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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elektronische Schaltungen
mit einem Analogkomparator und betrifft auch integrierte Schaltungsbauelemente
und Strukturen mit einer analogen Komparatorschaltung.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
elektronischen Schaltungsstrukturen und Schaltungen muss die häufig einer
Amplitude eines Signalpegels mit einem spezifizierten Grad an Genauigkeit
bestimmt werden. Für
diesen Zweck wurden eine Vielzahl von Techniken entwickelt, wobei viele
dieser Techniken den Vergleich eines ersten Signalpegels mit einem
zweiten Signalpegel beinhalten, um zu entscheiden, ob der erste
Signalpegel höher
oder geringer ist als der zweite Signalpegel. Somit liefert eine
entsprechende elektronische Schaltung eine digitale Antwort auf
die Frage, welche der beiden Signale den höheren Signalpegel aufweist. Entsprechende
elektronische Schaltungen werden typischerweise als Komparator oder
analoger Komparator bezeichnet, wenn zumindest eines der beiden
Signale sich kontinuierlich ändert.
Beispielsweise werden derartige Komparatorschaltungen im Wesentlichen
in Situationen eingesetzt, in denen ein Signal mit einem Referenzsignal
zu vergleichen ist, das eine im Wesentlichen konstante Referenz
oder eine variierende Referenz repräsentiert, um damit mit einer
digitalen Antwort anzugeben, wann das Signal den durch das Referenzsignal
festgelegten Schwellwert über-
bzw. unterschreitet. Eine Komparatorschaltung enthält typischerweise
eine geeignet gestaltete Eingangsstufe mit zwei Eingangstransistoren,
die die jeweiligen Eingangssignale empfangen. Ferner kann eine Widerstandslast
mit jedem der Eingangstransistoren verbunden sein, um damit eine Differenzspannung
in Abhängigkeit
der Differenz der Eingangssignale zu erhalten. Die Differenzspannung wird
dann einer Ausgangsstufe zugeführt,
die typischerweise so gestaltet ist, dass zwei vordefinierte Ausgangssignalpegel
in Abhängigkeit
von der Spannung über
der differenziellen Eingangsstufe geliefert wird. Folglich müssen in
anspruchsvollen Anwendungen die Eigenschaften der Schaltungselemente
und insbesondere der Eingangstransistoren und der jeweiligen Widerstandslasten
so aufeinander abgestimmt sein, dass eine Änderung des Ausgangssignals
bei einem be stimmten gewünschten
minimalen Wert der Differenz der beiden Eingangssignale erreicht
wird. Ferner sollte die Antwort der Komparatorschaltung auf das
Eingangssignal typischerweise möglichst
stabil sein für
sich verändernde
Betriebsbedingungen, etwa unterschiedliche Temperaturen, unterschiedliche
Versorgungsspannungen, Halterung der Schaltungskomponenten und andere
Umgebungseinflüsse,
etwa Feuchtigkeit, Druck, und dergleichen. Folglich wurden komplexe
Kompensationstechniken vorgeschlagen, die wiederum selbst anspruchsvolle
und komplexe analoge Schaltungen erfordern, die somit einen Beitrag
zur gesamten Schaltungskomplexität
und zu den Herstellungskosten leisten.
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Mit
Bezug zu den 1a und 1b wird eine
typische konventionelle Komparatorschaltung nunmehr beschrieben,
um die durch eine ineffiziente Offsetkompensation hervorgerufenen
Probleme genauer zu erläutern.
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1a zeigt
schematisch ein Schaltbild einer Komparatorschaltung 100 gemäß einer
konventionellen grundlegenden Schaltungskonfiguration. Wie dargestellt,
umfasst die Komparatorschaltung 100 eine Eingangsstufe 110 zum
Empfangen eines ersten Eingangssignals V– und
eines zweiten Eingangssignals V+. Das Signal
V– wird
von einem ersten Eingangstransistor 111a aufgenommen, während das zweite
Eingangssignal V+ von einem zweiten Eingangstransistor 111b empfangen
wird. In dem in 1a gezeigten Beispiel repräsentieren
der erste und der zweite Transistor 111a, 111b einen
p-Kanaltransistor oder einen pnp-Transistor,
wenn eine Bipolartransistorkonfiguration betrachtet wird. Es sollte beachtet
werden, dass Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart
eingesetzt werden können, wenn
dies erforderlich ist. Ferner umfasst die Eingangsstufe 110 eine
erste Widerstandslast 112a, die in Reihe mit dem ersten
Eingangstransistor 111a verbunden ist und umfasst auch
eine zweite Widerstandslast 112b, die mit dem zweiten Transistoreingang 111b in
Reihe verbunden ist. Des weiteren weist die Eingangsstufe 110 eine
Konstantspannungsquelle 113 auf, die mit beiden Verzweigungspunkten
verbunden ist, die aus dem ersten Eingangstransistor 111a und
der ersten Widerstandslast 112a bzw. dem zweiten Eingangstransistor 111b und
der zweiten Widerstandslast 112b aufgebaut sind. Ferner
wird die Spannung über
den Widerstandslasten 112a, 112b als ein Zwischenausgangssignal 114 verwendet,
das einer Ausgangsstufe 120 zugeführt wird. In dem gezeigten
Beispiel wird das Zwischenausgangssignal der Eingangsstufe 110 über der
Widerstandslast 112b erhalten. Des weiteren ist die Ausgangsstufe 120 typischerweise
so ausgebildet, dass einem von zwei Ausgangsspannungspegel einnimmt,
beispielsweise in der Nähe
der positiven Versorgungsspannung oder der negativen Versorgungsspannung
in Abhängigkeit
des Zwischensignals 114. Der Einfachheit halber ist die
Ausgangsstufe 120 als ein invertierender Verstärker mit
einer sehr hohen Verstärkung
dargestellt, um an einem der beiden Spannungspegel in Abhängigkeit
von dem Zwischensignal 114 in Sättigung zu gehen, wodurch die
digitale Antwort auf die Eingangssignale V_ und V+ erhalten
wird. In diesem Falle wird der zweite Eingangstransistor 111b als
ein nicht-invertierender Eingangstransistor bezeichnet, während der
erste Eingangstransistor 111a als invertierender Eingang
bezeichnet wird, da ein höherer
Signalpegel an dem Eingangstransistor 111a zu einem Übergangs 121 auf
den negativen Pegel führt.
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Während des
Betriebs der Komparatorschaltung 100 liefert die Konstantstromquelle 113 einen konstanten
Strom zu dem Knoten 113a, das zu einem Stromfluss durch
die Transistoren 111a und die Last 112a auf der
einen Seite und durch den Transistor 111b und die Last 112 auf
der anderen Seite führt. Wenn
folglich die entsprechenden Komponenten 111a, 111b, 112a, 112b und 113 als
im Wesentlichen ideale Komponenten vorgesehen sind, führt eine
kleine Differenz, die als ΔV
bezeichnet ist, zu einer entsprechenden Änderung der Ausgangsstufe 114,
da in diesem Falle die Leitfähigkeit
eines Zweiges erhöht oder
verringert wird, wodurch entsprechende unterschiedliche Ströme in beiden
Zweigen hervorgerufen werden, da der dem Knoten 113a zugeführte Strom konstant
gehalten wird. Folglich ändert
sich die Zwischenausgangsspannung 114 gemäß der Differenz der
zugeführten
Eingangsspannung, so dass die Ausgangsstufe 120 in Abhängig von
dem Vorzeichnen der Differenz der Eingangsspannungen V–,
V+ in die positive oder negative Sättigung
geht.
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1b zeigt
schematisch ein Schaltbild, in welchem die Ausgangsspannung 121 der
Ausgangsstufe 120 qualitativ gegenüber der Differenz der Eingangsspannungen
V+, V– aufgezeichnet ist.
Es sei angenommen, dass die Differenz ΔV zwischen –500 mV und +500 mV variiert,
während
die Ausgangsstufe 120 bei +3 und –3 Volt in die Sättigung
geht. Es sollte jedoch beachtet werden, dass andere Spannungsbereiche
für die
Eingangsspannung und die Ausgangsspannung ausgewählt sein können in Abhängigkeit von den Bauteilerfordernissen,
wobei auch zumindest der Ausgangsspannungsbereich im Wesentlichen
durch die Versorgungsspannung des Komparators 100 bestimmt
ist. Wie dargestellt ist, ist für
eine negative Differenz ΔV,
d. h., wenn V– größer als
V+ ist, die Ausgangsspannung 121 ungefähr –3 Volt.
Wenn der Absolutbetrag von V_ verringert wird oder der Betrag von
V+ erhöht
wird, wird die Differenz ΔV
weniger negativ und führt
zu schließlich
zu einem Wechsel der Polarität
der Ausgangsspannung 121, wobei in dem gezeigten Beispiel
die Differenz ΔV weiterhin
negativ ist. Der Wert des Schwellwertpegels T, bei dem die Ausgangsspannung 121 sich ändert, hängt von
der Gesamtkonfiguration des Komparators 100 und insbesondere
von den Eigenschaften der Eingangsstufe 110 ab. Somit kann
in Abhängigkeit
von Ungleichmäßigkeiten,
die während
der Herstellung des Bauelements 100 auftreten oder die durch
unterschiedliche Bedingungen während
des Betriebs hervorgerufen werden können, etwa eine Änderung
der Temperatur und dergleichen, der Wert t ebenso variieren, woraus
sich eine nicht-stabile Antwort der Komparatorschaltung 100 im
Hinblick auf die eingespeiste Spannungsdifferenz ΔV ergibt.
Die Größe der Änderung
in t in Bezug auf den idealen Wert wird als Offsetspannung bezeichnet.
Um somit eine im Wesentlichen stabile Antwort des Komparators 100 zu
erhalten, werden häufig
Kompensationstechniken eingesetzt, um die Offsetspannung der Eingangsstufe 110 zu
verringern, um damit den idealen Wert der Schwellwertspannung t
zu erreichen, wobei die entsprechenden Kompensationstechniken einen mehr
oder weniger großen
Aufwand in Abhängigkeit von
dem Grade der Gleichmäßigkeit
oder der gewünschten
Stabilität
erfordern. In anderen Fällen wird
die Schaltung der Eingangsstufe 110 selbst so gestaltet,
dass ein erhöhter
Grad an Stabilität
erreicht wird, was typischerweise einen merklichen Aufwand im Hinblick
auf zusätzliche
analoge Schaltungskomponenten und/oder Prozesstechniken und Kalibrierungsprozeduren
erfordert.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
elektronische Schaltungen, integrierte Schaltungen und Verfahren, die
danach streben, eines oder mehrere der oben erkannten Probleme zu
verringern oder zu vermeiden.
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Überblick über die Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung elektronische Schaltungen
und entsprechende Bauelemente und Verfahren, um in effizienter Weise
das Funktionsverhalten einer Komparatorschaltung auf der Grundlage
einer digitalen Offsetkompensationstechnik einzustellen. Die hierin
offenbarten Verfahren und Bauelemente verringern die Schaltungskomplexität und damit
die Herstellungskosten, wobei ebenfalls Techniken zum Einstellen der
Antwort des Komparators im Hinblick auf durch die Herstellung hervorgerufene
Ungleichmäßigkeiten und/oder
im Hinblick auf unterschiedliche Betriebsbedingungen und dergleichen
verbessert werden. Dazu wird die Widerstandslast eines oder beider
Eingangstransistoren während
eines speziellen Kalibrierungsmodus angepasst, während gleichzeitig das Ausgangssignal überwacht
wird, um damit einen geeigneten Zustand der Widerstandslast der
Eingangsstufe zu erkennen, wodurch ein hohes Maß an Genauigkeit bei der Anpassung
der Komponenten der differenziellen Eingangsstufe erreicht wird.
Das Anpassen des Lastzustands der Eingangsstufe kann auf der Grundlage
diskreter Widerstandslastelemente erreicht werden, wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, komplexe analoge Kompensationsschaltungen zu vermeiden,
wobei dennoch das Anwenden eines effizienten Kalibrierungsalgorithmus
möglich
ist. In einigen hierin offenbarten anschaulichen Aspekten werden
die Widerstandslastelemente mit einem der Lastelemente der Eingangstransistoren
so verbunden, dass eine ansteigende oder abfallende Sequenz von
Gesamtlastwerten erreicht wird, während eine Änderung der Polarität des Ausgangssignals
einen geeigneten Gesamtlastwert anzeigt, der während eines normalen Betriebsmodus
der Komparatorschaltung zu verwenden ist. Die sequenzielle Erzeugung von
ansteigenden oder abnehmenden Gesamtlastwerten für einen der Eingangstransistoren
wird in einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten auf der
Grundlage eines Zählers
gesteuert, dessen Betrieb beim Erkennen einer Änderung der Polarität des Ausgangssignals
gestoppt wird. Folglich kann eine effiziente Offsetkompensation
erreicht werden, wobei in einigen Fallen ein extern zugeführtes Steuersignal nicht
erforderlich während
auch im Wesentlichen „ideale” Referenzspannungen
oder Referenzströme vorgesehen
werden müssen.
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Eine
anschauliche hierin offenbarte elektronische Schaltung umfasst eine
differenzielle Eingangsstufe mit einem ersten Eingangstransistor
und einem zweiten Eingangstransistor zum Empfangen eines ersten
analogen Eingangssignals und eines zweiten analogen Eingangssignals,
wobei die differenzielle Eingangsstufe ausgebildet ist, ein Zwischensignal
bereitzustellen, das eine Differenz des ersten und des zweiten Eingangssignals
repräsentiert.
Die elektronische Schaltung umfasst ferner eine Ausgangstufe, die
mit der differenziellen Eingangsstufe verbunden ist, um das Zwischensignal
zu empfangen, wobei die Ausgangsstufe ausgebildet ist, ein digitales
Ausgangssignal auf der Grundlage des Zwischensignals bereitzustellen.
Des weiteren umfasst die elektronische Schaltung eine Offsetkompensationsstufe,
die mit der differenziellen Eingangsstufe und der Ausgangsstufe
verbunden ist, wobei die Offsetkompensationsstufe ausgebildet ist,
das digitale Ausgangssignal zu empfangen und eine Last des ersten
oder des zweiten Eingangstransistors in diskreten Schritten auf
der Grundlage des digitalen Ausgangssignals zu ändern.
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Eine
anschauliche hierin offenbarte integrierte Schaltung umfasst ein
Substrat und einen ersten Eingangstransistor und einen zweiten Eingangstransistor,
die über
dem Substrat ausgebildet sind. Der erste und der zweite Eingangstransistor
bilden eine differenzielle Eingangsstufe zum Empfangen eines ersten
analogen Eingangssignals und eines zweiten analogen Eingangssignals,
wobei die differenzielle Eingangsstufe ausgebildet ist, ein Zwischensignal
zu liefern, das eine Differenz des ersten und des zweiten Eingangssignals
repräsentiert.
Die integrierte Schaltung umfasst ferner mehrere Ausgangstransistoren, die über dem
Substrat ausgebildet sind, um eine Ausgangsstufe zu bilden, die
mit der differenziellen Eingangsstufe zum Empfangen des Zwischensignals verbunden
ist, wobei die Ausgangsstufe ausgebildet ist, ein digitales Ausgangssignal
auf der Grundlage des Zwischensignals bereitzustellen. Die integrierte Schaltung
umfasst ferner mehrere Steuertransistoren, die über dem Substrat ausgebildet
sind, um eine Offsetkompensationsstufe zu bilden, die mit der differenziellen
Eingangsstufe und der Ausgangsstufe verbunden ist. Die Offsetkompensationsstufe
ist ausgebildet, das digitale Ausgangssignal zu empfangen und eine
Last des ersten oder des zweiten Eingangstransistors in diskreten
Schritten auf der Grundlage des digitalen Ausgangssignals zu ändern.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Kompensation
eines Offsets eines Komparators. Das Verfahren umfasst das Erzeugen mehrerer
unterschiedlicher Lastzustände
einer Last eines ersten Eingangstransistors und/oder eines zweiten
Eingangstransistors des Komparators während eines Offsetkalibrierungsmodus.
Das Verfahren umfasst zusätzlich
das Überwachen
einer Ausgangsspannung des Komparators für die mehreren unterschiedlichen
Lastzustände
und das Auswählen
eines der mehreren unterschiedlichen Lastzustände zum Betreiben des Komparators
in einem normalen Betriebsmodus.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
sind in der Beschreibung und in den angehängten Patentansprüchen angegeben
und gehen deutlicher aus de folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird,
in denen:
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1a schematisch
eine Schaltungsansicht einer Komparatorschaltung gemäß einem
konventionellen Aufbau zeigt;
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1b schematisch
die Antwort des konventionellen Komparators auf eine Eingangsspannungsdifferenz
darstellt;
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2a schematisch
eine Komparatorschaltung mit einer Offsetkompensationsstrufe mit
mehreren schaltbaren Lastelementen gemäß anschaulicher Ausführungsformen
zeigt;
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2b schematisch
eine Komparatorschaltung mit einer Offsetkompensationsstufe mit
mehreren schaltbaren Lastelementen zeigt, wobei das Schalten auf
der Grundlage einer Zählerschaltung gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
gesteuert wird;
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2c schematisch
eine Komparatorschaltung zeigt, die in einem Gehäuse enthalten ist, möglicherweise
in Verbindung mit weiteren Funktionsblöcken gemäß noch weiteren anschaulichen
Ausführungsformen;
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2d schematisch
eine Querschnittsansicht einer integrierten Schaltung mit einer
Komparatorschaltung zeigt, die eine Offsetkompensationsstufe gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
aufweist; und
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2e schematisch
ein Schaltbild einer Komparatorschaltung zeigt, die eine Offsetkompensationsstufe
enthält,
in der die Steuerung der schaltbaren Widerstandslasten auf der Grundlage
eines Zählers
gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
erreicht wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Es
ist zu beachten, dass obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug
zu den Ausführungsformen
beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, die detaillierte
Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende
Offenbarung auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen zu beschränken, sondern
die beschriebenen Ausführungsformen
stellen lediglich die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung
dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung elektronische Schaltungen,
integrierte Schaltungen und Verfahren zum effizienten Kompensieren
von Offsetschwankungen einer analogen Komparatorschaltung durch
geeignetes Anpassen der Widerstandslast der Eingangsstufe, was in
einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten erreicht wird,
indem diskrete geschaltete Lastelemente vorgesehen werden. Folglich
wird ein spezieller Kalibrierungsmodus ermöglicht, um durch Herstellung hervorgerufener
Ungleichmäßigkeiten
zu kompensieren oder dieser wird während einer beliebigen geeigneten
Phase aktiviert, beispielsweise bei Anforderung durch andere Schaltungskomponenten,
beim Einschalten oder regelmäßig und
dergleichen, so dass das Anpassen der Eingangsstufe des Komparators
auf der Grundlage der geschalteten Lastelemente im Hinblick auf
durch Produktion hervorgerufene Unregelmäßigkeiten und/oder variierende
Bedingungen während
des Betriebs der Komparatorschaltung möglich ist. Das Vorsehen mehrerer
zusätzlicher Lastelemente
ermöglicht
eine effiziente Kompensationsprozedur unter Anwendung digitaler
Schaltungskomponenten, so dass die Gesamtschaltungskomplexität gering
gehalten wird, während
in anderen Fällen,
wenn eine zusätzliche
digitale Logik in der elektronischen Schaltung vorgesehen ist, zumindest
ein Teil der gesamten Steuerungsfunktionen durch Ressourcen der
digitalen Logikübernahme übernommen werden
kann. Somit wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Offsetkompensationsmechanismus
ohne zusätzliche
externe Steuersignale bereitgestellt, was vorteilhaft sein kann,
um die Komparatorschaltung in bestehende Schaltungsstrukturen einzurichten,
ohne dass zusätzliche
I/O-(Eingabe/Ausgabe)Ressourcen erforderlich sind.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2e werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeigt
schematisch ein Schaltbild einer elektronischen Schaltung 200,
die eine Komparatorschaltung repräsentiert, die einen effizienten
Offsetkompensationsmechanismus enthält. Die elektronische Schaltung 200 umfasst
eine Eingangsstufe 210, eine Ausgangsstufe 220 und
eine Offsetkompensationsstufe 230. Die Eingangsstufe 210 repräsentiert
eine differenzielle Eingangsstufe mit einem ersten Eingangstransistor 211a,
der eine geeignete Transistorkonfiguration repräsentiert, etwa einen Bipolartransistor,
einen Feldeffekttransistor und dergleichen. Beispielsweise repräsentiert
der erste Eingangstransistor 211a, einem Bipolar-pnp-Transistor, während in
anderen Fällen
ein Bipolar-npn-Transistor verwendet wird. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen,
wie dies nachfolgend detaillier ter beschrieben ist, wird der erste
Eingangstransistor 211a in Form eines Feldeffekttransistors
vorgesehen, etwa eines p-Kanaltransistors oder eines n-Kanaltransistors.
Des weiteren ist der erste Eingangstransistor 211a mit
einer ersten Widerstandslast 212a in Reihe geschaltet,
die als ein Widerstand dargestellt ist, wobei jedoch eine beliebige
andere Widerstandsstruktur verwendet werden kann, etwa Feldeffekttransistoren, speziell
dotierte Halbleiterbereiche, und dergleichen. In dem gezeigten Beispiel
repräsentiert
der erste Eingangstransistor 211a einen „invertierenden” Eingang für ein erstes
Eingangssignal 215a der Komparatorschaltung 200.
Es sollte beachtet werden, dass in Abhängigkeit der Leitfähigkeitsart
des Eingangstransistors 211a der Gesamtaufbau der differenziellen
Eingangsstufe 210 der Transistor 211a einen „nicht
invertierenden” Eingang
bilden kann. In ähnlicher
Weise umfasst die Eingangsstufe 210 einen zweiten Eingangstransistor 211b mit
im Wesentlichen dem gleichen Aufbau wie der Transistor 211a mit
der Ausnahme von durch die Herstellung hervorgerufenen Ungleichmäßigkeiten
und/oder absichtlich vorgesehene Abweichungen, beispielsweise im
Hinblick auf den Durchlassstrom und dergleichen. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
sind der erste und der zweite Eingangstransistor 211a, 211b auf
der Grundlage der gleichen grundlegenden Struktur aufgebaut. In
der gezeigten Ausführungsform
repräsentiert
der Transistor 211b den nicht invertierenden Eingang für ein Signal 215b,
wobei jedoch die gleiche Kriterien auch in diesem Falle gelten,
wie sie zuvor mit Bezug zu dem Eingangstransistor 211a erläutert sind.
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Des
weiteren ist eine zweite Widerstandslast 212b mit dem zweiten
Eingangstransistor 211b in Reihe geschaltet, wobei in einer
anschaulichen Ausführungsform
die Eigenschaften der ersten und der zweiten Widerstandslast 212a, 212b sich
voneinander so unterscheiden, dass ein gewünschter Offset mit einer vordefinierten
Polarität
erzeugt wird. D. h., die Lasten 212a, 212b können mit
unterschiedlichen Widerstandswerten, Durchlassströmen und
dergleichen in Abhängigkeit
von der Art der Schaltungselemente, die zum Erzeugen der Lasten 212a, 212b verwendet
sind, hergestellt werden. In der gezeigten Ausführungsform führt ein
Zwischensignalknoten 214, der ein Zwischensignal der Schaltung 200 repräsentiert,
die Spannung über
der Last 212b, so dass in Verbindung mit einem invertierenden
Verhalten der Ausgangsstufe 220 ein positives digitales
Ausgangssignal 221 erhalten wird, indem die Spannung an dem
Knoten 214 verringert wird, während ein negatives digitales
Signal erhalten wird, indem die Spannung an dem Knoten 214 erhöht wird.
Somit fungiert der Transistor 211a als der invertierende
Eingang, während
der zweite Transistor 211b als ein nicht-invertierender Eingang
fungiert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine andere Konfi guration
eingesetzt werden kann, indem beispielsweise die Leitfähigkeitsart
der Eingangstransistoren 211a, 211b geändert wird,
indem das invertierende Verhalten der Ausgangsstufe 220 in
ein nicht-invertierendes Verhalten geändert wird, und dergleichen.
Somit führt gemäß dem Aufbau
der Eingangstufe 210 und der Ausgangsstufe 220 das
Erhöhen
des Wertes der Widerstandslast 212b zu einem „negativen” Offset,
da beim Zuführen
eines im Wesentlichen konstanten Stromes mittels einer Konstantstromquelle 213 ein moderat
hoher Zuwachs der Spannung an dem Knoten 214 erreicht wird,
wobei die Fehlanpassung der Lasten 212a, 212b ausreichend
groß gewählt wird, um
damit eine vorbestimmte Polarität
des Ausgangssignals 221 zu erzwingen, selbst wenn entsprechende
Ungleichmäßigkeiten
in den anderen Komponenten der Eingangsstufe 210 vorhanden
sind. D. h., die Fehlanpassung zwischen den Lasten 212a, 212b wird
in einigen anschaulichen Ausführungsformen bewusst
ausreichend groß gewählt, um
eine Fehlanpassung anderer Komponenten innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs eines zulässigen
Maßes
an Fehlanpassung überzukompensieren.
In dieser Weise wird, wenn die Offsetkompensationsstufe 230 deaktiviert
wird, eine vorhersagbare Polarität
des Ausgangssignals 221 erreicht, sofern das Bauelement 200 innerhalb
eines gewissen vordefinierten Bereichs einer tolerierbaren Fehlanpassung
liegt, wobei dieser Bereich jedoch relativ groß gewählt werden kann in Abhängigkeit
von dem gewünschten Funktionsverhalten
der Schaltung 200 und der Kompensationsfähigkeit
der Stufe 230.
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In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
werden die Lasten 212a, 212b in einer im Wesentlichen ähnlichen
Konfiguration vorgesehen, wobei die vorhersagbare Offsetpolarität mittels
der Offsetkompensationsstufe 230 bereitgestellt wird, wie dies
später
beschrieben ist.
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Die
Stufe 230 umfasst mehrere schaltbare Lastelemente 231a,
..., 231c, die gemeinsam als schaltbare Lastelemente 231 bezeichnet
werden. Zu diesem Zweck sind entsprechende Schalter 232a,
..., 232c vorgesehen, um das Schalten zumindest einiger
der Lastelemente 231 unter der Steuerung einer Steuereinheit 233 zu
ermöglichen.
Somit können
die mehreren schaltbaren Lastelemente 231 mit einer oder
beiden Lasten 212a, 212b verbunden werden, um
damit eine steuerbare Änderung
des Gesamtlastzustands der differenziellen Eingangsstufe 210 zu
ermöglichen.
In der gezeigten Ausführungsform
sind die schaltbaren Lastelemente 231 mit der zweiten Last 212b verbindbar,
wodurch eine Änderung
der gesamten effektiven Last für
den zweiten Eingangstransistor 211b ermöglicht wird. In der ge zeigten
Ausführungsform
wird die Basislast 212b mit einem moderat hohen Wert vorgesehen,
der selektiv verringert werden kann, indem eines oder mehrere der
Lastelemente 231 parallel zur Last 212b geschaltet
werden. Des weiteren ist die Steuereinheit 233 mit der
Ausgangsstufe 220 verbunden, um das Ausgangssignal 221 zu
empfangen.
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Während des
Betriebs des Bauelements 200 wird in einem Offsetkalibrierungsmodus
während
einer beliebigen geeigneten Phase übergegangen, beispielsweise
nach der Herstellung des Bauelements 200, um durch die
Herstellung hervorgerufene Fehlanpassungen in der Eingangsstufe 210 zu
kompensieren, und/oder während
des Betriebs des Bauelements 200 während einer geeigneten Phase,
beispielsweise während
des Einschaltens und dergleichen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird
während
der Kalibrierungsphase im Wesentlichen der gleiche Spannungspegel
wie das erste und das zweite Eingangssignal 215a, 215b angelegt,
was bewerkstelligt werden kann, indem diese Signale mittels einer
externen Quelle bereitgestellt werden, während in anderen Fallen eine
interne Referenzspannung zeitweilig an dem ersten und dem zweiten
Eingang 211a, 211b angelegt wird, wie dies nachfolgend beschrieben
ist. Somit wird in diesem Falle ein gewisses Maß an Fehlanpassung in der Eingangsstufe 210 vorhanden
sein, das in einer Ausführungsform
jedoch durch den bewusst bereitgestellten Unterschied zwischen den
Lasten 212a, 212b „übersteuert” wird, woraus sich eine vorhersagbare
Polarität
der Ausgangsspannung 221 ergibt. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
kann, wenn die Lasten 212a, 212b anfänglich in
einer im Wesentlichen ähnlichen
Konfiguration vorgesehen sind, die Steuereinheit 233 eines
der schaltbaren Lastelemente 231 aktivieren, um damit absichtlich
einen hohen Offset an dem Knoten 214 zu erzielen, wodurch
ebenfalls eine vorhersagbare Polarität der Ausgangsspannung 221 erzeigt
wird. Beispielsweise kann in der gezeigten Ausführungsform eine Gesamtlast
des Transistors 211b verringert werden, indem ein geeigneter
Wert eines der Lastelemente 231 ausgewählt wird. In diesem Falle wird
die vorhersagbare Polarität
der Ausgangsspannung 221 negativ oder in der Nähe der unteren
Versorgungsspannung, wie dies auch zuvor erläutert ist. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
wird ein spezielles Lastelement 231 mit der Last 212a verbunden,
um damit dessen Gesamtwert zu verringern, was ebenfalls zu einer
vorhersagbaren Polarität
führt,
wie sie auch durch das bewusste Erhöhen der Last 212b in
Bezug auf die Last 212a erhalten würde. Somit kann die vorhersagbare
Polarität der
Ausgangsspannung 221 ebenfalls als Indikaktor für die Steuereinheit
verwendet werden, um eine Sequenz unterschiedlicher Lastzustände zu erzeugen, wobei
das Ausgangssignal 221 überwacht
wird. Beispielsweise wird ein an fänglich hoher Wert der Last 212b zunehmend
verringert, bis eine Änderung
der Polarität
des Ausgangssignals 321 erkannt wird. Folglich gibt die Änderung
der Polarität
des Ausgangssignals 221 einen geeigneten Gesamtlastzustand
der Eingangsstufe 210 an, wodurch eine Übereinstimmung der Komponenten 211a, 211b, 212a, 212b in
Verbindung mit den aktivierten Lastelementen 231 und der
Komponente 213 erreicht wird. Folglich kann während eines
normalen Betriebsmodus der Schaltung 200 die zuvor erkannte
Konfiguration der geschalteten Lasten 231 beibehalten werden, wodurch
für verbesserte
Gleichmäßigkeit
und Stabilität
gesorgt wird, wobei die „Auflösung” des Kompensationsmechanismus
bestimmt wird, indem die Anzahl der geschalteten Lastelemente, wovon
jedes einen anderen Widerstandswert aufweist, entsprechend eingestellt
wird. Somit kann ein spezielles Maß an Kompensation erreicht
werden, ohne dass zusätzliche
Referenzspannungen oder Referenzströme erforderlich sind, wobei
auch die Gesamtkomplexität auf
geringem Niveau gehalten wird, da lediglich eine entsprechende Anzahl
an Schaltern 232 und Lastelementen 231 in Verbindung
mit der Steuereinheit 233 erforderlich ist, die ebenso
in Form einer standardmäßigen Digitalschaltung
vorgesehen werden kann, wie dies mit Bezug zu 2b erläutert ist.
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2b zeigt
schematisch die Komparatorschaltung 200 gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform,
in der die Steuereinheit 233 einen Zähler 234 aufweist,
dessen Ausgänge
mit einem jeweiligen Schalter 232 verbunden sind. Ferner
umfasst der Zähler
einen Eingang 234a, um den Zähler zu starten, und umfasst
ferner einen Takteingang 234b. Ferner ist ein Aktivierungs-/Deaktivierungseingang 234c mit
dem Ausgangssignal 221 verbunden. Der Aktivierungs-/Deaktivierungseingang 234c ist
so ausgebildet, dass, wenn das Ausgangssignal 221 die vorhersagbare
Polarität
auf Grund der Erzeugung eines vorbestimmten Offsets besitzt, der
Zähler 234 aktiviert
wird. Somit kann durch Setzen eines Signals am Starteingang 234a der
Zähler
gestartet werden, wobei dieser mit einer Frequenz zählt, die
durch das Taktsignal am Eingang 234b bestimmt ist, wodurch die
Schalter 232 gemäß dem jeweiligen
Zustand der Zählerausgänge aktiviert
werden. Somit sind in einer anschaulichen Ausführungsform die geschalteten Lastelemente 231 so
aufgebaut, dass der Gesamtwiderstand der Lastelemente 231 dem
aktuellen Zählerzustand
entspricht, wodurch eine ansteigende oder abfallende Sequenz aus
Lastzuständen
bereitgestellt wird, die somit parallel zur Last 212b geschaltet
sind. Beispielsweise werden die Lastelemente 231b so ausgewählt, dass
mit einem ansteigenden Zählerwert
ein Gesamtwiderstandswert abnimmt. Somit kann insgesamt die effektive
Last des zweiten Transistors 211b der Reihe nach verringert
werden, wobei von einem anfänglich
hohen Wert begonnen wird, und eine Verringerung bei jedem Anstieg
des Zählerwerts
stattfindet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ebenfalls ein
Zähler
verwendet werden kann, in welchem der Zählerwert sequenziell verringert
wird, wenn dies als geeignet erachtet wird. In diesem Falle müssen die
Werte der Lastelemente 231 entsprechend angepasst werden.
Somit wird beim Auftreten einer Polaritätsänderung in dem Ausgangssignal 221 der
Zähler 234 durch
den Eingang 234c deaktiviert, wodurch der gewünschte Gesamtlastzustand
für die Eingangsstufe 210 „bewahrt” wird,
der somit eine angepasste Konfiguration im Hinblick auf die Transistoreigenschaften
der Transistoren 211a, 211b und die Lasten 212a, 212b repräsentiert.
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2c zeigt
schematisch ein Schaltbild der elektronischen Schaltung 200 gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen.
Wie gezeigt, umfasst die elektronische Schaltung 200 die
Eingangsstufe 210, die Ausgangsstufe 220 und die
Offsetkompensationsstufe 230. In einer anschaulichen Ausführungsform
umfasst die Offsetkompensationsstufe 230 einen Ausgangspuffer 235,
der von der Steuereinheit 233 gesteuert wird. Der Ausgangspuffer 235 ist
mit der Ausgangsstufe 220 so verbunden, dass das Ausgangssignal 221 während eines
Standardbetriebsmodus der Schaltung 200 empfangen wird
und das Ausgangssignal 221 in einer im Wesentlichen „transparenten” Weise
während
des Standardbetriebsmodus der Schaltung 200 bereitgestellt
wird. Beim Empfang eines Signals von der Steuereinheit 233 kann
der Ausgangspuffer 235 von dem „transparenten” Modus
in einem Puffermodus umgeschaltet werden, wodurch das Ausgangssignal
unabhängig von
einer künftigen Änderung
des Ausgangssignals 221 bewahrt wird. Somit kann die Schaltung 200 in dem
Offsetkalibriermodus übergehen,
d. h. in einem Modus zum Anpassen der Eingangstufe 210 auf
der Grundlage der schaltbaren Lastelemente 231, wie dies
zuvor beschrieben ist, wobei dennoch ein zulässiges Aufgangssignal über den
Ausgangspuffer 235 bereitgestellt wird, selbst wenn eine Änderung
der Polarität
des Signals 221 während
der Offsetkalibrierprozedur erzeugt wird. D. h., die Schaltung 200 kann auf
der Grundlage einer zuvor bestimmten Konfiguration der geschalteten
Lastelemente 231 betrieben werden, wie dies zuvor erläutert ist.
Wenn eine Kalibration der Eingangsstufe 210 gewünscht wird,
beispielsweise wird ein Kalibriermodus regelmäßig vorgesehen, oder die Steuereinheit 233 hat
eine deutliche Änderung
der Umgebungsbedingungen erkannt, oder ein entsprechender Kalibriermodus
wird von einer externen Quelle angewiesen, und dergleichen, kann
die Steuereinheit 233 den Ausgangspuffer 235 anweisen,
den Ausgangspegel konstant zu halten, unabhängig von Polaritätsänderungen
des Signals 221, die an der Ausgangsstufe 220 auftreten.
Danach kann die Steuereinheit 233 für einen vorhersagbaren Offset
sorgen, um damit eine vorhersagbare Polarität des Ausgangssignals 221 zu
erzwingen, dessen Änderung
durch Anwenden unterschiedlicher Lastwerte über die schaltbaren Lastelemente 231 hervorgerufen
wird, wie dies zuvor erläutert
ist.
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Somit
kann nach dem Erkennen der Polaritätsänderung eine entsprechende
Konfiguration der Lastelemente 231 für den weiteren Betrieb der
Schaltung 200 verwendet werden, und der Ausgangspuffer 235 wird
wieder in seinen transparenten Modus versetzt. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen wird
der Kalibriermodus auf der Grundlage eines geeignet gesetzten Eingangssignals
ausgeführt,
beispielsweise durch Vorsehen eines Eingangsschaltarrays 216,
das ausgebildet ist, im Wesentlichen das gleiche Eingangssignal
an beide Eingangstransistoren 221a, 211b zu liefern.
Dies kann erreicht werden, indem beispielsweise eines der beiden
externen Eingangssignale 215a, 215b unterbrochen
wird und das andere Eingangssignal ebenfalls an den anderen entsprechenden
Eingang angelegt wird. In anderen Fällen werden beide Eingangssignale 215a, 215b unterbrochen
und die Transistoren 211a, 211b werden mit einer
Referenzspannungsquelle 217 verbunden, deren Eigenschaften
jedoch nicht kritisch sind, sofern im Wesentlichen ähnliche
Eingangsspannungen für
beide Transistoren 211a, 211b bereitgestellt werden.
Beispielsweise wird die Referenzspannung 217 von der Versorgungsspannung
VDD auf der Grundlage eines Spannungsteiles und dergleichen erhalten.
Beim Eintreten in den Offset-Kalibriermodus kann die Steuereinheit 233 ebenfalls
das Schaltarray 216 geeignet konfigurieren, um damit für eine gemeinsame
Eingangsspannung für
die beiden differenziellen Eingänge 211a, 211b zu
sorgen, wobei auch der Ausgangspuffer 235 so betrieben
wird, wie dies zuvor beschrieben ist. Folglich kann die Schaltung 200 mit
einer externen Schaltung verbunden bleiben, wenn die Offsetkalibrierprozedur
ausgeführt wird,
ohne dass die gesamte Schaltungsfunktion wesentlich beeinträchtigt wird,
mit Ausnahme einer kurzen Zeitdauer, die der Offsetkalibrierung
entspricht, in der die Ausgangsspannung, die von dem Ausgangspuffer 235 bereitgestellt
wird, nicht auf die externen Eingangsspannungen 215a, 215b reagiert. Jedoch
kann eine entsprechende Kalibrierphase ausreichend kurz gewählt werden,
so dass für
eine Vielzahl von Anwendungen eine entsprechende „Verzögerung” der Reaktion
auf eine Änderung
des Eingangssignals 215a, 215b in der Größenordnung
der Dauer der Kalibrierphase akzeptabel ist. Des weiteren kann die
Kalibrierphase mit einer geeigneten Häufigkeit durchgeführt werden,
um nicht in unnötiger
Weise die Funktionsfähigkeit
der Gesamtschaltung zu stören.
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Gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
umfasst die elektronische Schaltung 200 einen funktionellen
Schaltungsblock 240, der Analogschaltung, Digitalschaltung
und dergleichen gemäß den Bauteilerfordernissen
aufweist. Beispielsweise ist der Funktionsblock 240 mit
der Ausgangsstufe 220 verbunden, um damit deren Signal 221 zu
empfangen, wobei ferner zusätzliche
I/O-Funktionen mittels Anschlüssen 241 vorgesehen
sind, wie dies für den
Betrieb des Funktionsblocks 240 erforderlich ist. Ferner
können
entsprechende Anschlüsse 241 auch für die Versorgungsspannung
der Schaltung 200 vorgesehen sein, und um die externen
Eingangssignale 215a, 215b zu empfangen. In einer
anschaulichen Ausführungsform
ist die Offsetkompensationsstufe 230 ohne eine direkte
Verbindung zu einem der Anschlüsse 241 vorgesehen,
wodurch die Möglichkeit besteht,
verbesserte Schaltungen zu entwerfen, ohne dass zusätzliche
I/O-(Eingabe/Ausgabe)Ressourcen erforderlich sind. Somit können Schaltungsstrukturen
entsprechend einem spezifizierten Gehäusetyp und somit gemäß einer
spezifizierten Anzahl an Eingängen/Ausgängen verwendet
werden, wobei zusätzlich
eine Verbesserung des Funktionsverhaltens des entsprechenden Komparatorschaltungsblocks auf
der Grundlage der hierin beschriebenen Techniken möglich ist.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
ist der Funktionsblock 240 mit der Ausgangsstufe 220 über den
Ausgangspuffer 235 verbunden, wie er zuvor beschrieben
ist, wodurch ebenfalls der Betrieb des Funktionsblocks 240 selbst
während
einer Offsetkompensationsphase möglich
ist, wie dies zuvor beschrieben ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
kommuniziert der Funktionsblock 240 mit der Steuereinheit 233,
um damit den Betrieb des Funktionsblocks 240 im Hinblick
auf das Ausführen
von Kalibrierphasen für
die Eingangsstufe 210, wie dies zuvor beschrieben ist,
zu „koordinieren”. D. h.,
der Funktionsblock 240 gibt der Steuereinheit 233 einen
geeigneten Zeitpunkt zum Ausführen
einer Kalibrierphase bekannt oder erweist eine Kalibrierphase an,
ohne dass die Gesamtfunktion der Schaltung 200 gestört wird.
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2e zeigt
schematisch die Schaltung 200 gemäß einer weiteren anschaulichen
Ausführungsform,
in der Feldeffekttransistoren, etwa MOS-Transistoren, in der Eingangsstufe 210,
der Ausgangsstufe 220 und der Kompensationsstufe 230 verwendet sind.
In einer anschaulichen Ausführungsform
werden die Eingangstransistoren 211a, 211b in
Form von p-Kanaltransistoren
vorgesehen, während
die Lasten 211a, 211b als n-Kanaltransistoren
bereitgestellt sind, wobei in der gezeigten Ausführungsform der Durchlassstrom
der Last oder des Transistors 211b geringer ist, beispielsweise
die Hälft
des Transistors 212. Es sollte beachtet werden, dass, wie
zuvor erläutert
ist, n-Kanaltransistoren für
die Eingangstransis toren 211a, 211b verwendet
werden können,
und dass beispielsweise p-Kanaltransistoren für die Lasten 212a, 212b in
Abhängigkeit
der gesamten Bauteilstruktur verwendet werden können. Ferner wird die Stromquelle 213 in
Form eines p-Kanaltransistors vorgesehen, wobei auch in diesem Falle
ein n-Kanaltransistor eingesetzt werden kann, indem der Gesamtaufbau
der Eingangsstufe 210 in geeigneter Weise angepasst wird.
Die Ausgangsstufe 220 umfasst einen n-Kanaltransistor 222a und
einen p-Kanaltransistor 222b, wobei das Gate des n-Kanaltransistors 222a mit
dem Knoten 214 verbunden ist. Somit kann durch geeignetes
Auswählen
der Gesamteigenschaften des Transistors 222a, beispielsweise durch
geeignetes Auswählen
einer Schwellwertspannung, d. h. einer Spannung, bei der ein leitender
Kanal in dem Transistor 222a aufgebaut wird, ein im Wesentlichen
digitales Verhalten des Transistors 222 für eine Spannung
an dem Knoten 214 erreicht werden, die unterhalb und oberhalb
der entsprechenden Schwellwertspannung liegt. Es sollte jedoch beachtet werden,
dass die Ausgangsstufe 220 auch eine beliebige andere Konfiguration
aufweisen kann, um damit die gewünschte
digitale Antwort im Hinblick auf eine „vorverstärkte” Spannungsschwankung an dem
Knoten 214 bereitzustellen.
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Des
weiteren umfasst die Kompensationsstufe 230 eine Steuereinheit,
beispielsweise in Form eines Zähler 234,
wie dies zuvor erläutert
ist, der mittels eines Inverters 236 aktiviert/deaktiviert
werden kann. Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform die geschalteten
Lastelemente 231 in Form von n-Kanaltransistoren mit geeigneten
Durchlassstrom vorgesehen, indem beispielsweise das Verhältnis von
Transistorbreite zu Transistorlänge
dieser Transistoren angepasst ist. Des weiteren sind die Schalter 232 in
Form von n-Kanaltransistoren
vorgesehen, die in Reihe mit einem der Knotenelemente 231 geschaltet
sind, wobei die Gates der Schalter 232 mit entsprechenden
Zählerausgängen verbunden
sind, wie dies zuvor erläutert
ist. Somit ist jeder Zählerwert
mit einem diskreten Wert des Lastelements 231 verknüpft, wie
dies zuvor erläutert
ist. In der gezeigten Ausführungsform
besitzt das erste Lastelement 231 einen Durchlassstrom,
der durch eine einzelne „Einheit” festgelegt
ist, das zweite Lastelement 231b besitzt einen Durchlassstrom,
der zwei Einheiten festgelegt, das nächste Element besitzt einen
Durchlassstrom, der durch vier Einheiten festgelegt ist, usw., bis
schließlich
das letzte Lastelemente 231c einen Durchlassstrom aufweist,
der durch x/2 bestimmt ist, wodurch ein gesamter Durchlassstrom
von x-Einheiten für
das gesamte Array 231 erreicht wird.
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Des
weiteren umfasst die Kompensationsstufe 230 einen Stromspiegel
mit einem Transistor, der den gleichen Durchlassstrom wie die Last 212 aufweist,
wo ein entsprechender Strom durch einen p-Kanaltransistor 237b erzwungen
wird, dessen Strom in einen weiteren p-Kanaltransistor 237c gespiegelt
wird, der schließlich
einen entsprechenden Strom in einem weiteren n-Kanaltransistor 237 mit
einem Durchlassstrom hervorruft, der der Gesamtheit der Elemente 231 entspricht.
Da die Gateelektroden der Lastelement 231 mit dem Gate
und dem Drain des Transistors 237d verbunden sind, können die gleichen
Lastbedingungen in den Elementen 231 hervorgerufen werden,
jedoch gewichtet durch die entsprechenden Durchlassströme. Somit
kann ein Einfluss der Schaltelemente 232 auf die Durchlassströme der einzelnen
Lasten 231 im Wesentlichen die Sequenz aus Stromspiegeln 237a,
..., 237 verringert werden. Während des Betriebs der Schaltung 200 besitzen
die Lasten 212a, 212b eine stark asymmetrische
Konfiguration, was zu einem entsprechenden vorhersagbaren Ausgangsspannungswert 221 führt, wie
dies zuvor erläutert
ist. Es sollte beachtet werden, dass in der vorliegenden Offenbarung
ein „Widerstandslast” ebenfalls
eine „Diodenstruktur” umfasst,
wie sie beispielsweise in der Last 212a realisiert ist,
die als ein Stromspiegel für
die Last 212b dient. In ähnlicher Weise werden die Transistoren 231 als
Widerstandslastelemente im Zusammenhang der vorliegenden Offenbarung
verstanden. Somit wird ohne Hinzufügen von Lastelementen 231 ein negativer
oder der Logikzustand für
das Ausgangssignal 221 auf Grund des an der Last 212b mit
dem höheren
Widerstand im Vergleich zur Last 212a hervorgerufenen Offset
bewirkt. Somit kann der Inverter 236 den Zähler 234 aktivieren,
der beim Anlegen eines Startsignals zu zählen beginnt. Somit wird beim Erhöhen des
Zählerwerts
auch der Durchlassstrom der Last 212b auf Grund der Parallelverbindung
entsprechender Lastelemente 231 erhöht, was schließlich zu
einer Änderung
der Polarität
des Ausgangssignals 221 führt, wenn die Transkonduktanz
bzw. Steilheit der Eingangstransistoren 211a, 211b und der
Lastwert in der Eingangsstufe 210 im Wesentlichen in den
Zweigen 211a, 212a bzw. 211b, 212b übereinstimmen.
Beim Auftreten einer entsprechenden Polaritätsänderung deaktiviert der Inverter 236 den
Zähler 234,
und der geeignete Lastzustand wird in dem Array 231 bewahrt,
wie dies zuvor erläutert
ist.
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2e zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht einer integrierten Schaltung,
die die elektronische Schaltung 200 enthält. Die
integrierte Schaltung 250 umfasst ein Substrat 201,
das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
repräsentiert,
um darauf eine Halbleiterschicht 202 zu bilden, in und über der entsprechende
Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und
dergleichen auf Grundlage gut etablierter Ferti gungstechniken hergestellt
werden. Beispielsweise repräsentiert
die Halbleiterschicht 202 eine Schicht aus Siliziumbasis oder
auf Basis eines anderen geeigneten Haibleitermaterials in Abhängigkeit
von den gesamten Bauteilerfordernissen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst
die elektronische Schaltung 200 die Eingangsstufe 210,
die mehrere Transistoren aufweist, etwa die Eingangstransistoren 211a, 211b und
die Lasten 211a, 212b. In ähnlicher Weise weist die Ausgangsstufe 220 mehrere
Transistorelemente auf, etwa die Transistoren 221, 221b.
Die Offsetkompensationsstufe 230 umfasst ebenfalls mehrere
Transistorelemente, etwa die Transistoren 232 und die Lastelemente 231,
die in 2d gezeigt sind.
-
Des
weiteren besitzt die integrierte Schaltung 250 eine Metallisierungsschicht 203,
die dielektrische Materialien und Metallleitungen und Kontaktdurchführungen
aufweist, wie sie für
die funktionelle Verbindung der diversen Schaltungselemente, die
in und über
der Halbleiterschicht 202 gebildet sind, erforderlich sind.
Es sollte beachtet werden, dass weitere Schaltungselemente in der
integrierten Schaltung 250 vorgesehen sein können, beispielsweise
für den
Funktionsblock 240 (siehe 2c) und
dergleichen.
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Die
integrierte Schaltung 250 kann auf der Grundlage gut etablierter
Fertigungstechniken hergestellt werden, beispielsweise unter Anwendung
der CMOS-Technologie, um entsprechende p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren
herzustellen, wie sie beispielsweise in 2d gezeigt
sind. Des weiteren können
während
der entsprechenden Fertigungstechniken die Lastelemente 231 und
die Lasten 212a, 212b mit einem geeigneten Verhältnis von Breite
zu Länge
vorgesehen werden, um damit in geeigneter Weise den Durchlassstrom
einzustellen, wie dies zuvor erläutert
ist. Nach der Herstellung der integrierten Schaltung 250 kann
folglich zumindest ein mal ein Kalibriermodus aufgerufen werden
und die Eingangsstufe 210 kann auf der Grundlage der Lastelemente
in der Kompensationsstufe 230 eingestellt werden, um damit
durch die Herstellung hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten zu verringern. Des
weiteren können
die integrierten Schaltungen 250 mit einem hohen Maß an Gleichmäßigkeit
im Hinblick auf die Oxideigenschaften in der Eingangsstufe 210 bereitgestellt
werden. In anderen Fällen
können
entsprechende Kalibrierphasen während
einer beliebigen geeigneten Phase durchgeführt werden, wie dies zuvor
auch erläutert
ist.
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Es
gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt elektronische Schaltungen,
integrierte Schaltungen und Verfahren zum Betreiben dieser Schaltungen
bereit, wobei eine Offsetkalibrie rung eines Komparators auf Grundlage
geschalteter Lastelemente erreicht wird, um damit diskrete Lastzustände für die Eingangsstufe
des Komparators bereitzustellen. Folglich kann eine geeignete Konfiguration
des Lastzustands der Eingangsstufe ausgewählt und für den weiteren Betrieb des
Bauelements angewendet werden.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung sind
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten
Prinzipien zu vermitteln.