DE3231850A1 - CIRCUIT FOR REDUCING EVALUATE SIGNALS - Google Patents

Description

-A--A-

RCA 77926 Sch/VuRCA 77926 Sch / Vu

USSN 336,169USSN 336,169

vom 31. Dezember 1981dated December 31, 1981

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Schaltung zur Verringerung von GleichtaktsignalenCircuit for reducing common-mode signals

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungen zur Verringerung von Gleichtaktsignalen, die zusammen mit DifferenzSignalen
auftreten. Ein Anwendungsbeispiel liegt in der Verbesserung der Gleichtaktunterdrückung bei Verstärkern mit Differenzeingang .The invention relates to circuits for reducing common-mode signals, which together with differential signals
appear. One application example is the improvement of the common mode rejection in amplifiers with a differential input.

Häufig ist es erforderlich, relativ kleine Differenzsignale in Gegenwart relativ großer Gleichtaktsignale zu ermitteln. Dies ist insbesondere problematisch, wenn die entsprechende Abfühlschaltung aus einer Versorgungsspannung betrieben
wird, die wesentlich kleiner als die Amplitude der Gleich-It is often necessary to determine relatively small differential signals in the presence of relatively large common-mode signals. This is particularly problematic if the corresponding sensing circuit is operated from a supply voltage
which is much smaller than the amplitude of the equal

taktsignale ist. Normalerweise reagiert eine Abfühleinrichtung, beispielsweise ein Verstärker, nur auf Eingangssignaländerungen, deren Amplituden innerhalb des Betriebsspannungsbereiches liegen. Dem Eingangssignal überlagerte große
Gleichtaktsignale können a) die Fühleinrichtung in einemclock signals is. A sensing device, for example an amplifier, normally only reacts to input signal changes whose amplitudes lie within the operating voltage range. Large ones superimposed on the input signal
Common mode signals can a) the sensing device in one

bestimmten Zustand blockieren, so daß sie völlig unempfind-block a certain state so that they are completely insensitive

lieh gegen Veränderungen {also das interessierende Signal) wird, b) die EingangsSignaländerungen in einen Eingangssignalbereich verlagern, in welchem die Fühleinrichtung unerwünschterweise nichtlinear arbeitet, oder c) die Eingangsschaltung der Fühleinrichtung beschädigen. Um die schädlichen Auswirkungen großer Gleichtaktsignale zu beschränken, fügen Schaltungskonstrukteure Dämpfungsglieder zwischen die Signalquelle und die Fühlschaltung, um sicherzustellen, daß Signal plus Gleichtaktkomponente nicht die Betriebsspannung überschreiten. Leider dämpfen solche Dämpfungseinrichtungen auch das gewünschte Signal und setzen die Gesamtempfindlichkeit der Fühlschaltung herab.borrowed against changes {i.e. the signal of interest) becomes, b) the input signal changes in an input signal range relocate, in which the sensing device undesirably operates non-linearly, or c) the input circuit damage to the sensing device. To limit the harmful effects of large common mode signals, circuit designers add attenuators between the signal source and the sense circuit to ensure that the signal plus the common-mode component do not exceed the operating voltage. Unfortunately, those dampen Attenuators also provide the desired signal and reduce the overall sensitivity of the sensing circuit.

Der Autor J. I. Brown beschreibt in seinem Aufsatz "Differential Amplifiers That Reject Common-Mode Currents" im IEEE Journal of Solid State Circuits, vom Dezember 1971, ein Differenzfühlsystem, das einen ersten Verstärker mit Differenzeingangsanschlüssen enthält. Den Verstärkereingangsanschlüssen wird das Signal über Dämpfungsglieder, beispielsweise einfache angepaßte Widerstandsspannungsteiler, zugeführt, wobei jeweils ein Eingangssignal einem ersten Ende jedes Teilers zugeführt wird und das zweite Ende jedes Teilers an Massepotential liegt. Ein zweiter Differenzeingangsverstärker ist so geschaltet, daß er selektiv Gleichtaktsignale an den Differenzeingangsanschlüssen des ersten Differenzverstärkers feststellt. Das ermittelte Gleichtaktsignal wird vom zweiten Verstärker verstärkt und invertiert und zur Modulation des Bezugspotentials für die Dämpfungsschaltung benutzt, so daß die Gleichtaktsignalkomponente an den Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers durch Gegenkopplung ausgelöscht wird.The author J. I. Brown describes in his essay "Differential Amplifiers That Reject Common-Mode Currents" in the IEEE Journal of Solid State Circuits, dated December 1971, a differential sensing system that featured a first amplifier Contains differential input terminals. The amplifier input terminals the signal is transmitted via attenuators, for example simple adapted resistor voltage dividers, fed with an input signal fed to a first end of each divider and the second end of each divider is at ground potential. A second differential input amplifier is connected to be selective Detects common mode signals at the differential input terminals of the first differential amplifier. That determined Common mode signal is amplified and inverted by the second amplifier and used to modulate the reference potential for the Attenuation circuit used so that the common mode signal component is canceled out by negative feedback at the input connections of the operational amplifier.

Ein Vorteil dieser Schaltung von Brown besteht darin, daß der Dämpfungsfaktor für das Eingangssignal erheblich herabgesetzt werden kann. Ein Nachteil der Schaltung liegt darin, daß der Gleichtaktrückführungsverstärker eine relativ hohe Verstärkung haben muß. Aus diesem Grunde muß der VerstärkerAn advantage of this circuit from Brown is that the damping factor for the input signal is significantly reduced can be. A disadvantage of the circuit is that the common mode feedback amplifier has a relatively high level Must have reinforcements. Because of this, the amplifier must

phasenkompensiert sein, damit die Stabilität sichergestellt ist, und damit wird der Frequenzbereich der Gleichtaktkompensation begrenzt.phase compensated so that the stability is ensured, and thus the frequency range of the common mode compensation limited.

Eine zweite Lösung des Problems hoher Gleichtaktsignale findet sich im Fairchild-Halbleiter 9613 "Dual Differential Line Receiver". Diese Schaltung fühlt selektiv Gleichtaktsignale an den Eingangsanschlüssen der Dämpfungsglieder und führt deren Ausgangsanschlüssen kompensierende Querschlußströme zu. Da die Gleichtaktsignale vor der Dämpfung abgefühlt werden, braucht der Verstärkungsgrad des Gleichtaktverstärkers nicht so groß zu sein wie im Falle der Schaltung nach Brown, obwohl dennoch eine Phasenkompensation notwendig ist. Die geringeren Verstärkungserfordernisse der Fairchild-Schaltung 9613 sollten den Frequenzbereich der Gleichtaktunterdrückung erweitern.A second solution to the problem of high common mode signals is found in the Fairchild 9613 "Dual Differential" semiconductor Line Receiver ". This circuit selectively senses common-mode signals at the input terminals of the attenuators and carries compensating cross-circuit currents to their output connections to. Since the common mode signals are sensed before attenuation, the gain of the common mode amplifier is necessary not to be as large as in the case of the Brown circuit, although phase compensation nonetheless necessary is. The lower gain requirements of the Fairchild circuit 9613 should reduce the frequency range the common mode rejection.

Ein Nachteil dieser Fairchild-Schaltung besteht jedoch darin, daß sie zwei getrennte Gleichtakt-Rückführungsverstärkerschaltungen braucht. Wenn diese beiden Gleichtakt-Rückführungsschaltungen keine identischen Kennlinien haben, dann neigen sie je nach den Gleichtakteingangssignalen zur Erzeugung eines Differenzsignals zwischen den Ausgangsanschlüssen der Dämpfungseinrichtung. Diese Erscheinung wirkt sich nachteilig auf die Empfindlichkeit oder des Betriebsverhaltens der Schaltung aus, welcher das gleichtaktkompensierte Signal zugeführt wird. Außerdem begrenzt die Phasenkompensation die nutzbare Bandbreite der Gleichtaktunterdrückung.A disadvantage of this Fairchild circuit, however, is that it has two separate common mode feedback amplifier circuits needs. If these two common mode feedback circuits do not have identical characteristics, then they tend to generate a differential signal between the output terminals depending on the common mode input signals the damping device. This phenomenon has an adverse effect on the sensitivity or the performance the circuit to which the common-mode compensated signal is fed. In addition, the phase compensation limits the usable bandwidth of the common mode rejection.

Gemäß der hier zu beschreibenden Erfindung ist eine Schaltung zur Unterdrückung eines Gleichtaktsignals (Vcm) vorgesehen, welches zusammen mit Differenzsignalen (Vdm) auftritt: Die erfindungsgemäße Schaltung enthält eine erste und eine zweite einander gleiche oder ähnliche Dämpfungsschaltung (10,20), die je einen Eingang (11,12) zur Zuführung der Differenz- plus Gleichtaktsignale, ferner einen Ausgangsanschluß (13,14) und einen Bezugsanschluß (15) haben, sowieAccording to the invention to be described here, a circuit for suppressing a common mode signal (Vcm) is provided, which occurs together with difference signals (Vdm): The circuit according to the invention contains a first and a second equal or similar damping circuit (10, 20) each having an input (11, 12) for supplying the Differential plus common mode signals, furthermore an output connection (13,14) and a reference connection (15), as well as

eine Schaltung (40), die mit einer ersten und einer zweiten Eingangsverbindung (Rs1,Rs2) an die Eingangsanschlüsse (11,12) der ersten bzw. zweiten Dämpfungsschaltung (10,20) angeschlossen ist und mit einer Ausgangsverbindung (17) an den Bezugsanschluß (15) der ersten und zweiten Dämpfungsschaltung angeschlossen ist und an diese Ausgangsverbindung ein solches Signal erzeugt, daß das Differenzsignal praktisch frei von Gleichtaktsignalen zwischen den Ausgangsanschlüssen der Dämpfungsschaltungen verfügbar ist. Ferner ist die Schaltung dadurch gekennzeichnet, daß sie selektiv auf das Gleichtaktsignal an der ersten und zweiten Eingangsverbindung reagiert, praktisch nicht dagegen auf Differenzsignale an dieser Stelle, und am Ausgangsanschluß ein Signal erzeugt, das proportional und im wesentlichen gegenphasig zum Gleichtaktsignal ist.a circuit (40) having a first and a second input connection (Rs1, Rs2) to the input terminals (11,12) of the first or second damping circuit (10,20) and is connected with an output connection (17) to the reference connection (15) of the first and second attenuation circuit and to this output connection generates such a signal that the differential signal is practically free of common mode signals between the output terminals the attenuation circuit is available. The circuit is further characterized in that it is selective responds to the common mode signal at the first and second input connection, but practically not to difference signals at this point, and at the output terminal, a signal is generated that is proportional and substantial is out of phase with the common mode signal.

Eine Ausführungsform der Schaltung enthält ein erstes und ein zweites Dämpfungsglied, die einander ähnlich bzw. gleich sind und Eingangsanschlüsse zur Zuführung eines Eingangssignals aufweisen. Ferner haben sie Ausgangsanschlüsse, an denen das Gleichtaktsignal im wesentlichen eliminiert ist, und entsprechende Bezugsanschlüsse, die mit einem variablen Bezugspotential verbunden sind. Ein erster und ein gleicher zweiter Widerstand sind zwischen die Eingangsanschlüsse des ersten und zweiten Dämpfungsgliedes und einen Eingang eines Strom in Spannung umwandelnden Konverters angeschlossen, dessen Eingangsanschluß so ausgelegt ist, daß er auf einem im wesentlichen festen Potential bleibt. Die am Eingangsanschluß des Strom/Spannungs-Konverters aufgrund der Gleichtakteingangspotentiale liegenden Ströme erzeugen gemeinsam ein endliches Eingangssignal für den Konverter. Die Differenzeingangspotentiale erzeugen Ströme, welche sich am Eingangsanschluß des Konverters gegenseitig auslöschen, so daß dieser selektiv auf Gleichtaktpotentiale anspricht.One embodiment of the circuit includes a first and a second attenuator, which are similar or identical to one another, and input terminals for supplying an input signal exhibit. They also have output terminals at which the common mode signal is essentially eliminated is, and corresponding reference connections that are connected to a variable reference potential. A first and an equal second resistor are between the input terminals of the first and second attenuator and one Connected to the input of a converter which converts current into voltage, the input terminal of which is designed so that it remains at an essentially fixed potential. The at the input terminal of the current / voltage converter due to The currents lying in the common mode input potentials together generate a finite input signal for the converter. The differential input potentials generate currents which cancel each other out at the input connection of the converter, so that it responds selectively to common-mode potentials.

Der Konverter erzeugt ein Potential, welches proportional zum Gleichtakteingangsstrom und gegenphasig zum Gleichtakteingangspotential ist. Die Ausgangsspannung des KonvertersThe converter generates a potential which is proportional to the common mode input current and in phase opposition to the common mode input potential is. The output voltage of the converter

wird zur Modulierung des Bezugspotentials für die Dämpfungsschaltung benutzt, damit die Gleichtaktpotentiale an den Ausgangsanschlüssen der Dämpfungsglieder herabgesetzt werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Gleichtaktsignal zur Kompensierung eines gedämpften Gleichtaktsignals (an den Dämpfungsausgangsanschlüssen) benutzt, und die Gleichtaktspannungsverstärkung zwischen den Eingangsanschlüssen der Dämpfungsschaltung und dem Ausgangsanschluß des Konverters ist kleiner als 1, so daß die Phasenkompensation mit ihrer zugehörigen Verringerung der Gleichtaktbandbreite umgangen wird. Da das Kompensationssignal in einer einzigen Schaltung erzeugt wird, werden außerdem weniger Schaltungselemente benötigt, die einander angepaßt werden müssen, so daß die Erfordernisse für die Herstellung der Schaltung leichter werden.is used to modulate the reference potential for the damping circuit so that the common mode potentials at the Output connections of the attenuators are reduced. In the described embodiment, the common mode signal used to compensate for an attenuated common mode signal (at the attenuation output connections), and the common mode voltage gain between the input terminals of the attenuator circuit and the output terminal of the converter is less than 1, so that the phase compensation with its associated reduction in the common-mode bandwidth is bypassed. In addition, since the compensation signal is generated in a single circuit, they become fewer Needed circuit elements that must be adapted to each other, so that the requirements for the manufacture of the Circuit become easier.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Erläuterung, wie sie sich realisieren läßt, sei nun ein Ausführungsbeispiel näher erläutert, welches in der einzigen beiliegenden Figur veranschaulicht ist, die eine Schaltung zur Verringerung von Gleichtaktsignalen, die gleichzeitig mit Differenzsignalen auftreten, im Zusammenhang mit einem Differenzverstärker zeigt.For a better understanding of the invention and to explain how it can be implemented, let us now consider an exemplary embodiment explained in more detail, which is illustrated in the only accompanying figure, the a circuit for reducing of common-mode signals that occur simultaneously with differential signals, in connection with a differential amplifier shows.

Bei der dargestellten Schaltung gelangen Differenzsignale ν, , denen Gleichtaktsignale V überlagert sind, zu denIn the circuit shown, differential signals arrive ν, on which common-mode signals V are superimposed, to the

dm -¹ cmdm - ¹ cm

Eingangsanschlüssen der Differenzverstärkerschaltung 30. Diese dient nur zu Veranschaulichungszwecken und kann durch andere Schaltungen ersetzt werden, welche Differenzeingänge haben und auf Differenzsignale reagieren. Es sei angenommen, daß die Amplitude der Gleichtaktsignale einen Potentialbereich überschreitet, auf den der Verstärker 30 reagiert, oder daß der Verstärker 30 nur eine geringe Gleichtaktdämpfung aufweist, so daß die an seine Eingänge gelangenden Gleichtaktamplituden verringert werden müssen.Input terminals of the differential amplifier circuit 30. This is for illustration purposes only and can be replaced by other circuits that have differential inputs and react to differential signals. It is assumed that the amplitude of the common mode signals has a potential range to which the amplifier 30 responds, or that the amplifier 30 has only a low common mode attenuation has, so that the common mode amplitudes reaching its inputs must be reduced.

Die Schaltung zur Herabsetzung der die interessierenden Differenzsignale begleitenden Gleichtaktsignale hat ein erstesThe circuit for reducing the difference signals of interest accompanying common mode signals has a first

und ein zweites Dämpfungsglied 10 bzw. 20, Fühlwiderstände Rs1 und Rs2 und einen Strom/Spannungs-Konverter IVC 40.and a second attenuator 10 and 20, respectively, sensing resistors Rs1 and Rs2 and a current / voltage converter IVC 40.

Ein erstes Signal mit dem Gleichtaktsignal V und demA first signal with the common mode signal V and the

interessierenden Differenzsignal V, wird dem Eingangsanschluß 11 des Dämpfungsgliedes 10 zugeführt. Ein zweites Signal mit dem Gleichtaktsignal V und dem interessieren-The difference signal V of interest is fed to the input terminal 11 of the attenuator 10. A second Signal with the common-mode signal V and the

{_) ^cm den Differenzsignal V, wird dem Eingangsanschluß 12 des Dämpfungsgliedes 20 zugeführt. Definitionsgemäß liegen die zu den Eingängen 11 und 12 gelangenden Gleichtaktsignale in Phase und haben die gleiche Amplitude. Die Differenzsignale sind nur zum Zwecke der Unterscheidung mit bestimmten Polaritäten bezeichnet, während in der Praxis Differenzsignale meist zeitvariable Wechselspannungssigna-Ie sind.{_) ^cm the difference signal V, is fed to the input terminal 12 of the attenuator 20. According to the definition, the common-mode signals arriving at the inputs 11 and 12 are in phase and have the same amplitude. The difference signals are labeled with certain polarities only for the purpose of differentiation, while in practice difference signals are mostly time-varying AC voltage signals.

Die Eingangssignale erscheinen an den Ausgängen 13 und 14 der Dämpfungsglieder um den Faktor ^Rv/(^R _a ^+Rb^ herabgesetzt, wobei R und R, die Widerstandswerte der Widerstände R .. , R, . und R -/ ^R _ho ^sin<3' welche die betreffenden Dämpfungsglieder 10 und 20 bilden. Für den Fall, daß die Bezugsanschlüsse 15 der Dämpfungsglieder mit einem festen Bezugspotential verbunden sind, werden die Gleichtaktsignale und die Differenzsignale um denselben Faktor verkleinert. Sind die Gleichtaktsignale übermäßig groß, dann kann der Dämpfungsfaktor, welcher für die Dämpfung der zugeführten Signale notwendig ist,damit diese im linearen Eingangsbereich des Verstärkers liegen, die Differenzsignale unerwünscht klein werden lassen. Durch Modulierung des Bezugspotentials, auf welches die Bezugsanschlüsse 15 der Dämpfungsglieder geführt sind, mit einem um 180° zum Gleichtaktsignal gegenphasigen Signal läßt sich der Dämpfungsfaktor herabsetzen, und dennoch erreicht man eine Gleichtaktunterdrückung, die größer als der Dämpfungsfaktor ist. Falls das Bezugspotential mit einem Signal moduliert ist, welches gleich (-) β V_cm ist (wobei β ein Proportionalitätsfaktor ist) dann kann man durch eine Knotenanalyse zeigen, daß das an den Ausgangsanschlüssen der Dämpfungsglieder auftretende Signal V ist gleichThe input signals appear at the outputs 13 and 14 of the attenuators by the factor ^R v / ( ^R _a ^{+ R} b ^ reduced, where R and R, the resistance values of the resistors R .., R,. And R - / ^R _h o ^{sin <3} 'which form the respective attenuators 10 and 20. In the event that the reference connections 15 of the attenuators are connected to a fixed reference potential, the common-mode signals and the differential signals are reduced by the same factor , which is necessary for the attenuation of the supplied signals so that they lie in the linear input range of the amplifier, the differential signals become undesirably small Signal, the attenuation factor can be reduced, and yet one achieves a common mode rejection that is greater he is as the damping factor. If the reference potential is modulated with a signal which is equal to (-) β V _cm (where β is a proportionality factor) then one can show by a node analysis that the signal V appearing at the output connections of the attenuators is the same

^Vo = ^Vdm V(VV ^{+ V}cm^((Rb-^ßRa^)/Ra ⁺ V ' ^{(1) V} o = ^V dm V (VV ^{+ V} cm ^((R b- ^ßR a ^{) / R} a ⁺ V ' ⁽¹⁾

Bemißt man β = R_b/R dann kann man theoretisch das Gleichtaktsignal völlig unterdrücken.
5If one measures β = R _b / R then one can theoretically suppress the common-mode signal completely.
5

Das Bezugssignal für die Dämpfungsglieder wird erzeugt durch die Widerstände Rs1 und Rs2, welche jeweils mit den Eingängen 11 und 12 verbunden sind und selektiv einen Signalstrom an ihrem Zusammenschaltungspunkt 16 liefern/ der proportional dem Gleichtaktsignal unter Ausschluß des Differenzsignals ist. Das Gleichtaktstromsignal wird von der Schaltung 40 in ein Ausgangspotential am Anschluß 17 umgewandelt, welches dem Bezugsanschluß 15 der Dämpfungsglieder zugeführt wird. The reference signal for the attenuators is generated by the resistors Rs1 and Rs2, which each with the Inputs 11 and 12 are connected and selectively deliver a signal stream at their interconnection point 16 / which is proportional to the common mode signal excluding the difference signal. The common mode current signal is from the circuit 40 is converted into an output potential at the terminal 17, which is fed to the reference terminal 15 of the attenuators.

Der Eingangsanschluß 18 der Schaltung 40, an welchen die Widerstände Rs1 und Rs2 angeschlossen sind, ist mit einem Punkt praktisch festen Potentials verbunden. In der dargestellten Schaltung ist dieses Potential gleich der Summe der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren T1 und T2.The input terminal 18 of the circuit 40 to which the Resistors Rs1 and Rs2 are connected, is connected to a point of practically fixed potential. In the illustrated Circuit, this potential is equal to the sum of the base-emitter voltages of the transistors T1 and T2.

Dieses Potential läßt sich vergrößern durch Einfügung eines kleinen Gegenkopplungswiderstandes in den Emitterkreis des Transistors T1. Fügt man einen solchen Emitterwiderstand in den Emitterkreis des Transistors T1 ein, dann kann es zweckmäßig sein, auch in die Emitterkreise der Transistoren T3 und T4 ähnliche Gegenkopplungswiderstände einzufügen.This potential can be increased by inserting a small negative feedback resistor in the emitter circuit of the Transistor T1. If such an emitter resistor is inserted into the emitter circuit of the transistor T1, then it can It may be useful to insert similar negative feedback resistances in the emitter circuits of the transistors T3 and T4.

Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß das Potential am Anschluß 18 Null sei.(Diese Annahme hat keine Wirkung auf die Wechselspannungsbetrachtung der Schaltung. Daß dieses Potential tatsächlich 2V, beträgt, braucht nur berücksichtigt zu werden, wenn man die Gleichvorspannungen betrachtet, die an den Anschlüssen 13 und 14 bei der speziellen Anwendung auftreten, für welche die Schaltung benutzt wird.) Mit der vorstehenden Annahme ergibt sich der in den Anschluß 18 fließende Strom I₁₈ zuFor explanatory purposes it is assumed that the potential at terminal 18 is zero (this assumption has no effect on the AC voltage analysis of the circuit. The fact that this potential is actually 2V only needs to be taken into account when one considers the DC bias voltages at the terminals 13 and 14 occur in the special application for which the circuit is used.) With the above assumption, the current I _{18 flowing into the terminal 18 results in}

¹I₈ = ^(Vcm ^{+ V}dm^{(+))/Rs1 + (V}cm ^{+ V}dm⁽->>^/Rs2? <^{2) 1} I ₈ = ^(V cm ^{+ V} dm ^{(+)) / Rs1 + (V} cm ^{+ V} dm ⁽ - >> ^{/ Rs2?} < ²⁾

nimmt man weiter an, daßone further assumes that

^Rs1 ^{= R}s2 ^{= Rs und V}dm^{(+) = {}-^)Väm⁽-^{] ist} entsprechend der normalen Definition von DifferenzSignalen, ^R s1 ^{= R} s2 ^{= Rs and V} dm ^{(+) = {} - ^{) V} äm ⁽ - ^{] is} according to the normal definition of difference signals,

dann reduziert Gleichung (2) zuthen equation (2) reduces to

¹IS = ^{2 V}cm^/Rs· ¹ IS = ^{2 V} cm ^{/ Rs}

Man sieht hieraus, daß der Eingangsstrom zur Schaltung 40 nur Gleichtaktsignalkomponenten enthält.It can be seen from this that the input current to circuit 40 contains only common mode signal components.

Die Transistoren T1 und T2 der Schaltung 40 bilden den Eingangsteil eines Stromspiegels. Der Transistor T3 stellt den ersten Ausgangsteil des Stromspiegels dar und der Transistor T4 den zweiten Ausgangsteil. Der Eingangsstrom I₁₈ fließt im Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors T1 und spiegelt sich wieder in den Kollektor-Emitter-Kreisen der Transistoren T3 und T4. Der Wert des im Kollektorkreis des Transistors T3 fließenden Stromes ist normalerweise gleich (-Jl.g- Dieser Strom erzeugt einen Spannungsabfall am Widerstand R8, welcher infolge der Emitterfolgerwirkung des Transistors T5, dessen Basis am Verbindungspunkt des Widerstandes R8 mit dem Kollektor des Transistors T3 liegt und dessen Emitter am Anschluß 17 liegt, zum Ausgangsanschluß 17 übertragen wird.The transistors T1 and T2 of the circuit 40 form the input part of a current mirror. The transistor T3 represents the first output part of the current mirror and the transistor T4 the second output part. The input current I ₁₈ flows in the collector-emitter circuit of the transistor T1 and is reflected again in the collector-emitter circuits of the transistors T3 and T4. The value of the current flowing in the collector circuit of the transistor T3 is normally the same (-Jl.g- This current creates a voltage drop across the resistor R8, which is due to the emitter follower effect of the transistor T5, the base of which is at the junction of the resistor R8 with the collector of the transistor T3 and the emitter of which is connected to the terminal 17, is transmitted to the output terminal 17.

Der Ausgangstransistor T4 arbeitet als aktiver Arbeitswiderstand bezüglich des Anschlusses 17, um die Ansprechzeit der Schaltung zu verkürzen. Die Transistoren T4 und T5 arbeiten im Gegentakt. Der Transistor T4 kann auch durch einen zwischen den Anschluß 17 und Masse geschalteten Widerstand ersetzt werden (passive Last). Die Spannungsverstärkung G der Gleichtaktschaltung zwischen den AnschlüssenThe output transistor T4 works as an active load resistor with respect to the terminal 17 in order to shorten the response time of the circuit. The transistors T4 and T5 work in push-pull. The transistor T4 can also be through a resistor connected between the terminal 17 and ground replaced (passive load). The voltage gain G of the common mode circuit between the terminals

11 und 12 einerseits und dem Anschluß 15 andererseits läßt . sich darstellen durch11 and 12 on the one hand and the terminal 15 on the other hand . present yourself through

^Gcm = ^2R8^{/Rs =} e ^{(4) G} cm = ^2R 8 ^{/ Rs =} e ⁽⁴⁾

wobei R der Wert der Fühlwiderstände Rs1 und Rs2 ist. Bemißt man 2R_Q/Rs = R_K/R und wählt man Ra größer als Rb zurwhere R is the value of the sense resistors Rs1 and Rs2. If one measures 2R _Q / Rs = R _K / R and one chooses Ra greater than Rb

O JD elO JD el

völligen Auslöschung des Gleichtaktsignales, dann wird die Verstärkung 3 der Schaltung 40 für alle Dämpfungsglieder, deren Dämpfungsfaktor größer als 1/2 ist, kleiner als 1.complete cancellation of the common mode signal, then the gain 3 of the circuit 40 for all attenuators, whose damping factor is greater than 1/2, less than 1.

Unter diesen Umständen arbeitet die Schaltung bei allen Frequenzen stabil, und es ist keine Phasenkompensation notwendig. Durch das Entfallen des Erfordernisses für eine Phasenkompensation, etwa die Notwendigkeit eines relativ großen Kondensators, erhält man einen zweifachen Vorteil. Erstens vergrößert sich die Bandbreite der Gleichtaktschaltung ganz erheblich im Vergleich zu derzeitigen Schaltungen und zweitens eignet sich die Schaltung besonders gut zur Realisierung in integrierter Form.Under these circumstances the circuit operates stably at all frequencies and no phase compensation is necessary. By eliminating the need for phase compensation, such as the need for a relative large capacitor, there is a twofold benefit. First, the bandwidth of the common mode circuit increases quite considerably compared to current circuits and, secondly, the circuit is particularly suitable for Realization in an integrated form.

Die Größe der erreichbaren Gleichtaktunterdrückung hängt von der Anpassung der Dämpfungsglieder und der Beeinflussung der Gleichtaktverstärkungserfordernisse durch das jeweilige Widerstandsverhältnis ab. Eine kleine Abweichung zwischen den Fühlwiderständen Rs1 und Rs2 führt dazu, daß der Schaltung 40 ein Differenzsignalstrom zugeführt wird. Dieser Differenzstrom infolge von Widerstandsunterschieden führt zu einem kleinen Gleichtaktsignal an den Ausgangsanschlüssen 13 und 14 der Dämpfungsglieder. Es läßt sich jedoch zeigen, daß die Auswirkungen ungleicher Fühlwiderstände kleiner als der prozentuale Unterschied AR /R infolge des Gleichtaktverstärkers ist, der kleiner als 1 ist. Der prozentuale Unterdrückungsfehler für Gleichtaktsignale infolge ungleicher Fühlwiderstände ist halb so groß wie der prozentuale Unterschied AR /R .The size of the common-mode rejection that can be achieved depends on the adaptation of the attenuators and the influence the common mode gain requirements by the respective resistance ratio. A small deviation between the sensing resistors Rs1 and Rs2 results in the circuit 40 being supplied with a differential signal current. This differential current as a result of differences in resistance leads to a small common mode signal at the output connections 13 and 14 of the attenuators. It can be however, show that the effects of unequal sensing resistances are less than the percentage difference AR / R as a result of the common mode amplifier that is less than 1. The percentage rejection error for common mode signals due to unequal sensing resistances is half as large as the percentage difference AR / R.

Da der Prozentsatz der Fehlanpassung von Bauelementen auf nominell kleinen Werten gehalten werden kann (sowohl bei diskret als auch modernen integriert aufgebauten Schaltungen) und da die Schaltung von sich aus Auswirkungen solcher Fehlanpassungen verkleinert, läßt sich ohne Einfügung variabler Bauelemente, wie etwa eines Potentiometers zwischen Rs1 und Rs2 zur Kompensation von Anpassungsfehlern, eine relativ gute Gleichtaktunterdrückung erreichen.Since the component mismatch percentage can be kept at nominally small values (both for discrete as well as modern integrated circuits) and since the circuit itself effects such mismatches reduced in size, can be done without inserting variable components, such as a potentiometer between Rs1 and Rs2 to compensate for matching errors, achieve a relatively good common-mode rejection.

Claims (6)

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS DR. DIETER V. BEZOLDDR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZDIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING, WOLFGANG HEUSLERDIPL. ING, WOLFGANG HEUSLER MARIA-THERESIA-STRASSE 22
POSTFACH 86 02 60MARIA-THERESIA-STRASSE 22
PO Box 86 02 60 D-8OOO MUENCHEN 86D-8OOO MUNICH 86 ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMTAPPROVED BY THE EUROPEAN PATENT OFFICE EUROPEAN PATENTATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENSEUROPEAN PATENTATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS TELEFON 089/4 70 60 06 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZTELEPHONE 089/4 70 60 06 TELEX 522 638 TELEGRAM SOMBEZ RCA 77926 Sch/VuRCA 77926 Sch / Vu USSN 336,169USSN 336,169 vom 31. Dezember 1981dated December 31, 1981 RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Patentansprüche RCA Corporation, New York, NY (V.St.A.) claims ( 1)/ Schaltung zur Verringerung eines zusammen mit Differenzsignalen (Vdm) auftretenden Gleichtaktsignals (Vcm) mit einem ersten und einem zweiten Dämpfungsglied (10,20), die jeweils einen Eingang (11,12) zur Zuführung der Differenzsignale einschließlich des Gleichtaktsignals, sowie einen Ausgang (13,14) und einen Bezugsanschluß (15) haben, ferner mit einer Schaltung (40) mit einer ersten und einer zweiten, zu den Eingangsanschlüssen (11,12) des ersten bzw. zweiten Dämpfungsgliedes (10,20) führenden Eingangsschaltung (Rs1 bzw. Rs2) und einer zum Bezugsanschluß (15) des ersten und zweiten Dämpfungsgliedes führenden Ausgangsschaltung (17) zur Erzeugung eines solchen Signals an der Ausgangsschaltung,(1) / circuit for reducing a along with differential signals (Vdm) occurring common mode signal (Vcm) with a first and a second attenuator (10,20), the one input (11, 12) for supplying the differential signals including the common mode signal, as well as one Output (13,14) and a reference connection (15) also have with a circuit (40) with a first and a second, to the input terminals (11,12) of the first and second, respectively Attenuator (10,20) leading input circuit (Rs1 or Rs2) and one to the reference terminal (15) of the first and second attenuator leading output circuit (17) for generating such a signal at the output circuit, -2--2- daß das Differenzsignal praktisch frei von Gleichtaktsignalen zwischen den Ausgängen der Dämpfungsglieder verfügbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (40) selektiv auf Gleichtaktsignale an der ersten und zweiten Eingangsschaltung reagiert, praktisch nicht dagegen auf Differenzsignale an den Eingangsschaltungen, zur Erzeugung eines Signals an der Ausgangsschaltung, welches proportional dem Gleichtaktsignal und im wesentlichen gegenphasig zu diesem ist.
10that the difference signal is available practically free of common-mode signals between the outputs of the attenuators, characterized in that the circuit (40) reacts selectively to common-mode signals at the first and second input circuit, but practically not to differential signals at the input circuits for generating a signal at the Output circuit which is proportional to the common mode signal and essentially out of phase with it.
10 2) Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor kleiner als 1 ist.2) Circuit according to claim 1, characterized in that that the proportionality factor is less than 1. 3) Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Dämpfungsglieder (10,20) einen Widerstandsspannungsteiler mit einem zwischen seinen Eingangsanschluß (11,12) und seinen Ausgangsanschluß (13, 14) geschalteten ersten Widerstand (Ra1,Ra2) und einen zwischen seinen Ausgangsanschluß (13,14) und den Bezugsan-Schluß (15) geschalteten zweiten Widerstand (Rb1,Rb2) enthält. 3) Circuit according to claim 1 or 2, characterized in that each of the two attenuators (10, 20) a resistive voltage divider with a between its input terminal (11,12) and its output terminal (13, 14) connected first resistor (Ra1, Ra2) and one between its output terminal (13,14) and the reference terminal (15) switched second resistor (Rb1, Rb2) contains. 4) Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltungen der Schaltung (40) an die Eingangsanschlüsse (11,12) des ersten und zweiten Dämpfungsgliedes (10,20) angeschlossene Schaltungselemente (Rs1,Rs2) enthalten zur Erzeugung eines Stroms, der proportional zu den Gleichtaktsignalen ausschließlich der DifferenzStromkomponente ist, und daß die Schaltung (40) einen Strom/Spannungs-Konverter enthält, der auf den Gleichtaktsignalstrom anspricht und an der Ausgangsschaltung (17) einen Spannungsabfall erzeugt, welcher proportional zu dem Strom und um 180° in Gegenphase zu diesem liegt.4) Circuit according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the input circuits of the circuit (40) circuit elements connected to the input connections (11, 12) of the first and second attenuator (10, 20) (Rs1, Rs2) contain to generate a current that is proportional to the common mode signals excluding the Is differential current component, and that the circuit (40) contains a current / voltage converter which is based on the common-mode signal current responds and at the output circuit (17) generates a voltage drop which is proportional to the Current and is 180 ° in phase opposition to this. 5) Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den zum Gleichtaktsignal proportionalen Strom erzeugende Schaltung einen ersten und einen diesem gleichen zweiten Fühlwiderstand (Rs1,Rs2) enthält, die jeweils mit5) Circuit according to claim 4, characterized in that the proportional to the common-mode signal generating the current Circuit contains a first and a second sensing resistor (Rs1, Rs2) identical to this, each with einem ersten Ende an einen Punkt (18) praktisch festena first end practically fixed at a point (18) Potentials und jeweils mit einem zweiten Ende an die Eingangsanschlüsse des ersten bzw. zweiten Dämpfungsgliedes (10,20) angeschlossen sind. 5Potential and each with a second end to the input connections of the first and second attenuator (10, 20) are connected. 5 6) Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom/Spannungs-Konverter einen Stromspiegel (T1,T2,T3), dem an einem Eingangsanschluß (18) der den Gleichtaktsignalen proportionale Strom zugeführt wird, ferner einen an den Ausgang des Stromspiegels und an einen Betriebsspannungspunkt angeschlossenen Widerstand (R8) sowie einen Transistor (T5) enthält, welcher als dem Strom proportionale Spannung der Ausgangsschaltung (17) des Konverters eine Spannung zuführt, welche in Beziehung zu der Spannung an dem Widerstand (R8) steht.6) Circuit according to claim 4 or 5, characterized in that the current / voltage converter has a current mirror (T1, T2, T3), to which the current proportional to the common-mode signals is fed to an input connection (18), also a resistor (R8) connected to the output of the current mirror and to an operating voltage point a transistor (T5), which as the current proportional voltage of the output circuit (17) of the converter supplies a voltage which is related to the voltage across the resistor (R8).