Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Signalfilter in SC-Technik mit einem Transkonduktanzverstärker, einem Stromintegrator und einer getaktet arbeitenden Abschwächerschaltung.

Konventionelle aktive Signalfilter in SC-Technik (Switched Capacitor Technik) erfordern einen Kompromiss zwischen der erreichbaren Präzision und dem Rauschen im Ausgangssignal, da eine hohe Präzision auch eine hohe Bandbreite des beteiligten Verstärkers erfordert. Durch die in der SC-Technik verwendete Taktung des Verstärkers liegt das gesamte Rauschen der Schaltung in der auf die halbe Abtastfrequenz begrenzten Bandbreite vor, sodass die spektrale Rauschspannungsdichte typisch um den Faktor 2...3 bezogen auf das Verstärkerrauschen erhöht wird. Dieses Phänomen ist als„noise folding" in der Literatur beschrieben. Um dem entgegen zu wirken, muss die Stromaufnahme der Eingangsstufe des Verstärkers typisch um den Faktor 4...9 erhöht werden. Weiterhin sind relativ große Kondensatoren zur Begrenzung der Bandbreite erforderlich.

Der Beschleunigungssensor BMA255 der Firma Bosch Sensortec weist eine seismische Masse auf, deren Beschleunigung mittels eines Differentialkondensators bestimmt wird. In einer Eingangsschaltung des Beschleunigungssensors wird dazu die veränderliche Kapazität des Differentialkondensators mit einem Ladungsverstärker in SC-Technik bestimmt.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Signalfilter in SC-Technik mit einem Transkonduktanzverstärker, einem Stromintegrator und einer getaktet arbeitenden Abschwächerschaltung, wobei ein schaltbarer Eingang der Schaltung mit einem Eingang des Transkonduktanzverstärkers verbunden ist, wobei ein Ausgang des Transkonduktanzverstärkers mit einem schaltbaren Eingang des Stromintegrators verbunden ist, wobei ein Ausgang des Stromintegrators mit einem Ausgang der Schaltung verbunden ist, wobei der Ausgang des Stromintegrators mittels der getaktet arbeitenden Abschwächerschaltung auf den Eingang des Transkonduktanzverstärkers zurückgekoppelt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Ausgang des

Transkonduktanzverstärkers mit dem schaltbaren Eingang des Stromintegrators mittels einem, in Reihe geschalteten, weiteren kapazitiven Abschwächers verbunden ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Filter einen Ladungseingang aufweist und dass ein Kondensator Cin, welcher mit dem schaltbaren Eingang der Schaltung und dem Eingang des Transkonduktanzverstärkers verbunden ist, Teil der signalliefernden

Anordnung ist.

Die erfindungsgemäße Schaltung vermeidet den Effekt der Rauschfaltung, sodass insbesondere bei hohen Verstärkungsfaktoren bei gleicher Verlustleistung ein wesentlich niedrigeres

Rauschen erzielt wird.

Die Anwendung der Schaltung ist bei allen Anwendungen interessant, bei denen ein schwaches Signal als Spannung oder Ladung vorliegt. Somit lassen sich z. B. die Signale von resistiven oder kapazitiven Sensoren direkt auswerten, ohne eine spezielle Verstärkerstufe vor dem Filter zu erfordern. Der Vorteil liegt in einem geringeren Rauschen im Ausgangssignal bei gegebenem Verstärkungsfaktor und gegebener Leistungsaufnahme.

Zeichnung

Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes rauscharmes Signalfilter. Beschreibung

Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes rauscharmes Signalfilter. Dargestellt ist ein Signalfilter in SC-Technik mit einem Transkonduktanzverstärker 100, einem Stromintegrator 200 und einer getaktet arbeitenden Abschwächerschaltung 300. Ein schaltbarer Eingang 10 der erfindungsgemäßen Schaltung ist mit einem Eingang 110 des Transkonduktanzverstärkers 100 verbunden. Ein Ausgang 120 des Transkonduktanzverstärkers 100 ist mit einem schaltbaren Eingang 210 des Stromintegrators 200 verbunden. Ein Ausgang 220 des Stromintegrators 200 ist mit einem Ausgang 20 der erfindungsgemäßen Schaltung verbunden. Erfindungsgemäß ist der Ausgang 220 des Stromintegrators 200 mittels der getaktet arbeitenden

Abschwächerschaltung 300 auf den Eingang 110 des Transkonduktanzverstärkers 100 zurückgekoppelt. Die getaktet arbeitende Abschwächerschaltung 300 weist dabei eine

Schalteranordnung 310 auf, durch welche sie getaktet wird. Weiterhin weist die getaktet arbeitende Abschwächerschaltung 300 einen kapazitiven Abschwächer 320 auf.

Die erfindungsgemäße Schaltung besteht also aus einem Transkonduktanzverstärker und einem Stromintegrator. Diese Kombination wird von einer getaktet arbeitenden Abschwächerschaltung zurückgekoppelt, um die gewünschte Filtercharakteristik einschließlich eines

Verstärkungsfaktors mit hoher Präzision zu gewährleisten. Optional kann (nicht in der Figur 1 dargestellt) ein weiterer kapazitiver Abschwächer in Reihenschaltung zwischen

Transkonduktanzstufe und Integrator eingesetzt werden, um einen weiteren Freiheitsgrad bezüglich der Übertragungsfunktion des Filters und des Rauschens zu erhalten. Der weitere kapazitive Abschwächer ist dabei mit dem Ausgang 120 des Transkonduktanzverstärkers und mit dem Eingang 210 des Stromintegrators verbunden. Die Transkonduktanzstufe hat einen Stromausgang, sodass an dieser Stelle ohne besonderen Aufwand das Ausgangssignal eines weiteren Verstärkers eingespeist werden kann, der z. B. zur Kompensation der Offsetspannung der Transkonduktanzstufe dienen kann.

Bezugszeichenliste

10 schaltbarer Eingang der Schaltung

20 Ausgang der Schaltung

100 Transkonduktanzverstärker

110 Eingang des Transkonduktanzverstärkers

120 Ausgang des Transkonduktanzverstärkers

200 Stromintegrator

210 schaltbarer Eingang des Strom Integrators

220 Ausgang des Stromintegrators

300 getaktet arbeitende Abschwächerschaltung

310 Schalteranordnung

320 kapazitiver Abschwächer