DE69407762T2

DE69407762T2 - Signalverarbeitungsschaltung mit geschalteten spannungsstromumsetzern

Info

Publication number: DE69407762T2
Application number: DE69407762T
Authority: DE
Inventors: Nicholas Charles Battersby; Christofer Toumazou
Original assignee: Imperial College of Science Technology and Medicine
Current assignee: Imperial College of Science Technology and Medicine
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2014-02-26
Also published as: EP0686288A1; DE69407762D1; AU6113394A; EP0686288B1; GB9303828D0; US5960183A; WO1994019763A1; JPH08506948A; ATE161986T1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterstützen der exakten und kontinuierlich abstimmbaren Verarbeitung analoger elektrischer Signale in vollständig integrierbarer Weise, ohne das Bedürfnis einer Trimmung nach der Fertigung.
Es gibt zwei grundlegende Wege, auf welchen analoge elektrische Signale verarbeitet werden können, diese sind in den zeitkontinuierlichen und zeitdiskreten Bereichen. In der praktischen Ausführung haben beide Verfahren ihre Vorzüge und Nachteile.
Zeitkontinuierliche Filter, wie die Gegenleitwert-Kondensator-Technik [1] bieten ein sehr hohes Geschwindigkeitspotential und sind kontinuierlich abstimmbar. Beispiele zeitkontinuierlicher Schaltungstechniken sind gezeigt in IEEE Transactions on Circuits and Systems, Bd. 37, Nr.4, April 1990, New York, USA, Seite 464-472, Khoury et al "Synthesis of arbitrary rational transfer functions in S using uniform distributed RC active circuits". Ein Verwirklichen einer sehr guten, inhärenten Genauigkeit ohne Anwenden eines Abstimm-Schemas oder einer Trimmung ist jedoch nicht möglich. Dies ist der Fall, da die Genauigkeit zeitkontinuierlicher Filter von dem Absolutwert der Komponenten oder dem Produkt oder dem Verhältnis der Absolutwerte der Komponenten unterschiedlicher Arten abhängt. Unter Verwendung einer integrierten Standard-Schaltungs-Verarbeitungstechnik ist es nicht möglich, zuverlässig Komponenten herzustellen, deren Absolutwerte sehr genau gesteuert sind, ohne eine Trimmung nach der Herstellung anzuwenden. Weiterhin sind die Absolutwerte von Komponenten einer Veränderung über der Zeit, der Temperatur und anderen physikalischen Belastungen unterworfen und somit leidet ein auf Absolutwerte angewiesener Signalprozessor unter der Veränderung. Komplexe Ein- oder Zwei-Schleifen-On-Chip-Abstimm-Schemata können verwendet werden, um dieses Problem zu verringern.
Zeitdiskrete, analoge Signalprozessoren, wie geschaltete Kondensatoren oder geschaltete Ströme, beseitigen die Genauigkeits-Schwierigkeiten zeitkontinuierlicher Prozessoren durch Anwenden des Verhältnisses von Kondensatorwerten oder Transistorgrößen. In der Form integrierter Schaltungen ist es möglich, die Werte von Komponenten des gleichen Typs genau übereinstimmen zu lassen und somit sehr genaue, zeitdiskrete analoge Signalprozessoren zu verwirklichen. Weiterhin ist die Wirkung der Komponenten-Drift deutlich weniger stark, da sämtliche übereinstimmenden Komponenten die gleichen Drift-Mechanismen erfahren. Obwohl zeitdiskrete analoge Signalprozessoren eine gute Genauigkeit zeigen, weisen sie zwei sehr signifikante Beschränkungen auf. Die erste ist, daß die Signalbandbreite auf weniger als die Hälfte der Taktfrequenz begrenzt ist, welche selbst begrenzt ist durch das Bedürfnis, eine gute Leistungsfähigkeit sicherzustellen. Dies bedeutet, daß zeitdiskrete analoge Signalprozessoren auf niedrigere Signalfrequenzen als ihre kontinuierlichen Gegenstücke für eine vorgegebene Technologie beschränkt sind. Der zweite Nachteil ist, daß es nicht möglich ist, kontinuierlich abstimmbare, zeitdiskrete, analoge Signalprozessoren zu verwirklichen und auch die Verwirklichung eines Grades von Abstimmbarkeit erfordert komplizierte Schaltungen. Der Grund dafür ist, daß ein Verhältnis von Komponenten, Kondensatoren in dem Fall geschalteter Kondensatoren, die Grenzfrequenz bestimmt, und um diese abzustimmen, ist das Einfügen oder Entfernen von Kondensatoren erforderlich. Um somit eine gute Abstimmbarkeit mit geschalteten Kondensatoren zu verwirklichen, ist eine große Bank von Kondensatoren erforderlich, welche eine beträchtliche Fläche belegt. Ein Beispiel der Verwendung geschalteter Rückkopplungsschleifen ist gezeigt in Alta Frequenza, Bd. 51, Nr.6, November 1982, Mailand, IT, S.328- 333, Manfredi et al, "Realisation of some analog functions with switchable feedback loops".
Die vorliegende Erfindung will inhärent genaue und kontinuierlich abstimmbare, analoge Signalprozessoren angeben, welcher unter Verwendung eines integrierten Standard-Digitalschaltungs-Prozesses herstellbar sind.
Daher gibt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Signalverarbeitungsschaltung an, zum Bereitstellen einer abstimmbaren lmpedanz, wobei die Schaltung einen abstimmbaren, zeitkontinuierlichen Gegenleitwert die Verwirklichung G(s) umfaßt und einen zeitdiskreten Strom-Prozessor -H(z) aufweist, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Gegenleitwertes angeschlossen ist, um den Ausgangsstrom des Gegenleitwertes zurück in seinen Eingang einzuspeisen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung gibt eine Signalverarbeitungsschaltung zum Bereitstellen einer abstimmbaren lmpedanz an, wobei die Schaltung einen abstimmbaren, zeitkontinuierlichen Gegenwiderstand (Transresistanz) R(s) umfaßt und einen zeitdiskreten Spannungsprozessor -H(z) aufweist, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Gegenwiderstandes angeschlossen ist, um die Ausgangsspannung des Gegenwiderstandes zurück in seinen Eingang einzuspeisen.
Die obigen Schaltungen stellen eine Eingangsimpedanz dar, welche gleich der Inversen des Produkts der Übertragungsfunktionen des Gegenleitwertes und des Strom prozessors (oder des Gegenwiderstandes und des Spannungsprozessors) ist. Die folgende Erläuterung wird allgemein mit den Begriffen der Gegenleitwerte und der Stromprozessoren gegeben, es ist jedoch erkennbar, daß die gleichen Prinzipien hinsichtlich der Gegenwiderstände und Spannungsprozessoren gelten.
Wenn der zeitdiskrete Strom prozessor ein Multiplizierer ist, verhält sich die Gesamt- Eingangsimpedanz wie ein Widerstand, wenn er ein Integrierer ist, verhält sie sich wie eine Induktivität, und wenn er ein Differenzierer ist, verhält sie sich wie eine Kapazität. Kombinationen geschalteter Gegenleitwert-Schaltungen, welche die oben beschriebenen, zeitdiskreten Stromprozessoren enthalten (oder andere, vergleichbare Stromprozessoren) bilden eine breite Vielfalt abstimmbarer Filter und anderer analoger Signalverarbeitungsfunktion, bei welchen die Übertragungsgenauigkeit bestimmt ist durch ein Verhältnis von Gegenleitwert und der Genauigkeit des zeitdiskreten Stromprozessors.
Der abstimmbare Gegenleitwert kann z.B. ein optischer Gegenleitwert sein, mit einer Eingangsstufe mit einem Feldeffekttransistor, welcher angeordnet ist, um eine Laserdiode anzusteuern, und einer Ausgangsstufe mit einer optisch an die Laserdiode gekoppelten Fotodiode. Solche Vorrichtungen sind detaillierter in unserer gleichzeitig anhängigen Anmeldung WOA94/19867 beschrieben.
Umgekehrt kann natürlich ein zeitdiskreter Spannungsprozessor als geschaltete Kapazität verwendet werden; in diesem Fall ist der zeitkontinuierliche Prozessor ein abstimmbarer Gegenwiderstand.
Somit gibt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der Signalverarbeitung an, welches die Abstimmbarkeit eines zeitkontinuierlichen Gegenleitwertes (oder Gegenwiderstandes) mit der Genauigkeit eines analogen, zeitdiskreten Strom- (oder Spannungs-) Prozessors zum Nachbilden eines abstimmbaren, analogen Signalprozessors kombiniert, dessen Genauigkeit von den unabhängigen Verhältnissen der Gegenleitwerte (oder Gegenwiderstände) und Transistoren (oder Kondensatoren) abhängt.
Einige Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines Signalprozessors mit einem geschalteten Gegenleitwert;
Figur 5 ein Tiefpaß-Leiter-Filter dritter Ordnung;
Figur 6a den Schaltungsaufbau einer geschalteten Strom-Speicherzelle;
Figur 6b Taktwellenformen für die Schaltung in Figur 6a;
Figur 7 eine Strom-Multipliziererschaltung;
Figur 8 einen geschalteten, invertierenden Rückwärts-Euler-Strom-Differenzierer; und
Figur 9 einen verlustfreien, invertierenden Rückwärts-Euler-Integrierer.
Wenn die Gegenleitwert-Verstärkung des Gegenleitwertes Io/Vin G(s) ist und die Übertragungsfunktion des zeitdiskreten Stromprozessors Iin/Io -H(z) ist, ist in Figur 1 die Eingangsimpedanz der Schaltung
(In dem Fall der Spannungsprozessor- und Gegenwiderstand-Kombination ist die Eingangsimpedanz -R(s) H(z). In der verbleibenden Beschreibung haben wir besonders Bezug genommen auf die Zeit-Stromprozessor-/Gegenleitwert-Kombination, es ist jedoch erkennbar, daß die gleichen Grundsätze für die Spannungsprozessor/Gegenwiderstand-Kombination gelten.) Somit bildet das geschaltete Basis-Gegenleitwert-Element eine lmpedanz gegen Masse nach, deren Wert durch den Wert des Gegenleitwertes G(s) und die Übertragungsfunktion des zeitdiskreten Stromprozessors H(z) bestimmt ist. Durch Wählen geeigneter zeitdiskreter Funktionen H(z) kann ein gesamter Bereich von Impedanzen nachgebildet werden, von denen einige physikalische Komponenten nachbilden. Um das Konzept zu illustrieren, zeigt Tabelle 1 die zeitdiskreten Strom-Verarbeitungsfunktionen H(z), die verwendet werden können, um physikalische Komponenten unter Verwendung der Rückwärts- Euler-Transformation s-> (1-z&supmin;¹) nachzu bilden, der Vorwärts-Euler-Transformation s-> (1-z&supmin;¹)/z&supmin;¹ und der bilinearen Transformation s-> (2/T) (1+z&supmin;¹)/(1-z&supmin;¹). In Tabelle 1 wurde die Gegenleitwert-Verstärkung G als nicht invertierend angenommen, deren Grenzfrequenz als deutlich größer als die Signalfrequenz angenommen werden kann&sub1; während H(z) invertiert ist; es ist klar, daß dies umkehrbar ist, um die gleiche Übertragungsfunktion zu erhalten. Alternativ, wenn H(z) und G das gleiche Vorzeichen haben, kann eine negative Impedanz nachgebildet werden. Tabelle 1: Impedanz-Nachbildung Physikalischer Komponenten
Es wurde oben gezeigt, daß die Technik geschalteter Gegenleitwerte verwendbar ist, um die Impedanz gegen Masse eines großen Bereiches von Komponenten, sowohl physikalischer als auch imaginärer, nachzubilden. Die Verwendung von Differentialstrukturen erlaubt, daß diese Technik zur Verwirklichung identischer schwimmender Impedanzen erweitert wird, wie in Figur 2 dargestellt.

Zusammengesetzte Elemente

In dem vorigen Abschnitt wurde das Konzept geschalteter Gegenleitwerte erläutert und es wurde gezeigt, daß es verwendet werden kann, um eine breite Vielfalt abstimmbarer Impedanzen nachzubilden. In diesem Abschnitt wird die Kombination einfacher geschalteter Gegenleitwert-Elemente zum Bilden komplexerer Anordnungen beschrieben, in welchen Zeitkonstanten von Verhältnissen von Gegenleitwerten und Transistorgrößen abhängen (wenn der zeitdiskrete Strom prozessor eine geschaltete Stromschaltung ist). Es ist anzumerken, daß in den folgenden Erläuterungen zusammengesetzter Elemente und Filter sämtliche Ausdrücke auf die Taktfrequenz normalisiert wurden (d.h., T = 1), um die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung besser darzustellen.
Der Zusammenhang, durch welchen die Zeitkonstanten zusammengesetzter Elemente von Verhältnissen abhängen, wird am besten durch Berücksichtigen des einfachen Beispiels eines parallelen Widerstandes (R&sub1;) und einer Kapazität (C&sub2;) erläutert, wie in Figur 3 gezeigt.
Aus der Figur 3 ist erkennbar, daß zum Erhalten einer exakten Zeitkonstanten exakte Absolutwerte von R&sub1; und C&sub2; erforderlich sind, welche in der Praxis schwer zu verwirklichen sind. Jetzt wird jedoch der Fall betrachtet, in welchem R&sub1; und C&sub2; durch ihre Äquivalente geschalteter Gegenleitwerte aus Tabelle 1 ersetzt sind. Rückwärts-Euler s-> z-Zuordnung Vorwärts-Euler s-> z-Zuordnung Bilineare s-> z-Zuordnung
Durch Anwenden der entsprechenden z-> Zuordnungen (2), (3) und (4) erhalten alle die folgende lmpedanz in dem s-Bereich für Signalfrequenzen deutlich unterhalb der Taktfrequenz.
Durch Untersuchen von (5) wird deutlich, daß die Polfrequenz der Impedanz von einem Verhältnis von Gegenleitwerten und Multiplikationsfaktoren des zeitdiskreten Stromprozessors abhängt. Da diese beiden Verhältnisse gleicher Komponenten sind, können sie exakt gesteuert werden, resultierend in einer inhärent exakten Zeitkonstanten ohne die Verwendung einer Trimmung oder Abstimmung. Der lmpedanzpegel selbst wird weniger genau gesteuert und ist das Produkt eines Gegenleitwertes und eines Multiplikationsfaktors, in Filteranwendungen ist aber die Steuerung der Grenzfrequenz von überragender Bedeutung. Weiterhin ist die Verstärkungssteuerung einfach zu verwirklichen, während die Frequenzsteuerung dies nicht ist.
Beim Berechnen von (6) wurde angenommen, daß die verwendeten Signalfrequenzen deutlich geringer als diejenige des Taktes sind und so einfache Zuordnungen verwendbar sind. Die exakten Frequenzantworten von (2), (3) und (4), welche für alle Frequenzen gültig sind, sind unten jeweils in (6), (7) und (8) gezeigt. Rückwärts-Euler-Zuordnung Vorwärts-Euler-Zuordnung Bilineare Zuordnung
Die obige Erläuterung hat gezeigt, wie die Technik geschalteter Gegenleitwerte verwendbar ist, um einen parallelen Widerstand und eine Kapazität mit einer exakten Polfrequenz zu emulieren. Von diesem einfachen Beispiel ausgehend kann das Konzept erweitert werden, um einen breiten Bereich von Kombinationen zu umfassen; um dies darzustellen, sind die Basis-Reihen- und Parallel-Schaltungen eines Widerstands, einer Kapazität und einer Induktivität in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2: Basis-Reihen- und Parallelschaltungen eines Widerstands, einer Kapazitöt und einer Induktivität
Aus Tabelle 2 ist erkennbar, daß in allen gezeigten Fällen die Pol/Null-Frequenzen der nachgebildeten Impedanzen von dem Verhältnis der Gegenleitwerte und Multiplikationsfaktoren abhängen und mit einem hohen Genauigkeitsgrad steuerbar sind.

Filter-Anwendungen

Durch Kombinieren dieser in Tabelle 2 gezeigten Basis-Anordnungen ist es möglich, die Technik geschalteter Gegenleitwerte zu verwenden, um eine breite Vielfalt von Filteranordnungen nachzubilden und die Pol/Null-Frequenz der Verhältnisse noch beizubehalten.
Zusätzlich zu der Anwendung der Technik geschalteter Gegenleitwerte für die Synthese abstimmbarer monolithischer, passiver Netzwerke ist die Technik bei der Anwendung für Gegenleitwert-Kapazitäts-Filter [1], aktive RC-Filter [2] und geschaltete Kapazitäts-Filter [3] verwendbar. Um dieses darzustellen, zeigt Figur 4 die Anwendung von ST-Techniken in verlustlosen Integrierern unter Verwendung jeder dieser Filter-Anordnungen.
Der Vorteil der Technik geschalteter Gegenleitwerte, wenn sie auf eine Gegenleitwert-Kapazität und aktive RC-Filter angewendet wird, ist, daß, ohne das Bedürfnis nach frequenzverriegelten Abstimm-Schemata Präzision erhalten wird. Für die Technik geschalteter Kapazitäten ist der Vorteil, daß eine kontinuierliche Abstimmung möglich gemacht wird, und, wenn der zeitdiskrete Stromprozessor eine geschaltete Stromschaltung ist, das Bedürfnis nach linearen, schwimmenden Kondensatoren beseitigt wird.
Somit ist das in dem mittleren Diagramm in Figur 4 gezeigte Beispiel insbesondere anwendbar zum Bereitstellen einer monolithischen, kontinuierlich abstimmbaren, linearen, schwimmenden Kapazität mit einer digitalen Prozeßtechnik.
Bisher hat sich die Erläuterung auf sehr einfache Filterblöcke konzentriert, berücksichtigt aber jetzt ein praktischeres Beispiel, dasjenige des in Figur 5 gezeigten Tiefpaß-Leiter-Filters dritter Ordnung.
Die Spannungs-Übertragungsfunktion H(s) dieses Filters ist gegeben durch
Jetzt wird der Ersatz jeder der physikalischen Komponenten des Netzwerkes mit einem entsprechenden Element als geschaltetem Gegenleitwert betrachtet. Das Einsetzen des äquivalenten Komponentenwertes (aus Tabelle 1) in (9) ergibt die Übertragungsfunktion.
Die Gleichung (10) zeigt, daß sämtliche Koeffizienten des Leiter-Filters (Figur 5) aus Kombinationen von Verhältnissen von Gegenleitwerten und Multiplikationsfaktoren gebildet sind. Somit können durch Verwendung der Technik geschalteter Gegenleitwerte erstmalig sehr exakte und kontinuierlich abstimmbare, passive Filter in monolithischer Form nachgebildet werden. Diese Schlußfolgerungen können auf andere Filteranordnungen ausgedehnt werden und machen die Technik geschalteter Gegenleitwerte zu einer leistungsfähigen Technik für die Nachbildung allgemeiner, monolithischer, abstimmbarer Filter.

Verwirklichungen

Damit die Technik geschalteter Gegenleitwerte lebensfähig ist, ist es erforderlich, in der Lage zu sein, einen linearen, abstimmbaren Gegenleitwert und einen exakten, zeitdiskreten Stromprozessor zu verwirklichen. Es ist eine relativ einfache Angelegenheit, einen linearen, abstimmbaren Gegenleitwert zu verwirklichen und eine Anzahl davon ist in der freien Literatur [4] beschrieben. Die bevorzugte Verwirklichung des zeitdiskreten Stromprozessors ist die Technik geschalteter Ströme, bei welcher die maximale Genauigkeit durch die Transistor-Übereinstimmung bestimmt ist und daher eine gute Koeffizientengenauigkeit möglich ist.
Die Idee, auf welcher die Technik geschalteter Ströme basiert, ist, daß ein MOS- Transistor keinen Gate-Strom benötigt, um einen konstanten Stromfluß zwischen seinen Drain- und Source-Anschlüssen aufrecht zu erhalten. Die erste Anwendung dieser Idee scheint auf das Jahr 1972 zurückzudatieren [5], ihre Verwendung als zeitdiskrete, analoge Signalverarbeitungstechnik ist jedoch jünger.
Das Basiselement der Technik ist der sogenannte Speicher für den geschalteten Strom oder die Strom-Kopierzelle, die in Figur 6 gezeigt ist, welche als ein einfaches Strom-Folge- und -Halteelement [6-9] wirkt.
Zum Verwirklichen geschalteter Gegenleitwert-Simulationen aus Widerstands-, kapazitiven und induktiven Elementen wird jeweils die Bereitstellung eines Multiplizierers mit geschaltetem Strom, eines Differenzierers und eines lntegrierers erforderlich.
Der Strom-Multiplizierer (Figur 7) ist einfach ein Stromspiegel und hat die Übertragungsfunktion
H(s) = -A (11)
Es gibt eine Anzahl möglicher Differenziererschaltungen mit geschaltetem Strom [10] und ein invertierender Rückwärts-Euler-Differenzierer ist in Figur 8 dargestellt, wobei die Übertragungsfunktion dieser Schaltung ist:
H(z) = -A (1 - Z&supmin;¹) (12)
Figur 9 zeigt einen invertierenden, verlustlosen Rückwärts-Euler-Integrierer, dessen Übertragungsfunktion gegeben ist durch
Somit ist erkennbar, daß die vorliegende Erfindung eine neue analoge Signalverarbeitungstechnik angibt, welche die inhärente Genauigkeit analoger Abtastdaten- Techniken mit der kontinuierlichen Abstimmbarkeit zeitkontinuierlicher Techniken kombiniert. Da die Genauigkeit der Technik von den unabhängigen Verhältnissen von Gegenleitwerten und Transistorgrößen abhängt, ist eine gute Genauigkeit ohne Trimmen oder Abstimmen möglich. Weiterhin ist ein kontinuierliches Abstimmen durch einfaches Abstimmen von Gegenleitwerten möglich und die Technik ist auf eine breite Vielfalt von Filterarten anwendbar. Wie oben beschrieben, sind geschaltete Ströme bildende Blöcke die bevorzugte Implementierung des zeitdiskreten Stromprozessors.

Referenzen

[1] R. Schaumann und M.A. Tan, "Continuous-time filters", in Analogue IC Design: "The Current Mode Approach", C. Tournazou, D.G. Haigh und F.J. Lidgey (Hrsg.), London: Peter Peregrinus Ltd., 1990.
[2] M. Banu und Y.P. Tsividis, "Fully integrated active RC filters in MOS technology", IEEE J. Solid-State-Circuits, Bd. SC-1 8, S.644-651, Dezember 1983.
[3] R. Gregorian und G.C. Temes, "Analog MOS lntegrated Circuits for Signal Processing", New York: John Wiley & Sons, 1986.
[4] S.T. Dupie und M. Ismail, "High Frequency CMOS Transconductors", in Analogue IC Design: "The Current Mode Approach", C. Toumazou, D.G. Haigh und F.J. Lidgey (Hrsg.), London: Peter Peregrinus Ltd., 1990.
[5] S. Matsuzaki und I. Kondo, "Information Holding Apparatus", UK-Patent 13 59 105, 10. Juli 1974, Anmelderin: Olympus Camera, angemeldet am 6. Juli 1972.
[6] N.C. Bird, "Storing Sampled Analogue Electrical Currents", UK-Patent 22 09 895, 24. Mai 1989, Anmelderin: Philips Electronic & Associated Industries Ltd., angemeldet am 16. September 1987.
[7] N.C. Bird, "A Method of and a Circuit Arrangement for Processing Sampled Analogue Electrical Signals", UK-Patent 22 13 011, 2. August 1989, Anmelden: Philips Electronic and Associated Industries Ltd., angemeldet am 16. September 1987.
[8] N.C. Bird, "Circuit Arrangement for Storing Sampled Analogue Electrical Currents", US-Patent 48 66 368, Anmelderin U.S. Philips Corporation, angemeldet am 14. September 1988.
[9] J.B. Hughes, "Circuit Arrangement for Processing Sampled Analogue Electrical Signals", UK-Patent 22 16 740, 11. Oktober 1989, Anmelderin: Philips Electronic and Associated Industries Ltd., angemeldet am 6. Juli 1 988.
[10] J.B. Hughes, "Differentiator Circuit", UK-Patent 2235799, 13. März 1991, Anmelderin: Philips Electronic and Associated Industries Ltd., angemeldet am 6. September 1989.

Claims

1. Signalverarbeitungsschaltung zum Bereitstellen einer abstimmbaren Impedanz, gekennzeichnet durch einen abstimmbaren, zeitkontinuierlichen Gegenleitwert G(s) und mit einem zeitdiskreten Strom-Prozessor -H(z), der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Gegenleitwertes angeschlossen ist, um den Ausgangsstrom des Gegenleitwertes zurück in seinen Eingang einzuspeisen.

2. Signalverarbeitungsschaltung zum Bereitstellen einer abstimmbaren Impedanz, gekennzeichnet durch einen abstimmbaren, zeitkontinuierlichen Gegenwiderstand R(s) und mit einem zeitdiskreten Spannungs-Prozessor -H(z), welcher zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Gegenwiderstands angeschlossen ist, um die Ausgangsspannung des Gegenwiderstands zurück in seinen Eingang einzuspeisen.

3. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

bei welcher der zeitdiskrete Strom- oder Spannungs-Prozessor ein Multiplizierer ist, so daß die Gesamt-Eingangsimpedanz diejenige eines Widerstands nachbildet.

4. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

bei welcher der zeitdiskrete Strom- oder Spannungs-Prozessor ein Integrator ist, so daß die Gesamt-Eingangsimpedanz diejenige einer Induktivität nachbildet.

5. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

bei welcher der zeitdiskrete Strom- oder Spannungs-Prozessor ein Differenzierer ist, so daß die Gesamt-Eingangsimpedanz diejenige eines Kondensators nachbildet.

6. Signalverarbeitungsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche,

bei welcher der abstimmbare Gegenleitwert oder Gegenwiderstand einen optisch gekoppelten Gegenleitwert oder Gegenwiderstand umfaßt.

7. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 6,

bei welcher der Gegenleitwert oder Gegenwiderstand eine Eingangsstufe mit einem Feldeffekt-Transistor beinhaltet, welcher so angeordnet ist, daß er eine Laserdiode ansteuert, und eine Ausgangsstufe umfaßt eine Fotodiode, welche optisch mit der Laserdiode gekoppelt ist.

8. Signalverarbeitungsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche,

bei welcher der zeitdiskrete Strom- oder Spannungs-Prozessor eine geschaltete Strom- oder Spannungs-Speicherzelle umfaßt, in welcher ein geschalteter Ausgangsstrom oder eine Ausgangsspannung als Reaktion auf das Schalten eines Eingangsstromes oder einer Spannung erzeugt wird.

9. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 8,

bei welcher der zeitdiskrete Strom- oder Spannungs-Prozessor einen Stromspiegel oder einen Spannungsverstärker mit einer Übertragungsfunktion H(s) = -A umfaßt, welcher als Multiplizierer oder Verstärker wirkt.

10. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 9,

bei welcher der zeitdiskrete Strom- oder Spannungs-Prozessor einen Differenzierer oder Integrierer umfaßt, welcher jede geeignete s T z-Bereichs-Transformation verwendet.