DE60317593T2

DE60317593T2 - Eintakt- zu Gegentaktkonverter mit Gleichtaktspannungssteuerung

Info

Publication number: DE60317593T2
Application number: DE60317593T
Authority: DE
Inventors: Jan Mulder; Marcel Lugthart; Chi-Hung Lin
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: US20030184380A1; US20040164770A1; US20050140446A1; EP1349273A3; US6727756B2; US7800449B2; US6873210B2; DE60317593D1; EP1349273A2; EP1349273B1; US6771127B2; US20030197561A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Eintakt-Gegentakt-Umwandlung. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltungstechnik zur Durchführung einer Dämpfung und einer Eintakt-Gegentakt-Umwandlung mit einer Gleichtaktspannungssteuerung auf einem einzigen integrierten Schaltkreis (IC; integrated circuit).
Stand der Technik
Fortschritte bei der Konfektionierung von elektronischen Geraten versehen die Designer von elektronischen Systemen mit der Fähigkeit, eine erhöhte Anzahl von Funktionen auf einem einzigen IC unterzubringen. Solche ICs sind vor allem für Anwendungen mit niedriger Versorgungsspannung gut geeignet, insbesondere diejenigen ICs, die die Verarbeitung von analogen Signalen unterbringen können. Auf diese Weise sind Designer von elektronischen Systemen in der Lage, durch die Kombinierung zahlreicher Funktionen auf einem einzigen IC gewaltige Einsparungen bezüglich des Stromverbrauchs und des Platzes zu realisieren. Selbst größere Funktionsvorteile können durch die Auswahl bestimmter Signalverarbeitungstechniken, die auf diesen ICs verwendet werden sollen, realisiert werden.
So wird zum Beispiel in dem Fall von analogen Signalen auf einzelnen ICs die Gegentaktsignalverarbeitung der Eintaktverarbeitung vorgezogen, weil sie eine bessere Unterdrückung von Netzteilrauschen und Substratrauschen bereitstellt. Die Gegentaktsignalverarbeitung ist auch von Natur aus besser bei der Unterdrückung von Gleichtaktspannungen als die Eintaktverarbeitung. Zu Zwecken der Veranschaulichung wird die Gegentaktsignalverarbeitung für gewöhnlich in Ein-Chip-Videoempfängern verwendet, die auch als chipinterne Empfänger bekannt sind. In chipinternen Empfängern profitieren bestimmte Anwendungen aber oft mehr von dem Eingang von Eintaktsignalen als von dem Eingang von Gegentaktsignalen. Auch vom Standpunkt der Hardware aus können Eintaktsignale als Schaltkreiseingänge bevorzugt sein, weil sie leichter als Schaltkreiseingänge bereitgestellt werden können und billiger produziert werden können als ihre Gegentaktversionen. Wenn Eintaktsignale als Schaltkreiseingänge bereitgestellt werden, umfassen herkömmliche chipinterne Empfänger normalerweise eine zusätzliche chipinterne Schaltung, um die empfangenen Eintaktsignale in Gegentaktsignale umzuwandeln, um die vorteilhaftere Gegentaktsignalverarbeitung zu ermöglichen.
Es existiert eine Anzahl von traditionellen Techniken zur Umwandlung von Eintaktsignalen in Gegentaktsignale. Eine populäre Technik umfasst die Umwandlung des Eintaktsignals von dem Spannungsbereich in den Strombereich. Bei dieser speziellen Technik wird das Eintaktsignal an einem der Eingänge eines Spannungs-Strom-Wandlers empfangen. In Reaktion darauf erzeugt der Wandler an seinem Ausgang ein Gegentaktsignal, das eine positive Signalkomponente und eine negative Signalkomponente aufweist. Beide Signalkomponenten befinden sich aber in dem Strombereich. Um dieses Gegentaktstromsignal von dem Strombereich in den Spannungsbereich umzuwandeln, wird das Gegentaktsignal zu einem Strom-Spannungs-Wandler, wie zum Beispiel einem Widerstand, weitergeleitet, um schließlich das Gegentaktspannungssignal zu erzeugen. Ein Nachteil dieses Lösungswegs besteht darin, dass er nicht sehr gut für Niederspannungs-Stromversorgungsgeräte geeignet ist. Genauer gesagt ist es schwierig, diesen Lösungsweg in die Spannungsbelastbarkeitsbeschränkungen von Niederspannungs-Stromversorgungen einzupassen.
Eine andere Technik zur Umwandlung von Eintaktsignalen in Gegentaktsignale umfasst die Verwendung eines Gegenkopplungs-Differentialpaars (degenerste differential pair). Aber wenn eine Seite eines Gegenkopplungs-Differentialpaars mit einem relativ großen Signal versehen wird, während die andere Seite gleichzeitig auf einer konstanten Spannung belassen wird, ist es extrem schwierig, eine akzeptable Linearität zu erzielen. Das Versehen einer Seite eines Gegenkopplungs-Differentialpaars mit einem großen Signal und das Belassen der anderen Seite bei einer konstanten Spannung wird benötigt, um ein Eintaktsignal in ein Gegentaktsignal umzuwandeln.
Zusätzlich zu den Eintakt-Gegentakt-Wandlern sind auch Dämpfungsglieder Schaltungen, die allgemein in chipinternen Empfängern verwendet werden. Wenn sie zur Dämpfung von Eingangssignalen verwendet werden, kann der Dynamikbereich von Dämpfungsgliedern so eingestellt werden, dass er in den Dynamikbereich von nachfolgenden Signalverarbeitungsblöcken, wie zum Beispiel Abtast- und Halte-Schaltungen oder Analog-Digital-Wandler (ADCs; analog-to-digital converters), passt.
Obwohl zahlreiche traditionelle Techniken existieren, um Eintaktsignale in Gegentaktsignale umzuwandeln, stellen Niederspannungs-Stromversorgungen oftmals keine ausreichende Spannungsbelastbarkeit bereit, um eine effiziente Verwendung dieser traditionellen Techniken unterzubringen. Als Folge davon besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung, die einen verbesserten Lösungsweg für die Umwandlung von Eintaktsignalen in Gegentaktsignale ohne die Nachteile der oben erörterten traditionellen Lösungswege bereitstellt. Es besteht auch ein Bedarf daran, eine verbesserte Eintakt-Gegentakt-Umwandlungstechnik und ein Dämpfungsglied auf einem einzigen Chip bereitzustellen, um Strom zu sparen und den Leiterplattenplatz zu optimieren.
Die US 3,516,005 beschreibt ein Verstärkersystem zur Verbesserung von gewünschten Gegentakt-Eingangssignalen, die verstärkt werden sollen, während unerwünschte Gleichtakt-Eingangssignale unterdrückt werden, indem der letztgenannte Signalmodus an den Eingängen des Haupt-Differenzverstärkers unter Verwendung eines inversen Löschsignals ausgelöscht wird, das in einem Hilfsverstärkerpfad invertiert wird und zu den Eingängen des Hauptdifferenzverstärkers zurückgeleitet wird, wobei der Hilfsverstärker keine Signalkomponenten weiterleitet, die an das Gesamt-Verstärkersystem im Gegentakt (Push-Pull) angelegt werden.
Die US 6,160,446 beschreibt einen integrierten Schaltkreis, der einen symmetrischen Differenzverstärker (balanced differential amplifier) umfasst. Der symmetrische Differenzverstärker weist einen ersten Eintakt-Differenzverstärker auf, der an einem ersten negativen Gegentakt-Eingangsanschluss mit einem ersten Eingangssignal durch eine Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, die auch mit einem Ausgangsanschluss des ersten Verstärkers gekoppelt ist. Der erste Verstärker ist auch an einem ersten positiven Gegentakt-Eingangsanschluss mit einem zweiten Eingangssignal durch einen ersten Widerstand und mit einer Referenzspannung gekoppelt. Der symmetrische Differenzverstärker weist auch einen zweiten Eintakt-Differenzverstärker auf, der an einem zweiten negativen Gegentakt-Eingangsanschluss mit dem zweiten Eingangssignal durch eine zweite Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, die auch mit einem Ausgangsanschluss des zweiten Verstärkers gekoppelt ist. Der zweite Verstärker ist auch an einem zweiten positiven Gegentakt-Eingangsanschluss mit dem ersten Eingangssignal durch einen zweiten Widerstand und mit der Referenzspannung gekoppelt.
Gemäß der Erfindung ist eine Schaltung, wie sie von dem unabhängigen Anspruch 1 definiert ist, und ein Verfahren zum Umwandeln eines Eintaktsignals in ein Gegentaktsignal bereitgestellt, wie es von dem unabhängigen Anspruch 6 definiert ist.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden von den abhängigen Unteransprüchen definiert.
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen die Fähigkeit, die Funktionen eines Eintakt-Gegentakt-Wandlers mit geringem Stromverbrauch und eines Dämpfungsglieds auf einem einzigen IC vorteilhaft zu kombinieren. Dieser Lösungsweg erhöht die Performanz und stellt zusätzlichen Platz auf dem IC für die Integration von zusätzlichen Funktionen bereit. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind die Fähigkeit, eine Eintakt-Gegentakt-Umwandlung in einer Art und Weise bereitzustellen, die in die Spannungsbelastungsbeschränkungen von Niederspannungs-Stromversorgungen passt, und eine Bereitstellung einer Steuerung für die Gleichtaktspannung in einer effizienten Art und Weise.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen, die hier aufgenommen sind und einen Teil der Patentschrift bilden, veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und erläutern zusammen mit der Beschreibung den Zweck, die Vorteile und die Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen ist:
1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung der vorliegenden Erfindung;
2 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Schaltung, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut und angeordnet ist;
3 ein schematisches Diagramm der Schaltung von 2, die Spannungspuffer (voltage buffers) enthält;
4 ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Verstärkers, der in den Schaltungen von 2 und 3 verwendet wird;
5 ein Blockdiagramm eines Dämpfungsglieds mit programmierbarer Verstärkung, das in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das die vorliegende Erfindung praktiziert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die exemplarische Ausführungsbeispiele veranschaulichen, die in Einklang mit der vorliegenden Erfindung sind. Deshalb ist die nachfolgende ausführliche Beschreibung nicht als eine Beschränkung der Erfindung gedacht. Vielmehr ist der Schutzumfang der Erfindung durch die angehängten Ansprüche definiert.
Es wäre einem Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung, wie sie unten beschrieben ist, in vielen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen von Hardware, Software, Firmware und/oder den Entitäten implementiert werden kann, die in den Figuren veranschaulicht sind. Jeder tatsachliche Software-Code mit spezialisierter gesteuerter Hardware zur Implementierung der vorliegenden Erfindung stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Deshalb werden die Wirkungsweise und das Verhalten der vorliegenden Erfindung mit dem Verständnis beschrieben, dass Modifikationen und Variationen der Ausführungsbeispiele auf der Basis der hier präsentierten Einzelheiten möglich sind.
1 ist ein Blockdiagramm des exemplarischen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In 1 enthalten ist eine Schaltung 100, die einen Wandler 102 und einen Stabilisierungskreis 106 umfasst. Der Wandler 102 ist bereitgestellt, um ein Eintakt-Eingangssignal V_sig, das an einem Eingangsanschluss 101 empfangen wird, in ein Gegentakt-Ausgangssignal V_out umzuwandeln. Das Gegentakt-Ausgangssignal V_out wird dann an jeweiligen positiven und negativen Gegentakt-Ausgangsanschlüssen 104 und 105 bereitgestellt. Um den Wandler 102 symmetrisch zu gestalten, wird ein Eingangsanschluss 103 zum Empfangen eines passenden Gleichstrom-Spannungssignals V_dc als einen Eingang bereitgestellt. Das heißt, das Signal V_dc, das von einer Gleichstrom-Spannungsquelle bereitgestellt wird, weist einen Spannungspegel auf, der im Wesentlichen äquivalent zu einem Spannungspegel des Signals V_sig ist. Der Wandler 102 empfangt, wie unten noch ausführlicher erörtert werden wird, die Eingangssignale V_sig und V_dc und wandelt diese Signale in das Gegentakt-Ausgangssignal V_out um. Die Symmetrie zwischen der Beziehung von V_sig und V_dc minimiert das Substratrauschen, da Signale, die ungefähr äquivalente Signalpegel aufweisen, an beiden Seiden des Wandlers 102 eingegeben werden. In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel liegt der Grad, in dem die Pegel zwischen V_sig und V_dc übereinstimmen, innerhalb etwa ± 10%, obwohl andere Toleranzen ausgewählt werden können. Diese Symmetrie stellt einen Grad von Ausgleich für den Wandler bereit und verhindert das Auftreten von Substratrauschen und anderem Rauschen, das an den Ausgangsanschlüssen 104 und 105 auftritt.
Wie oben angemerkt worden ist, umfasst eine populäre Technik zur Umwandlung von Eintaktsignalen in Gegentaktsignale das Umwandeln des empfangenen Eintaktsignals von dem Spannungsbereich in den Strombereich und dann zurück in den Spannungsbereich. Obwohl diese Technik nicht besonders gut für eine Niederspannungs-Anwendung geeignet ist, ist ein inhärenter Vorteil die Eliminierung von unerwünschten Gleichtaktspannungen. Wie im Fachgebiet bekannt ist, können sich Gleichtaktspannungen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Faktoren wie zum Beispiel einer inkorrekten Schaltungserdung oder durch Rauschen in der eigentlichen Eingangsquelle, etc. ergeben. Das Umwandeln von Eintaktsignalen in Gegentaktsignale unter Verwendung der Spannungs-Strom-Umwandlungstechnik beseitigt diese unerwünschten Gleichtaktspannungskomponenten. In der vorliegenden Erfindung ist aber anstatt der oben erörterten Spannungs-Strom-Umwandlungstechnik der Stabilisierungskreis 106 bereitgestellt, um unerwünschte Gleichtaktspannungskomponenten zu entfernen.
Der Stabilisierungskreis 106 umfasst einen Sensor 107 und einen Komparator 108. Der Sensor 107 ist konfiguriert, um den Gleichtaktspannungspegel des Gegentakt-Ausgangssignals V_out zu erfassen. Insbesondere ist der Sensor 107 mit dem Wandler 102 über Verbindungszuleitungen 109 gekoppelt und empfängt das Gegentaktsignal V_out als einen Eingang dazu. Der Sensor 107 stellt dann eine Messung des Gleichtaktspannungspegels des Gegentakt-Ausgangssignals V_out dem Komparator 108 bereit. Der Komparator 108 empfangt auch ein Referenz-Gleichtaktspannungssignal V_cm als einen Eingang von einer Referenzspannungsquelle (nicht gezeigt). Der Komparator 108 vergleicht den gemessenen Gleichtaktspannungspegel des Gegentaktsignals V_out mit dem Referenz-Gleichtaktspannungssignal V_cm und stellt ein Einstellsignal V_adj an einem Ausgangsanschluss 110 des Komparators 108 bereit. Das Einstellsignal ist repräsentativ für den Unterschied zwischen dem Referenz-Gleichtaktspannungssignal V_cm und dem Gleichtaktspannungspegel des Gegentakt-Aus gangssignals V_out. Das Einstellsignal V_adj wird dann dem Wandler 102 entlang eines Rückkopplungspfades 111 bereitgestellt, um den Gleichtaktspannungspegel des Gegentakt-Ausgangssignals V_out einzustellen.
Obwohl der Ausgang des Komparators 108 in einer Vielzahl von unterschiedlichen Weisen verwendet werden kann, ist der Wert des Einstellsignals V_adj, das davon ausgegeben wird, im Wesentlichen gleich einer Differenz zwischen der Spannung V_cm und dem Gleichtaktspannungspegel des Gegentakt-Ausgangssignals V_out. Deshalb ist das Einstellsignal V_adj dahingehend wirksam, den Gleichtaktspannungspegel des Gegentaktsignals V_out, genauer gesagt einen nachfolgenden Gleichtaktspannungspegel von V_out einzustellen. Das heißt, das Einstellsignal stellt den Gleichtaktspannungspegel des Gegentakt-Ausgangssignals V_out während eines nachfolgenden Betriebs-Timing-Zyklus der Schaltung 100 ein.
2 stellt eine ausführlichere Ansicht der Schaltung 100 bereit, die den Wandler 102 und den Stabilisierungskreis 106 umfasst. Der Wandler 102 umfasst ein Dämpfungsglied, das aus zwei Sätzen von Impedanzvorrichtungen 206a/206b und 208a/208b gebildet wird. Die primäre Funktion der Impedanzvorrichtungen 206a/206b und 208a/208b liegt darin, V_sig zu dampfen und V_sig in ein Gegentaktsignal umzuwandeln. Wie in 2 gezeigt ist, sind die Impedanzvorrichtungen 208a und 208b nebeneinander angeordnet und miteinander in Reihe geschaltet. Die Impedanzvorrichtung 206a ist in Reihe mit der Impedanzvorrichtung 208a geschaltet, und die Impedanzvorrichtung 206b ist in Reihe mit der Impedanzvorrichtung 208b geschaltet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen die Impedanzvorrichtungen 206a und 206b einen im Wesentlichen gleichen Impedanzwert (Z₁) auf, und die Impedanzvorrichtungen 208a und 208b weisen einen im Wesentlichen gleichen Impedanzwert (Z₂) auf. Außerdem wird der Wert der Impedanzvorrichtungen 206a und 206b als eine Funktion des gewünschten Grades an Dämpfung gewählt, der von dem Wandler 102 bereitgestellt werden soll. Ein Verbindungsknoten zwischen den Impedanzvorrichtungen 206a und 208a bildet den Ausgangsanschluss 104, und ein Verbindungsknoten zwischen den Impedanzvorrichtungen 206b und 208b bildet den Ausgangsanschluss 105. Der Signaleingangsanschluss 101 wird von einer unverbundenen Seite der Impedanzvorrichtung 206a ge bildet. Des Weiteren wird der Signaleingangsanschluss 103 von einer unverbundenen Seite der Impedanzvorrichtung 206b gebildet.
Wie oben erklärt worden ist, wird während des Betriebs der Schaltung 100 das Eintakt-Eingangssignal V_sig dem Eingangsanschluss 101 bereitgestellt und das Gleichstrom-Spannungssignal V_dc wird an dem Eingangsanschluss 103 bereitgestellt. Obwohl das Gegentaktsignal V_out auch als ein Ergebnis dessen erzeugt werden kann, dass nur das Eingangssignal V_sig an den Eingangsanschluss 101 angelegt wird, wird das Eingangssignal V_dc an dem Eingangsanschluss 103 bereitgestellt, um den Wandler 102 symmetrisch zu machen, wie dies oben erörtert worden ist. Wenn V_sig und V_dc an die jeweiligen Eingangsanschlüsse 101 und 103 in einer nahezu simultanen Art und Weise angelegt werden, wird das Gegentakt-Ausgangssignal V_out an den Ausgangsanschlüssen 104 und 105 erzeugt.
Die Umwandlungstechnik, die von dem Wandler 102 verwendet wird, stellt eine beträchtliche Verbesserung bei der Linearität gegenüber den herkömmlichen Lösungswegen bereit. Zum Beispiel ist in Videoanwendungen eine Linearität von etwa 60 dB oder besser wünschenswert, um eine adäquate Verarbeitung von Videosignalen zu gewährleisten. Aber wenn die Gegenkopplungs-Differentialpaar-Technik (degenerste differential pair technique) der herkömmlichen Lösungswege verwendet wird, kann die erreichte Linearität viel weniger als 60 dB betragen. In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind aber Linearitäten von etwa 80 dB möglich, was mehr als 20 dB besser als die herkömmlichen Lösungswege ist. Obwohl die Umwandlungstechnik der vorliegenden Erfindung eine bessere Linearität bereitstellt, fehlt ihr die inhärente Gleichtaktunterdrückungsfähigkeit, die den herkömmlichen Lösungswegen innewohnt. Deshalb wird der Stabilisierungskreis 106 bereitgestellt, um die Gleichtaktspannung des Gegentaktsignals V_out zu unterdrücken.
Der Gleichtaktsensor 107 des Stabilisierungskreises 106 enthält einen dritten Satz von Impedanzvorrichtungen 210a und 210b, die auch in Reihe geschaltet sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Impedanzvorrichtungen Widerstände oder irgendwelche anderen geeigneten Vorrichtungen sein. Die Impedanzvorrichtungen 210a und 210b weisen auch einen im Wesentlichen gleichen Impedanzwert Z_sense auf. Ferner ist in den meisten Anwendungen der Impedanzwert der Impedanzvorrichtungen 210a und 210b höher als der Impe danzwert der Vorrichtungen 208a und 208b. Ein Ende der Vorrichtung 210a ist mit dem Ausgangsanschluss 104 gekoppelt, und ein Ende der Impedanzvorrichtung 210b ist mit dem Ausgangsanschluss 105 gekoppelt. Auf diese Weise verbunden sind die Impedanzvorrichtungen 210a und 210b angeordnet, um die Gleichtaktspannung des Gegentakt-Ausgangssignals V_out zu messen.
Wie ebenfalls in 2 gezeigt ist, ist ein Verbindungsknoten 213 zwischen den Impedanzvorrichtungen 210a und 210b gebildet und ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss 216 des Komparators 108 gekoppelt. Der Komparator 108 kann zum Beispiel ein Operationsverstärker sein. Die Referenz-Gleichtaktspannung V_cm wird als ein Eingang zu einem nichtinvertierenden Eingangsanschluss 214 bereitgestellt. Die Referenzspannung V_cm kann von jeder herkömmlichen Spannungserzeugungseinrichtung bereitgestellt werden. Schließlich ist der Ausgangsanschluss 110 über den Rückkopplungspfad 111 mit einem Knoten 218 zwischen den Impedanzvorrichtungen 208a und 208b verbunden, wodurch ein negativer Rückkopplungsmechanismus bereitgestellt wird. Der Komparator 108 empfängt die erfasste Gleichtaktspannung von dem Sensor 107, vergleicht diese mit der Referenz-Gleichtaktspannung V_cm und stellt die erfasste Gleichtaktspannung so ein, dass sie mit V_cm übereinstimmt. Das heißt, der Komparator 108 stellt eine Push-Pull-Anordnung bereit, die die Gleichtaktspannung des Gegentakt-Ausgangssignals V_out niederdrückt, wenn die Gleichtaktspannung größer als V_cm ist, und die die Gleichtaktspannung erhöht, wenn die Gleichtaktspannung kleiner als V_cm ist.
Da die meisten Schaltungen, die Ausgänge von Eintakt-Gegentakt-Wandlern empfangen, wie etwa Abtast- und Halte-Schaltungen und ADCs, empfindlich gegenüber einem Gleichtaktsprung sind, wird eine effiziente Technik für die Steuerung der Gleichtaktspannungen gewünscht, die mit dem Gegentaktsignal V_out assoziiert sind. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Einstellsignal, das an dem Ausgangsanschluss 110 bereitgestellt wird, in den Wandler bei dem Knoten 218 injiziert, um den Gleichtaktausgang des Gegentakt-Ausgangssignals V_out einzustellen. Die Gleichtaktspannung, die mit V_out assoziiert ist, kann in Übereinstimmung mit der oben erörterten Technik nach oben oder nach unten angepasst werden. Obwohl die Gleichtakteinstellung bei dem Gegentakt-Ausgangssignal V_out schnell erfolgt, treten solche Rückkopplungsanordnungen selten in Echtzeit auf. Das heißt, die Gleichtakteinstellungen bei V_out werden normalerweise während einer Betriebs-Timing-Phase stattfinden, die eine andere als die der Eingänge V_sig und V_dc ist.
Wenn die Spannungswerte V_sig und V_dc geeignet sind, um die gesamte Schaltung 100 zu steuern, können sie direkt an die Eingangsanschlüsse 101 und 103 angelegt werden, wie dies in 2 gezeigt ist. Wenn V_sig und V_dc aber andererseits nicht für die Aussteuerung der gesamten Schaltung 100 geeignet sind, dann können Spannungspuffer an den Eingangsanschlüssen 101 und 103 benötigt werden, wie in 3 gezeigt, um eine gesteigerte Aussteuerfähigkeit bereitzustellen.
3 ist eine Veranschaulichung der Schaltungsanordnung von 2, die so modifiziert ist, das sie Spannungspuffer 300 und 304 umfasst. Die Spannungspuffer 300 und 304 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen 101 und 103 verbunden. Die Puffer 300 und 304 können zum Beispiel aus Operationsverstärkern gebildet sein. Der Spannungspuffer 300 umfasst einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss 302, der das Eingangssignal V_sig als einen Eingang empfangen kann, und einen invertierenden Eingangsanschluss 303, der mit einem Pufferausgangsanschluss 305 gekoppelt ist. Der Ausgangsanschluss 305 ist mit dem Eingangsanschluss 101 des Wandlers 102 verbunden. In ähnlicher Weise umfasst der Spannungspuffer 304 einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss 306, der das Eingangssignal V_dc als einen Eingang empfangen kann, und einen invertierenden Eingangsanschluss 308, der mit einem Pufferausgangsanschluss 309 gekoppelt ist. Der Ausgangsanschluss 309 ist mit dem Eingangsanschluss 103 des Wandlers 102 verbunden. In dieser Anordnung speist das Dämpfungsglied, das von den Impedanzvorrichtungen 206a, 206b, 208a und 208b gebildet wird, die Ausgänge der Puffer 300 und 304. Die Puffer dampfen dann V_sig in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck:
Die Gegentakt-Ausgangsspannung V_out ist der Ausgang des Wandlers 102. Wie oben dargelegt worden ist, werden die Puffer 300 und 304 aber dann, wenn die Signale V_sig und V_dc für die Aussteuerung an der Steuerung 100 ausreichend sind, nicht benötigt.
Die Eignung des Wandlers 102, der in den 2 und 3 gezeigt ist, für den Betrieb in einer Niederspannungsumgebung hängt von der Implementierung der Verstärker ab, die in dem Komparator 108 und den Spannungspuffern 300 und 304 verwendet werden. 4 zeigt eine beispielhafte, wohl bekannte Operationsverstärkerimplementierung, die für diese Anwendung geeignet ist. Der Operationsverstärker (Opamp) weist jeweilige invertierende und nichtinvertierende Eingangsanschlüsse, die mit (–in) und (+ip) bezeichnet sind, und einen Ausgangsanschluss auf, der mit (out) bezeichnet wird.
Jede Schaltung, die in den 2 und 3 gezeigt ist, ist im Wesentlichen intern symmetrisch, mit Ausnahme der Tatsache, dass jede in einer Eintaktweise angesteuert wird. Die Symmetrie ist von Nutzen für die Unterdrückung des Netzteilrauschens und des Substratrauschens, wobei die Symmetrie als die Fähigkeit zum Swapping von V_sig und V_dc definiert ist, und für die Verwendung von virtuell identischen Schaltungskomponenten auf jeder Seite des Wandlers 102, wie dies zum Beispiel in den 2 und 3 gezeigt ist. Im Falle von 3 kann der Wandler 102, obwohl er als ein Eintakt-Gegentakt-Wandler konfiguriert ist, auch im Gegentakt betrieben werden, indem ein Gegentaktsignal an die Spannungspuffer 300 und 304 angelegt wird.
Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann auch so konfiguriert sein, dass es eine Programmierbarkeit unterbringt. Zum Beispiel zeigt 5 ein herkömmliches Dämpfungsglied 500 mit programmierbarer Verstärkung, das direkt mit den Ausgangsanschlüssen 104 und 105 des Eintakt-Gegentakt-Wandlers verbunden werden kann, um es einem Benutzer so zu erlauben, spezifische Dämpfungswerte zu programmieren, die zu dem Ausgangssignal V_out in Bezug stehen.
6 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Praktizierung der Erfindung. Wie in 6 gezeigt ist und unter Bezugnahme auf 2 erläutert worden ist, beginnt der Umwandlungsprozess, indem von der Schaltung 100 ein Eintaktsignal an dem Eingangsanschluss 101 und ein Gleichstromsignal an dem Eingangsanschluss 103 empfangen wird, wie im Block 600 von 6 beschrieben ist. Als nächstes wird das Eintaktsignal gedampft und ein Gegentaktsignal wird an den Ausgangsanschlüssen 104 und 105 erzeugt, wie dies in Block 602 beschrieben wird.
Der Sensor 107 misst den Gleichtaktspannungspegel des Gegentaktsignals und stellt den erfassten Gleichtaktspannungspegel dem invertierenden Eingangsanschluss 216 des Komparators 108 bereit, wie dies jeweils in den Blöcken 604 und 606 beschrieben wird. Als nächstes wird das Referenzsignal V_cm an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators 108 bereitgestellt und wird mit dem erfassten Gleichtaktspannungspegel des Gegentaktsignals verglichen, wie dies jeweils in den Blöcken 608 und 610 beschrieben wird. Schließlich wird ein Einstellsignal an dem Ausgangsanschluss 110 des Komparators 108 entlang des Pfades 111 bereitgestellt. Das Einstellsignal wird in den Wandler 102 injiziert, um den nachfolgenden Gleichtaktspannungspegel des Gegentaktsignals auf der Grundlage des Einstellsignals einzustellen, wie dies jeweils in den Blöcken 612, 614 und 616 beschrieben ist.
SCHLUSSFOLGERUNG
Unter Verwendung der Technik der vorliegenden Erfindung kann ein Eintaktsignal in ein Gegentaktsignal in einer Niederspannungsumgebung umgewandelt werden, die im Vergleich zu herkömmlichen Techniken beträchtlich verbesserte Linearitätscharakteristiken aufweist. Die Technik der vorliegenden Erfindung kann auch dazu verwendet werden, unerwünschte Gleichtaktspannungen in einer stabilen Art und Weise einzustellen und zu unterdrücken. Schließlich können die Funktionen der Eintakt-Gegentakt-Umwandlung, der Dämpfung und der Gleichtaktspannungseinstellung kombiniert und auf einem einzigen IC bereitgestellt werden, um Hardware-Einsparungen bei assoziierten Leiterplatten bereitzustellen.
Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele stellt eine Veranschaulichung und Beschreibung bereit, ist aber nicht in einem erschöpfenden oder beschränkenden Sinne für die Erfindung im Hinblick auf die präzise offenbarte Form gedacht. Modifikationen und Variationen, die mit den obigen Lehren in Einklang sind, sind möglich oder können aus der Praktizierung der Erfindung erworben werden. Deshalb ist anzumerken, dass der Schutzumfang der Erfindung von den Ansprüchen definiert wird.

Claims

Schaltung (100) mit: ersten und zweiten Paaren von Impedanzvorrichtungen (208a, 208b, 206a, 206b), die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Vorrichtungen des ersten Paars (208a, 208b) nebeneinander liegend positioniert sind und jeweilige nebeneinander liegende Enden aufweisen, die elektrisch miteinander gekoppelt sind, um einen ersten Verbindungsknoten (218) zu bilden; wobei die anderen Enden der Impedanzvorrichtungen des ersten Paars (208a, 208b) mit den jeweiligen Enden der Impedanzvorrichtungen des zweiten Paars (206a, 206b) gekoppelt sind und jeweilige Gegentaktsignal-Ausgangsports (104, 105) bilden; wobei die anderen Enden der Impedanzvorrichtungen des zweiten Paars (206a, 206b) jeweilige erste und zweite signalempfangende Ports (101, 103) bilden; einem dritten Paar von Impedanzvorrichtungen (210a, 210b), die jeweilige erste und zweite Enden aufweisen, die miteinander verbunden sind, um einen zweiten Verbindungsknoten (213) zu bilden, und deren andere Enden jeweils mit den Gegentakt-Ausgangsports (104, 105) verbunden sind; und einem Verstärker (108), der einen invertierenden Eingangsport (216), der mit dem zweiten Verbindungsknoten (213) gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden Eingangsport (214), der so konfiguriert ist, dass er ein Referenzsignal (Vcm) empfängt, und einen Ausgangsport (110) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsport (110) des Verstärkers direkt mit dem ersten Verbindungsknoten (218) gekoppelt ist, wobei alle Impedanzvorrichtungen (206a, 206b, 208a, 208b, 210a, 210b) und der Verstärker (108) auf einem einzigen integrierten Schaltkreis gebildet sind.
Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei die Impedanz jedes des dritten Paars von Impedanzvorrichtungen (210a, 210b) höher als eine Impedanz jedes des zweiten Paars von Impedanzvorrichtungen (206a, 206b) ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der Impedanzvorrichtungen (206a, 206b, 208a, 208b, 210a, 210b) ein Widerstand ist.
Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärker (108) ein Operationsverstärker ist.
Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Paar von Impedanzvorrichtungen (206a, 206b) in einer parallelen Anordnung mit dem dritten Paar von Impedanzvorrichtungen (210a, 210b) angeordnet ist.
Verfahren zum Umwandeln eines Eintaktsignals (Vsig) in ein Gegentaktsignal (Vout) unter Verwendung eines integrierten Schaltkreises, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen (600) eines Eintaktsignals an einem ersten Dämpfungsglied-Eingangsport (101) und Empfangen eines Gleichstromsignals (Vdc) an einem zweiten Dämpfungsglied-Eingangsport (103); Dämpfen (602) des empfangenen Eintaktsignals (Vsig) und Erzeugen eines Gegentaktsignals (Vout) an Gegentakt-Ausgangsports (104, 105), die in dem Dämpfungsglied gebildet sind, wobei das Gegentaktsignal (Vout) auf dem gedämpften Eintaktsignal und dem Gleichstromsignal basiert; Erfassen (604) eines Gleichtaktspannungspegels des Gegentaktsignals unter Verwendung eines Gleichtaktspannungssensors und Bereitstellen (606) des erfassten Gleichtaktspannungspegels für einen invertierenden Eingangsport (216) eines Verstärkers (108); Bereitstellen (608) eines Referenz-Gleichtaktspannungssignals (Vcm) für einen nichtinvertierenden Eingangsport (214) des Verstärkers (108); Vergleichen (610) des erfassten Gleichtaktspannungspegels mit einem Spannungspegel des Referenzsignals (Vcm) in dem Verstärker (108) und Bereitstellen (612) eines Einstellsignals auf der Basis des Vergleichs; Injizieren (614) des Einstellsignals in einen Einstellsignalempfangsknoten (218) in dem Dämpfungsglied; und Einstellen (616) eines nachfolgenden Gleichtaktspannungspegels des Gegentaktsignal auf der Basis des Einstellsignals, und wobei das Einstellsignal direkt in den Einstellsignalempfangsknoten (218) injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein eingestellter Gleichtaktspannungspegel im Wesentlichen gleich dem Spannungspegel des Referenzsignals (Vcm) ist.