet werden, dass die zu den Kondensatoren 263 und 264 übertragenen Ladungen zu den Ladungen, die sich bereits vor der Zeit t2 auf den Kondensatoren 263 beziehungsweise 264 befinden können, hinzugefügt werden.
  • Bei einer Zeit t3 bleibt das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 schaltet zu einem Low-Pegel. Die Schalter 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 und 258 bleiben nicht leitend. Die Schalter 221, 223, 225, 227, 229, 241, 243, 245, 247 und 249 sind ausgeschaltet, wobei die Integrierphase und der aktuelle Taktzyklus beendet werden. Die Kondensatoren 222, 224, 226, 228, 242, 244, 246 und 248 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert. Die Switched Capacitor-Schaltung 210 ist bereit, das Eingangssignal in dem nächsten Taktzyklus abzutasten.
  • Die Switched Capacitor-Schaltung 210 verwendet acht Abtastkondensatoren 222, 224, 226, 228, 242, 244, 246 und 248, um eine 4× Überabtastung im Raumbereich durchzuführen, ohne dass die Abtastfrequenz erhöht wird. Während der Integrierphase beträgt die Anfangsspannung über die Abtastkondensatoren 222, 224, 226 und 228 3(Vin1–VREF1) und die Anfangsspannung über die Abtastkondensatoren 242, 244, 246 und 248 beträgt 3(Vin2–VREF2) – Wie der Abtaster 70 in 3 skaliert der Abtaster 220 das Differenzeingangsspannungssignal um einen Faktor 3/4. Im Vergleich mit einer herkömmlichen Switched Capacitor-Schaltung wird das Signal-Rausch-Verhältnis der Switched Capacitor-Schaltung 210 um einen Faktor von 4×(3/4)2, d. h. 9/4, verbessert. Gewöhnlich reduziert eine Switched Capacitor-Schaltung, die eine der Switched Capacitor-Schaltung 210 ähnliche Struktur aufweist, aber 2N Abtastkondensatoren hat, das Abtastrauschen um einen Faktor (N–1)2/N.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm einer Switched Capacitor-Schaltung 310 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Switched Capacitor-Schaltung 310 ist gekoppelt, um über einen Eingangsanschluss 312 ein Eingangssignal zu empfangen, und ist gekoppelt, um über einen Ausgangsanschluss 314 ein Ausgangssignal zu übertragen. Die Referenzsignale VREF und VREF1 werden der Switched Capacitor-Schaltung 310 über Spannungsversorgungsleiter 315 beziehungsweise 385 zur Verfügung gestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Referenzspannungssignale VREF und VREF1 sich entweder voneinander unterscheiden oder einander im Wesentlichen entsprechen können. Im Inneren umfasst die Switched Capacitor-Schaltung 310 einen Abtaster 320 und einen Integrator 380.
  • Der Abtaster 320 umfasst Abtastkondensatoren 322, 324, 326 und 328 und Schalter 321, 323, 325, 327, 329, 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337 und 338. Vorzugsweise entsprechen die Kapazitätswerte der Kondensatoren 322, 324, 326 und 328 einander im Wesentlichen. Eine erste Elektrode des Kondensators 322 ist über den Schalter 321 mit dem Leiter 315 und über den Schalter 331 mit dem Eingangsanschluss 312 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 322 ist über den Schalter 323 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 324 und über den Schalter 332 mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 324 ist über den Schalter 333 auch mit dem Eingangsanschluss 312 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 324 ist über den Schalter 325 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 326 und über den Schalter 334 mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 326 ist über den Schalter 335 auch mit dem Eingangsanschluss 312 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 326 ist über den Schalter 327 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 328 und über den Schalter 336 mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 328 ist über den Schalter 337 auch mit dem Eingangsanschluss 312 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 328 ist gekoppelt, um ein abgetastetes Signal des Abtasters 320 über den Schalter 329 zu übertragen, und ist über den Schalter 338 mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die Steuerelektroden von 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337 und 338 sind gekoppelt, um ein Abtastsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 321, 323, 325, 327 und 329 sind gekoppelt, um ein Integriersignal Φ2 zu empfangen.
  • Der Abtaster 320 umfasst auch Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 und Schalter 341, 343, 345, 347, 351, 352, 353, 354, 355, 356 und 357. Vorzugsweise entsprechen die Kapazitätswerte der Kondensatoren 342, 344, 346 und 348 einander und denen der Kondensatoren 322, 324, 326 und 328 im Wesentlichen. Der Abtaster 320 umfasst darüber hinaus einen Rückkopplungscontroller 360, der Schalter 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367 und 368 und ein dynamisches Drehelement 370 umfasst. In Betrieb kooperiert der Rück kopplungscontroller 360 mit den Kondensatoren 342, 344, 346 und 348, um ein Mehrpegelrückkopplungssignal zur Verfügung zu stellen.
  • Eine erste Elektrode des Kondensators 342 ist über den Schalter 341 mit dem Leiter 315 und über den Schalter 351 mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 361 und 362 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 342 ist über den Schalter 343 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 344 und über den Schalter 352 mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 344 ist über den Schalter 353 auch mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 363 und 364 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 344 ist über den Schalter 345 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 346 und über den Schalter 354 mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 346 ist über den Schalter 355 auch mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 365 und 366 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 346 ist über den Schalter 347 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 348 und über den Schalter 356 mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 348 ist über den Schalter 357 auch mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 367 und 368 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 348 ist mit der zweiten Elektrode des Kondensators 328 gekoppelt. Die Steuerelektroden von 351, 352, 353, 354, 355, 356 und 357 sind gekoppelt, um das Abtastsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 341, 343, 345 und 347 sind gekoppelt, um das Integriersignal Φ2 zu empfangen.
  • Die Steuerelektroden der Schalter 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367 und 368 sind über einen Datenbus 373 mit ei nem Ausgangsport 372 des dynamischen Drehelements 370 gekoppelt. Ein Eingang des dynamischen Drehelements 370 ist mit einem Steueranschluss 374 des Rückkopplungscontrollers 360 gekoppelt, um ein Steuersignal zu empfangen. Die zweiten Strom leitenden Elektroden der Schalter 361, 363, 365 und 367 sind mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die zweiten Strom leitenden Elektroden der Schalter 362, 364, 366 und 368 sind mit einem Anschluss 376 des Rückkopplungscontrollers 360 gekoppelt, um ein Rückkopplungssignal Vfb zu empfangen.
  • Bauelemente, die als Schalter 321, 323, 325, 327, 329, 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338, 341, 343, 345, 347, 351, 352, 353, 354, 355, 356, 357, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367 und 368 verwendet werden können, umfassen IGFETs, MESFETs, bipolare Transistoren, IGBTs und dergleichen. Wie die Schalter 22, 24, 26 und 28 in der Switched Capacitor-Schaltung 10 von 1 werden auch die Schalter 321, 323, 325, 327, 329, 341, 343, 345 und 347 als Integrierschalter bezeichnet. Die Schalter 321, 323, 325, 327 und 329 sind seriell mit den Kondensatoren 322, 324, 326 und 328 gekoppelt, um eine Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden. Die Schalter 341, 343, 345 und 347 sind seriell mit den Kondensatoren 342, 344, 346 und 348 gekoppelt, um eine Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Rückkopplungskondensatoren zu bilden. Wie die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dargestellt, werden auch die Schalter 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338, 351, 352, 353, 354, 355, 356 und 357 als Abtastschalter bezeichnet. Jeder der Schalter 361, 363, 365 und 367 in dem Rückkopplungscontroller 360 weist eine seiner Strom leitenden Elektroden mit der Referenzspannung VREF an dem Leiter 315 gekoppelt auf und wird als ein Shuntschalter bezeichnet. Jeder der Schalter 362, 364, 366 und 368 weist eine seiner Strom leitenden Elektroden mit dem Rückkopplungssignal Vfb an dem Anschluss 376 gekoppelt auf und wird als ein Rückkopplungsschalter bezeichnet.
  • Der Integrator 380 umfasst einen Operationsverstärker 382 und einen Integrierkondensator 384. Der Operationsverstärker 382 weist einen mit dem Leiter 385 gekoppelten nicht invertierenden Eingang und einen invertierenden Eingang, der über den Schalter 329 mit den zweiten Elektroden der Kondensatoren 328 und 348 gekoppelt ist, auf. Der Operationsverstärker 382 weist auch einen mit dem Ausgangsanschluss 314 gekoppelten Ausgang auf. Der Kondensator 384 weist eine mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 382 gekoppelte Elektrode und eine weitere Elektrode, die mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 382 gekoppelt ist, auf.
  • Die Switched Capacitor-Schaltung 310 umfasst auch eine Rückkopplungsschaltung 390. Ein Eingang der Rückkopplungsschaltung 390 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 382 gekoppelt. Ein Ausgang der Rückkopplungsschaltung 390 ist mit dem Anschluss 376 des Rückkopplungscontrollers 360 gekoppelt. Die Rückkopplungsschaltung 390 weist auch einen mit dem Steueranschluss 374 des Rückkopplungscontrollers 360 gekoppelten Steuerausgang auf. Die Rückkopplungsschaltung 390 umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform einen Komparator (nicht dargestellt), der das Rückkopplungssignal Vfb erzeugt. Die Rückkopplungsschaltung 390 umfasst vorzugsweise auch einen Digital-Analog-Umsetzer (nicht dargestellt), um an ihrem Steuerausgang ein digitales Steuersig nal zu erzeugen. Der Steuerausgang der Rückkopplungsschaltung 390 wird daher auch als ein digitaler Steuersignalport bezeichnet.
  • Es sollte sich verstehen, dass die Struktur der Switched Capacitor-Schaltung 310 nicht auf die in 6 dargestellte beschränkt ist. Die Switched Capacitor-Schaltung 310 ist zum Beispiel nicht darauf beschränkt, dass sie vier Abtastkondensatoren, d. h. die Kondensatoren 322, 324, 326 und 328, aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Anzahl an Abtastkondensatoren in der Switched Capacitor-Schaltung 310 um irgendeine Anzahl, die größer als eins ist, z. B. zwei, drei, fünf, sechs usw., handeln. Die Abtastrate der Switched Capacitor-Schaltung 310 entspricht gewöhnlich der Anzahl an Abtastkondensatoren darin. Wie nachstehend beschrieben wird, dient das dynamische Drehelement 370 dazu, das Abtastrauschen und den Effekt einer Fehlanpassung zwischen den Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 zu minimieren. Zwar wird das dynamische Drehelement 370 bevorzugt, doch ist sein Vorhandensein in dem Rückkopplungscontroller 360 optional.
  • In Betrieb tastet die Switched Capacitor-Schaltung 310 das Eingangssignal an dem Eingangsanschluss 312 ab, integriert das Eingangssignal und überträgt das integrierte Signal an den Ausgangsanschluss 314. Die Switched Capacitor-Schaltung 310 kann auf dem Abtastsignal Φ1 und dem Integriersignal Φ2, die in dem Zeitdiagramm 50 von 2 dargestellt werden, arbeiten. Wie hier zuvor erwähnt wird, stellt 2 einen Taktzyklus, der eine Abtastphase und eine Integrierphase umfasst, dar.
  • Die Abtastphase beginnt bei einer Zeit t0, wenn das Abtastsignal Φ1 zu einem High-Pegel schaltet und sich das Integriersignal Φ2 auf einem Low-Pegel befindet. Die Schalter 321, 323, 325, 327 und 329 sind nicht leitend und die Kondensatoren 322, 324, 326 und 328 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337 und 338 sind eingeschaltet und leitend. Jeder der Kondensatoren 322, 324, 326 und 328 ist über entsprechende Schalter zwischen den Eingangsanschluss 312 und den Leiter 315 gekoppelt. Die Spannung über jeden der Kondensatoren 322, 324, 326 und 328 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen dem Spannungspegel des Eingangssignals, z. B. Vin, und der Referenzspannung VREF. Auf diese Weise tastet während der Abtastphase jeder der Abtastkondensatoren 322, 324, 326 und 328 das Eingangssignal einmal ab.
  • Desgleichen sind die Schalter 341, 343, 345 und 347 nicht leitend und die Kondensatoren 342, 344, 346 und 348 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 351, 352, 353, 354, 355, 356 und 357 sind eingeschaltet und leitend. Jeder der Kondensatoren 342, 344, 346 und 348 ist über entsprechende Schalter zwischen den Rückkopplungscontroller 360 und den Leiter 315 gekoppelt. Die Rückkopplungsschaltung 390 sendet das digitale Steuersignal und das Rückkopplungssignal Vfb an die Anschlüsse 374 beziehungsweise 376 des Rückkopplungscontrollers 360. Das Steuersignal und das Rückkopplungssignal Vfb werden vorzugsweise gemäß dem Ausgang des Operationsverstärkers 382 erzeugt. Das digitale Steuersignal an dem Steueranschluss 374 weist in einer bevorzugten Ausführungsform fünf unterschiedliche digitale Werte auf. Das Steuersignal kann demgemäß in einer Dreibit- Binärzahl codiert werden.
  • Der Rückkopplungscontroller 360 lädt die Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 gemäß dem durch die Rückkopplungsschaltung 390 erzeugten digitalen Steuersignal selektiv. Wenn das Steuersignal zum Beispiel einen Binärwert von 000 aufweist, sind die Schalter 361, 363, 365 und 367 leitend und die Schalter 362, 364, 366 und 368 sind nicht leitend. Somit sind die ersten Elektroden der Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 mit dem Leiter 315 gekoppelt. Die Spannung über jeden der Kondensatoren 342, 344, 346 und 348 beträgt im Wesentlichen null. Wenn das Steuersignal einen Binärwert von 001 aufweist, ist einer der Shuntschalter 361, 363, 365 und 367 nicht leitend, die drei anderen sind leitend. Darüber hinaus ist einer der Rückkopplungsschalter 362, 364, 366 und 368 entsprechend dem nicht leitenden Shuntschalter leitend und die drei anderen sind nicht leitend. Somit entspricht die Spannung über einen der Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 im Wesentlichen (Vfb–VREF) und die Spannungen über die drei anderen Rückkopplungskondensatoren betragen im Wesentlichen null. Wenn das Steuersignal einen Binärwert von 010 aufweist, sind zwei der Shuntschalter 361, 363, 365 und 367 nicht leitend, die zwei anderen sind leitend. Darüber hinaus sind zwei von den Rückkopplungsschaltern 362, 364, 366 und 368 entsprechend den zwei nicht leitenden Shuntschaltern leitend und die zwei anderen sind nicht leitend. Somit sind die Spannungen über zwei der Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 im Wesentlichen gleich (Vfb–VREF) und die Spannungen über die anderen zwei Rückkopplungskondensatoren betragen im Wesentlichen null. Wenn das Steuersignal einen Binärwert von 011 aufweist, sind drei der Shuntschalter 361, 363, 365 und 367 nicht leitend, der eine andere ist leitend. Darüber hinaus sind drei von den Rückkopplungsschaltern 362, 364, 366 und 368 entsprechend den drei nicht leitenden Shuntschaltern leitend und der eine andere ist nicht leitend. Auf diese Weise entsprechen die Spannungen über drei von den Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 im Wesentlichen (Vfb–VR EF) und die Spannungen über den einen anderen Rückkopplungskondensator beträgt im Wesentlichen null. Wenn das Steuersignal einen Binärwert von 100 aufweist, sind die Schalter 361, 363, 365 und 367 nicht leitend und die Schalter 362, 364, 366 und 368 sind leitend. Somit sind die ersten Elektroden der Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 mit dem Anschluss 376 gekoppelt. Die Spannung über jeden der Kondensatoren 342, 344, 346 und 348 entspricht im Wesentlichen (Vfb–VREF).
  • Das dynamische Drehelement 370 empfängt das digitale Steuersignal von der Rückkopplungsschaltung 390 und erzeugt gemäß einem in ihm gespeicherten Algorithmus ein Konfigurationssignal. Das Konfigurationssignal wird zu den Steuerelektroden der Schalter 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367 und 368 übertragen und bestimmt die Konfiguration davon. Wenn das digitale Steuersignal den Binärwert von 001 aufweist, gibt es vier mögliche Alternativen dafür, welcher Rückkopplungskondensator zwischen das Rückkopplungssignal Vfb an dem Anschluss 376 und die Referenzspannung VRE F an dem Leiter 315 gekoppelt wird. Wenn das digitale Steuersignal den Binärwert von 010 aufweist, gibt es sechs mögliche Alternativen dafür, welches Paar von Rückkopplungskondensatoren zwischen das Rückkopplungssignal Vfb und die Referenzspannung UREF gekoppelt wird. Wenn das digitale Steuersignal den Binärwert von 011 aufweist, gibt es vier mögliche Alternativen dafür, welche drei Rückkopplungskondensatoren zwischen das Rückkopplungssignal Vfb und die Refe renzspannung VREF gekoppelt werden. Der in dem dynamischen Rotationselement 370 gespeicherte Algorithmus ist vorzugsweise solcherart, dass sich die Kombination der zwischen den Anschluss 376 und den Leiter 315 gekoppelten Rückkopplungskondensatoren jedes Mal, wenn das digitale Steuersignal einen Binärwert von 001, 010 oder 011 aufweist, von dem letzten Mal, bei dem das digitale Steuersignal denselben Binärwert aufwies, unterscheidet. Auf diese Weise entspricht die Wahrscheinlichkeit jedes Rückkopplungskondensators dafür, zwischen Vfb und VREF gekoppelt zu werden, im Wesentlichen derjenigen jedes anderen Rückkopplungskondensators. Folglich wird das Abtastrauschen minimiert. Darüber hinaus wird während eines Überabtastungsprozesses, der eine Überabtastung im Zeitbereich umfasst, der Effekt irgendeiner etwaigen Fehlanpassung zwischen den Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 innerhalb der Signalbandbreite minimiert.
  • Bei einer Zeit t1 schaltet das Abtastsignal Φ1 auf einen Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 bleibt auf dem Low-Pegel. Die Schalter 321, 323, 325, 327, 329, 341, 343, 345 und 347 bleiben nicht leitend. Die Schalter 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338, 351, 352, 353, 354, 355, 356 und 357 sind ausgeschaltet, wobei die Kondensatoren 322, 324, 326, 328, 342, 344, 346 und 348 von entsprechenden angelegten Spannungssignalen entkoppelt werden, wodurch die Abtastphase beendet wird. Die Kondensatoren 322, 324, 326, 328, 342, 344, 346 und 348 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert.
  • Die Integrierphase beginnt bei einer Zeit t2, wenn das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel bleibt und das Integriersignal Φ2 zu einem High-Pegel schaltet. Die Schalter 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338, 351, 352, 353, 354, 355, 356 und 357 bleiben nicht leitend. Die Schalter 321, 323, 325, 327, 329, 341, 343, 345 und 347 sind eingeschaltet und leitend. Die Abtastkondensatoren 322, 324, 326 und 328 sind seriell zwischen den Leiter 315 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 382 gekoppelt. Desgleichen sind die Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 seriell zwischen den Leiter 315 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 382 gekoppelt. Unmittelbar nach der Zeit t2 wird der Spannungspegel an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 382 durch die Spannung über die seriell gekoppelten Abtastkondensatoren 322, 324, 326 und 328 und die Spannung über die seriell gekoppelten Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 bestimmt. Die Spannung über die seriell gekoppelten Abtastkondensatoren 322, 324, 326 und 328 ist im Wesentlichen gleich viermal die Spannungsdifferenz zwischen dem abgetasteten Eingangssignal und der Referenzspannung an dem Leiter 315, d. h. 4(Vin–VREF). Die Spannung über die seriell gekoppelten Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 entspricht, je nach dem Binärwert des digitalen Steuersignals an dem Steueranschluss 374, im Wesentlichen null, (Vfb–VREF), 2(Vfb–VREF), 3(Vfb–VREF) oder 4(Vfb–VREF). Der Operationsverstärker 382 treibt den Spannungspegel an seinem invertierenden Eingang auf den Referenzspannungspegel VREF1, was dazu führt, dass die in den Abtastkondensatoren 322, 324, 326 und 328 und den Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 gespeicherte Ladung zu dem Integrierkondensator 384 übertragen wird. Die Menge der Ladung, die zu dem Integrierkondensator 384 übertragen wird, entspricht im Wesentlichen dem Mittel der in den Abtastkondensatoren 322, 324, 326 und 328 gespeicherten Ladungen plus dem Mittel der in den Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348 gespeicherten Ladungen vor der Zeit t2. Auf diese Weise repräsentiert die zu dem Integrierkondensator 384 übertragene Ladung einen Mittelwert der vier Abtastungen des Eingangssignals, moduliert durch das Rückkopplungssignal Vfb. Daher führt die Switched Capacitor-Schaltung 310 eine 4× Überabtastung des Eingangssignals aus. Es sollte beachtet werden, dass die zu dem Kondensator 384 übertragenen Ladungen zu den Ladungen, die sich bereits vor der Zeit t2 auf dem Kondensator 384 befinden können, hinzugefügt werden.
  • Bei einer Zeit t3 bleibt das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 schaltet zu einem Low-Pegel. Die Schalter 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338, 351, 352, 353, 354, 355, 356 und 357 bleiben nicht leitend. Die Schalter 321, 323, 325, 327, 329, 341, 343, 345 und 347 sind ausgeschaltet, was die Integrierphase und den aktuellen Taktzyklus beendet. Die Kondensatoren 322, 324, 326, 328, 342, 344, 346 und 348 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert. Die Switched Capacitor-Schaltung 310 ist bereit, das Eingangssignal an dem Eingangsanschluss 312 für den nächsten Taktzyklus abzutasten.
  • Wie hier zuvor erwähnt wird, führt die Switched Capacitor-Schaltung 310 eine 4×-Überabtastung des Eingangssignals an dem Eingangsanschluss 312 aus. Die Switched Capacitor-Schaltung 310 verwendet vier Abtastkondensatoren 322, 324, 326 und 328 und vier Rückkopplungskondensatoren 342, 344, 346 und 348, um das Eingangssignal im Raumbereich überabzutasten, ohne die Abtastfrequenz zu erhöhen. Die 4×- Überabtastung reduziert das Abtastrauschen der Switched Capacitor-Schaltung 310 wirksam um einen Faktor vier.
  • Während der Abtastphase zwischen den Zeiten t0 und t1 werden die Zustände der Shuntschalter 361, 363, 365 und 367 und der Rückkopplungsschalter 362, 364, 366 und 368 durch das digitale Steuersignal an dem Steueranschluss 374 und das dynamische Drehelement 370 wie hier zuvor beschrieben ermittelt. Außer dem Zeitintervall zwischen den Zeiten t0 und t1 sind die Schalter 351, 353, 355 und 357 nicht leitend. Deshalb können die Zustände der Schalter 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367 und 368 etliche Konfigurationen aufweisen, ohne dass es sich auf den Betrieb der Switched Capacitor-Schaltung 310 auswirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Beispiel der Rückkopplungscontroller 360 auch durch das Abtastsignal Φ1 gesteuert, so dass die Schalter 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367 und 368 außerhalb von dem Zeitintervall zwischen den Zeiten t0 und t1, wenn sich das Abtastsignal Φ1 auf einem Low-Pegel befindet, wie in 2 dargestellt, alle nicht leitend sind. In einer alternativen Ausführungsform werden die Zustände der Schalter 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367 und 368 während der Integrierphase zwischen den Zeiten t2 und t3 konfiguriert. Die konfigurierten Zustände bleiben bis zu dem Beginn der Integrierphase in einem nachfolgenden Taktzyklus unverändert. Es sollte beachtet werden, dass ein Shuntschalter, z. B. der Schalter 361, und ein Rückkopplungsschalter, z. B. der Schalter 362, deren erste Strom leitende Elektroden miteinander gekoppelt sind, nicht gleichzeitig leitend sein können, auch wenn sich die Zustände der Schalter 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367 und 368 in unterschiedlichen Konfigurationen befinden können.
  • 7 ist ein schematisches Diagramm einer Switched Capacitor-Schaltung 410 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Switched Capacitor-Schaltung 410 ist gekoppelt, um über ein Paar von Eingangsanschlüssen 411 und 412 ein Differenzeingangssignal zu empfangen, und ist gekoppelt, um über ein Paar von Ausgangsanschlüssen 413 und 414 ein Differenzausgangssignal zu übertragen. Der Switched Capacitor-Schaltung 410 wird über einen Spannungsversorgungsleiter 415 ein Referenzsignal, wie zum Beispiel Massespannung, zur Verfügung gestellt. Im Inneren umfasst die Switched Capacitor-Schaltung 410 einen Abtaster 420 und einen Integrator 480.
  • Der Abtaster 420 umfasst Abtastkondensatoren 422, 424, 426 und 428 und Schalter 421, 423, 425, 427, 429, 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437 und 438. Vorzugsweise entsprechen sich die Kapazitätswerte der Kondensatoren 422, 424, 426 und 428 im Wesentlichen. Eine erste Elektrode des Kondensators 422 ist über den Schalter 421 mit einem ersten Eingangsanschluss 485 des Integrators 480 und über den Schalter 431 mit dem Leiter 415 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 422 ist über den Schalter 423 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 424 und über den Schalter 432 mit dem Eingangsanschluss 411 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 424 ist über den Schalter 433 auch mit dem Eingangsanschluss 412 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 424 ist über den Schalter 425 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 426 und über den Schalter 434 mit dem Eingangsanschluss 411 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 426 ist über den Schalter 435 auch mit dem Eingangsanschluss 412 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 426 ist über den Schalter 427 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 428 und über den Schalter 436 mit dem Eingangsanschluss 411 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 428 ist über den Schalter 437 auch mit dem Eingangsanschluss 412 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 428 ist über den Schalter 429 mit einem zweiten Eingangsanschluss 486 des Integrators 480 und über den Schalter 438 mit dem Leiter 415 gekoppelt. Die Steuerelektroden von 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437 und 438 sind gekoppelt, um ein Abtastsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 421, 423, 425, 427 und 429 sind gekoppelt, um ein Integriersignal Φ2 zu empfangen.
  • Der Abtaster 420 umfasst auch Rückkopplungskondensatoren 442, 444, 446 und 448 und Schalter 441, 443, 445, 447, 451, 452, 453, 454, 455, 456 und 457. Vorzugsweise entsprechen die Kapazitätswerte der Kondensatoren 442, 444, 446 und 448 einander und denen der Kondensatoren 422, 424, 426 und 428 im Wesentlichen. Der Abtaster 420 umfasst darüber hinaus einen Rückkopplungscontroller 460, der Schalter 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 472, 473 und 474 und ein dynamisches Drehelement 470 umfasst. Jeder der Schalter 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 472, 473 und 474 weist eine Steuerelektrode und zwei Strom leitende Elektroden auf. In Betrieb stellen der Rückkopplungscontroller 460 und die Kondensatoren 442, 444, 446 und 448 ein Mehrpegelrückkopplungssignal zur Verfügung.
  • Eine erste Elektrode des Kondensators 442 ist über den Schalter 441 mit dem Eingangsanschluss 485 und über den Schalter 451 mit dem Leiter 415 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 442 ist über den Schalter 443 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 444 und über den Schalter 452 mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 461 und 462 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 444 ist über den Schalter 453 auch mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 463 und 464 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 444 ist über den Schalter 445 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 446 und über den Schalter 454 mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 465 und 466 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 446 ist über den Schalter 455 auch mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 467 und 468 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 446 ist über den Schalter 447 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 448 und über den Schalter 456 mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 469 und 472 gekoppelt. Die erste Elektrode des Kondensators 448 ist über den Schalter 457 auch mit den ersten Strom leitenden Elektroden der Schalter 473 und 474 gekoppelt. Eine zweite Elektrode des Kondensators 448 ist mit der zweiten Elektrode des Kondensators 428 gekoppelt. Die Steuerelektroden von 451, 452, 453, 454, 455, 456 und 457 sind gekoppelt, um das Abtastsignal Φ1 zu empfangen. Die Steuerelektroden der Schalter 441, 443, 445 und 447 sind gekoppelt, um das Integriersignal Φ2 zu empfangen.
  • Die Steuerelektroden der Schalter 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 472, 473 und 474 sind über einen Datenbus 476 mit einem Ausgangsport 475 des dynamischen Drehelements 470 gekoppelt. Ein Eingang des dynamischen Drehelements 470 ist mit einem Steueranschluss 477 des Rückkopplungscontrollers 460 gekoppelt, um ein Steuersignal zu empfangen. Die zweiten Strom leitenden Elektroden der Schalter 461, 463, 465, 467, 469 und 473 sind mit dem Lei ter 415 gekoppelt. Die zweiten Strom leitenden Elektroden der Schalter 462, 466 und 472 sind mit einem Anschluss 478 des Rückkopplungscontrollers 460 gekoppelt, um ein erstes Rückkopplungssignal Vfb1 zu empfangen. Die zweiten Strom leitenden Elektroden der Schalter 464, 468 und 474 sind mit einem Anschluss 479 des Rückkopplungscontrollers 460 gekoppelt, um ein zweites Rückkopplungssignal Vfb2 zu empfangen.
  • Bauelemente, die als Schalter 421, 423, 425, 427, 429, 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 438, 441, 443, 445, 447, 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 472, 473 und 474 verwendet werden können, umfassen IGFETs, MESFETs, bipolare Transistoren, IGBTs und dergleichen. Wie die Schalter 22, 24, 26 und 28 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dargestellt, werden auch die Schalter 421, 423, 425, 427, 429, 441, 443, 445 und 447 als Integrierschalter bezeichnet. Die Schalter 421, 423, 425, 427 und 429 sind seriell mit den Kondensatoren 422, 424, 426 und 428 gekoppelt, um eine Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden. Die Schalter 441, 443, 445 und 447 sind seriell mit den Kondensatoren 442, 444, 446 und 448 gekoppelt, um eine Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Rückkopplungskondensatoren zu bilden. Wie die Schalter 33, 34, 35, 36, 37 und 38 der Switched Capacitor-Schaltung 10, in 1 dargestellt, werden auch die Schalter 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 438, 451, 452, 453, 454, 455, 456 und 457 als Abtastschalter bezeichnet. In dem Rückkopplungscontroller 460 weist jeder der Schalter 461, 463, 465, 467, 469 und 473 seine zweite Strom leitende Elektrode mit dem Leiter 415 gekoppelt auf und wird auch als ein Shuntschalter bezeichnet. Jeder der Schalter 462, 466 und 472 weist seine zweite Strom leitende Elektrode mit dem Rückkopplungssignal Vfb1 an dem Anschluss 478 gekoppelt auf. Jeder der Schalter 464, 468 und 474 weist seine zweite Strom leitende Elektrode mit dem Rückkopplungssignal Vfb2 an dem Anschluss 479 gekoppelt auf. Die Schalter 462, 464, 466, 468, 472 und 474 werden auch als Rückkopplungsschalter bezeichnet.
  • Der Integrator 480 umfasst einen Operationsverstärker 482 und Integrierkondensatoren 483 und 484. Der Operationsverstärker 482 weist einen nicht invertierenden Eingang, der mit dem Eingangsanschluss 485 des Integrators 480 gekoppelt ist, und einen invertierenden Eingang, der mit dem Eingangsanschluss 486 des Integrators 480 gekoppelt ist, auf. Der Operationsverstärker 482 weist auch einen nicht invertierenden Ausgang, der mit dem Ausgangsanschluss 413 gekoppelt ist, und einen invertierenden Ausgang, der mit dem Ausgangsanschluss 414 gekoppelt ist, auf. Der Kondensator 483 weist eine mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 482 gekoppelte Elektrode und eine weitere Elektrode, die mit dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 482 gekoppelt ist, auf. Der Kondensator 484 weist eine mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 482 gekoppelte Elektrode und eine weitere Elektrode, die mit dem nicht invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 482 gekoppelt ist, auf.
  • Die Switched Capacitor-Schaltung 410 umfasst auch eine Rückkopplungsschaltung 490. Zwei Eingänge der Rückkopplungsschaltung 490 sind mit den zwei Ausgängen des Operationsverstärkers 482 gekoppelt. Ein erster Ausgang der Rückkopplungsschaltung 490 ist mit dem Anschluss 478 des Rückkopplungscontrollers 460 gekoppelt. Ein zweiter Ausgang der Rückkopplungsschaltung 490 ist mit dem Anschluss 479 des Rückkopplungscontrollers 460 gekoppelt. Die Rückkopplungsschaltung 490 weist auch einen Steuerausgang, der mit dem Steueranschluss 477 des Rückkopplungscontrollers 460 gekoppelt ist, auf. Die Rückkopplungsschaltung 490 umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform Komparatoren (nicht dargestellt), die die Rückkopplungssignale Vfb1 und Vfb2 an den Anschlüssen 478 beziehungsweise 479 erzeugen. Die Rückkopplungsschaltung 490 umfasst vorzugsweise auch einen Digital-Analog-Umsetzer (nicht dargestellt), um an ihrem mit dem Steueranschluss 477 gekoppelten Steuerausgang ein digitales Steuersignal zu erzeugen. Der Steuerausgang der Rückkopplungsschaltung 490 wird dementsprechend auch als ein digitaler Steuersignalport bezeichnet.
  • Es sollte sich verstehen, dass die Struktur der Switched Capacitor-Schaltung 410 nicht auf die in 7 dargestellte beschränkt ist. Die Switched Capacitor-Schaltung 410 ist zum Beispiel nicht darauf beschränkt, dass sie vier Abtastkondensatoren, d. h. die Kondensatoren 422, 424, 426 und 428, aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Anzahl an Abtastkondensatoren in der Switched Capacitor-Schaltung 410 um irgendeine Anzahl, die größer als eins ist, z. B. zwei, drei, fünf, sechs usw., handeln. Wie das dynamische Drehelement 370, das in 6 dargestellt wird, dient das dynamische Drehelement 470 dazu, das Abtastrauschen und den Effekt einer Fehlanpassung zwischen den Rückkopplungskondensatoren 442, 444, 446 und 448 zu minimieren, und ist ein optionales Merkmal in dem Rückkopplungscontroller 460.
  • In Betrieb tastet die Switched Capacitor-Schaltung 410 das Differenzeingangssignal an den Eingangsanschlüssen 411 und 412 ab, integriert das Differenzeingangssignal und überträgt das integrierte Signal zu den Ausgangsanschlüssen 413 und 414. Die Switched Capacitor-Schaltung 410 kann auf dem Abtastsignal Φ1 und dem Integriersignal Φ2, die in dem Zeitdiagramm 50 von 2 dargestellt werden, arbeiten. Wie hier zuvor erwähnt wird, stellt 2 einen Taktzyklus, der eine Abtastphase und eine Integrierphase umfasst, dar.
  • Die Abtastphase beginnt bei einer Zeit t0, wenn das Abtastsignal Φ1 auf einen High-Pegel schaltet und sich das Integriersignal Φ2 auf einem Low-Pegel befindet. Die Schalter 421, 423, 425, 427 und 429 sind nicht leitend und die Kondensatoren 422, 424, 426 und 428 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437 und 438 sind eingeschaltet und leitend. Der Kondensator 422 ist über die Schalter 432 beziehungsweise 431 zwischen den Eingangsanschluss 411 und den Leiter 415 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 422 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen dem Spannungspegel der ersten Komponente des Eingangssignals, z. B. Vin1, und dem Referenzspannungspegel, z. B. Massespannung. Der Kondensator 424 ist über die Schalter 434 beziehungsweise 433 zwischen die Eingangsanschlüsse 411 und 412 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 424 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Vin1 und dem Spannungspegel der zweiten Komponente des Eingangssignals, z. B. Vin2. Der Kondensator 426 ist über die Schalter 436 beziehungsweise 435 zwischen die Eingangsanschlüsse 411 und 412 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 426 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Vin1 und Vin2. Der Kondensator 428 ist über die Schalter 438 beziehungsweise 437 zwischen den Leiter 415 und den Eingangsanschluss 412 gekoppelt. Die Spannung über den Kondensator 428 entspricht im Wesentlichen der Differenz zwischen Massespannung und Vin2. Somit tastet der Abtastkondensator 422 die erste Komponente des Eingangssignals ab, jeder der Abtastkondensatoren 424 und 426 tastet sowohl die erste Komponente als auch die zweite Komponente des Eingangssignals ab und der Abtastkondensator 428 tastet die zweite Komponente des Eingangssignals ab.
  • Desgleichen sind die Schalter 441, 443, 445 und 447 nicht leitend und die Kondensatoren 442, 444, 446 und 448 sind galvanisch voneinander isoliert. Die Schalter 451, 452, 453, 454, 455, 456 und 457 sind eingeschaltet und leitend. Der Betrieb des Rückkopplungscontrollers 460 ist demjenigen des in 6 dargestellten Rückkopplungscontrollers 360 ähnlich. Die an jeden der Kondensatoren 442, 444, 446 und 448 angelegte Spannung wird gemäß dem digitalen Steuersignal an dem Steueranschluss 477 und dem Algorithmus, der in dem dynamischen Drehelement 470 gespeichert wird, ermittelt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Spannung über den Kondensator 442 entweder null oder –Vfb1, die Spannung über den Kondensator 444 beträgt entweder null oder Vfb2–Vfb1 die Spannung über den Kondensator 446 beträgt entweder null oder Vfb2–Vfb1 und die Spannung über den Kondensator 448 beträgt entweder null oder Vfb2.
  • Bei einer Zeit t1 schaltet das Abtastsignal Φ1 auf einen Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 bleibt auf dem Low-Pegel. Die Schalter 421, 423, 425, 427, 429, 441, 443, 445 und 447 bleiben nicht leitend. Die Schalter 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 438, 451, 452, 453, 454, 455, 456 und 457 sind ausgeschaltet, wobei die Kondensatoren 422, 424, 426, 428, 442, 444, 446 und 448 von entsprechenden an gelegten Spannungssignalen entkoppelt werden, wodurch die Abtastphase beendet wird. Die Kondensatoren 422, 424, 426, 428, 442, 444, 446 und 448 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert.
  • Die Integrierphase beginnt bei einer Zeit t2, wenn das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel bleibt und das Integriersignal Φ2 zu einem High-Pegel schaltet. Die Schalter 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 438, 451, 452, 453, 454, 455, 456 und 457 bleiben nicht leitend. Die Schalter 421, 423, 425, 427, 429, 441, 443, 445 und 447 sind eingeschaltet und leitend. Die Abtastkondensatoren 422, 424, 426 und 428 sind seriell zwischen die Eingangsanschlüsse 485 und 486 des Integrators 480 gekoppelt. Ebenso sind die Rückkopplungskondensatoren 442, 444, 446 und 448 seriell zwischen die Eingangsanschlüsse 485 und 486 gekoppelt. Unmittelbar nach der Zeit t2 wird die Spannungsdifferenz zwischen dem nicht invertierenden Eingang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 482 durch die Gesamtspannung über die seriell gekoppelten Abtastkondensatoren 422, 424, 426 und 428 und die Gesamtspannung über die seriell gekoppelten Rückkopplungskondensatoren 442, 444, 446 und 448 ermittelt. Die Spannung über die seriell gekoppelten Abtastkondensatoren 422, 424, 426 und 428 ist im Wesentlichen gleich dreimal die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente des abgetasteten Eingangssignals, d. h. 3(Vin1–Vin2). Die Spannung über die seriell gekoppelten Rückkopplungskondensatoren 442, 444, 446 und 448 entspricht im Wesentlichen null oder linearen Kombinationen der zwei Rückkopplungssignale an den Anschlüssen 478 und 479, je nach dem Binärwert des digitalen Steuersignals an dem Steueranschluss 477, wie zum Bei spiel –Vfb1, Vfb2, Vfb2–Vfb1, Vfb2–2Vfb1, 2Vfb2–Vfb1, 2(Vfb2–Vfb1), 2Vfb2–3Vfb1, 3Vfb2–2Vfb1, oder 3(Vfb2–Vfb1)
  • Der Operationsverstärker 482 treibt die Spannungsdifferenz zwischen seinem nicht invertierenden Eingang und seinem invertierenden Eingang auf im Wesentlichen null, was dazu führt, dass die in den Abtastkondensatoren 422, 424, 426, 428 und den Rückkopplungskondensatoren 442, 444, 446 und 448 gespeicherten Ladungen zu den Integrierkondensatoren 483 und 484 übertragen werden. Der Betrieb des Integrators 480 in der Integrierphase ist dem des in 3 dargestellten Integrators 90 ähnlich. Folglich wird an den Ausgangsanschlüssen 413 und 414 ein Differenzausgangssignal erzeugt. Es sollte beachtet werden, dass die zu den Integrierkondensatoren 483 und 484 übertragenen Ladungen zu den Ladungen, die sich bereits vor der Zeit t2 auf den Kondensatoren 483 und 484 befinden können, hinzugefügt werden.
  • Bei einer Zeit t3 bleibt das Abtastsignal Φ1 auf dem Low-Pegel und das Integriersignal Φ2 schaltet auf einen Low-Pegel. Die Schalter 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 438, 451, 452, 453, 454, 455, 456 und 457 bleiben nicht leitend. Die Schalter 421, 423, 425, 427, 429, 441, 443, 445 und 447 sind ausgeschaltet, wobei die Integrierphase und der aktuelle Taktzyklus beendet werden. Die Kondensatoren 422, 424, 426, 428, 442, 444, 446 und 448 sind voneinander und von angelegten Spannungssignalen galvanisch isoliert. Die Switched Capacitor-Schaltung 410 ist bereit, das Eingangssignal an den Eingangsanschlüssen 411 und 412 in einem nachfolgenden Taktzyklus abzutasten.
  • Die Switched Capacitor-Schaltung 410 verwendet vier Abtastkondensatoren 422, 424, 426 und 428 und vier Rückkopplungskondensatoren 442, 444, 446 und 448, um das Ein gangssignal im Raumbereich ohne Erhöhen der Abtastfrequenz überabzutasten. Während der Integrierphase beträgt die Anfangsspannung über die Kondensatoren 422, 424, 426 und 428 3(Vin1–Vin2). Mit anderen Worten: das Eingangsspannungssignal wird um einen Faktor von 3/4 skaliert. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Switched Capacitor-Schaltung wird das Signal-Rausch-Verhältnis der Switched Capacitor-Schaltung 410 um einen Faktor von 4×(3/4)2, d. h. 9/4, verbessert. Gewöhnlich reduziert eine Switched Capacitor-Schaltung, die eine der Switched Capacitor-Schaltung 410 ähnliche Struktur aufweist, aber N Abtastkondensatoren hat, das Abtastrauschen um einen Faktor (N–1)2/N.
  • Während der Abtastphase zwischen den Zeiten t0 und t1 werden die Zustände der Shuntschalter 461, 463, 465, 467, 469 und 473 und der Rückkopplungsschalter 462, 464, 466, 468, 472 und 474 durch das digitale Steuersignal an dem Steueranschluss 477 und das dynamische Drehelement 470 wie hier zuvor beschrieben ermittelt. Abgesehen von dem Zeitintervall zwischen den Zeiten t0 und t1 sind die Schalter 451, 453, 455 und 457 nicht leitend. Deshalb können die Zustände der Schalter 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 472, 473 und 474 etliche Konfigurationen aufweisen, ohne dass der Betrieb der Switched Capacitor-Schaltung 410 beeinflusst wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Beispiel der Rückkopplungscontroller 460 auch durch das Abtastsignal Φ1 gesteuert, so dass die Schalter 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 472, 473 und 474 außerhalb von dem Zeitintervall zwischen den Zeiten t0 und t1, wenn sich das Abtastsignal Φ1 auf einem Low-Pegel befindet, wie in 2 dargestellt wird, alle nicht leitend sind. Es sollte beachtet werden, dass ein Shuntschalter, z. B. der Schalter 461, und ein Rückkopplungsschalter, z. B. der Schalter 462, deren erste Strom leitende Elektroden miteinander gekoppelt sind, nicht gleichzeitig leitend sein können, auch wenn sich die Zustände der Schalter 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 472, 473 und 474 in unterschiedlichen Konfigurationen befinden können.
  • Es sollte sich verstehen, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben mit Bezug auf 1 und 3–7 beschriebenen Ausführungsformen beschränkt wird. Um unterschiedliche Schaltungsschemata und -funktionen zu erzielen, kann ein ausgebildeter Fachmann verschiedene Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen vornehmen. Die Rückkopplungsschaltung 390 und der Rückkopplungscontroller 360 in der in 6 dargestellten Switched Capacitor-Schaltung 310 können zum Beispiel modifiziert und mit der in 4 dargestellten Switched Capacitor-Schaltung 110 kombiniert werden. Desgleichen können die Rückkopplungsschaltung 490 und der Rückkopplungscontroller 460 in der in 7 dargestellten Switched Capacitor-Schaltung 410 modifiziert und mit der in 5 dargestellten Switched Capacitor-Schaltung 210 kombiniert werden. Darüber hinaus kann die Überabtastung im Raumbereich der vorliegenden Erfindung in Kombination mit einer Überabtastung im Zeitbereich verwendet werden, um eine Abtastrate zu erzielen, die höher ist als diejenige einer Überabtastung im Raumbereich oder einer Überabtastung im Zeitbereich. Darüber hinaus wird die Switched Capacitor-Schaltung der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung in einer integrierten Schaltung beschränkt. Sie kann ebenfalls in anderen Signalverarbeitungsschaltungen, wie z. B. einem Sigma-Delta-Modulator, einem Digital-Analog-Umsetzer und dergleichen, verwendet werden.
  • In der Zwischenzeit sollte es sich verstehen, dass eine Switched Capacitor-Schaltung und ein Verfahren zum Reduzieren von Abtastrauschen darin zur Verfügung gestellt wurden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Reduzierung von Abtastrauschen dadurch erzielt, dass ein Signal im Raumbereich überabgetastet wird. Ähnlich wie eine Überabtastung im Zeitbereich, reduziert eine Überabtastung im Raumbereich das Abtastrauschen. Eine Überabtastung im Raumbereich erhöht jedoch die Abtastfrequenz nicht. Die Switched Capacitor-Schaltung und das Überabtastungsschema der vorliegenden Erfindung sind daher leistungseffizient und zur Verwendung in Niederfrequenzanwendungen ebenso geeignet wie zur Verwendung in Hochfrequenzanwendungen. Die Switched Capacitor-Schaltung der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel in Anwendungen zur drahtlosen Kommunikation verwendet werden. Bei einem Gerät zur drahtlosen Kommunikation, wie z. B. einem digitalen Mobiltelefon, einem Pager oder Ähnlichem, spielt der Energieverbrauch eine große Rolle. Dadurch, dass das Schema der vorliegenden Erfindung für eine Überabtastung im Raumbereich verwendet wird, kann die Batterielebensdauer eines Mobiltelefons auf wirksame Weise verlängert werden.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Reduzieren von Abtastrauschen, das die Schritte umfasst: Laden einer ersten Mehrzahl von Kondensatoren unter Verwendung eines ersten Eingangssignals; und serielles Zusammenkoppeln der ersten Mehrzahl von Kondensatoren; wobei das Verfahren durch den Schritt gekennzeichnet ist, dass eine Ladung, die in der ersten Mehrzahl von Kondensatoren gespeichert ist, zu einem Integrator (40, 90, 160, 260, 380, 480), der mit der ersten Mehrzahl von Kondensatoren in Reihe gekoppelt ist, übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Schritt zum Laden einer ersten Mehrzahl von Kondensatoren umfasst, dass das erste Eingangssignal und eine Referenzspannung an jeden Kondensator in der ersten Mehrzahl von Kondensatoren angelegt wird; und der Schritt zum Übertragen einer in der ersten Mehrzahl von Kondensatoren gespeicherten Ladung zu einem Integrator (40) umfasst, dass die erste Mehrzahl von Kondensatoren seriell zwischen einen ersten Eingang des Integrators (40) und die Referenzspannung gekoppelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Schritt zum Laden einer ersten Mehrzahl von Kondensatoren umfasst, dass eine Referenzspannung und das erste Eingangssignal an einen ersten Kondensator in der ersten Mehrzahl von Kondensatoren angelegt wird; dass das erste Eingangssignal und ein zweites Eingangssignal über einen zweiten Kondensator in der ersten Mehrzahl von Kondensatoren angelegt wird; und dass das zweite Eingangssignal und die Referenzspannung an einen dritten Kondensator in der ersten Mehrzahl von Kondensatoren angelegt wird; und der Schritt zum Übertragen einer in der ersten Mehrzahl von Kondensatoren gespeicherten Ladung zu einem Integrator (90) umfasst, dass die erste Mehrzahl von Kondensatoren seriell zwischen einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang des Integrators (90) gekoppelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das darüber hinaus die Schritte umfasst: Erzeugen eines ersten Rückkopplungssignals aus einem ersten Ausgangssignal des Integrators; selektives Laden von Kondensatoren in einer zweiten Mehrzahl von Kondensatoren unter Verwendung des ersten Rückkopplungssignals; und Übertragen einer Ladung, die in der zweiten Mehrzahl von Kondensatoren gespeichert ist, zu dem Integrator, während die in der ersten Mehrzahl von Kondensatoren gespeicherte Ladung zu einem Integrator übertragen wird.
  5. Schaltung, die umfasst: eine erste Mehrzahl von Integrierschaltern (22–28), wobei jeder Integrierschalter in der ersten Mehrzahl von Integrierschaltern eine Steuerelektrode, die gekoppelt ist, um ein erstes Taktsignal (Φ2) zu empfangen, eine erste Strom leitende Elektrode und eine zweite Strom leitende Elektrode aufweist; eine erste Mehrzahl von Abtastkondensatoren (23–27), seriell mit der ersten Mehrzahl von Integrierschaltern gekoppelt, um eine erste Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Abtastkondensatoren zu bilden, wobei jeder Abtastkondensator in der ersten Anordnung eine erste Elektrode, die mit der zweiten Strom leitenden Elektrode eines vorangehenden Integrierschalters gekoppelt ist, und eine zweite Elektrode, die mit der ersten Strom leitenden Elektrode eines nachfolgenden Integrierschalters gekoppelt ist, aufweist, wobei die erste Strom leitende Elektrode eines ersten Integrierschalters in. der ersten Anordnung gekoppelt ist, um eine erste Referenzspannung (15; VREF)zu empfangen; eine erste Mehrzahl von Abtastschaltern (33, 35, 37), wobei jeder Abtastschalter in der ersten Mehrzahl von Abtastschaltern eine Steuerelektrode, die gekoppelt ist, um ein zweites Taktsignal (Φ1) zu empfangen, eine erste Strom leitende Elektrode, die mit der ersten Elektrode eines entsprechenden Abtastkondensators in der ersten Anordnung gekoppelt ist, und eine zweite Strom leitende Elektrode, die gekoppelt ist, um ein erstes Eingangssignal zu empfangen, aufweist; und eine zweite Mehrzahl von Abtastschaltern (34, 36, 38), wobei jeder Abtastschalter in der zweiten Mehrzahl von Abtastschaltern eine Steuerelektrode, die gekoppelt ist, um das zweite Taktsignal (Φ1) zu empfangen, eine erste Strom leitende Elektrode, die mit der zweiten Elektrode eines entsprechenden Abtastkondensators in der ersten Anordnung gekoppelt ist, und eine zweite Strom leitende Elektrode, die gekoppelt ist, um ein erstes Referenzsignal zu empfangen, aufweist; wobei die Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Integrator (40) einen ersten Eingang, der mit der zweiten Strom leitenden Elektrode eines letzten Integrierschalters (28) in der ersten Anordnung gekoppelt wird, so dass er mit der ersten Mehrzahl von Abtastkondensatoren in Reihe gekoppelt ist, und einen ersten Ausgang, der gekoppelt ist, um ein erstes Ausgangssignal zu übertragen, aufweist.
  6. Schaltung nach Anspruch 5, die darüber hinaus umfasst: eine Rückkopplungsschaltung (390), die einen Eingang, der mit dem ersten Ausgang des Integrators (380) gekoppelt ist, einen Ausgang und einen digitalen Steuersignalport aufweist; eine zweite Mehrzahl von Integrierschaltern, wobei jeder Integrierschalter in der zweiten Mehrzahl von Integrierschaltern eine Steuerelektrode, die gekoppelt ist, um das erste Taktsignal zu empfangen, eine erste Strom leitende Elektrode und eine zweite Strom leitende Elektrode aufweist; eine Mehrzahl von Rückkopplungskondensatoren, seriell mit der zweiten Mehrzahl von Integrierschaltern gekoppelt, um eine Anordnung aus alternierenden Integrierschaltern und Rückkopplungskondensatoren zu bilden, wobei jeder Rückkopplungskondensator in der Anordnung eine erste Elektrode, die mit der zweiten Strom leitenden Elektrode eines vorangehen den Integrierschalters gekoppelt ist, und eine zweite Elektrode, die mit der ersten Strom leitenden Elektrode eines nachfolgenden Integrierschalters gekoppelt ist, aufweist, wobei die erste Strom leitende Elektrode eines ersten Integrierschalters in der Anordnung gekoppelt ist, um die erste Referenzspannung zu empfangen; eine dritte Mehrzahl von Abtastschaltern, wobei jeder Abtastschalter in der dritten Mehrzahl von Abtastschaltern eine Steuerelektrode, die gekoppelt ist, um das zweite Taktsignal zu empfangen, eine erste Strom leitende Elektrode, die mit der ersten Elektrode eines entsprechenden Rückkopplungskondensators in der Anordnung gekoppelt ist, und eine zweite Strom leitende Elektrode aufweist; eine vierte Mehrzahl von Abtastschaltern, wobei jeder Abtastschalter in der vierten Mehrzahl von Abtastschaltern eine Steuerelektrode, die gekoppelt ist, um das zweite Taktsignal zu empfangen, eine erste Strom leitende Elektrode, die mit der zweiten Elektrode eines entsprechenden Rückkopplungskondensators in der Anordnung gekoppelt ist, und eine zweite Strom leitende Elektrode, die gekoppelt ist, um die erste Referenzspannung zu empfangen, aufweist; eine Mehrzahl von Shuntschaltern, wobei jeder Shuntschalter in der Mehrzahl von Shuntschaltern eine Steuerelektrode, die mit dem digitalen Steuersignalport der Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, eine erste Strom leitende Elektrode, die mit der zweiten Strom leitenden Elektrode eines entsprechenden Abtastschalters in der dritten Mehrzahl von Abtastschaltern gekoppelt ist, und eine zweite Strom leitende Elektrode, die gekoppelt ist, um die erste Referenzspannung zu empfangen, aufweist; und eine Mehrzahl von Rückkopplungsschaltern, wobei jeder Rückkopplungsschalter in der Mehrzahl von Rückkopplungsschaltern eine Steuerelektrode, die mit dem digitalen Steuersignalport der Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, eine erste Strom leitende Elektrode, die mit der ersten Strom leitenden Elektrode eines entsprechenden Shuntschalters gekoppelt ist, und eine zweite Strom leitende Elektrode, die mit dem Ausgang der Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, aufweist.
  7. Schaltung nach Anspruch 6, wobei die Steuerelektroden der Mehrzahl von Shuntschaltern und die Steuerelektroden der Mehrzahl von Rückkopplungsschaltern über ein dynamisches Rotationselement mit dem digitalen Steuersignalport der Rückkopplungsschaltung gekoppelt sind, wobei das dynamische Rotationselement einen mit dem digitalen Steuersignalport der Rückkopplungsschaltung gekoppelten Eingang und einen Ausgangsport, der mit den Steuerelektroden der Mehrzahl von Shuntschaltern und mit den Steuerelektroden der Mehrzahl von Rückkopplungsschaltern gekoppelt ist, aufweist.
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