DE3101296C2 - - Google Patents
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- DE3101296C2 DE3101296C2 DE3101296A DE3101296A DE3101296C2 DE 3101296 C2 DE3101296 C2 DE 3101296C2 DE 3101296 A DE3101296 A DE 3101296A DE 3101296 A DE3101296 A DE 3101296A DE 3101296 C2 DE3101296 C2 DE 3101296C2
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- G11C27/02—Sample-and-hold arrangements
- G11C27/024—Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element
- G11C27/026—Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element associated with an amplifier
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Description
Die Erfindung betrifft eine monolithische Differential-Abtast-
und -halteschaltung.
Aus der DE 27 04 483 A1 ist eine Differential-Abtast- und
-halteschaltung bekannt mit einer Eingangsverstärkerschaltung
zur Abgabe eines Differential-Analogsignals, sowie mit einer
kapazitiven Vorrichtung und einer Schaltanordnung zum wahlweisen
Anlegen des Differential-Analogsignals an die kapazitive
Vorrichtung sowie mit einer Ausgangsverstärkerschaltung,
deren Differentialeingänge mit der kapazitiven Vorrichtung verbunden
sind und die das abgetastete Eingangs-Analogsignal ausgibt.
Aus der DE 20 10 171 B1 ist ein Abtastspeicher bekannt, bei dem
zwei Dioden vorgesehen sind, welche zur Abtastzeit leitend und
zur Haltezeit gesperrt sind.
Aus der DE 23 17 403 B2 ist eine Diodentorschaltung bekannt,
mit einer Brückenschaltung aus vier Dioden als Phasenkomparatorkreis.
Die jüngsten Entwicklungen in der Technologie der integrierten
Schaltungen haben es ermöglicht, Analog/Digital-Wandler
für hohe Geschwindigkeiten in monolithischer Form herzustellen.
Es gibt jedoch keine ähnliche Entwicklung einer entsprechenden
integrierten Abtast- und Halteschaltung für hohe Geschwindigkeiten,
mit der analoge Eingangssignale an einen
Analog/Digital-Wandler angelegt werden könnten. Eine typische
bekannte Abtast- und Halteschaltung für hohe Geschwindigkeiten
besitzt einen Eingangsverstärker, einen Kondensator, einen
Schalter zum Anlegen eines Signals von dem Eingangsverstärker
an den Kondensator und einen Ausgangsverstärker zum Verstärken
eines von dem Kondensator abgenommenen Ausgangssignals.
Der Schalter wird üblicherweise als Feldeffekttransistor (FET)
oder als eine von einem Transformator getriebene Diodenbrücke
ausgeführt, wobei der Transformator ein Schaltelement darstellt,
das selbstverständlich nicht in monolithischer Form
erzeugt werden kann. Beim Schließen des Schalters verändert
sich die über den Kondensator anliegende Spannung, abhängig
vom Eingangssignal; diese Betriebsart wird üblicherweise
als Aufnahme- oder Mitlaufbetrieb bezeichnet. Beim Öffnen
des Schalters behält der Kondensator einen Signalabtastwert
entsprechend dem Pegel des Eingangssignals zum Zeitpunkt der
Schalteröffnung; die Schaltung befindet sich dann in Haltebetrieb.
Es gibt eine Reihe von Problemen beim Entwurf von Abtast-
und Halteschaltungen, die ganz allgemein zu erheblichen Ungenauigkeiten
im Betrieb derartiger Schaltungen führen können.
So kann beispielsweise der Ausgangsverstärker einen beträchtlichen
Eingangsstrom von dem Kondensator ziehen, was
zu einem Spannungsabfall führt, wenn sich der Schalter in der
geöffneten Stellung befindet und die Schaltung im Haltebetrieb
arbeitet. Eine weitere Schwierigkeit, die im Haltebetrieb zu
Fehlern führen kann, besteht darin, daß die zur Betätigung
des Schalters benötigte Energie an den Kondensator angelegt
wird. Im Haltebetrieb kann ferner das Eingangs-Analogsignal
kapazitiv über den Schalter an den Kondensator angekoppelt
werden. Üblicherweise ergeben sich weitere Ungenauigkeiten
infolge von Linearitätsfehlern des Schalters und der Verstärker,
Einschwingzeitfehler, die auf reaktive parasitäre Impedanzen
in den Leitungen zwischen den Bauelementen zurückzuführen
sind, und Abweichungen in dem Verstärker und dem Schalter.
Abtast- und Halteschaltungen allgemeiner Art, mit denen sich
die Erfindung befaßt, sind entweder aus diskreten Bauelementen
und hybrider Schaltungsweise oder in monolithischem Aufbau
ausgeführt. Der Aufbau aus diskreten Bausteinen und hybrider
Schaltungsweise ist, verglichen mit der monolithischen Herstellung,
verbunden mit verhältnismäßig kostspieligen Herstellungs-
und Montageschritten. Außerdem läßt sich mit Abtast-
und Halteschaltungen aus diskreten Bauelementen im allgemeinen
nicht der erwünschte Leistungsgrad erzielen. Bestimmte
Arten von hybriden Schaltungen, die Dünnfilmherstellungsverfahren
verwenden, besitzen nicht mehr einen Großteil der
Nachteile, die zu Ungenauigkeiten in der Funktion führen
und erreichen hohe Betriebsgeschwindigkeiten, ihre Kosten
sind jedoch um beinahe zwei Größenordnungen höher als diejenigen
monolithischer Schaltungen, mit denen die gleiche
Funktion erreicht wird.
Monolithische Abtast- und Halteschaltungen sind gegenwärtig
von mehreren Herstellern erhältlich; derartige Schaltungen
verwenden jedoch ausnahmslos bisher unsymmetrische Schaltungen
mit Einzelanschluß, insbesondere werden Operationsverstärker
verwendet. Obgleich diese monolithischen Schaltungen mit
Einzelanschluß wesentlich preisgünstiger sind als die Hybridschaltungen,
die zuvor erwähnt wurden, besitzen sie doch den
Nachteil, daß sie zwei bis drei Größenordnungen langsamer
sind als die genannten Hybridschaltungen.
Aufgabe der Erfindung ist des deshalb, eine Differential-Abtast- und Halteschaltung,
insbesondere in monolithischer Form zu schaffen,
die wesentlich schneller arbeitet als die bisher erhältlichen
Schaltungen und die die Vorteile der geringen Kosten, der hohen
Geschwindigkeit und einer hohen Genauigkeit in Kombination besitzt.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch
1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Diodenpaare ist einfacher
als eine Diodenbrücke, kann aber ebenso wirksam beim Anschließen
bzw. Isolieren der Kondensatoren verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht den Vorteil,
daß Störeffekte durch kapazitive Koppelungen über die
Dioden ausgeschaltet werden können, indem ein Signal rückgekoppelt
wird, das proportional ist dem Haltesignal an den
Kondensatoren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer üblichen
bekannten Abtast- und Halteschaltung,
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen
Differential-Abtast- und -halteschaltung,
Fig. 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm ähnlich der
Fig. 2, jedoch unter Verwendung eines einzigen
Eingangsverstärkers mit Differentialausgängen,
Fig. 4 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer anderen
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differential-Abtast- und -halteschaltung
mit dualen Differential-Analogschaltungen,
Fig. 5 ein vereinfachtes Blockdiagramm ähnlich Fig. 4,
wobei jedoch die sich auf die Diodenschaltung
beziehenden Teile der Deutlichkeit halber weggelassen
sind und wobei gezeigt wird, wie ein
gespeichertes oder gehaltenes Analogsignal während
des Haltebetriebs an die Stelle eines sich
ändernden Analogeingangssignals gesetzt wird,
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Schalters, wie er in
den vereinfachten Blockschaltbildern gemäß den
Fig. 2 oder 3 verwendet werden kann,
Fig. 7 ein ausführliches Blockdiagramm einer Abtastschaltung
ähnlich derjenigen, die in vereinfachter
Form in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, und
Fig. 8 ein ausführliches Blockschaltbild einer Abtastschaltung
ähnlich Fig. 7, wobei jedoch keine
Strommodulation, sondern eine Spannungseinführung
für das Analogsignal erfolgt.
Wie aus den Zeichnungen zum Zwecke der Veranschaulichung
hervorgeht, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Abtast-
und Halteschaltungen, die in monolithischer Form hergestellt
werden können. Fig. 1 zeigt eine übliche Abtast- und
Halteschaltung bekannter Art, die einen Eingangsverstärker 10
besitzt, an den ein Eingangssignal 12 angelegt wird, ferner
einen Schalter 14, einen Kondensator 16 und einen Ausgangsverstärker
18. Der Ausgang des Eingangsverstärkers 10 ist mit einer
Klemme des Schalters 14 über Leitung 20 verbunden, während
die andere Klemme des Schalters an die eine Klemme des Kondensators
16 und an eine Eingangsklemme des Ausgangsverstärkers
18 angeschlossen ist. Der Schalter 14 besitzt einen einpoligen
Arbeitskontakt. Die andere Klemme des Kondensators 16 ist geerdet
und ein abgetastetes Ausgangssignal, angezeigt bei 22,
wird vom Ausgangsverstärker 18 abgegeben. Der Schalter 14 hat
üblicherweise die Form eines Feldeffekttransistors (FET) oder
einer Schottky-Diodenbrücke, die von einem Transformator getrieben
wird. Abtast- und Halteschaltungen, die diskrete Bauteile
oder hybride Schaltungen verwenden, sind sehr kostspielig
in der Herstellung. Obwohl für den gleichen Zweck erhältliche
monolithische Schaltungen wesentlich weniger kostspielig
sind, besitzen diese eine Reihe von Nachteilen, insbesondere
eine langsame Arbeitsgeschwindigkeit.
Bei der in den nachfolgenden Figuren gezeigten monolithischen
Abtast- und Halteschaltung werden Signale
vollkommen differentiell verarbeitet werden, wodurch sich
eine Kombination der Vorteile der niedrigen Herstellungskosten
und der hohen Geschwindigkeit ergibt und gleichzeitig Ungenauigkeiten
äußerst reduziert werden, die sich aus einem unsymmetrischen
bzw. Einzelanschlußaufbau ergeben.
Wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt, besitzt die Schaltung
zwei identische Eingangsverstärker 30 und 32, zwei Schalter
33 und 34, zwei Kondensatoren 35 und 36 und einen Differentialeingangsverstärker
37. Das Analog-Eingangssignal an der Klemme
38, wird an einen Eingang des Eingangsverstärkers 30 angelegt,
während der Eingang des entsprechenden Verstärkers 32
bei 39 geerdet ist. Die Ausgänge der Verstärker 30 und 32 sind
über Leitungen 40 und 41 mit entsprechenden Schaltern 33 und 34
verbunden und diese über Leitungen 42 und 43 mit den Eingangsklemmen
des Differentialverstärkers 37 sowie mit einer Klemme
des Kondensators 35 bzw. 36, deren andere Klemmen geerdet
sind. Es zeigt sich somit, daß bei geschlossenen Schaltern
33 und 34, d. h. beim Aufnahme- bzw. Mitlaufbetrieb, die über
den Kondensatoren 35 und 36 entwickelte Spannung proportional
zur an der Klemme 38 angelegten Eingangsspannung ist. Werden
die Schalter 33 und 34 geöffnet, d. h. die Schaltung befindet
sich im Haltebetrieb, dann wird die Schaltung über den Kondensatoren
35 und 36 durch den Ausgangsverstärker 37 verstärkt,
der vorzugsweise eine sehr hohe Eingangsimpedanz besitzt, und
ein abgetastetes Ausgangssignal wird an Leitung 44 angeboten.
Der in Fig. 3 gezeigte Aufbau gleicht demjenigen nach Fig. 2
mit der Ausnahme, daß an die Stelle der Eingangsverstärker 30
und 32 ein einziger Verstärker 50 tritt, der einen Einzeleingangsanschluß
besitzt, an den das Analog-Eingangssignal bei
38 angelegt wird und dessen Differentialausgänge mit den Schaltern
33 und 34 über die Leitungen 40 und 41 verbunden sind.
Fig. 4 zeigt in vereinfachter Form ein
Ausführungsbeispiel, bei dem Doppel-Differentialanalogverstärker
verwendet werden. Im Prinzip besitzt
die Schaltung einen Vorverstärker 60 mit einem unsymmetrischen
oder Einzelanschluß-Analogeingang bei 62 und mit komplementären
Ausgängen zu den Leitungen 64 und 66 sowie zwei Differential-
Analogverstärker 68 und 70, an die als Eingänge die Signalleitungen
64 und 66 angeschlossen sind. Die Ausgänge des Verstärkers
68 sind über Leitungen 72 und 74 mit den Anoden zweier
Dioden 76 und 78 verbunden. Die Kathoden der Dioden sind
an die ersten Klemmen der Kondensatoren 80 und 82 angeschlossen,
deren andere Klemmen geerdet sind, wie dies bei 84 angegeben
ist. Die ersten Klemmen der Kondensatoren 80 und 82 stehen
auch mit den Eingängen eines Nachverstärkers 86 in Verbindung,
der ein abgetastetes (sampled) Ausgangssignal auf Leitung
88 abgibt.
Die Ausgangssignale von dem anderen Differential-Analogverstärker
70 werden über Leitungen 90 und 92 an die Kathoden
zweier zusätzlicher Dioden 94 und 96 angelegt, deren Anoden
mit den Kathoden der Dioden 76 bzw. 78 und mit den Kondensatoren
80 und 82 sowie mit den Eingangsklemmen des Nachverstärkers
86 verbunden sind. Ein Strobe-Eingangssignal oder
insbesondere zwei komplementäre Signale werden über Leitungen
100 und 102 an einen Verstärker 104 angelegt, dessen komplementäre
Ausgänge an einen weiteren Verstärker 106 geleitet
werden. Die Ausgänge des Verstärkers 106 sind mit den Signalleitungen
72, 74, 90 bzw. 92 gekoppelt. Beim Auftreten eines
geeigneten Strobe-Eingangssignals auf den Leitungen 100 und
102 erzeugt der Verstärker 106 Schaltsignale, die die Dioden
76, 78, 94 und 96 entsprechend für den Aufnahmebetrieb vorspannen,
bei dem die Analogsignale von den Verstärkern 68 und
70 über die Dioden an die Kondensatoren 80 und 82 angekoppelt
werden. Im Haltebetrieb sind die in dem Verstärker 106 erzeugten
Signale derart, daß sie die Dioden in Sperr-Richtung vorspannen,
so daß die Kondensatoren 80 und 82 von den ankommenden
Analogsignalen abgetrennt werden.
Die Schaltung gemäß Fig. 5 ist zum großen Teil gleich derjenigen
nach Fig. 4, wobei gleiche Bezugszeichen für entsprechende
Bauelemente verwendet wurden. Der Deutlichkeit
halber ist in Fig. 5 der Differentialverstärker 106 weggelassen,
obwohl zu beachten ist, daß die Schaltsignale von
dem Strobe-Verstärker 104 abgeleitet und an die Dioden 76,
78, 94 und 96 angelegt werden, und zwar in der gleichen Weise,
wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben wurde. Fig. 5
veranschaulicht eine Technik, mit der Fehler praktisch eliminiert
werden können, die auf eine kapazitive Kopplung durch
die Schaltelemente, nämlich durch die Dioden 76, 78, 94 und
96, im Haltebetrieb auftreten können. Obwohl die Dioden im
Haltebetrieb in Sperr-Richtung vorgespannt sind, kann ein
Signal kapazitiv über eine oder mehrere der Dioden angekoppelt
werden, was die Ladungsmenge an den Kondensatoren 80 und 82
und damit den Wert des abgetasteten Ausgangssignals beeinflussen
kann. Zur Minimisierung dieses Effekts wird ein
Analogsignalschalter 110 dazu verwendet, im Haltebetrieb
ein anderes Signal an die Stelle des analogen Eingangssignals
an Leitung 64 und 66 zu setzen. Das ersetzte Signal und somit
die gesamte Vorspannung in Sperr-Richtung an den Dioden ist
vollkommen unabhängig von dem augenblicklichen Analog-Eingangssignalwert,
wodurch eine mögliche Quelle von Nichtlinearität
in der Abtast- und Halteschaltung eliminiert wird; auch erfolgt
eine Reduzierung des während des Übergangs vom Aufnahme-
in den Haltebetrieb etwa auftretenden Analogsignaldurchlasses.
Der Schalter 110 ist im Prinzip ein zweipoliger Umschalter,
der von am Ausgang des Verstärkers 104 erzeugten Strobe-Signalen
gesteuert wird. Die Analog-Eingangssignale werden an den
Signalabtastschalter 110 auf Leitungen 64 und 66 angelegt
und ein entsprechendes Paar von Eingangsleitungen 112 und 114
geben ein Differentialsignal ab, das dem in den Kondensatoren
80 und 82 gehaltenen oder gespeicherten Signal entspricht.
Letzteres Signal wird von dem Nachverstärker 86 abgeleitet,
wie dies durch die gestrichelte Linie 116 vom Verstärker 86
zum Analog-Signalschalter 110 angezeigt wird.
Im Aufnahmebetrieb koppelt der Analogsignalschalter 110 die
Analog-Eingangssignale auf Leitungen 64 und 66 zu den Ausgangsleitungen
118 und 120 durch, die an die Eingänge der Differentialverstärker
68 und 70 angeschaltet sind, und zwar in
der gleichen Weise, wie die Signalleitungen 64 und 66 in der
Schaltung der Fig. 4 mit diesen Verstärkern verbunden sind.
Im Haltebetrieb ersetzt der Signalabtastschalter 110 das
Analogsignal auf Leitungen 64 und 66 durch das Haltesignal
auf den Leitungen 112 und 114. Somit wird das Haltesignal
zu den Leitungen 118 und 120 durchgeschaltet, von den Differentialverstärkern
68 und 70 verstärkt und kann dann über
die Dioden 76, 78, 94 und 96 an die Kondensatoren 80 und 82
angekoppelt werden. Auf diese Weise wird die an den Kondensatoren
gehaltene Spannung im wesentlichen auf einem konstanten
Wert gehalten, der unabhängig von Veränderungen in dem
Analog-Eingangssignalpegel während des Haltebetriebs ist.
Wird die Schaltung wiederum in den Aufnahmebetrieb geschaltet,
dann wählt der Analogsignalschalter 110 die Analogeingänge
auf Leitungen 64 und 66 von dem Vorverstärker 60. Gleichzeitig
werden die Dioden 76, 78, 94 und 96 in Vorwärtsrichtung
vorgespannt und die Analogsignale auf Leitungen 72, 74, 90 und
92 werden an die Kondensatoren 80 und 82 angekoppelt.
Die bisher diskutierten vereinfachten Blockschaltbilder stellen
keine vollständige Wiedergabe eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung dar. Weitere Einzelheiten ergeben
sich in Form eines Beispiels aus dem Blockschaltbild nach
Fig. 7. Die einzigen Elemente, die aus der Fig. 7 weggelassen,
in Fig. 5 jedoch vorhanden sind, der Vorverstärker 60, der Strobe-Eingangsverstärker
104 und der Nachverstärker 96. Aus Fig. 7 ergibt sich jedoch,
daß komplentäre Analog-Eingangssignale von dem Vorverstärker
60 an Leitungen 64 und 66 angelegt werden und daß die Leitungen
130 und 132 eine Verbindung zwischen den Kondensatoren 80
und 82 und dem in Fig. 7 nicht gezeigten Nachverstärker 86
darstellen. Das Signal an den mit TRACK und bezeichneten
Leitungen ist das Betriebsartbestimmungssignal, das von
dem Strobe-Eingangsverstärker 104 (Fig. 4) abgegeben wird.
Außerdem stellen die Signale auf mit T1 und bezeichneten
Leitungen ebenfalls Betriebsartbestimmungssignale dar, die
logisch identisch mit TRACK bzw. sind, die jedoch einen
anderen Gleichstrompegel für den Betrieb der Stromschalttransistoren
T33-T36 führen.
Die Signale auf mit HELD und bezeichneten Leitungen entsprechen
den Haltesignalleitungen 112 und 114 der Fig. 4. Es
zeigt sich ferner, daß bei einem hohen Wert des TRACK-Signals
die Transistoren T25, T30, T27 und T32 leitend werden und den
Transistoren T13, T14, T15 und T16 Strom zuführen, an die
auch Analogsignale auf den Leitungen 64 und 66 angelegt werden.
Befindet sich das TRACK-Signal auf einem niedrigen Wert,
dann werden die Transistoren T26, T29, T28 und T31 leitend
und legen Strom an die Transistoren T21-T24, so daß die HELD-
Signale auf den Leitungen 112 und 114 und nicht die Analogsignale
an Leitungen 64 und 66 für eine Kopplung mit den Dioden
76, 78, 94 und 96 (Fig. 4) ausgewählt werden, die in
Fig. 7 mit D5, D6, D7 und D8 bezeichnet sind. Die Transistoren
T25-T32 stellen zusammen den Signalabtastschalter 110 der Fig. 5
dar, der eine Auswahl eines Analog-Eingangssignals während
des Aufnahmebetriebs und des Halteanalogsignals während des
Haltebetriebs bewirkt.
Wie zuvor erwähnt, werden die Transistoren T33-T36 in Paaren
abhängig von dem Zustand des Signals T1 geschaltet, das logisch
identisch mit dem TRACK-Signal ist. Im Aufnahmebetrieb schaltet
das Signal T1 die Transistoren T34 und T36 an, so daß durch die
Transistoren T7 und T8 Strom gezogen wird, ebenso ein Strom
durch die Dioden D5 und D7 sowie durch die Dioden D6 und D8
zur Vorwärtsspannung. Die Dioden werden somit im Aufnahmebetrieb
leitend und die als C1 und C2 in Fig. 7 bezeichneten
Kondensatoren werden in der Schaltung so verbunden, daß die
Analogsignale an die Kondensatoren angekoppelt werden.
Wenn die Schaltung in den Haltebetrieb geschaltet wird, dann
werden die Transistoren T33 und T35 leitend und gleichzeitig
die Transistoren T34 und T36 gesperrt. Strom wird somit
durch die Transistoren T5 und T6 und die Lastwiderstände R1
und R2 gezogen. Da die Lastwiderstände R1 und R2 an die Anode
der Dioden D5 und D6 angeschlossen sind, wird die Spannung an
diesen Anoden erniedrigt, d. h. sie wird mehr negativ im Haltebetrieb,
wodurch die Dioden in Sperr-Richtung vorgespannt werden.
In ähnlicher Weise wird kein Strom im Haltebetrieb durch
die Lastwiderstände R3 und R4 gezogen, so daß die Spannung an
den Klemmen dieser Widerstände, die mit den Kathoden der Dioden
D7 und D8 verbunden sind, nahezu auf Erdpegel angehoben
wird, was ebenfalls eine Sperrvorspannung der Dioden zur Folge
hat. Es zeigt sich aus Fig. 7, daß die Anoden der Dioden D5
und D6 über die Widerstände R2 bzw. R1 mit Erde verbunden sind
und daß die Kathoden der Dioden D7 und D8 an Widerstände R4 bzw. R3 angeschlossen
sind, deren andere Klemmen zusammen mit der Kathodenseite
der zwei zusätzlichen in Reihe geschalteten Dioden D3 und
D4 verbunden sind, wobei die Anodenseite dieser Dioden geerdet
ist. Das Diodenpaar D3 und D4 kompensiert den Spannungsabfall
sowohl an dem Diodenpaar D5-D7 als auch D6-D8 und hält einen
konstanten Vorspannungsstrom in Vorwärtsrichtung in diesen
Diodenpaaren aufrecht.
Konkreter gesagt bedeutet dies, daß bei einem konstanten Strom
beispielsweise durch den Transistor T8 im Aufnahmebetrieb ein
Teil dieses Stromes durch einen Stromzweig gezogen wird, der
aus den Dioden D6 und D8 und dem Widerstand R1 besteht, während
ein anderer Teil des Stromes durch einen parallelen Stromzweig,
bestehend aus dem Widerstand R3, kommt. Wären die
Dioden D3 und D4 nicht vorhanden und der Spannungsabfall an
den Dioden D6 und D8 würde sich infolge Temperaturschwankungen
ändern, dann würde sich auch das Stromverhältnis in diesen
beiden Stromzweigen ändern, wie auch der Strom durch die
Dioden D6 und D8. Die Dioden D3 und D4 bringen jedoch einen
Spannungsabfall, der identisch mit demjenigen über den Dioden
D6 und D8 ist, so daß das Stromverhältnis zwischen den Zweigen
immer praktisch konstant gehalten wird, wie auch der
Absolutwert des Vorspannungsstroms in Vorwärtsrichtung. D3
und D4 bieten die gleiche Funktion auch für die Dioden D5
und D7. Die Energieversorgung für die Schaltung ist mit VEE
in der unteren linken Ecke der Fig. 7 angezeigt, ebenso andere
Verbindungen für Spannungen VR0, VR1 und VR2, die Bezugsspannungen
liefern, die von einer nicht gezeigten Stromversorgungseinheit
abgeleitet sind und dazu verwendet werden,
Konstantstrompegel in der Schaltung zu erzeugen.
Es sind viele unterschiedliche Schaltungsaufbauten im einzelnen
möglich; als Beispiel werden folgende Schaltungsparameter
angegeben:
R1-R4 | |
= 281 Ohm | |
R5 | = 3,440 Ohm |
R6-R7 | = 476 Ohm |
R8-R11 | = 550 Ohm |
R12-R13 | = 1,200 Ohm |
R14-R17 | = 240 Ohm |
R18, R19, R22, R23 | = 720 Ohm |
R20-R21 | = 134 Ohm |
C1, C2 | = 1 pF |
Die Transistoren und Dioden werden entsprechend dimensioniert,
damit sie den Strompegeln und den Parameteranpassungserfordernissen
der Schaltung entsprechen.
Eine wesentliche Abänderung der Abtastschaltung der Fig. 7
ist in Fig. 8 gezeigt. Es sind wiederum zwei Paare von Schaltdioden
D4′, D5′ und D6′, D7′ vorgesehen, die genau den Dioden
D5, D7, D6 und D8 in Fig. 7 entsprechen. In der Schaltung
nach Fig. 8 sind jedoch die Anoden der Dioden D4′ und D6′
nicht über Lastwiderstände mit Erde verbunden, sondern an
Emitter von Transistoren Q1′ und Q23′ über Widerstände R4′
bzw. R10′ angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren
Q1′ und Q23′ sind beide an die Stromversorgungsleitung bei
VCC2 angelegt, während die Basen mit abzutastenden komplementären
Analog-Eingangsspannungssignalen bei VANA und
zugeführt werden.
Transistoren Q11′, Q13′, Q15′ und Q16′ erfüllen die gleiche
Funktion wie die Transistoren T33-T36 in Fig. 7, d. h. sie
schalten die Schaltdioden zwischen dem Aufnahmebetrieb und
dem Haltebetrieb abhängig von dem TRACK-Signal. Das Analog-
Eingangssignal VANA wird durch die Transistoren Q1′ und Q23′
gepuffert und den Kondensatoren C1′ und C2′ über Widerstände
R4′ und R10′ und Dioden D4′ und D6′ und gleichzeitig auch
über Dioden D2′, D3′, Widerstand R2′ und Diode D5′ sowie über
Dioden D8′, D9′, Widerstand R13′ und Diode D7′ eingeprägt.
Zusammengefaßt bedeutet dies, daß das Analogsignal, das der
Schaltung nach Fig. 7 zugeführt wird, nämlich ANA2, dazu
verwendet wird, einen konstanten Strom durch die Schaltdioden
zu modulieren.
Die Dioden D2′, D3′, D8′ und D9′ erfüllen die gleiche Funktion
in der Schaltung gemäß Fig. 8 wie die Dioden D1 und D2
in der Schaltung nach Fig. 7. Insbesondere sind die Dioden
D2′ und D3′ in Reihe mit dem Widerstand R2′ geschaltet und
bilden einen Parallelpfad zu demjenigen Zweig, der aus den
Dioden D4′ und D5′ und dem Widerstand R4′ besteht. Der Spannungsabfall
längs dieser Zweige ist identisch, so daß das
Stromverhältnis zwischen ihnen konstant sein wird, wie auch
der Absolutwert des Vorspannungsstromes durch die Schaltdioden
in Vorwärtsrichtung. Die Dioden D8′ und D9′ erfüllen die
gleiche Funktion bezüglich der Schaltdioden D6′ und D7′.
Die folgenden Widerstandswerte seien als Beispiel für die
Schaltung der Fig. 8 angegeben:
R1′, R3′, R5′, R11′, R12′, R14′ | |
= 376,2 Ohm | |
R2′, R4′, R10′, R13′ | = 330 Ohm |
R6′, R9′ | = 200 Ohm |
R7′, R8′ | = 94 Ohm |
R15′ | = 1642 Ohm |
R16′ | = 2714 Ohm |
Als weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6 einen alternativen
Aufbau für eine Schaltanordnung, die in Verbindung mit
dem vereinfachten Blockdiagramm gemäß Fig. 3 verwendet werden
kann. Die Schaltanordnung besteht aus drei Paaren von
npn-Transistoren 150 und 152, 154, 160 und 156 und 158 sowie
drei Konstantstromgeneratoren 162, 164 und 166. Die Schaltung
besitzt auch drei Widerstände 168, 170 und 172 und zwei
Schottky-Dioden 174 und 176. Ein zusätzlicher npn-Transistor
178 ist mit seinem Kollektor geerdet und sein Emitter ist mit
einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 170
und 172 angeschlossen. Die andere Klemme des Widerstandes 170
steht mit dem Kollektor des Transistors 150 in Verbindung,
während die andere Klemme des Widerstandes 172 an den Kollektor
des Transistors 152 gelegt ist. Die Emitter der beiden
Transistoren 150 und 152 sind gemeinsam mit dem Konstantstromgenerator
162 verbunden, während ein Analog-Eingangssignal
über Leitungen 40 und 41 den Basen der Transistoren 150 und
152 zugeführt wird.
Ein Widerstand 168 ist mit seiner einen Seite an Erde geschaltet,
während seine andere Seite mit der Basis des Transistors
178 und mit den Kollektoren der Transistoren 154 und 156 in
Verbindung steht, deren Emitter an die Konstantstromgeneratoren
166 bzw. 164 angeschlossen sind. Die Konstantstromgeneratoren
164 und 166 ziehen auch Strom von den Emittern der
Transistoren 158 bzw. 160. Die Kollektoren der Transistoren
150 und 152 sind auch mit den Anoden der Dioden 174 und 176
verbunden, deren Anoden an die Ausgangsleitungen 42 und 43
und an die Kollektoren der Transistoren 158 und 160 angeschlossen
sind. Ein Kondensator 35 liegt zwischen der Kathode der
Diode 174 und Erde und ein Kondensator 36 zwischen der Kathode
der Diode 176 und Erde.
Ein Strobe-Signal wird an die Basen der Transistoren 154 und
156 und ein komplementäres Strobe-Signal an die Basen der
Transistoren 158 und 160 angelegt. Befindet sich das Strobe-
Signal an den Transistoren 154 und 156 auf seinem niedrigen
Wert, dann werden diese Transistoren gesperrt und es fließt
nur ein sehr geringer Strom durch den Widerstand 168. Gleichzeitig
werden die Transistoren 158 und 160 leitend und die
Dioden 174 und 176 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, so daß
das an den Kollektoren der Transistoren 150 und 152 eingeprägte
Analog-Signal über die Dioden an die Kondensatoren 35
und 36 angekoppelt werden kann. Im Haltebetrieb wird die Polarität
des Strobe-Signals an den Transistoren 154 und 156 umgekehrt,
so daß diese leitend werden, während nun die Transistoren
158 und 160 gesperrt sind. Dies bewirkt einen verhältnismäßig
großen Strom im Widerstand 168 und die Spannung
am Emitter des Transistors 178 wird negativ. Somit werden die
Dioden 174 und 176 in Sperr-Richtung vorgespannt und trennen
die Kondensatoren 35 und 36 von dem an die Transistoren 150
und 152 angelegten Analog-Signal ab.
Claims (6)
1. Monolithische Differential-Abtast- und -halteschaltung mit
- - einem Vorverstärker (60) zum Verarbeiten eines analogen Eingangssignals und zum Erzeugen eines entsprechenden differentiellen Analogsignals,
- - einem ersten Differenzverstärker (68), der die Analogsignale des Vorverstärkers empfängt, um ein erstes verstärktes Differential-Analogsignal zu erzeugen,
- - einem zweiten Differenzverstärker (70), der ebenfalls die Analogsignale des Vorverstärkers empfängt, um ein zweites verstärktes Differential-Analogsignal zu erzeugen, das identisch dem ersten verstärkten Differential-Analogsignal ist,
- - zwei Kondensatoren (80, 82) mit jeweils einem geerdeten und einem ungeerdeten Anschluß,
- - einem ersten Paar von Dioden (76, 78), die mit ihren Anoden-Anschlüssen das erste verstärkte Differential-Analogsignal empfangen und mit ihren Kathoden-Anschlüssen jeweils an einen ungeerdeten Anschluß eines der Kondensatoren angeschlossen sind,
- - einem zweiten Paar von Dioden (94, 96), die mit ihren Kathoden- Anschlüssen das zweite Differential-Analogsignal empfangen und mit ihren Anoden-Anschlüssen mit entsprechenden Kathoden-Anschlüssen des ersten Dioden-Paares verbunden sind,
- - einem Nachverstärker (86), dessen Differential-Eingänge an die ungeerdeten Anschlüsse der Kondensatoren (80, 82) angeschlossen sind, und
- - mit einer Vorspannungsquelle (100, 102), die mit den ersten und zweiten Diodenpaaren verbindbar ist, um entsprechend einem Tastzustandssignal eine Vorwärtsspannung und entsprechend einem Haltezustandssignal eine Rückwärtsspannung anzulegen,
wobei
- - die ersten und zweiten Diodenpaare (76, 78; 94, 96) in Abhängigkeit von dem Tastzustandssignal vorwärtsgespannt sind, so daß die ersten und zweiten verstärkten Differential- Analogsignale durch die ersten und zweiten Diodenpaare zu den Kondensatoren (80, 82) durchschaltbar sind,
und
- - die ersten und zweiten Diodenpaare (76, 78; 94, 96) in Abhängigkeit von dem Haltezustandssignal rückwärtsgespannt sind, um die Kondensatoren (80, 82) von den Analogsignalen zu isolieren.
2. Monolithische Differential-Abtast- und -halteschaltung
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel
(110) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von dem Haltezustandssignal
die Eingabe der differentiellen Analogsignale in
die ersten und zweiten Differenzverstärker (68, 70) unterbrechen
und durch ein von den Kondensatoren (80, 82) abgenommenes
Signal ersetzen.
3. Monolithische Differential-Abtast- und -halteschaltung
nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und
zweiten verstärkten Differential-Analogsignale Stromsignale
sind, die im Aufnahmebetrieb unter Anlegen an die Kondensatoren
zu Spannungssignalen umgewandelt werden.
4. Monolithische Differential-Abtast- und -halteschaltung nach
einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle
(100, 102) im Tastzustand einen konstanten Strom durch
die Dioden (76, 78; 94, 96) trotz temperaturabhängiger Schwankungen
der Diodencharakteristiken aufrechterhält.
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