DE69820383T2

DE69820383T2 - Verfahren und Anordnung zur Kalibrierung eines aktiven Filters

Info

Publication number: DE69820383T2
Application number: DE69820383T
Authority: DE
Inventors: Harri Kimppa; Markus Pettersson; Kjell Östman
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: FI973963A0; EP0910165A3; FI103744B; EP0910165A2; DE69820383D1; FI103744B1; FI973963A; EP0910165B1; US20010045864A1; US7113028B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kalibrierverfahren, wie es in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 definiert ist, für ein aktives Filter, das dazu vorgesehen ist, speziell in tragbaren Funkgeräten verwendet zu werden. Die Erfindung betrifft auch eine Kalibrieranordnung für ein aktives Filter, wie sie in den Oberbegriffen der Ansprüche 9 und 10 definiert ist.
Herkömmlicherweise wurden Niederfrequenzfilter auch passiv hergestellt. Zu ihren Nachteilen gehören insbesondere die durch Induktivitäten hervorgerufene Nichtidealheit, die großen Abmessungen und die relativ hohen Herstellkosten. Unter Verwendung diskreter Komponenten realisierte aktive Filter zeigen nicht die durch Induktivitäten hervorgerufenen Nachteile, jedoch sind sie wegen der Anzahl der Komponenten ebenfalls raumaufwändig und zeigen relativ hohe Herstellkosten.
Ein aktives Filter kann dadurch auf kleinem Raum realisiert werden, dass es zu einem Mikroschaltkreis integriert wird. Das Problem bei derartigen Filtern ist die große Fläche, wie sie durch die Kondensatoren auf dem Chip belegt wird. Integration ist möglich, wenn die Kapazitäten sehr klein gemacht werden, wodurch entsprechend die Widerstände sehr groß werden. Dies bedeutet jedoch, dass der Signalpegel fällt und der Störsignalpegel zunimmt, weswegen diese Lösung im Allgemeinen nicht akzeptierbar ist. Integration ist auch möglich, wenn kleine Kapazitäten mit sehr hohen virtuellen Widerständen auf Grundlage z. B. der Technologie mit geschalteten Kondensatoren (SC) oder geschalteten Strömen (SI) verwendet werden. Dies beseitigt die hohen thermischen Störsignalpegel, jedoch führt die Verwendung von Schaltern zu einem Anstieg des Störsignalpegels, zu erhöhtem Stromverbrauch und zu einer Beeinträchtigung der Filterlinearität. Das Letztere begrenzt den Dynamikbereich des Filters. Wenn die fragliche Vorrichtung in einem Funkgerät vorhanden ist, kann die Benutzung von Schaltern auch zu Interferenzproblemen in den HF-Schaltkreisen der Vorrichtung führen. Das Filter kann auch so hergestellt werden, dass die schwierig zu integrierenden Teile außerhalb des Mikroschaltkreises verbleiben. Ein Nachteil einer derartigen Konstruktion ist es, dass die Kalibrierung schwieriger wird; die Filteran forderungen sind im Allgemeinen so streng, dass, unabhängig von der Konstruktion, wegen der Variation der Komponentenwerte eine Kalibrierung erforderlich ist. Bei der o. g. Mischkonstruktion zeigen die Werte der diskreten und integrierten Komponenten keine Korrelation, was bedeutet, dass die Kalibrierung von Filtern bei der Herstellung höhere Kosten verursachen kann als dies bei völlig diskreten oder völlig integrierten Filtern der Fall ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die o. g. Nachteile in Zusammenhang mit dem Stand der Technik zu beseitigen. Die Grundidee der Erfindung ist die Folgende: das Filter ist ein aktives RC-Filter, und es ist mit Ausnahme einer oder mehrerer seiner Kapazitäten oder eines oder mehrerer seiner Widerstände integriert. Vorteilhafterweise verbleibt die höchste Kapazität oder der höchste Widerstand unintegriert. Jede externe Kapazität ist vorteilhafterweise durch einen Chipkondensator gebildet, der neben dem integrierten Schaltkreis platziert ist. Das Prinzip der Kalibrierung ist, wenn eine externe Kapazität verwendet wird, das Folgende: integrierte Widerstände werden durch einen gemeinsamen Koeffizienten so korrigiert, dass die externe Kapazität mit ihnen die korrekten Zeitkonstanten erzeugt. Dann werden die integrierten Kalibrierungen durch einen gemeinsamen Koeffizienten in solcher Weise korrigiert, dass sie mit den in der vorigen Phase korrigierten interen Widerständen die korrekten Zeitkonstanten erzeugen. Wenn das Filter über mehrere Schaltungsstufen verfügt, wird die oben beschriebene zweiphasige Kalibrierprozedur für jede Schaltungsstufe wiederholt.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Filter relativ klein hergestellt werden kann und dass es relativ wenig Energie verbraucht. Es ist ein anderer Vorteil der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Filter von guter Qualität ist: es zeigt ein gutes Signal/Rauschsignal-Verhältnis, einen großen Dynamikbereich, und es führt zu keinen HF-Interferenzen in seiner Umgebung. Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass die Kalibrierung des Filters auf solche Weise angepasst werden kann, dass sie automatisch ist und keine externen Messinstrumente benötigt, so dass die Kalibrierungskosten bei der Herstellung sehr niedrig sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven RC-Filters ist durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil. des Anspruchs 1 oder 2 angegeben ist.
Die erfindungsgemäße aktive RC-Filteranordnung ist durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 oder 10 angegeben ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nun wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Filteranordnung;
2 veranschaulicht das Kalibrierprinzip gemäß der Erfindung;
3 zeigt ein Beispiel einer Filterschaltung und einer Kalibrierschaltung gemäß der Erfindung;
4 veranschaulicht den Betrieb der Kalibrierschaltung gemäß der 3 in Form eines Flussdiagramms;
5 zeigt ein anderes Beispiel einer Filterschaltung und einer Kalibrierschaltung gemäß der Erfindung;
6 veranschaulicht den Betrieb der Kalibrierschaltung gemäß der 5 in Form eines Flussdiagramms; und
7 zeigt ein Beispiel für eine Art des Einstellens des Widerstands und der Kapazität.
Die 1 zeigt eine Filteranordnung gemäß der Erfindung mit einer Mikroschaltung 100 mit einer Filterschaltung 200, einer Filter-Kalibrierschaltung 300 und möglichen anderen elektronischen Schaltungen 400. Die 1 zeigt zusätzlich einen Bus 150 zum Kontrollieren der Filterkalibrierung und eines externen Kondensators 201 des Filters, der sich außerhalb der Mikroschaltung befindet. Die externe Komponente ist bei diesem Beispiel ein Kondensator, und es liegt nur ein solcher vor.
Die Kalibrierung von Filtern gemäß der Erfindung erfolgt durch phasenmäßiges Einstellen der Zeitkonstanten. Die 2 zeigt Komponententeile eines Filters mit zwei Schaltungsstufen 210 und 220. Der detaillierte Aufbau des Filters ist an dieser Stelle ohne Bedeutung. Die Schaltungsstufe 210 verfügt über variable Widerstände R11 und R12, die in Reihe/Längsrichtung in der Signalleitung verbunden sind, und variable Kapazitäten C11 und C12, die parallel/quer zur Signalleitung angeschlossen sind. Die Schaltungsstufe verfügt ferner über eine externe Kapazität C1, die über Anschlussstifte 101, 102 der integrierten Schaltung mit dem Rest des Filters verbunden ist, und eine Verstärkerstufe A21. Die zweite Schaltungsstufe 220 verfügt über variable Widerstände R21 und R22, variable Kapazitäten C21 und C22, eine externe Kapazität C2 sowie eine Verstärkerstufe A22. So existieren vier Kalibrierphasen für die Filter. Es sei angenommen, dass die Zeitkonstanten R11·C1 = T1, R12·C11 = T2, R21·C2 = T3 und R22·C21 = T4 für die Frequenzantwort des Filters kritisch sind. In einer Phase (1) werden der Widerstand R11 und auch die anderen Widerstände im Schaltkreis 210 eingestellt, bis die Zeitkonstante T1 korrekt ist. In einer Phase (2) werden die Kapazität C11 und auch die anderen integrierten Kapazitäten im Schaltkreis 210 eingestellt, bis die Zeitkonstante T2 korrekt ist. Entsprechend werden in einer Phase (3) die Widerstände im Schaltkreis 220 eingestellt, bis die Zeitkonstante T3 korrekt ist, und in einer Phase (4) werden die integrierten Kapazitäten im Schaltkreis 220 eingestellt, bis die Zeitkonstante T4 korrekt ist. Danach ist die Frequenzantwort des Filters korrekt und die Kalibrierung des Filters wird abgeschlossen.
Die 3 zeigt ein Tiefpassfilter 200, 201 mit einer einzigen Schaltungsstufe sowie dessen Kalibrierschaltung 300. Beide sind Beispiele für Lösungen gemäß der Erfindung. Das Filter verfügt über einen integrierten Teil 200 und einen externen Kondensator 201 (C1). Mittels Umschaltern k1a und k1b kann der letztere Teil der Filter- oder der Kalibrierschaltung gemacht werden. Die Kalibrierschaltung 300 verfügt über einen Integrierer 310 mit einem Verstärker A1, einem Komparator A2, einer Logikeinheit 330 und einer Schaltung 305 zum Erzeugen von Bezugsspannungen V_ref1 und V_ref2. Im Integrierer 310 wird auch ein Konstantstrom dazu verwendet, die Kapazität C1 oder C_ref, abhängig von der Kalibrierphase, zu laden. Die Stärke des Konstantstroms hängt von der Spannung V_ref1 und vom Widerstand R_ref ab. Parallel zur geladenen Kapazität existiert ein Schalter k3, durch den die Kapazität vor einem neuen Ladezyklus entladen wird. Der Komparator A2 vergleicht die Ausgangsspannung V₁ des Integrierers mit der Spannung V_ref2, die größer V_ref1 ist. Wenn die Spannung V₁ während des Integrierzyklus die Spannung V_ref2 erreicht, wird das Ausgangssignal A des Komparators auf "1" gesetzt, andernfalls verbleibt es auf "0". Der Komparator A2 ist mit der Logikeinheit 330 verbunden. Von außerhalb der Mikrosrhaltung 100 wird ein Steuersignal START zur Logikeinheit gebracht, um den Kalibrierprozess zu starten. Die Logikeinheit 330 steuert den Kalibrierablauf auf Grundlage des Zustands des Ausgangssignals A des Komparators, wozu sie die Schalter k1, k2 und k3 und auch die Werte des integrierten Widerstands durch Aufstellen eines Steuerworts S_r sowie die Werte der integrierten Kapazitäten durch Aufstellen eines Steuerworts S_c einstellt.
Wegen des Herstellprozesses weichen die Widerstandswerte in der Mikroschaltung in derselben Richtung und in gewissem Ausmaß proportional von ihren Nennwerten ab. In ähnlicher Weise weichen die Kapazitätswerte in gewissem Ausmaß proportional von ihren Nennwerten ab. Daher kann die Kalibrierung den integrierten Bezugswiderstand R_ref und die Kapazität C_ref anstelle der Komponententeile im Filter verwenden, so dass es nicht erforderlich ist, mit der integrierten Filterkonstruktion zu arbeiten, um deren Komponentenwerte einzustellen. Die Widerstände R₁ und R₂ in der Filterkonstruktion sowie R_ref in der Kalibrierschaltung sind einstellbar. Die Einstellung erfolgt unter Verwendung eines gemeinsamen Steuerworts S_r, so dass sich ihre Werte immer proportional ändern. Dementsprechend sind die Kapazitäten C11 und C12 in der Filterkonstruktion sowie C_ref in der Kalibrierschaltung durch ein gemeinsames Steuerwort S_c einstellbar.
Die 4 zeigt ein Flussdiagramm des Kalibrierprozesses der Schaltung in der 3. Nach dem Start wird in einem Schritt 41 die externe Kapazität C1 so angeschlossen, dass sie die Kapazität des Integrierers in der Kalibrierschaltung ist. In einem Schritt 42 liefert die Logikeinheit den die maximalen Widerstände repräsentierenden Wert S_rmax an das die Widerstandswerte steuernde Register. In einem Schritt 43 wird der parallel zur Kapazität des Integrierers liegende Schalter k3 geschlossen, um dadurch die mögliche Ladung der Kapazität zu entladen und die Ausgangsspannung V₁ des Integrierers auf V_ref1 einzustellen. In einem Schritt 44 werden die Werte der internen Widerstände in der Mikroschaltung um einen Schritt dekrementiert. Dies ist während des ersten Zyklus des Prozesses ohne Bedeutung. Als Nächstes wird, in einem Schritt 45, der Schalter k3 geöffnet, wodurch der Ladevorgang für die Kapazität C1 startet. Die Zeit wird in einem Schritt 46 gezählt. Nach einer vorbestimmten Zeit T1 wird in einem Schritt 47 der Zustand des Ausgangssignals A des Komparators A2 geprüft. Wenn die Ausgangsspannung V₁ des Integrierers noch nicht V_ref2 erreicht hat, befindet sich das Signal A im Zustand "0" und der Spannungsintegrierzyklus wird unter Verwendung eines Widerstands R_ref wiederholt, dessen Wert um einen Schritt kleiner ist als zuvor (Schritte 43 bis 47). Dann ist die Zeitkonstante R_ref·C1 etwas kleiner, wodurch die Spannung V₁ etwas schneller als im vorigen Zyklus ansteigt. Der Zyklus wird wiederholt, bis die Spannung V₁ in der Zeit T1 den Wert V_ref2 erreicht, was durch den Zustand "1" des Signals A angezeigt wird. Der Parameter T1 wird so gewählt, dass dann die Zeitkonstante R1·C1 zur gewünschten Übergangsfunktion passt. Danach werden die internen Widerstandswerte, einschließlich R2, der Mikroschaltung nicht geändert.
Die Schritte 48 bis 54 in der 4 repräsentieren die zweite Phase des Kalibrierprozesses. Bestimmte Werte müssen für die Zeitkonstanten R2·C11 und R2·C12 eingestellt werden, um die gewünschte Übergangsfunktion für das beispielhafte Filter zu realisieren. Als Erstes wird, im Schritt 48, die externe Kapazität C1 mit ihrer Stelle im Filter verbunden, und die interne Kapazität C_ref wird mit dem Integrierer verbunden. Das Verhältnis der Kapazität C_ref zur Kapazität C11 ist bekannt. In ähnlicher Weise ist das Verhältnis der Widerstände R_ref und R2 bekannt. So ist es möglich, die Zeit T2 zu bestimmen, in der die Ausgangsspannung des Integrierers die Spannung V_ref2 erreichen sollte, wenn die Zeitkonstante R2·C11 korrekt ist. Die zweite Phase der Kalibrierung läuft in ähnlicher Weise wie die erste Phase ab. Nur werden nun die internen Kapazitäten als Erstes auf ihre Maximalwerte eingestellt, Schritt 49, und dann werden sie allmählich verkleinert, bis erkannt wird, dass sich das Signal A im Zustand "1" befindet, Schritte 50 bis 54. Dann ist die Zeitkonstante R2·C11 korrekt. Es ist auch die Zeitkonstante R2·C12 korrekt, da das Verhältnis C12/C11 von Anfang an korrekt war und es während der Kalibrierung nicht geändert wurde. Das Endergebnis der Kalibrierung besteht darin, dass einzelne Komponentenwerte nicht bekannt sind, aber alle kritischen Zeitkonstanten und Widerstandsverhältnisse im Wesentlichen korrekt sind.
Die 5 zeigt eine andere Kalibrieranordnung gemäß der Erfindung. Bei diesem Beispiel ist das zu kalibrierende Filter 200, 201, 202 ein Tiefpassfilter dritter Ordnung mit einer ersten Filterstufe 210, einem Differenzverstärker A2 und einer zweiten Schaltungsstufe 220. Die erste Schaltungsstufe 210 ist ein durch Transistoren Q1 und Q2 realisierter Differenzverstärker. Dieser ist mit Ausnahme eines externen Kondensators 201 (C1) integriert, der die Grenzfrequenz bestimmt. Dieser Kondensator kann durch Umschalter k1a, k1b entweder mit der Kalibrierschaltung oder dem Filter verbunden werden. Die Kalibrierung ist auf die Kollektorwiderstände R11, R12 in den Transistoren Q1, Q2 gerichtet. Die zweite Schaltungsstufe 220 ist ein doppelt quadratisches Filter zweiter Ordnung, das durch einen Verstärker A3 realisiert ist, wie das Filter in der 3. Es ist mit Ausnahme eines externen Kondensators 202 (C2) integriert. Dieser Kondensator kann durch Umschalter k2a, k2b entweder mit der Kalibrierschaltung oder dem Filter verbunden werden. Die Kalibrierung ist auf Widerstände R21, R22 und Kondensatoren C21, C22 gerichtet. Die Kalibrieranordnung in der 5 verfügt über eine integrierte Kalibrierschaltung 300 und ein externes Kalibriersystem 500. Die Kalibrierschaltung 300 verfügt über einen Differenzverstärker A1, einen Bezugswiderstand R_ref, einen Bezugskondensator C_ref, eine Registereinheit 350 sowie Schalter k3, k4 und k5. Die Registereinheit 350 verfügt über Register k, S_r1, S_r2 und S_c. S_r1, S_r2 und S_c repräsentieren auch die Inhalte der jeweiligen Register. Das externe System 500 verfügt über eine Steuereinheit 510, einen Digital/Analog-Wandler 500, einen Analog/Digital-Wandler 530 und einen Bus 540. Die Steuereinheit 510 verfügt über einen Speicher 511, in dem eine Kalibrierprogramm PR gespeichert ist. Die Ausgangsspannung V_g des Digital/Analog-Wandlers wird an den Differenzverstärker A1 in der Kalibrierschaltung 300 gegeben. Die Kalibrier-Messspannung V_m wird von der Kalibrierschaltung 300 an den Analog/Digital-Wandler 530 gegeben. Über einen Bus 540 wird der Wandler 520 angesteuert und der Wandler 530 wird gelesen. Der Bus 540 erstreckt sich auch zur Registereinheit 350 in der Kalibrierschaltung 300.
Wenn das zu kalibrierende Filter zu einem digitalen Mobilkommunikationsgerät gehört, ist der Digital/Analog-Wandler 520 vorzugsweise ein Wandler im Modulator desselben. In ähnlicher Weise ist der Analog/Digital-Wandler 530 vorzugsweise ein Wandler im Demodulator des Mobilkommunikationsgeräts. Die Steuereinheit 510 und ihr Speicher können in diesem Fall zum Mobilkommunikationsgerät gehören, oder sie können sich in einer gesonderten Einrichtung befinden.
Die Einstellung von Zeitkonstanten beim Beispiel der 5 beruht auf einer Prüfung der Frequenzantworten der RC-Schaltkreise erster Ordnung auf Signalamplituden. Zu diesem Zweck erzeugt das externe System 500 eine Sinusspannung V_g, damit die Steuereinheit 510 den Digital/Analog-Wandler 520 mit einer Zahlenfolge vom Speicher 511 versorgt, die aus der Sinuswelle entnommenen Abtastwerten entspricht. Der Wandler 520 wird mit solcher Rate gesteuert, dass die Frequenz der erzeugten Sinuswelle V_g von derselben Größenordnung wie die Grenzfrequenz des zu kalibrierenden Tiefpassfilters ist. Die Spannung V_g wird über einen Differenzverstärker A1 an den Eingang eines RC-Tiefpassfilters erster Ordnung gegeben. Das Tiefpassfilter verfügt, in Reihenschaltung, über einen Widerstand R_ref und einen der Kondensatoren C1, C2 und C_ref. Eine Auswahl erfolgt mittels Schaltern k1, k2, k3 und k4. Die Position der Schalter hängt von der durch die Steuereinheit 510 an ein Register k in der Registereinheit 350 gelieferten Zahl ab. Die Ausgangsspannung V_m des Tiefpassfilters wird zwischen dem Widerstand R_ref und dem Kondensator C_n (n = 1,2, ref) entnommen. Die Spannung V_m wird an den Analog/Digital-Wandler 530 geführt. Die Steuerschaltung 510 liest den Wandler 530 und erzeugt auf Grundlage der empfangenen Zahlen eine Referenzzahl, die der Amplitude der Spannung V_m entspricht.
Die Kalibrierschaltung 300 verfügt über einen parallel an den Widerstand R_ref angeschlossenen Schalter k5. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird die Spannung V_m die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers A1. Diese ungedämpfte Spannung sei V₀. Wenn der Schalter k5 offen ist, ist die Spannung V_m wegen der durch das Filter R_ref, C_n hervorgerufenen Dämpfung kleiner als V₀. Diese gedämpfte Spannung sei V_n. Die Steuereinheit berechnet auf Grundlage der Werte der Spannungen V₀ und V_n die Zeitkonstante R_ref·C_n = T_n des Filters R, wobei R_ref, C_n gemessen werden. Selbstverständlich wird auch der Frequenzwert, der sich im Speicher der Steuereinheit befindet, bei der Berechnung benötigt. Aus den Zeitkonstanten T_n berechnet die Steuereinheit ferner Koeffizienten für die integrierten Widerstände und Kondensatoren in solcher Weise, dass alle Zeitkonstanten des kalibrierten Filters im Wesentlichen korrekt sind. Die Steuereinheit 510 liefert diese Koeffizienten an die Registereinheit 350. Die Zahl S_r1 bestimmt die Widerstandswerte R11 und R12 in der Schaltungsstufe 210, die Zahl S_r2 bestimmt die Widerstandswerte R21 und R22 in der Schaltungsstufe 220 und die Zahl S_c bestimmt die Kapazitätswerte C21 und C22 in der Schaltungsstufe 220.
Der Kalibrierprozess für die Struktur in der 5 erfolgt z. B. entsprechend der 6. Ein Schritt 61 verfügt über vorbereitende Aktionen wie ein Aktivieren der Funktionseinheiten und das Starten der Erzeugung der bei den Messungen verwendeten Sinuswelle. In einem Schritt 62 wird eine Variable n, die die Kalibrierphase anzeigt, in den Zustand 0 gesetzt. Dies sorgt dafür, dass der Schalter k5 schließt, so dass das Messsignal V_g die bei der Messung verwendeten Filter umgeht. Außerdem enthält der Schritt 62 eine bestimmte Verzögerung Δt1, so dass die Spannung V_m Zeit zum Einschwingen hat, bevor der Analog/Digital-Wandler 530 gelesen wird. Dieses Lesen erfolgt in einem Schritt 63. Als Ergebnis des Lesevorgangs erzeugt das Kalibriersteuerprogramm PR einen Spannungswert V₀, für den keine durch das gemessene Filter hervorgerufene Dämpfung vorliegt. In einem Schritt 64 wird der Wert der Variablen n um eins erhöht, was einen Übergang zur nächsten Kalibrierphase repräsentiert. In den Phasen 1, 2 und 3 setzt der Prozess die Register in der Registereinheit 350 nach Bedarf (Schritt 66), er wartet für einen bestimmte Zeitperiode Δt2 (Schritt 67), er liest den Wandler 530 (Schritt 68) und erzeugt einen Wert V_n für die gemessene Spannung. Wenn n den Wert eins hat, werden die Umschalter k1a, k1b und k3 in den Zustand 1 versetzt und die Schalter k4 und k5 werden auf "offen" eingestellt, so dass der externe Kondensator C1 der Mikroschaltung 100 in Reihe mit dem Widerstand R_ref geschaltet wird und das andere Ende des Kondensators mit Masse verbunden wird. Auf Grundlage des Messergebnisses V₁ berechnet das Programm PR einen Kalibrierkoeffizienten für die Widerstände R11, R12 in der Schaltungsstufe 210. Wenn die Variable n den Wert zwei hat, werden die Umschalter k2a und k2b in den Zustand 1 und der Umschalter k3 in den Zustand 2 versetzt, so dass der externe Kondensator C2 der Mikroschaltung 100 mit dem Widerstand R_ref in Reihe geschaltet wird und das andere Ende des Kondensators mit Masse verbunden wird. Ruf Grundlage des Messergebnisses V₂ berechnet das Programm PR einen Kalibrierkoeffizienten für die Widerstände R21, R22 in der Schaltungsstufe 220. In dieser Phase muss der Wert des Widerstands R_ref entsprechend dem o. g. Koeffizienten geändert werden. Wenn die Variable n den Wert 3 hat, werden die Umschalter k1a, k1b, k2a und k2b in den Zustand 2 und der Schalter k4 in den Zustand "geschlossen" versetzt, so dass ein integrierter Bezugskondensator C_ref in Reihe mit dem Widerstand R_ref geschaltet ist, wobei das andere Ende dieses Kondensators mit Masse fest verbunden ist. Auf Grundlage des Messergebnisses V₃ berechnet das Programm PR einen Kalibrierkoeffizienten für die Kondensatoren C21, C22 in der Schaltungsstufe 220. Wenn die Variable n den Wert 4 hat, gelangt der Prozess bei diesem Beispiel entsprechend dem Schritt 65 in die abschließende Kalibrierphase 69, in der die Erzeugung des Messsignals V_g, u. a. aufgehoben wird. Die in die Register Sr1, Sr2 und Sc geladenen Kalibrierkoeffizienten verbleiben in diesen.
Bei den in den 5 und 6 dargestellten Beispielen liegt ein zu kalibrierendes Filter vor. Wenn z. B. die Vorrichtung mit Quadraturzweigen für das Grundbandsignal versehen ist, existieren zwei ähnliche zu integrierende Filter, die vorzugsweise in eine Schaltung integriert sind. Dann existieren selbstverständlich mehr Kalibrierphasen. Wenn z. B. die Filter dergestalt wie in der 5 sind, benötigt die Kalibrierung der Widerstände beider Schaltungsstufen in beiden Filtern ihre eigenen Phasen. Jedoch reicht eine Messung aus, um die Kapazitäten der letzteren Schaltungsstufen einzustellen.
Die 7 zeigt ein Beispiel dafür, wie die internen Widerstände und Kapazitäten in der Mikroschaltung eingestellt werden können. Die 7a zeigt einen variablen Widerstand. Er verfügt über sechs in Reihe geschaltete Widerstände R_a, R_b, R_c, R_d, R_e und R_f, die, mit Ausnahme des Widerstands R_a, kurzgeschlossen werden können. Der Widerstand R_b kann durch einen Schalter k_b kurzgeschlossen werden, der durch ein digitales Signal b0 gesteuert wird. Entsprechend kann der Widerstand R_c durch einen Schalter k_c kurzgeschlossen werden, der durch ein digitales Signal b1 gesteuert wird, usw. So wird der Gesamtwiderstand R wie folgt hergeleitet: R = Ra + b0·Rb + b1·Rc + b2·Rd + b3·Re + b4·Rf.
Der Zustand "0" der Bits b0 bis b4 entspricht einem offenen Schalter, und der Zustand "1" entspricht einem geschlossenen Schalter. Dann entspricht das Byte b0 b1 b2 b3 b4 in den 3 bis 6 dem Widerstandssteuersignal R_r. Wenn alle Bits den Wert "1" haben, ist der Widerstand der höchste (R_max = R_a + R_b + R_c + R_d + R_e + R_f), und wenn alle Bits den Wert "0" haben, ist der Widerstands der niedrigste (R_min = R_a). Es sei angenommen, dass die Gesamttoleranz des Produkts aus der externen Kapazität und dem integrierten Widerstand ungefähr ±25% beträgt. Dann wird die Schaltung z. B. auf solche Weise hergestellt, dass R_b = 0,32R_a, R_c = 0,16R_a, R_d = 0,08R_a, R_e = 0,04R_a und R_f = 0,02R_a gelten. Nun kann das Steuerbyte b0 ... b4 dazu verwendet werden, den Widerstand aus dem Bereich R_a ... 1,6R_a mit einer Auflösung von 0,02R_a auszuwählen. Der Wert 1,3R_a entspricht dem Nennwert des fraglichen Widerstands. Selbstverständlich kann die Auslösung der Einstellung dadurch verbessert werden, dass die Anzahl der Widerstände, Schalter und Steuerbits erhöht wird.
Die 7b zeigt ein Beispiel für eine variable Kapazität. Die Anordnung ist der obigen ähnlich. Für die Gesamtkapazität wird Folgendes erhalten: C = Ca + b0·Cb + b1·Cc + b2·Cd + b3·Ce + b4·Cf.
Das Byte b0 b1 b2 b3 b4 entspricht nun dem Kapazitätssteuersignal S_c in den 3 bis 6. Die Teilkapazitäten sind so gewählt, dass der Einstellbereich der Gesamtkapazität die Toleranz für das Produkt aus dem integrierten Widerstand und der Kapazität, addiert zur Toleranz der externen Kapazität, überdeckt.
Vorstehend wurden Beispiele für eine erfindungsgemäße Filterkalibrierung beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Anordnungen beschränkt. Das Filter kann auch ein analoges aktives Filter sein, dessen Betrieb nicht auf Taktsignalen wie den Taktsignalen von SC-Filtern beruht. Es ist möglich über verschiedene Implementierungen für die Messschaltungen zu verfügen, wie sie in der Kalibrierschaltung des Filters verwendet werden, um die Ladezeit des Kondensators oder die Dämpfung der Sinusspannung zu messen. Es ist möglich, die Zeitkonstanten des Filters direkt dadurch zu messen, dass Schalter hinzugefügt werden, ohne integrierte Bezugskomponenten zu verwenden. Die Kalibrierung kann auch unter Verwendung eines Programms kontrolliert werden, das in einer getrennten Prozessorschaltung abläuft. Die Strukturen der variablen Widerstände und Kapazitäten können von den beschriebenen abweichen. Die erfindungsgemäße Idee kann in verschiedenen Fällen angewandt werden, die durch die unten dargelegten Ansprüche definiert sind.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven Filters (200, 201), wobei mindestens ein Widerstand (R11) und eine Kapazität (C11) der Komponententeile des Filters in einem integrierten Schaltkreis (100) enthalten sind und mindestens eine kapazitive Komponente (201; C1) außerhalb desselben platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein integrierter Widerstand eingestellt wird, bis er gemeinsam mit der externen Kapazität (201) eine vorbestimmte Zeitkonstante erzeugt; und – danach die mindestens eine integrierte Kapazität eingestellt wird, bis sie gemeinsam mit dem mindestens einen integrierten Widerstand eine vorbestimmte Zeitkonstante ergibt.
Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven Filters, bei dem Komponententeile desselben dazu verwendet werden, mindestens eine Kapazität und einen Widerstand in einem integrierten Schaltkreis zu bilden, und bei dem mindestens eine Widerstandskomponente außerhalb dieses integrierten Schaltkreises platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die mindestens eine integrierte Kapazität eingestellt wird, bis sie gemeinsam mit dem externen Widerstand eine vorbestimmte Zeitkonstante ergibt; und – danach der mindestens eine integrierte Widerstand eingestellt wird, bis er gemeinsam mit der mindestens einen integrierten Kapazität eine vorbestimmte Zeitkonstante ergibt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die variablen Widerstände als Erstes auf ihre Grenzwerte (42) eingestellt werden und sie dann allmählich geändert werden (44), bis die beobachteten Zeitkonstanten korrekt sind; und – die variablen Kapazitäten als Erstes auf ihre Grenzwerte (49) eingestellt werden und sie dann allmählich geändert werden (51), bis die beobachteten Zeitkonstanten korrekt sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Dämpfung des Filters erster Ordnung, entsprechend der Zeitkonstante, bei einer vorgegebenen Frequenz eingestellt wird; – auf Grundlage der Dämpfung ein Korrekturkoeffizient für den Komponentenwert, von dem die Zeitkonstante abhängt, berechnet wird; und – für den Komponentenwert derjenige Wert eingestellt wird, der dem Korrek turkoeffizienten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Filter aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Schaltungsstufen (210, 220) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiphasige Einstellung der Komponentenwerte in jeder Schaltungsstufe getrennt ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Bezugswiderstand (R_ref) und eine Bezugskapazität (C_ref) im integrierten Schaltkreis (100) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselemente bei Kalibriermessungen anstelle der integrierten Filterelemente, die eingestellt werden, verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kalibrierung – der Bezugswiderstand und die integrierten Widerstände des Filters, die zu diesem speziellen Zeitpunkt eingestellt werden, durch ein gemeinsames Steuersignal (S_r) eingestellt werden; und – die Bezugskapazität und die integrierten Kapazitäten des Filters zu diesem speziellen Zeitpunkt durch ein gemeinsames Steuersignal (S_c) eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Korrektheit der Zeitkonstanten (47, 54) und die Einstellung der Komponentenwerte des Filters im selben integrierten Schaltkreis (100) ausgeführt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten Widerstände (R11, R12, ...) und Kapazitäten (C11, C12, ...) durch Verbinden der fraglichen Komponenten in Reihen- und/oder in Parallelschaltung eingestellt werden.
Anordnung zum Kalibrieren eines aktiven Filters (200, 201) mit mindestens einem integrierten Widerstand (R11), mindestens einer integrierten Kapazität (C11) und mindestens einer externen kapazitiven Komponente (C1), gekennzeichnet durch – eine Einrichtung zum Einstellen der mindestens einen integrierten Kapazität auf solche Weise, dass sie gemeinsam mit der externen Kapazität eine vorbestimmte Zeitkonstante erzeugt; und – eine Einrichtung zum Einstellen der mindestens einen integrierten Kapazi tät auf solche Weise, dass sie gemeinsam mit dem mindestens einen integrierten Widerstand eine vorbestimmte Zeitkonstante erzeugt.
Anordnung zum Kalibrieren eines aktiven Filters mit mindestens einer integrierten Kapazität, mindestens einem integrierten Widerstand mit mindestens einer externen Widerstandskomponente, gekennzeichnet durch – eine Einrichtung zum Einstellen der mindestens einen integrierten Kapazität auf solche Weise, dass sie gemeinsam mit dem externen Widerstand eine vorbestimmte Zeitkonstante erzeugt; und – eine Einrichtung zum Einstellen des mindestens einen integrierten Widerstands auf solche Weise, dass er gemeinsam mit der mindestens einen integrierten Kapazität eine vorbestimmte Zeitkonstante ergibt.
Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einstellen der integrierten Widerstände und Kapazitäten eine Schaltung zum Messen der RC-Zeitkonstante aufweist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zum Messen der Zeitkonstante eine Konstantspannungsquelle (305), einen Analogintegrierer (310) und einen Analogkomparator aufweist.
Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einstellen der integrierten Widerstände und Kapazitäten eine Einrichtung zum Bestimmen der Dämpfung eines RC-Kreises bei vorgegebener Frequenz aufweist.
Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bestimmen der Dämpfung einer Sinuswelle einen entsprechenden Satz digitaler Zahlen, einen Digital/Analog-Wandler (520), einen Analog/Digital-Wandler (530) und ein Programm (PR) zum Steuern der Wandler und zum Berechnen der Stärke einer Wechselspannung (V_m) auf Grundlage der Abtastwerte aufweist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler (520, 530) primär dazu vorhanden sind, ein moduliertes und ein demoduliertes Signal in einem Funkgerät, zu dem das zu kalibrierende Filter gehört, zu verarbeiten.
Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zum Einstellen der integrierten Widerstände und Kapazitäten eine Logikeinheit (330) ist, die in dieselbe Schaltung (100) wie die Filterschaltung integriert ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zum Einstellen der integrierten Widerstände und Kapazitäten ein mit einem geeigneten Programm versehener Prozessor ist.