DE102005003889B4

DE102005003889B4 - Verfahren zur Kompensation von Störgrößen, insbesondere zur Temperaturkompensation, und System mit Störgrößen-Kompensation

Info

Publication number: DE102005003889B4
Application number: DE200510003889
Authority: DE
Inventors: Dr. Groiß Stefan Hermann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2025-01-28
Also published as: DE102005003889A1

Abstract

System (1, 100, 200) mit Störgrößen-Kompensation, welches aufweist: eine Vorrichtung (3, 103, 203) zur Kompensation von das System (1, 100, 200) beeinflussenden Störgrößen, insbesondere zur Temperaturkompensation; und eine weitere Vorrichtung (5, 105) zur Kompensation von durch die Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103) zusätzlich das System (1, 100, 200) beeinflussenden Störgrößen, wobei die weitere Vorrichtung (5, 105) einen Transistor (140) aufweist, sowie einen Operationsverstärker (142), bei dem ein erster Eingang an einen Steuereingang des Transistors (140) angeschlossen ist, ein Ausgang an den Steuereingang des Transistors (140) rückgekoppelt ist, und ein zweiter Eingang an einen Kollektor des Transistors (140) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Störgrößen, bzw. zur Temperaturkompensation, insbesondere bei nichtlinearen Systemen, und ein System mit Störgrößen-Kompensation.
In Halbleiter-Bauelementen, insbesondere z. B. bei entsprechenden, integrierten (analogen bzw. digitalen) Rechenschaltkreisen, sowie sonstigen elektrischen Schaltungen, bzw. – allgemeiner – signalverarbeitenden Systemen, insbesondere entsprechenden linearen oder nichtlinearen Systemen, z. B. Filterschaltungen, Digital-Analog-Umsetzern, Verstärkern, Reglern, usw., usw. muss häufig das Problem gelöst werden, entsprechende Störeinflüsse zu kompensieren, z. B. auf Temperaturschwankungen beruhende Störeinflüsse, und/oder andere, modellhaft schwer zu beschreibende externe und/oder interne Störeinflüsse (z. B. nichtlineare temperaturabhängige Prozesseinflüsse, etc., etc.).
Beispielsweise sind Bandabstandsreferenzschaltungen bekannt, bei welchen versucht wird, die Temperaturabhängigkeit einer Bipolardiodenspannung durch eine proportional zur Absoluttemperatur verlaufende Spannung zu kompensieren (lineares System mit Kompensation erster Ordnung). Mit Hilfe derartiger, herkömmlicher Systeme können Störeinflüsse, z. B. entsprechende temperaturabhängige Störeinflüsse i. A. nur teilweise beseitigt werden – es verbleibt ein nicht-wegkompensierter „Rest”.
Die Lösung des o. g. Problems wird weiter erschwert, wenn entsprechende nichtlineare Signal-Übertragungsstrecken vorliegen, und die Störeinflüsse an beliebiger Stelle des Signalpfads eingreifen.
Bei linearen/nichtlinearen Systemen liegen – als Eingangsgrößen – ein oder mehrere Eingangssignale vor, die durch das System z. B. (analog) linear oder nichtlinear weiterverarbeitet werden. Als Ausgangsgrößen – bzw. als Ergebnis der Signal-Verarbeitung – werden vom System entsprechend ein oder mehrere Ausgangssignale bereitgestellt. Dabei ist es – insbesondere, um der modellhaften Beschreibung eines idealen linearen/nichtlinearen Systems möglichst nahe zu kommen – wünschenswert, wenn das/die Ausgangssignale möglichst unbeeinflusst von der Systemtemperatur und/oder anderen Störgrößen am Ausgang des linearen/nichtlinearen System erscheinen.
In der Druckschrift DE 69519438 T2 ist eine Schaltung zur Ausgangskompensation einer Bandgap-Referenzschaltung bei Änderungen des Funktionsverhaltens infolge von Prozess- und Temperaturschwankungen gezeigt. Dabei soll eine i. w. konstante Ausgangs-Referenzspannung erzeugt werden, die an einem Ausgang der Schaltung abgegriffen werden kann.
In der Druckschrift NL 9000352 A ist eine Schaltung gezeigt, mit der ein Ausgangs-Strom einer Verstärkerschaltung beeinflusst werden soll. Dabei wird ein Operationsverstärker verwendet, dessen Eingänge an Steuereingänge von Transistoren angeschlossen sind.
In der DE 19804747 A1 ist eine Bandabstandsbezugsschaltung gezeigt, die eine auswählbare Bandabstandsbezugsspannung bereitstellt, die temperaturunempfindlich ist.
In der Druckschrift JP 63236112 A ist ein Operationsverstärker gezeigt, bei dem ein Eingang an zwei Steuereingänge von zwei Transistoren angeschlossen ist, und ein Ausgang an eine Einrichtung, die über Widerstände mit den Kollektoren der Transistoren verbunden ist.
In der DE 3241364 C2 ist eine temperaturkompensierte Stromquelle gezeigt.
In der US 6603110 B2 ist eine temperaturkompensierte Schaltung gezeigt, die einen Operationsverstärker aufweist.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein neuartiges Verfahren zur Kompensation von Störgrößen, bzw. zur Temperaturkompensation zur Verfügung zu stellen, und ein neuartiges System mit Störgrößen-Kompensation.
Sie erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische, beispielhafte Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung zur Kompensation von Störgrößen bzw. zur Temperaturkompensation gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische, beispielhafte Detail-Darstellung einer das in 1 veranschaulichte Kompensations-Prinzip verwirklichenden Schaltungsanordnung; und
3 eine schematische, beispielhafte Detail-Darstellung einer weiteren das in 1 veranschaulichte Kompensations-Prinzip verwirklichenden Schaltungsanordnung.
In 1 ist – schematisch, und beispielhaft – ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Kompensation von Störgrößen bzw. zur Temperaturkompensation gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt (bzw. – genauer – der signalverarbeitende Pfad einer derartigen Vorrichtung 1).
Wie aus 1 hervorgeht, wird in die Vorrichtung 1 – über eine Signal-Leitung 7 – ein (Eingangs-)Signal S_in eingegeben, und von der Vorrichtung 1 entsprechenden Signalverarbeitungsprozessen unterzogen.
Als Ergebnis der Signalverarbeitungsprozesse kann von der Vorrichtung 1 an einer Signal-Leitung 14 ein entsprechend verarbeitetes (Ausgangs-)Signal S_out ausgegeben werden.
Bei alternativen, hier nicht dargestellten Varianten können statt einem Einzel-Eingangs-Signal S_in auch mehrere (z. B. zwei, drei oder mehr) Eingangs-Signale S_in verwendet werden, die über mehrere (z. B. zwei, drei oder mehr) der Signal-Leitung 7 entsprechende Signal-Leitungen in die Vorrichtung 1 eingegeben werden.
Alternativ oder zusätzlich können von der Vorrichtung 1 statt einem Einzel-Ausgangs-Signal S_out auch mehrere (z. B. zwei, drei oder mehr) – sich aus der Signalverarbeitung des einen oder der mehreren Eingangs-Signale S_in ergebende – Ausgangs-Signale S_out ausgegeben werden (z. B. an zwei, drei oder mehr der Signal-Leitung 14 entsprechenden Signal-Leitungen).
Wie aus 1 hervorgeht, wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine Signal-Leitung 6 ein zusätzliches – zur Kompensation von Störgrößen bzw. zur Temperaturkompensation verwendetes – Referenz-Signal S_ref in die Vorrichtung 1 eingegeben.
Als Referenz-Signal S_ref wird ein als temperaturunabhängig anzusehendes Signal verwendet, z. B. ein von einer Schaltung mit Bandabstandsreferenz erzeugtes Signal.
Das Referenz-Signal S_ref dient dazu, in vernünftiger Art und Weise – insbesondere dimensionslos – eine weiter unten genauer erläuterte – unter Umständen nichtlineare – Übertragungscharakteristik darstellen zu können.
Gemäß Figur wird das über die o. g. Signal-Leitung 6 der Vorrichtung 1 zugeführte Referenz-Signal S_ref in einen Referenz-Signal-Erzeugungs-Block 4 eingegeben.
Mit Hilfe des Referenz-Signal-Erzeugungs-Blocks 4 werden aus dem eingegebenen (Einzel-)Referenz-Signal S_ref mehrere – hier: zwei – verschiedene interne Referenz-Signale S_{ref_a}, S_{ref_b} erzeugt.
Die internen Referenz-Signale S_{ref_a}, S_{ref_b} können eine gewisse Temperaturabhängigkeit aufweisen; dies ist für die Funktionsweise der Vorrichtung 1 unerheblich, solange diese Temperaturabhängigkeit für beide internen Referenz-Signale S_{ref_a}, S_{ref_b} jeweils gleich geartet bzw. – relativ betrachtet – identisch ist.
Als interne Referenz-Signale S_{ref_a}, S_{ref_b} können von dem Referenz-Signal-Erzeugungs-Block 4 z. B. zwei Ströme zur Verfügung gestellt werden, die jeweils unterschiedliche Größenordnungen aufweisen, jedoch relativ gesehen denselben Verlauf über der Temperatur aufweisen (und von zwei korrespondierenden, im Referenz-Signal-Erzeugungs-Block 4 vorgesehenen Referenz-Signal-Erzeugungs-Einrichtungen 15, 16 erzeugt werden).
Wie aus 1 weiter hervorgeht, wird das interne Referenz-Signal S_{ref_a} vom Referenz-Signal-Erzeugungs-Block 4 aus über eine Signal-Leitung 8 einem Nichtlinear-Funktions-Block 2 zugeführt, dem zusätzlich – über die o. g. Signal-Leitung 7 – das o. g. Eingangs-Signal S_in zugeführt wird.
Im Nichtlinear-Funktions-Block 2 werden die Signale S_in, S_{ref_a} einem – allgemein ausgedruckt – durch die nichtlineare Funktion f(T, S_in, S_{ref_a}) = f₁(T)f₂(S_in, S_{ref_a}) beschreibbaren Signalverarbeitungsprozess unterzogen; als Ergebnis des Signalverarbeitungsprozesses wird an der Signal-Leitung 13 ein Zwischen-Ausgangs-Signal S_out' ausgegeben.
In der o. g. Funktion f₁(T)f₂(S_in, S_{ref_a}) kennzeichnet der Funktions-Faktor f₁(T) die – bei der Bildung der nichtlinearen Funktion – (zwangsweise) gegebene Temperaturabhängigkeit der internen Signale.
Beispielsweise ist eine über bipolare Dioden erzeugte nichtlineare Logarithmierung über die Temperaturspannung kT/q temperaturabhängig (wobei k die Boltzmannkonstante ist, T die absolute Temperatur, und q die Elementarladung).
Der o. g., die Temperaturabhängigkeit – allgemein – kennzeichnende Funktions-Faktor f₁(T) wird im Allgemeinen durch eine mathematisch nur relativ schwer modellierbare Funktion definiert.
Je größer der jeweils betrachtete Temperaturbereich ist, desto höher kann die Komplexität der dem Funktions-Faktor f₁(T) zugrundeliegenden Funktion sein.
Beim o. g. – als Beispiel genannten – Fall einer mit Hilfe der Verwendung von bipolaren Dioden erreichten Logarithmierung gilt (bei relativ geringen Temperaturen, bzw. relativ geringen Betriebsströmen): f₁(T) = kT/q
Mit anderen Worten wird in diesem Fall also der die Temperaturabhängigkeit kennzeichnende Funktions-Faktor f₁(T) der o. g., den im Nichtlinear-Funktions-Block 2 durchgeführten Signalverarbeitungsprozess beschreibenden nichtlinearen Funktion f(T, S_in, S_{ref_a}) durch die o. g. Temperaturspannung kT/q gebildet.
Bei höheren Betriebsströmen sind zusätzlich die Bahnwiderstände zu berücksichtigen, so dass sich f₁(T) in diesem Fall weiter verkomplizieren kann.
Zur Kompensation der – durch den Funktions-Faktor f₁(T) beschriebenen – Temperaturabhängigkeit des vom Nichtlinear-Funktions-Block 2 bereitgestellten Zwischen-Ausgangs-Signals S_out' wird dieses – wie in 1 gezeigt ist – über die o. g. Signal-Leitung 13 einem Kompensations-Block 3 zugeführt.
Um – alleine mit Hilfe des Kompensationsblocks 3 – eine ideale Temperaturkompensation zu erreichen, müsste im Kompensationsblock 3 ein Signalverarbeitungsprozess durchgeführt werden, der mit einer zur die o. g. Temperaturabhängigkeit beschreibenden Funktion f₁(T) umgekehrten Funktion definiert ist.
Wie weiter unten anhand der im folgenden unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Schaltungsanordnungen verdeutlicht wird, führt der Versuch einer Kompensation der o. g., die Temperaturabhängigkeit beschreibenden Funktion f₁(T) mit Hilfe einer hierzu umgekehrten Funktion 1/f₁(T) i. A. zum Auftreten von weiteren, unerwünschten, durch eine nichtlineare Funktion k(T, Θ(T)) beschreibbaren Einfluss-Faktoren.
Diese Einfluss-Faktoren sind temperaturabhängig, und aufgrund der Tatsache, dass die o. g. Umkehr-Funktion 1/f₁(T) nicht unmittelbar exakt aus der o. g. Funktion f₁(T) abgeleitet werden kann, auch von weiteren – ihrerseits temperaturabhängigen –, durch eine Funktion Θ(T) beschreibbaren Störeinflüssen abhängig.
Die Störeinflüsse bzw. Störparameter Θ sind in der Regel systemimmanent, und hängen mit der Realisierung des Systems zusammen.
Störeinfluss bzw. Störparameter kann z. B. die Bipolarstromverstärkung sein, welche temperaturabhängig, prozessabhängig, (relativ stark) nichtlinear, und schwer analytisch darstellbar ist.
Wie aus 1 hervorgeht, ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Kompensation der durch die o. g. nichtlineare Funktion k(T, Θ(T)) beschreibbaren Einfluss-Faktoren ein weiterer Signalverarbeitungs-Block 5 vorgesehen.
Dem weiteren Signalverarbeitungs-Block 5 wird – über eine Signal-Leitung 9 – das o. g., vom Referenz-Signal-Erzeugungs-Block 4 (bzw. genauer: von der Referenz-Signal-Erzeugungs-Einrichtung 15) erzeugte (weitere) interne Referenz-Signal S_{ref_b} zugeführt.
Im Signalverarbeitungs-Block 5 wird ein durch eine zur o. g. Störeinfluss-Funktion k(T, Θ(T)) umgekehrte Funktion 1/k(T, Θ(T)) beschreibbarer Signalverarbeitungsprozess durchgeführt.
In dieser zur Störeinfluss-Funktion k(T, Θ(T)) umgekehrten Funktion 1/k(T, Θ(T)) ist vorteilhaft der o. g., in der den im Nichtlinear-Funktions-Block 2 durchgeführten Signalverarbeitungsprozess beschreibenden Funktion auftretende Funktions-Faktor f₁(T) nicht enthalten.
Der/die zum Funktions-Faktor f₁(T) führende(n) physikalische(n) Effekt(e) ist/sind also von den o. g., durch die nichtlineare Funktion k(T, Θ(T)) beschreibbaren Stör-Einfluss-Faktoren entkoppelt.
Als Beispiel hierfür kann z. B. die Temperaturspannung einer Bipolardiode und die Stromverstärkung eines Bipolartransistors angegeben werden, die grundsätzlich unterschiedlichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten unterliegen.
Das – als Ergebnis des im Signalverarbeitungs-Block 5 durchgeführten, durch die Funktion 1/k(T, Θ(T)) beschreibbaren Signalverarbeitungsprozesses erzeugte, an einer Signal-Leitung 11 bereitgestellte – Signal S' wird – zusammen mit dem vom Nichtlinear-Funktions-Block 2 an der Signal-Leitung 13 bereitgestellten Zwischen-Ausgangs-Signal S_out' – dem Kompensations-Block 3 zugeführt.
Mit dem im Kompensations-Block 3 durchgeführten, durch die Funktion k(T, Θ(T))/f₁(T) beschreibbaren Signalverarbeitungsprozess kann nun – wie anhand der weiter unten unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Schaltungsanordnungen genauer beschrieben wird – für den im Nichtlinear-Funktions-Block 2 durchgeführten, nichtlinearen Signalverarbeitungsprozess eine exakte Temperaturkompensation durchgeführt werden.
Wesentlich ist die Verwendung einer – möglichst einfachen –, im Vergleich zur (unbekannten), die Temperaturabhängigkeit des im Nichtlinear-Funktions-Block 2 durchgeführten Signalverarbeitungsprozess kennzeichnenden Funktion f₁(T) anderen temperaturabhängigen Gesetzmäßigkeiten folgenden Funktion k(T, Θ(T)), welche – gemeinsam mit der o. g. Umkehr-Funktion 1/f₁(T) – die den vom Kompensations-Block 3 durchgeführten Signalverarbeitungsprozess kennzeichnende Funktion k(T, Θ(T))/f₁(T) bildet zur Kompensation von Störgrößen in der o. g. – den eigentlichen, erwünschten Signalverarbeitungsprozess kennzeichnenden – Funktion f₂(S_in, S_{ref_a}).
In 2 ist eine schematische, beispielhafte Detail-Darstellung einer Schaltungsanordnung 100 gezeigt, in der das oben anhand von 1 beschriebene Kompensations-Grund-Prinzip verwirklicht wird.
Die Schaltungsanordnung 100 dient zur Logarithmierung von Strömen, und weist – zusätzlich zu den eigentlichen, die Strom-Logarithmierungs-Funktion erfüllenden (d. h. einen nichtlinearen Signalverarbeitungsprozess durchführenden, bzw. die Funktion des in 1 gezeigten Nichtlinear-Funktions-Block 2 erfüllenden) Schaltungsteilen – u. a. einen die Funktion des in 1 gezeigten Kompensations-Block 3 erfüllenden Schaltungsteil 103 auf, und einen die Funktion des in 1 gezeigten Signalverarbeitungs-Block 5 erfüllenden Schaltungsteil 105.
Wie aus 2 hervorgeht, weist die Schaltungsanordnung 100 mehrere – zur Strom-Logarithmierung dienende – Transistoren TR1, TR2, TD1, TD2 auf (hier: die Transistoren 121, 122, 123, 124).
Der Drain-Source-Pfad der Transistoren 121, 122 ist jeweils zwischen eine – einen Vorspann-Strom I_bias bereitstellende – Stromquellen-Einrichtung 125, 126, und die Versorgungsspannung VDD geschaltet.
Das Gate des Transistors 121 bzw. 122 ist jeweils mit dem Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors 123, 124 verbunden, und mit einer Leitung 107, 108.
Die Emitter der Transistoren 123, 124 sind – über eine Leitung 127 bzw. 128 – an eine eine Vorspannung U_bias bereitstellende Spannungsquelle 129 angeschlossen.
An der Leitung 107 liegt ein – das Eingangs-Signal der Schaltungsanordnung 100 repräsentierender – Strom I_in an, und an der Leitung 108 ein – als Referenz-Signal fungierender – Strom I_{ref_a}.
Die Transistoren 123, 124 sind als Dioden geschaltet; die Transistoren 121, 122 dienen dazu, die Kollektor- und Basispotentiale der Transistoren 123, 124 konstant zu halten.
Die von der Schaltungsanordnung 100 durchgeführte (insbesondere durch die als Dioden geschaltete Transistoren 123, 124 bewirkte) Strom-Logarithmierung ist (zwangsweise – und nicht erwünscht –) Temperaturabhängig. Die Temperaturabhängigkeit kann durch die Funktion f₁(T) = kT/q beschrieben werden, d. h. durch eine die Temperaturspannung der als Dioden geschalteten Transistoren 123, 124 beschreibende Funktion (wobei k die Boltzmannkonstante ist, T die absolute Temperatur, und q die Elementarladung).
Zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit dient der die Funktion des in 1 gezeigten Kompensations-Block 3 erfüllende Schaltungsteil 103, der – wie aus 2 hervorgeht – mehrere Transistoren TV1, TV2, TV3, TV4 (hier: mehrere Transistoren 131, 132, 133, 134) aufweist, und mehrere Widerstände 135, 136.
Die – durch den Schaltungsteil 103 (insbesondere die Transistoren 131, 132, 133, 134, und die Widerstände 135, 136) bewirkte – Temperaturabhängigkeits-Kompensation beruht – wiederum – auf der Temperaturspannung; hierdurch wird erreicht, dass die Temperaturfehler relativ klein gehalten werden.
Wie aus 2 hervorgeht, ist die Basis des Transistors 133 bzw. 134 – über den Widerstand 135 bzw. 136 – mit der Basis des Transistors 131 bzw. 132 verbunden, und ist die Basis des Transistors 131 bzw. 132 – jeweils über einen weiteren Widerstand – mit der Basis des Transistors 123 bzw. 124 verbunden.
Des weiteren ist die Basis des Transistors 133 mit der Basis des Transistors 134 verbunden.
Der Kollektor des Transistors 133 ist an den Kollektor des Transistors 131, und an eine Leitung 138 angeschlossen, an der – als (erstes) Ausgangs-Signal der Schaltungsanordnung 100 – ein Strom I₁ ausgegeben wird.
Auf entsprechend ähnliche Weise ist der Kollektor des Transistors 134 an den Kollektor des Transistors 132, und an eine Leitung 139 angeschlossen, an der – als (zweites) Ausgangs-Signal der Schaltungsanordnung 100 – ein Strom I₂ ausgegeben wird.
Die Emitter der Transistoren 131, 132, 133, 134 sind mit einer Leitung 137 verbunden, durch die ein Strom I_K fließt.
Um – alleine mit Hilfe des Schaltungsteils 103 – eine ideale Temperaturkompensation zu erreichen, müsste mit dessen Hilfe ein Signalverarbeitungsprozess durchgeführt werden, der – exakt – mit einer zur die o. g. Temperaturabhängigkeit beschreibenden Funktion f₁(T) umgekehrten Funktion 1/f₁(T) definiert ist.
Dies ist nur näherungsweise der Fall; die Verwendung des o. g. Kompensations-Schaltungsteils 103 führt zum Auftreten von weiteren, unerwünschten, durch eine nichtlineare Funktion k(T, Θ(T)) beschreibbaren Einfluss-Faktoren.
Diese Einfluss-Faktoren sind temperaturabhängig, und aufgrund der Tatsache, dass die o. g. Umkehr-Funktion 1/f₁(T) nicht unmittelbar exakt aus der o. g. Funktion f₁(T) abgeleitet werden kann, auch von weiteren – ihrerseits temperaturabhängigen –, durch eine Funktion Θ(T) beschreibbaren Störeinflüssen abhängig.
Da die o. g., an den Leitungen 138, 139 anliegenden Ströme I₁, I₂ temperaturunabhängig die nichtlineare Funktion abbilden sollen, kann eine (zusätzliche, temperaturkompensierende) Regelung des an der Leitung 137 anliegenden (Ausgangs-)Stroms I_K nicht über die gleichen Ströme erfolgen, da diese dann wiederum temperaturabhängig wären. Stattdessen wird zur Erzeugung des Ausgangs-Stroms I_K der in 2 gezeigte – die Funktion des in 1 gezeigten Signalverarbeitungs-Block 5 erfüllende – Schaltungsteil 105 verwendet (mit dessen Hilfe ein durch eine zur o. g. Funktion k(T, Θ(T)) umgekehrte Funktion 1/k(T, Θ(T)) beschreibbarer Signalverarbeitungsprozess durchgeführt wird).
Hierdurch ist es möglich, die o. g. (durch den Schaltungsteil 103 hervorgerufenen) – zusätzlichen – Einfluss-Faktoren bzw. Prozessabhängigkeiten, beispielsweise die endliche Stromverstärkung der Transistoren 131, 132, 133, 134 exakt zu eliminieren.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel stehen die – durch die o. g. Funktion Θ(T) beschreibbaren – Störeinflüsse in direktem Zusammenhang mit der Stromverstärkung.
Es gilt nämlich: Θ(T) = β(T)/(β(T) + 1)
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird – wie aus 2 hervorgeht – im Schaltungsteil 105 ein Referenztransistor 140 (Referenztransistor TCOMP) verwendet, welcher mit einem temperaturstabilen Kollektorstrom versorgt wird, was einen temperaturabhängigen Emitterstrom zur Folge hat.
Der Kollektor des Transistors 140 ist mit einer Leitung 141 verbunden, an der ein – als Referenz-Signal fungierender – Strom I_{ref_b} anliegt.
Des weiteren ist ein Operationsverstärker 142 vorgesehen, dessen Plus-Eingang mit der o. g. Leitung 141, und damit mit dem Kollektor des Transistors 140 verbunden ist, und dessen Minus-Eingang an die Basis des Transistors 140 angeschlossen ist.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 142 ist über eine Leitung 143 an die Basis des Transistors 140 rückgekoppelt.
Der Emitter des Transistors 140 ist über eine Leitung 144 an den Source-Drain-Pfad eines ersten Transistors 145 einer Stromspiegel-Schaltung 147 angeschlossen.
Auf entsprechend ähnliche – spiegelbildliche – Weise ist die o. g. (Ausgangs-)Leitung 137 der Schaltungsanordnung 100 an den Source-Drain-Pfad eines zweiten Transistors 146 der Stromspiegel-Schaltung 147 angeschlossen.
Die Gates der Transistoren 145, 146 sind miteinander verbunden, und beide Transistoren jeweils mit Masse verbunden.
Bei der Darstellung oben ist – lediglich beispielhaft – als zu kompensierender Störeinfluß Θ die Stromverstärkung angeführt worden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, unter Verwendung des oben erläuterten Kompensations-Prinzips auch beliebige andere, nichtlineare temperaturabhängige Störeinflüsse wie z. B. Early-Effekte, etc. zu kompensieren.
In 3 ist eine schematische, beispielhafte Detail-Darstellung einer weiteren – ähnlich wie die in 2 gezeigte Schaltungsanordnung 100 aufgebaute – Schaltungsanordnung 200 gezeigt, in der das oben anhand von 1 beschriebene Kompensations-Grund-Prinzip verwirklicht wird.
Die Schaltungsanordnung 200 dient – ebenfalls – zur Logarithmierung von Strömen, und weist – zusätzlich zu den eigentlichen, die Strom-Logarithmierungs-Funktion erfüllenden (d. h. einen nichtlinearen Signalverarbeitungsprozess durchführenden, bzw. die Funktion des in 1 gezeigten Nichtlinear-Funktions-Block 2 erfüllenden) Schaltungsteilen u. a. einen die Funktion des in 1 gezeigten Kompensations-Block 3 erfüllenden Schaltungsteil 203 auf, und einen die Funktion des in 1 gezeigten Signalverarbeitungs-Block 5 erfüllenden Schaltungsteil 205.
Wie aus 3 hervorgeht, weist die Schaltungsanordnung 200 mehrere – zur Strom-Logarithmierung dienende (und entsprechend ähnlich wie bei der Schaltungsanordnung 100 verschaltete) – Transistoren TR1, TR2, TD1, TD2 auf (hier: die Transistoren 221, 222, 223, 224).
Die von der Schaltungsanordnung 200 durchgeführte (insbesondere durch die als Dioden geschaltete Transistoren 223, 224 bewirkte) Strom-Logarithmierung ist (zwangsweise – und nicht erwünscht –) Temperaturabhängig. Die Temperaturabhängigkeit kann durch die Funktion f₁(T) = kT/q beschrieben werden, d. h. durch eine die Temperaturspannung der als Dioden geschalteten Transistoren 223, 224 beschreibende Funktion (wobei k die Boltzmannkonstante ist, T die absolute Temperatur, und q die Elementarladung).
Zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit dient der die Funktion des in 1 gezeigten Kompensations-Block 3 erfüllende Schaltungsteil 203, der – wie aus 3 hervorgeht – mehrere (entsprechend wie in der Schaltungsanordnung 100 verschaltete) Transistoren TV1, TV2, TV3, TV4 (hier: mehrere Transistoren 231, 232, 233, 234) aufweist, und mehrere (entsprechend wie in der Schaltungsanordnung 100 verschaltete) Widerstände 235, 236.
Wie aus 3 hervorgeht, ist die Basis des Transistors 233 bzw. 234 – über den Widerstand 235 bzw. 236 – mit der Basis des Transistors 231 bzw. 232 verbunden, und ist die Basis des Transistors 231 bzw. 232 – jeweils über einen weiteren Widerstand – mit der Basis des Transistors 223 bzw. 224 verbunden.
Der Kollektor des Transistors 233 ist an den Kollektor des Transistors 231 angeschlossen, und an eine Leitung 238, an der – als (erstes) Ausgangs-Signal der Schaltungsanordnung 200 – ein Strom I₁ ausgegeben wird.
Entsprechend ähnlich ist der Kollektor des Transistors 234 an den Kollektor des Transistors 232 angeschlossen, und an eine Leitung 239, an der – als (zweites) Ausgangs-Signal der Schaltungsanordnung 200 – ein Strom I₂ ausgegeben wird.
Die Emitter der Transistoren 231, 232, 233, 234 sind mit einer Leitung 237 verbunden, an der ein Strom I_K anliegt.
Wie aus 3 hervorgeht, weist die Schaltungsanordnung 200 – im Vergleich zur Schaltungsanordnung 100 – einen zusätzlichen Transistor 260 (Transistor TOFFS) auf.
Die Basis des Transistors 260 ist mit der Basis des Transistors 234, und mit der Basis des Transistors 233 verbunden.
Des weiteren ist der Kollektor des Transistors 260 an die o. g. Leitung 238 angeschlossen; der Emitter des Transistors 260 ist mit einer Leitung 261 verbunden.
Der – die Funktion des in 1 gezeigten Signalverarbeitungs-Blocks 5 erfüllende – Schaltungsteil 205 weist einen Referenztransistor 240 (Referenztransistor TCOMP) auf, welcher mit einem temperaturstabilen Kollektorstrom versorgt wird, was einen temperaturabhängigen Emitterstrom zur Folge hat.
Der Kollektor des Transistors 240 ist mit einer Leitung 241 verbunden, an der ein – als Referenz-Signal fungierender – Strom I_{ref_b} anliegt.
Des weiteren ist im Schaltungsteil 205 ein Operationsverstärker 242 vorgesehen, dessen Plus-Eingang mit der o. g. Leitung 241, und damit mit dem Kollektor des Transistors 240 verbunden ist, und dessen Minus-Eingang an die Basis des Transistors 240 angeschlossen ist.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 242 ist über eine Leitung 243 an die Basis des Transistors 240 rückgekoppelt.
Der Emitter des Transistors 240 ist über eine Leitung 244 an den Source-Drain-Pfad eines ersten Transistors 245 einer Stromspiegel-Schaltung 247 angeschlossen.
Auf entsprechend ähnliche – spiegelbildliche – Weise ist die o. g. – mit den Emittern der Transistoren 231, 232, 233, 234 verbumdene – (Ausgangs-)Leitung 237 der Schaltungsanordnung 200 an den Source-Drain-Pfad eines zweiten Transistors 246 der Stromspiegel-Schaltung 247 angeschlossen, und ist die o. g. – mit dem Emitter des Transistors 260 verbundene – Leitung 261 an den Source-Drain-Pfad eines dritten Transistors 250 der Stromspiegel-Schaltung 247 angeschlossen.
Die Gates der Transistoren 245, 246, 250 sind miteinander verbunden, und die Transistoren 245, 246, 250 jeweils mit Masse verbunden.
Mit der in 3 gezeigten Schaltungsanordnung 200 wird gezeigt, wie das oben erläuterte Kompensationsprinzip auf einen zum o. g. Strom I₁ additiven, durch den Transistor 260 hervorgerufenen Offset-Strom anzuwenden ist.
Wie aus 3 hervorgeht, kann die Stromverstärkung des Transistors 260 auf entsprechende Weise in die Kompensation mit einbezogen werden, wie die Stromverstärkung der Transistoren 231, 232, 233, 234.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Nichtlinear-Funktions-Block
3: Kompensations-Block
4: Referenz-Signal-Erzeugungs-Block
5: Signalverarbeitungs-Block
6: Signal-Leitung
7: Signal-Leitung
8: Signal-Leitung
9: Signal-Leitung
10: Signal-Leitung
11: Signal-Leitung
12: Signal-Leitung
13: Signal-Leitung
14: Signal-Leitung
15: Referenz-Signal-Erzeugungs-Einrichtung
16: Referenz-Signal-Erzeugungs-Einrichtung
100: Schaltungsanordnung
103: Schaltungsteil
105: Schaltungsteil
107: Leitung
108: Leitung
121: Transistor
122: Transistor
123: Transistor
124: Transistor
125: Stromquellen-Einrichtung
126: Stromquellen-Einrichtung
127: Leitung
128: Leitung
129: Spannungsquelle
131: Transistor
132: Transistor
133: Transistor
134: Transistor
135: Widerstand
136: Widerstand
137: Leitung
138: Leitung
139: Leitung
140: Referenztransistor
141: Leitung
142: Operationsverstärker
143: Leitung
144: Leitung
145: Transistor
146: Transistor
147: Stromspiegel-Schaltung
200: Schaltungsanordnung
203: Schaltungsteil
205: Schaltungsteil
221: Transistor
222: Transistor
223: Transistor
224: Transistor
231: Transistor
232: Transistor
233: Transistor
234: Transistor
235: Widerstand
236: Widerstand
237: Leitung
238: Leitung
239: Leitung
240: Referenztransistor
241: Leitung
242: Operationsverstärker
243: Leitung
244: Leitung
245: Transistor
246: Transistor
247: Stromspiegel-Schaltung
250: Transistor
260: Transistor
261: Leitung

Claims

System (1, 100, 200) mit Störgrößen-Kompensation, welches aufweist: eine Vorrichtung (3, 103, 203) zur Kompensation von das System (1, 100, 200) beeinflussenden Störgrößen, insbesondere zur Temperaturkompensation; und eine weitere Vorrichtung (5, 105) zur Kompensation von durch die Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103) zusätzlich das System (1, 100, 200) beeinflussenden Störgrößen, wobei die weitere Vorrichtung (5, 105) einen Transistor (140) aufweist, sowie einen Operationsverstärker (142), bei dem ein erster Eingang an einen Steuereingang des Transistors (140) angeschlossen ist, ein Ausgang an den Steuereingang des Transistors (140) rückgekoppelt ist, und ein zweiter Eingang an einen Kollektor des Transistors (140) angeschlossen ist.
System (1, 100, 200) nach Anspruch 1, wobei das System (1, 100, 200) ein nichtlineares System ist.
System (1, 100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bei der Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103, 203) die Kompensation von Störgrößen auf einem oder mehreren physikalischen Effekten beruht, und bei welchem bei der weiteren Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (5, 105) die Kompensation von Störgrößen auf einem oder mehreren weiteren physikalischen Effekten beruht, der bzw. die von dem oder den physikalischen Effekten, auf dem bzw. denen bei der Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103) die Kompensation von Störgrößen beruht unterschiedlich sind.
System (1, 100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches einen nichtlinearen Funktions-Block (2) aufweist, in den ein oder mehrere Eingangs-Signale (S_in) eingegeben werden, das oder die durch den nichtlinearen Funktions-Block (2) einem nichtlinearen Signalverarbeitungsprozess unterzogen wird oder werden.
System (1, 100, 200) nach Anspruch 4, bei welchem der vom nichtlinearen Funktions-Block (2) durchgeführte nichtlineare Signalverarbeitungsprozess ein Strom-Logarithmier-Prozess ist.
System (1, 100, 200) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei welchem in den nichtlinearen Funktions-Block (2) zusätzlich ein oder mehrere Referenz-Signale (S_{ref_a}) eingegebenen werden.
System (1, 100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in die weitere Vorrichtung (5, 105) zur Kompensation von durch die Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103, 203) zusätzlich das System (1, 100, 200) beeinflussenden Störgrößen ein oder mehrere Referenz-Signale (S_{ref_b}) eingegebenen werden.
System (1, 100, 200) nach Anspruch 7, bei welchem das oder die in die weitere Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (5, 105) eingegebenen Referenz-Signale (S_{ref_b}), und das oder die in den nichtlinearen Funktions-Block (2) eingegebenen Referenz-Signale (S_{ref_a}) von einer Referenz-Signal-Erzeugungs-Einrichtung (4) aus ein- und demselben Eingangs-Referenz-Signal (S_ref) erzeugt werden.
System (1, 100, 200) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei welchem ein von dem nichtlinearen Funktions-Block (2) bereitgestelltes Ausgangs-Signal (S_out') an die Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103, 203) weitergeleitet wird.
System (1, 100, 200) nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welchem ein von der weiteren Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (5, 105) bereitgestelltes Ausgangs-Signal (S') an die Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103, 203) weitergeleitet wird.
Verfahren zur Kompensation von Störgrößen, bzw. zur Temperaturkompensation, welches die Schritte aufweist: – Kompensation von ein Signalverarbeitungs-System (1, 100, 200) beeinflussenden Störgrößen unter Verwendung einer Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103, 203); und – Kompensation von durch die Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103, 203) zusätzlich das System (1, 100, 200) beeinflussenden Störgrößen mittels einer weiteren Vorrichtung (5, 105), welche einen Transistor (140) aufweist, sowie einen Operationsverstärker (142), bei dem ein erster Eingang an einen Steuereingang des Transistors (140) angeschlossen ist, ein Ausgang an den Steuereingang des Transistors (140) rückgekoppelt ist, und ein zweiter Eingang an einen Kollektor des Transistors (140) angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Signalverarbeitungs-System (1, 100, 200) ein nichtlineares System ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei bei der Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103, 203) die Kompensation von Störgrößen auf einem oder mehreren physikalischen Effekten beruht, welche unterschiedlich sind zu dem bzw. den physikalischen Effekten, auf dem bzw. denen die Kompensation von durch die Störgrößen-Kompensations-Vorrichtung (3, 103, 203) zusätzlich das System (1, 100, 200) beeinflussenden Störgrößen beruht.