DE102011055787B4

DE102011055787B4 - Auslöschen von Rechteckwellensignalkomponenten

Info

Publication number: DE102011055787B4
Application number: DE102011055787.3A
Authority: DE
Inventors: Andrea Fant; Luca Sant; Patrick Torta
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: US8358164B2; CN102611416B; US20120133412A1; DE102011055787A1; CN102611416A

Abstract

Schaltung (200; 300; 400; 500; 600), umfassend: eine Modulationsschaltung (202; 304; 404; 506; 606), welche eingerichtet ist, ein Eingangssignal mit einer modulierten Komponente und einer Gleichspannungsversatzkomponente zu verarbeiten und die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals zu modulieren, um ein Ausgangssignal mit einer modulierten Komponente zu erzeugen, eine im Zeitbereich arbeitende Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (204; 306; 406; 512; 618), welche mit der Modulationsschaltung (202; 304; 404; 506; 606) gekoppelt ist und eingerichtet ist, eine Verarbeitungssequenz im Zeitbereich auf das Ausgangssignal anzuwenden, um ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal basierend auf Messungen der modulierten Komponente des Ausgangssignals zu erzeugen, wobei das Gleichspannungsversatzkorrektursignal eine Schätzung der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals umfasst, und einen mit der im Zeitbereich arbeitenden Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (204; 306; 406; 512; 618) gekoppelten Addierer (302; 402), welcher eingerichtet ist, das Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu empfangen und die Schätzung der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals zu entfernen.

Description

HINTERGRUND
Eine Modulation, d. h. das Erzeugen modulierter Signale, ermöglicht das Übertragen von Daten über ein Übertragungsmedium wie beispielsweise Hochfrequenzwellen, indem Daten auf eine Trägerwelle durch Variieren von Amplitude, Frequenz, Phase oder anderer Eigenschaften der Trägerwelle aufgeprägt werden. Daher spielen modulierte Signale eine wichtige Rolle bei der drahtlosen Kommunikation, welche heutzutage verbreitet benutzt wird. Zur Vervollständigung des Kommunikationsprozesses wird bei einem Empfänger durch einen Demodulationsprozess die ursprüngliche Information, d. h. die ursprünglichen Daten, aus der modulierten Trägerwelle extrahiert.
In verschiedenen Situationen kann ein moduliertes Signal einen Gleichspannungsversatz (Offset) zusätzlich zu einer modulierten Signalkomponente umfassen. Beispielsweise können Sensoren, welche ausgestaltet sind, ein physikalisches Attribut zu detektieren (z. B. Näherung oder Nähe eines zu detektierenden Elements, Beschleunigung etc.), Signale generieren, welche aufgrund von Datenquellen, beispielsweise Störungen, in der Umgebung einen Gleichspannungsversatz aufweisen. In ähnlicher Weise kann ein Basisbandsignal einen Gleichspannungsversatz umfassen, welcher durch Hardware während dem Verlauf der Übertragung des Basisbandsignals über ein Netzwerk verursacht wird.
Aus US 2005/0260965 A1 ist ein DC-Offset Korrekturschaltung bekannt, die eine DC Komponente von einem Eingangssignal entfernt, wobei das Eingangssignal von einem Sensor erhalten wird. Das Eingangssignal mit der modulierten Komponente und der Gleichspannungsversatzkomponente wird verarbeitet. Dabei wird die Gleichspanungsversatzkomponente moduliert, um ein Ausgangssignal mit einer modulierten Komponente zu erzeugen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schaltungen und Verfahren bereitzustellen, mit welchen derartige Einflüsse zumindest teilweise kompensierbar sind.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Diesbezüglich wird eine Schaltung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 13 sowie eine Schaltung nach Anspruch 17 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
ZEICHNUNGEN
1 zeigt Graphen, welche die Modulation eines ersten Signals mit einem Gleichspannungsversatz und einer modulierten Komponente und eines zweiten Signals mit einer modulierten Komponente ohne einen Gleichspannungsversatz zeigen.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, welche eingerichtet ist, einen Gleichspannungsversatz eines modulierten Eingangssignals zu messen und das Eingangssignal unter Benutzung des gemessenen Gleichspannungsversatzes zu korrigieren.
3a zeigt eine Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung, wobei ein Addierer, welcher eingerichtet ist, ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal von einem Eingangssignal zu subtrahieren, vor, d. h. stromaufwärts der Modulationsschaltung angeordnet ist.
3b zeigt beispielhafte Signaldiagramme zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung der 3A.
4a zeigt eine Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung, wobei ein Addierer, welcher eingerichtet ist, ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal von einem Eingangssignal zu subtrahieren, stromabwärts der Modulationsschaltung angeordnet ist, d. h. dieser nachgeschaltet ist.
4b zeigt beispielhafte Signaldiagramme zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung der 4A.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer Sensorschaltung 500 für Umgebungslicht und Näherungen, welche konfigurierbar ist, einen Gleichspannungsversatz nachzuverfolgen und zu korrigieren.
6 zeigt ein Beispiel für eine Schaltung 600 zum Unterdrücken Harmonischer, welche durch Benutzung eines Chopperverstärkers erzeugt werden.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zum Entfernen des Gleichspannungsversatzes eines Eingangssignals.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in welcher gleiche Bezugszeichen benutzt werden, um gleiche oder einander entsprechende Elemente zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erklärung viele spezifische Details angegeben, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsbeispiele zu ermöglichen. Es ist zu bemerken, dass andere Ausführungsbeispiele jedoch weniger Merkmale enthalten können. In anderen Worten ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Ausführung der Erfindung notwendig sind. Auf der anderen Seite können Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Es ist zu bemerken, dass im Kontext dieser Beschreibung der Begriff Subtrahieren sowohl den Vorgang der Subtraktion eines Signals von einem anderen Signal als auch das Addieren eines Signals zu einem zweiten Signal mit invertierter Polarität umfasst. Beispielsweise soll ein Subtrahieren von zwei Signalen sowohl den Vorgang des Subtrahierens eines ersten Signals, beispielsweise eines Gleichspannungsversatzkorrektursignals, von einem zweiten Signal, z. B. einem Eingangssignal, als auch ein Addieren eines negativen ersten Signals, z. B. eines negativen bzw. invertierten Gleichspannungsversatzkorrektursignals, zu einem zweiten Signal, z. B. einem Eingangssignal, umfassen.
Die Demodulation eines modulierten Eingangssignals kann als Nebeneffekt die Modulation von Gleichspannungssignalkomponenten, beispielsweise eines Gleichspannungsversatzes, welche in dem modulierten Eingangssignal vorhanden sind, mit sich bringen, falls derartige Komponenten vorhanden sind. Die Modulation derartiger Gleichspannungssignalkomponenten erzeugt unerwünschte modulierte Signalkomponenten, welche zu einer Verschlechterung der Systemleistung führen können, beispielsweise durch Falten von Produkten oder durch einen direkten Beitrag zu einem Messfehler. Dementsprechend werden Gleichspannungssignalkomponenten eines modulierten Eingangssignals typischerweise vor der Demodulation entfernt.
Das Entfernen einer Gleichspannungssignalkomponente erfordert jedoch typischerweise zusätzliche analoge oder digitale Blöcke, welche Komplexität, Flächenverbrauch und Stromaufnahme vergrößern, was zu Schaltungen führt, welche eine hohe Komplexität und eine niedrige Effizienz hinsichtlich ihres Flächenbedarfs aufweisen. Beispielsweise kann die Auslöschung oder Herausfilterung einer Gleichspannungssignalkomponente aus einem modulierten Eingangssignal unter Benutzung entweder analoger Lösungen (z. B. Demodulation bei bekannter sinusförmiger Trägerfrequenz/Phase, Bandpassfilterung relevanter Frequenzbänder) oder digitaler Lösungen (z. B. Filterung relevanter Töne oder Frequenzbänder nach einer Analog-Digital-Wandlung) durchgeführt werden, wobei beide Lösungen komplexe Schaltungen benutzen.
Die Erfinder haben bemerkt, dass die Ausgabe einer Modulationsschaltung davon abhängen wird, ob es eine Gleichspannungsversatzkomponente in einem der Modulationsschaltung zugeführten Signal gibt oder nicht. Beispielsweise führt, wie in 1 gezeigt, die Demodulation eines Eingangssignals S_IN 100 mit einem Gleichspannungsversatz 102 zu einem Ausgangssignal 106 mit einer modulierten Signalkomponente (z. B. einer Signalkomponente mit einer positiven und einer negativen Polarität). Im Gegensatz dazu führt die Demodulation eines Eingangssignals 104 S_IN–S_COR, welches korrigiert wurde, um den Gleichspannungsversatz zu entfernen, zu einem Ausgangssignal S_OUT' 106 mit einem unmodulierten (z. B. flachen) Signal an dem Ausgang der Modulationsschaltung. Daher führt ein Entfernen des Gleichspannungsversatzes aus einem Eingangssignal, welches einer Modulationsschaltung bereitgestellt wird, zu einem Ausgangssignal, welches keine modulierten Komponenten aufweist.
Basierend auf dieser Beobachtung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen einer Gleichspannungsversatzkomponente aus einer modulierten Wellenform bereitgestellt, welche hinsichtlich des Stromverbrauchs und des Flächenverbrauchs effizient sind. Insbesondere wird, wie im Folgenden näher dargestellt, eine Schaltung ausgestaltet, eine Verarbeitungssequenz im Zeitbereich auf ein moduliertes Eingangssignal anzuwenden, um einen Gleichspannungsversatz eines Eingangssignals mit einem Gleichspannungsversatz basierend auf modulierten Komponenten eines aus einer Modulationsschaltung ausgegebenen Signals zu schätzen (z. B. den in dem Eingangssignal vorliegenden modulierten Gleichspannungsversatz). Der geschätzte Gleichspannungsversatz wird von einer Rückkopplungsschleife als Korrektursignal an einen Addierer ausgegeben, welcher eingerichtet ist, das Korrektursignal von dem Eingangssignal zu subtrahieren, wodurch der Gleichspannungsversatz aus dem Eingangssignal entfernt wird. Daher schätzt die Schaltung die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals durch Messung der modulierten Komponente des von einer Modulationsschaltung ausgegebenen Signals (z. B. des modulierten Gleichspannungsversatzes) und korrigiert das Eingangssignal iterativ, bis die modulierte Komponente des Ausgangssignals aus der Modulationsschaltung entfernt ist.
Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel beruht die Verarbeitungssequenz im Zeitbereich auf einer Integration (z. B. Integration oder näherungsweise Integration) und Differenzierung eines von einer Modulationsschaltung erzeugten Ausgangssignals. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist eine Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung eingerichtet, ein Ausgangssignal zu integrieren, um ein integriertes Signal mit einer Dreiecksform zu erzeugen. Die Schaltung misst dann die Steigungen des integrierten Signals durch Differenzierung des dreieckförmigen integrierten Signals und erzeugt ein geeignetes Gleichspannungsversatzkorrektursignal basierend auf den gemessenen Steigungen. Das Gleichspannungsversatzkorrektursignal kann von dem tatsächlichen Eingangssignal subtrahiert werden, um die unerwünschte Gleichspannungsversatzkomponente auszulöschen.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung 200, welche eingerichtet ist, einen Gleichspannungsversatz eines Eingangssignal S_IN zu messen und den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN zu entfernen. Die Schaltung 200 umfasst eine Modulationsschaltung 202, welche eingerichtet ist, ein Eingangssignal S_IN (z. B. direkt oder über einen Addierer) zu empfangen, welches eine modulierte Komponente und eine Gleichspannungsversatzkomponente aufweist. Die Modulationsschaltung 202 demoduliert das Eingangssignal S_IN, um ein Ausgangssignal S_OUT zu erzeugen. Da in dem Eingangssignal S_IN ein Gleichspannungsversatz vorhanden ist, moduliert die Modulationsschaltung 202 das Gleichspannungsversatzsignal, um eine modulierte Signalkomponente innerhalb des Ausgangssignals S_OUT zu erzeugen. Daher umfasst das Ausgangssignal S_OUT eine demodulierte Komponente (von der modulierten Komponente des Eingangssignals) und eine modulierte Komponente (von der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals).
Das Ausgangssignal S_OUT wird einer Rückkopplungsschleife 206 bereitgestellt, welche eine Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung 204 umfasst. Die Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung 204 umfasst eine oder mehrere Schaltungskomponenten, welche eingerichtet sind, die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals S_IN basierend auf der modulierten Komponente des Ausgangssignal S_OUT unter Verwendung einer Verarbeitungssequenz des Ausgangssignals im Zeitbereich zu schätzen.
Die Rückkopplungsschleife 206 ist eingerichtet, ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal S_COR bereitzustellen, welches eine geschätzte Gleichspannungsversatzkomponente umfasst, um den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals zu entfernen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Gleichspannungsversatzkorrektursignal S_COR (beispielsweise ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal mit einem konstanten Gleichspannungswert) von dem Eingangssignal S_IN subtrahiert, um die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals zu entfernen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Gleichspannungsversatzkorrektursignal S_COR (z. B. ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal mit einem modulierten Wert) von dem Ausgangssignal S_OUT subtrahiert, um die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals hieraus zu entfernen.
Im Allgemeinen findet die hier beschriebene Schätzung der Gleichspannungsversatzkomponente als iterativer Prozess statt. Daher kann die tatsächliche Gleichspannungsversatzkomponente eines Eingangssignals über eine Vielzahl von Rückkopplungszyklen geschätzt werden, wobei in jedem Rückkopplungszyklus die geschätzte Gleichspannungsversatzkomponente sich iterativ der tatsächlichen Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals annähert. Die iterative Vorgehensweise der Schaltung ermöglicht es der Schaltung, auch bei sich verändernden Gleichspannungsversatzwerten eines Eingangssignals in Echtzeit korrigierend einzugreifen. Wenn sich beispielsweise der Gleichspannungsversatz eines Eingangssignals verändert, wird eine modulierte Gleichspannungsversatzkomponente (z. B. eine Rechteckwelle) für kurze Zeit in der Ausgabe der Modulationsschaltung auftreten, bis die Rückkopplungsschleife reagiert und diese Komponente wieder unterdrückt. Weiterhin ermöglicht es die iterative Natur der Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung, eine hohe Auflösung zu erreichen, wenn es der Schaltung ermöglicht ist, den Gleichspannungsversatz über eine längere Zeitdauer hinweg zu korrigieren.
Es ist zu bemerken, dass die hier bereitgestellten Gleichspannungsversatzkorrekturschaltungen einen großen Bereich von tatsächlichen Gleichspannungsversatzwerten korrigieren können. Beispielsweise kann der tatsächlich in einem Eingangssignal vorhandene Gleichspannungsversatz bei einem Ausführungsbeispiel einen großen Gleichspannungsversatzwert aufweisen, während bei anderen Ausführungsbeispielen der tatsächlich in dem Eingangssignal vorhandene Gleichspannungsversatz einen kleinen Gleichspannungsversatzwert aufweisen kann. Daher bezeichnet der hier benutzte Begriff Gleichspannungsversatz keinen bestimmten Wert oder keine bestimmte Größe des Gleichspannungsversatzes, sondern ist auf jeden Gleichspannungsversatzwert anwendbar, welcher in einem Eingangssignal vorliegen kann.
3a zeigt ein detaillierteres Ausführungsbeispiel einer Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung 300, wobei ein Addierer 302 eingerichtet ist, den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN zu entfernen, indem er ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal (welches beispielsweise einen konstanten Gleichspannungswert aufweisen kann) von einem Eingangssignal subtrahiert, wobei der Addierer 302 einer Modulationsschaltung 304 vorgeschaltet ist, d. h. stromaufwärts dieser angeordnet ist. Wie in 3a dargestellt umfasst eine Rückkopplungsschleife eine Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung 306, welche eingerichtet ist, eine Verarbeitungssequenz, z. B. eine Folge von Signalverarbeitungsvorgängen, im Zeitbereich anzuwenden, um einen Gleichspannungsversatz eines Eingangssignals zu schätzen, wobei die Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung 306 eine Integrationskomponente 308, einen Differenzierer 310, einen Komparator 312 und einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 316 umfasst. Die Rückkopplungsschleife ist geschlossen, indem der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 316 mit dem Addierer 302 verbunden ist, welcher wie erläutert eingerichtet ist, die Schätzung des Gleichspannungsversatzes von dem Eingangssignal S_IN zu subtrahieren und damit ein bipolares angepasstes Eingangssignal S_ADJ zu erzeugen.
Insbesondere wird ein Eingangssignal S_IN, welches eine Modulationskomponente und eine Gleichspannungsversatzkomponente aufweist, der Modulationsschaltung 304 bereitgestellt, welche wie oben beschrieben eingerichtet ist, ein Ausgangssignal S_OUT zu erzeugen. Das Ausgangssignal S_OUT, welches eine demodulierte Komponente (von der modulierten Komponente des Eingangssignals) und eine modulierte Komponente (von der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals) aufweist, wird direkt der Integrationskomponente 308 bereitgestellt.
Die Integrationskomponente 308 ist eingerichtet, das Ausgangssignal S_OUT zu integrieren oder näherungsweise zu integrieren und ein integriertes Signal S_INT auszugeben. Wenn ein Gleichspannungsversatz in dem Eingangssignal S_IN vorliegt, erzeugt die Integrationskomponente 308 ein integriertes Signal, welches eine Dreieckswellenform umfasst. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Integrationskomponente 308 verschiedene integrierende Schaltungen umfassen. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel die Integrationskomponente 308 einen Integrator umfassen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Integrationskomponente ein oder mehrere Tiefpassfilter umfassen, welche eingerichtet sind, das Ausgangssignal S_OUT näherungsweise zu integrieren.
Die Ausgabe der Integrationskomponente 308 wird einem Differenzierer 310 bereitgestellt, welcher eingerichtet ist, die Steigung des integrierten Signals S_INT zu bestimmen, indem das Signal nach der Zeit differenziert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Gleichspannungsversatz in dem Eingangssignal S_IN vorliegt, differenziert der Differenzierer 310 die Dreieckswellenform des integrierten Signals S_INT, was zu einem differenzierten Signal S_DIF mit einer Rechteckwellenform führt, welches zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert wechselt (z. B. ein positiver Wert, wenn das integrierte Signal eine positive nach oben führende Steigung aufweist, und einen negativen Wert, wenn das integrierte Signal eine negative nach unten führende Steigung aufweist.
Ein Komparator 312 ist eingerichtet, das differenzierte Signal S_DIF von dem Differenzierer 310 zu empfangen und daraus ein Komparatorsignal S_COM zu erzeugen, welches angibt, welche Steigung in dem integrierten Signal S_INT vorliegt und daher anzeigt, ob in dem Eingangssignal S_IN eine Gleichspannungsversatzkomponente vorliegt. Das Komparatorsignal S_COM kann einer Verarbeitungslogik 314 bereitgestellt werden, welche aus dem Komparatorsignal S_COM bestimmt, ob eine Korrektur benötigt wird, um den Gleichspannungsversatz aus dem Eingangssignal S_IN zu entfernen.
Beispielsweise zeigt bei einem Ausführungsbeispiel, wenn das integrierte Signal S_INT eine positive Steigung aufweist (z. B. wird das integrierte Signal ansteigen, wenn der Gleichspannungsversatz des Eingangssignals einen positiven Wert hat), das Komparatorsignal S_COM der Verarbeitungslogik 314 an, dass dem Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN eine negative Korrektur hinzuzufügen ist (z. B. wird wie unten beschrieben ein modifiziertes Komparatorsignal S_COM' im Allgemeinen während eines größeren Prozentanteils der Zeit positiv als negativ sein). An irgendeinem Zeitpunkt, wenn der Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN annulliert wird (d. h. im Wesentlichen gleich null wird), wird das integrierte Signal S_INT im Wesentlichen flach sein und die Verarbeitungslogik 314 kann in diesem Fall nicht aus dem Komparatorsignal S_COM bestimmen, ob die Steigung positiv oder negativ ist (z. B. wird wie unten beschrieben das modifizierte Komparatorsignal S_COM' 50% der Zeit positiv und 50% der Zeit negativ sein). Ab diesem Zeitpunkt ist das System in einem stabilen Gleichgewichtszustand, und die Ausgabe des Komparators 312 wird einem Zufallssignal mit Mittelwert 0 entsprechen. Daher wird es den Durchschnittswert der angewendeten Korrektur nicht beeinflussen.
Es ist zu bemerken, dass Konsistenz zwischen dem Vorzeichen des Komparatorsignals S_COM relativ zu der Phase der Mischer eine passende Korrektur des Eingangssignals S_IN ermöglicht. Wenn sich beispielsweise die Phase des Mischers verändert (z. B. das Ausgangssignal S_OUT der einen Mischer beinhaltenden Modulatorschaltung 304 sich verändert), muss das Komparatorsignal S_COM auch seine Polarität verändern, um zu verhindern, dass sich das Vorzeichen des Korrektursignals S_COR verändert, was bewirken würde, dass das System instabil wird. Konsistenz zwischen dem Vorzeichen des Komparatorsignals S_COM und der Phase des Mischers kann auf zwei Arten erreicht werden: durch Betreiben der Verarbeitungslogik in einer einzigen Phase des Mischers, oder durch Bewirken, dass die Verarbeitungslogik das Komparatorsignal S_COM mit dem Mischertakt multipliziert.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Verarbeitungslogik in einer einzigen Phase des Mischers betrieben wird, berücksichtigt die Verarbeitungslogik 314 das Komparatorsignal S_COM in einer einzigen Phase des Mischers (z. B. in der positiven Phase des Mischers), sodass die Phase des Mischers während der Verarbeitung die gleiche bleibt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, bei welchem die Verarbeitungslogik das Komparatorsignal S_COM mit der Ausgabe des Taktgebers 318 multipliziert, umfasst die Verarbeitungslogik 314 eine kombinatorische Logik, welche die Ausgabe des Komparators S_COM (z. B. eine „eins” oder eine „null”) mit der Phase des Mischers (z. B. mit der Ausgabe des Taktgebers 318) multipliziert, um ein modifiziertes Komparatorsignal zu erzeugen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann die Verarbeitungslogik 314 durch den Referenztakt des Mischers getaktet sein (d. h. die Verarbeitungslogik multipliziert das Signal S_COM mit dem Mischertakt), sodass sie das Komparatorsignal S_COM mit verschiedenen Phasen der Modulationsschaltung 304, welche den Mischer umfasst (z. B. mit der Phase des Ausgangssignals S_OUT) multiplizieren kann.
Die Verarbeitungslogik 314 kann einem Digital-Analog-Wandler (DAC) 316 ein digitales Signal (z. B. eine Sequenz digitalen Codes) bereitstellen, welches einen geschätzten Gleichspannungsversatzwert angibt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Digital-Analog-Wandler 316 eine Ladungspumpe umfassen, welche eingerichtet ist, eine Ladung in Abhängigkeit von den von der Verarbeitungslogik 314 ausgegebenen Signalen zu erzeugen. Der Digital-Analog-Wandler 316 ist eingerichtet, ein Korrektursignal S_COR zu erzeugen, welches basierend auf dem empfangenen digitalen Code eine analoge Darstellung des geschätzten Gleichspannungsversatzwertes umfasst.
Das analoge Korrektursignal S_COR wird dem Addierer 302 bereitgestellt, welcher stromaufwärts der Modulationsschaltung 304 angeordnet ist, d. h. dieser vorgeschaltet ist. Der Addierer subtrahiert das Korrektursignal S_COR von dem Eingangssignal S_IN, um den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN zu entfernen und ein bipolares angepasstes Signal S_ADJ zu erzeugen, welches der Modulationsschaltung 304 bereitgestellt ist.
Wenn das Korrektursignal S_COR kein akzeptables angepasstes Signal S_ADJ erzeugt (z. B. ein angepasstes Signal mit einem Gleichspannungsversatz, welcher zu einem bipolaren Signal führt), kann es in folgenden Rückkopplungszyklen weiter angepasst und eingestellt werden. Beispielsweise kann der Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN durch diskretes Anpassen des Korrektursignals S_COR verringert werden, bis der Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN im Wesentlichen entfernt ist. Dieser Prozess könnte auch unendlich so weitergehen, insbesondere wenn das System einen sich verändernden Gleichspannungsversatz an dem Eingang erwartet, und würde diesen dann kontinuierlich korrigieren.
Alternativ ist es möglich, das an dem Digital-Analog-Wandlerausgang bereitgestellte Korrektursignal (z. B. Ausgangsspannung, Ausgangsstrom) auf einem konstanten Wert zu halten, um den geschätzten Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN auszulöschen, sobald der Gleichspannungsversatz entfernt/minimiert wurde, sodass das bipolare angepasste Signal einer aktivierten Demodulationsschaltung bereitgestellt werden kann. Da das modulierte angepasste Eingangssignal bipolar ist, kann eine Leistung des Systems durch eine Optimierung des dynamischen Bereichs des Systems verbessert werden.
3b zeigt beispielhafte Signaldiagramme, welche die Betriebsweise der in 3a dargestellten Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung 300 veranschaulichen. Die Signaldiagramme zeigen, wie die Schaltung 300 die Rechteckwellenform der modulierten Komponente des Ausgangssignals (z. B. den modulierten Gleichspannungsversatz) in ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal S_COR mit einem geschätzten Gleichspannungsversatz transformiert. Weiterhin veranschaulicht die 3b die Erzeugung des Korrektursignals S_COR über drei verschiedene Rückkopplungszyklen (mit 348, 350 und 352 bezeichnet), um zu veranschaulichen, wie die Dreieckwellenform des integrierten Signals S_INT verschwindet, wenn es keine rechteckige modulierte Komponente in dem von der Modulationsschaltung ausgegebenen Signal S_OUT gibt.
Der Graph 324 zeigt ein Beispiel für ein Eingangssignal S_IN für die Schaltung 300. Das Eingangssignal S_IN umfasst eine modulierte Komponente 326, einen Gleichspannungsversatz 328 und einen Mittelwert 330.
Ein Graph 332 veranschaulicht das entsprechende angepasste Signal S_ADJ, welches von dem Addierer 302 ausgegeben wird. Wenn in dem anfänglichen Rückkopplungszyklus kein Korrektursignal S_COR vorliegt, ist das von dem Addierer 302 ausgegebene angepasste Signal S_ADJ gleich dem Eingangssignal S_IN.
Ein Graph 334 veranschaulicht das von der Modulationsschaltung 304 ausgegebene Signal S_OUT. Wenn in dem angepassten Signal S_ADJ ein Gleichspannungsversatz vorhanden ist, wird die Ausgabe der Modulationsschaltung 304 eine modulierte Signalkomponente umfassen (z. B. eine Signalkomponente, welche zwischen einem ersten Wert und einem von dem ersten Wert unterschiedlichen zweiten Wert wechselt).
Ein Graph 336 veranschaulicht das von der Integrationskomponente 308 ausgegebene integrierte Signal S_INT. Insbesondere wird das integrierte Signal S_INT eine positive Steigung umfassen, wenn das demodulierte Ausgangssignal eine positive Polarität umfasst, und eine negative Steigung umfassen, wenn das demodulierte Ausgangssignal eine negative Polarität umfasst.
Ein Graph 342 veranschaulicht das differenzierte Signal S_DIF, welches von dem Differenzierer 310 ausgegeben wird. Das differenzierte Signal S_DIF zeigt die Steigung des integrierten Signals S_INT an. Beispielsweise kann der Differenzierer 310 die dreieckförmige Wellenform des integrierten Signals S_INT differenzieren, was zu einem differenznierte Signal S_DIF umfassend eine Rechteckwellenform mit einer positiven Polarität, wenn die Steigung des integrierten Signals S_INT positiv ist (z. B. wenn das demodulierte Ausgangssignal über dem Durchschnittswert des Eingangssignals liegt), und mit einer negativen Polarität, wenn die Steigung des integrierten Signals S_INT negativ ist (z. B. wenn das demodulierte Ausgangssignal unterhalb des Durchschnittswertes des Eingangssignals liegt), führt.
Ein Graph 344 veranschaulicht das modifizierte Komparatorsignal S_COM', welches die Ausgabe des Komparators 312 multipliziert mit der Ausgabe des Mischertaktgebers 318 im dargestellten Beispiel zeigt (z. B. das von der Verarbeitungslogik verarbeitete Komparatorsignal). Das in dem Graphen 344 dargestellte modifizierte Komparatorsignal S_COM' zeigt einen konstanten Wert, wenn in dem Signal S_INT eine Steigung vorliegt (z. B. wie in den Rückkopplungszyklen 348 und 350 dargestellt) und weist einen variierenden Wert (z. B. wie im Rückkopplungszyklus 352 gezeigt) auf, wenn keine Steigung in dem Signal S_INT vorliegt. Beispielsweise wird in dem Rückkopplungszyklus 348 das Multiplizieren des von dem Komparator 312 ausgegebenen Signals mit dem Mischertaktsignal 343 zu einem modifizierten Komparatorsignal S_COM' führen, welches eine ungleichmäßige Verteilung von positiven und negativen Werten aufweist (z. B. welches einen größeren Prozentanteil der Zeit positiv als negativ ist), was eine positive Steigung des integrierten Signals S_INT anzeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Ausgabe des Komparators 312 erzeugt werden, indem die Ausgabe des Differenzierers mit einem vorgegebenen Wert (z. B. 0) verglichen wird, und ist daher direkt proportional zu dem differenzierten Signal 343. Wenn der Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN zu null gemacht wird (wie beispielsweise im Rückkopplungszyklus 352 gezeigt), wird das integrierte Signal S_INT im Wesentlichen flach sein (z. B. wird es nur kleine Variationen aufweisen, welche nicht von einem Komparator, der innerhalb eines Mischertaktzyklus ansteigt und fällt, detektiert werden können), was zu einem Signal S_COM' führt, welches eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung von positiven und negativen Werten aufweist (z. B. welches 50% der Zeit positiv und 50% der Zeit negativ ist). In einem derartigen Fall wird die Verarbeitungslogik 314 nicht in der Lage sein, aus einem derartigen modifizierten Komparatorsignal zu bestimmen, ob die Steigung positiv oder negativ ist, und wird entsprechend das Korrektursignal konstant halten, da sie detektiert, dass das System in einem stabilen Gleichgewichtszustand ist.
Ein Graph 346 zeigt das Gleichspannungsversatzkorrektursignal S_COR, welches von dem Digital-Analog-Wandler 316 ausgegeben wird. Das Gleichspannungsversatzkorrektursignal S_COR wird durch den Digital-Analog-Wandler derart erzeugt, dass es eine Amplitude aufweist, welche indirekt auf der Ausgabe des Komparators 312 beruht.
3b veranschaulicht zudem die möglicherweise iterative Arbeitsweise der Schaltung 300, welche dazu führen kann, dass die Schaltung 300 den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals über eine Vielzahl von Rückkopplungszyklen (z. B. 348, 350 und 352) korrigiert. Wie in 3b gezeigt wird während eines ersten Rückkopplungszyklus 348 ein erster Korrektursignalwert bestimmt. Der erste Korrektursignalwert wird von dem Eingangssignal S_IN subtrahiert, um zu einem angepassten Signal S_ADJ zu führen (Graph 332, Rückkopplungszyklus 350), welches einen kleineren Gleichspannungsversatz aufweist. Der kleinere Gleichspannungsversatz des angepassten Signals S_ADJ in dem Rückkopplungszyklus 350 führt zu einer kleineren Variation des integrierten Signals S_INT (in dem dargestellten Beispiel ist die Steigung 340 kleiner als die Steigung 338, die zeitliche Variation in dem Zyklus 350 ist kleiner als im Zyklus 348).
Da jedoch in dem angepassten Signal S_ADJ immer noch ein Gleichspannungsversatz vorliegt, zeigt das modifizierte Komparatorsignal an, dass ein weiteres Update des Korrektursignals S_COR zu machen ist (beispielsweise wird S_COR auf einen zweiten Wert vergrößert). Das upgedatete Korrektursignal S_COR wird dann von dem Eingangssignal S_IN subtrahiert. An irgendeinem Zeitpunkt (im dargestellten Beispiel im Rückkopplungszyklus 352) wird die Variation von S_INT dann klein genug, dass eine positive und eine negative Steigung im Wesentlichen null werden (und jegliche positive und negative Variationen in dem gleichen Mischerzyklus auftreten), was zu einem angepassten Signal S_ADJ (Graph 332, Rückkopplungszyklus 352) ohne Gleichspannungsversatz führt. Da das upgedatete Korrektursignal S_COR den Gleichspannungsversatz aus dem Eingangssignal S_IN entfernt, ist in dem Ausgangssignal S_OUT während des dritten Rückkopplungszyklus 352 keine modulierte Komponente vorhanden. Dies bewirkt, dass das integrierte Signal S_INT eine Steigung von null aufweist, was wiederum bewirkt, dass das Korrektursignal S_COR konstant gehalten wird.
4a zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung 400, bei welcher ein Addierer 402 eingerichtet ist, den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN durch Subtrahieren eines Gleichspannungsversatzkorrektursignals S_COR (welches beispielsweise einen modulierten Wert aufweisen kann) von einem von einer Modulationsschaltung ausgegebenen Signal S_OUT zu subtrahieren. Daher ist, wie in 4a dargestellt, die Schaltung 400 eingerichtet, den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN zu entfernen, indem sie ein moduliertes Gleichspannungsversatzkorrektursignal S_COR von dem demodulierten Ausgangssignal S_OUT (welches beispielsweise eine modulierte Gleichspannungsversatzkomponente aufweisen kann), welches von einer Modulationsschaltung 404 ausgegeben wird, subtrahiert.
Beispielsweise wird, wie in 4a dargestellt, die Ausgabe eines Digital-Analog-Wandlers 416 einer zusätzlichen Modulationsschaltung 422 zugeführt. Die Modulationsschaltung 422 ist eingerichtet, die Ausgabe des Digital-Analog-Wandlers 416, welche einen konstanten Gleichspannungsversatzschätzwert umfasst, zu erhalten, und sie zu modulieren, um ein Korrektursignal S_COR zu erzeugen, welches einen modulierten Gleichspannungsversatzschätzwert umfasst. Die Modulationsschaltung 422 wird durch einen Mischertaktgeber 418 getaktet werden, sodass die Ausgabe des Digital-Analog-Wandlers 416 mit der gleichen Taktfrequenz wie das Eingangssignal S_IN moduliert wird. Dementsprechend ist das von der zusätzlichen Modulationsschaltung 422 ausgegebene Korrektursignal S_COR ein moduliertes Signal, welches einem Addierer 402 zugeführt werden kann, welcher der Modulationsschaltung 404 nachgeschaltet ist, d. h. stromabwärts dieser angeordnet ist, wobei der Addierer 402 eingerichtet ist, das modulierte Korrektursignal S_COR von dem Ausgangssignal S_OUT zu subtrahieren, um die modulierte Komponente des Ausgangssignals S_OUT auszulöschen (z. B. die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals S_IN).
4b zeigt Beispiele für Signaldiagramme für den Betrieb der Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung 400 der 4a. Wie in 4b gezeigt umfasst das Korrektursignal S_COR (Graph 448) eine modulierte Komponente, welche derart ausgewählt ist, dass sie zu der von der Modulationsschaltung ausgegebenen modulierten Gleichspannungsversatzkomponente (Graph 434) passt.
4b stellt dar, wie die Schaltung 400 den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals S_IN über eine Vielzahl von Rückkopplungszyklen (im dargestellten Beispiel 450, 452 und 454) korrigiert. Wie in 4 gezeigt wird während eines ersten Rückkopplungszyklus ein erstes Korrektursignal S_COR (Graph 448) derart bestimmt, dass es eine modulierte Signalwellenform mit einer ersten Amplitude aufweist. Das erste Korrektursignal wird in dem zweiten Rückkopplungszyklus 452 von dem Ausgangssignal S_OUT subtrahiert, um zu einem angepassten Signal S_ADJ (Graph 434, Rückkopplungszyklus 452) zu führen, welches einen kleineren Gleichspannungsversatz aufweist. Der kleinere Gleichspannungsversatz des angepassten Signals S_ADJ in dem Rückkopplungszyklus 452 führt zu einem integrierten Signal S_INT, welches eine kleinere Steigung aufweist (z. B. ist die Steigung 442 kleiner als die Steigung 440). Da jedoch in dem angepassten Signal S_ADJ immer noch ein Gleichspannungsversatz vorliegt, wird das Korrektursignal S_COR weiter upgedatet, um eine modulierte Signalwellenform mit einer zweiten Amplitude aufzuweisen. Das upgedatete Korrektursignal S_COR wird dann in dem dritten Rückkopplungszyklus 454 von dem Ausgangssignal S_OUT subtrahiert, um zu einem angepassten Signal S_ADJ (Graph 434, Rückkopplungszyklus 454) ohne Gleichspannungsversatz zu führen. Da das upgedatete Korrektursignal S_COR den Gleichspannungsversatz aus dem Ausgangssignal S_OUT entfernt, ist in dem angepassten Signal S_ADJ während des dritten Rückkopplungszyklus 454 keine modulierte Komponenten vorhanden. Dies führt dazu, dass das integrierte Signal S_INT eine Steigung von null aufweist, was wiederum dazu führt, dass das Korrektursignal S_COR konstant gehalten wird.
Zusammenfassend kann, wie in den 3 und 4 gezeigt, das Korrektursignal von dem modulierten Eingangssignal entweder stromaufwärts (wie beispielsweise in 3 gezeigt) der Modulationsschaltung (z. B. als ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal mit einem konstanten Gleichspannungsversatzwert) oder stromabwärts (wie beispielsweise in 4 gezeigt) der Modulationsschaltung (z. B. als Gleichspannungsversatzkorrektursignal mit einem modulierten Wert) subtrahiert werden.
Es ist zu bemerken, dass das von dem Mischertaktgeber (z. B. 318, 418) ausgegebene Signal das Taktsignal umfassen kann, mit welchem das Ausgangssignal S_OUT upgedatet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Mischertaktgeber (z. B. 318, 418) den Systemtaktgeber umfassen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Mischertaktgeber (z. B. 318, 418) eine Auffrischungsrate aufweisen, welche geringer ist als der Systemtakt CLK. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel, in welchem die Update-Taktrate des Mischertaktgebers kleiner ist als die Systemtaktrate, kann die Verarbeitungslogik (z. B. 314, 414) ein digitales Filter umfassen, welches eingerichtet ist, den Digital-Analog-Wandler mit den passend dezimierten Daten zu versorgen.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung, die hier bereitgestellt wird, in einem Umgebungslicht- und Näherungssensorchip implementiert sein. Ein Näherungssensor ist ein Sensor, welcher z. B. eine Nähe oder eine Annäherung eines zu detektierenden Objekts erfasst, und wird im Englischen als „proximity sensor” bezeichnet, z. B. auch ein Bewegungssensor. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Umgebungslicht- und Näherungssensorschaltung 500, welche konfigurierbar ist, einen Gleichspannungsversatz zu verfolgen und zu korrigieren. Bei einem derartigen System kann die Näherungsmessung dadurch erreicht werden, dass der Fotostrom einer Infrarotfotodiode 502 gemessen wird, welcher durch Reflexion einer Sequenz von Infrarotlichtpulsen 504 erzeugt wird, welche von einer (nicht gezeigten) Infrarotleuchtdiode emittiert wird.
Es ist zu bemerken, dass die Fotodiode 502 zusätzlich zum Empfangen der Infrarotlichtpulse 504 auch Hintergrundlicht aus der Umgebung empfangen wird. Während die Infrarotlichtpulse 504 durch die Fotodiode 502 in ein moduliertes Signal konvertiert werden können, wird die von dem Umgebungslicht herrührende Komponente durch die Fotodiode 502 in einen unerwünschten Gleichspannungsversatz konvertiert werden, was zu einem von der Fotodiode 502 ausgegebenen Signal führt, welches eine modulierte Komponente (in dem dargestellten Beispiel von den Infrarotlichtpulsen) und einer unerwünschten Gleichspannungsversatzkomponente (in dem Beispiel von Umgebungshintergrundlicht) aufweist.
Wie in 5 gezeigt ist, ist die Fotodiode 502 differenziell mit einem Demodulator 506 gekoppelt, welcher eingerichtet ist, einen demodulierten Strom mit einer modulierten Komponente (z. B. erzeugt durch Modulation des Gleichspannungsversatzes durch das Umgebungslicht) zu erzeugen. Der Ausgang des Demodulators 506 ist mit einem ein Tiefpassfilter umfassenden Spannungs/Stromwandler 508 gekoppelt. Der Spannungs/Stromwandler 508 führt eine näherungsweise Integration des demodulierten Ausgangssignals durch, was zu einem integrierten Spannungssignal führt.
Eine Rückkopplungsschleife 512 umfassend einen Differenzierer 514 ist eingerichtet, das integrierte Signal zu differenzieren, welches von dem Spannungs/Stromwandler 508 ausgegeben wird. Der Differenzierer stellt einem Komparator 516 ein differenziertes Signal bereit, welcher wiederum einer Verarbeitungslogik 518 ein Komparatorsignal bereitstellt. Die Verarbeitungslogik 518 gibt eine Sequenz von digitalem Code an einen Digital-Analog-Wandler 520 aus, welcher eingerichtet ist, ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu erzeugen, welches unerwünschte Gleichsspannungsströme (erzeugt z. B. durch das detektierte Umgebungslicht) auslöscht, welche in der Signalausgabe von der Fotodiode 502 enthalten sind. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Digital-Analog-Wandler 520 eine Ladungspumpe umfassen, welche eingerichtet ist, einen Strom basierend auf der Benutzung digitaler Signale zu erzeugen, welche von der Verarbeitungslogik 518 ausgegeben werden, um positive oder negative Ladungspulse zu erzeugen, welche in einer Kapazität gespeichert werden und von da an einen Spannungs/Stromwandler (z. B. eine Gm-Transkonduktanzzelle) gelangen.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann, um eine Interferenz externer Störer 510 zu vermeiden, das eingehende Signal mit dem gleichen Signal demoduliert werden, welches auch die Leuchtdiode treibt, und dann durch einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler 522 gewandelt werden. Um eine korrekte Vorspannung der Fotodiode sicherzustellen und die Leistung des Analog-Digital-Wandlers 522 zu optimieren, sollte der Gleichspannungsversatz des Eingangssignals entfernt werden. Jeglicher verbleibender Gleichspannungsversatz an dem Eingang des Demodulators 506 würde zu einer unerwünschten Signalkomponente führen, welche sich als eine tiefpassgefilterte Rechteckwelle zeigt, welche das gewünschte Signal an dem Ausgang überlagert. Die unerwünschte Komponente wird wie oben beschrieben gemessen und unterdrückt.
Einem Durchschnittsfachmann wird klar sein, dass die hier beschriebene Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung in einem großen Bereich von Anwendungen Anwendung finden kann. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel die vorgeschlagene Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung benutzt werden, um unerwünschte harmonische Töne zu unterdrücken, welche durch den modulierten Verstärkereingangsversatz erzeugt werden, wenn eine Zerhacker-(Chopper)Versatzauslöschung benutzt wird.
Wie in 6 gezeigt ist ein Chopperverstärker 602 eingerichtet, einen Versatz eines differenziellen Eingangssignals von einem Basisband auf höhere Frequenzen zu modulieren. Beispielsweise kann der Chopperverstärker 602 eingerichtet sein, das Eingangssignal mit einem Rechtecksignal bei einer Chopperfrequenz zu modulieren, um effektiv alternierend einen Offsetwert (z. B. 10 mV) und einen invertierten Offsetwert (z. B. –10 mV) zu dem Eingangssignal zu addieren. Ein derartiges Choppen erzeugt ein moduliertes Choppersignal bei einer Chopperfrequenz aufgrund des Wechselns.
Typischerweise kann dann ein Filter 604 (z. B. ein Tiefpassfilter) benutzt werden, um die hochfrequenten Versatzkomponenten vor der Demodulation des modulierten Choppersignals zurück auf das Basisband durch einen zweiten Chopperverstärker 606 zu entfernen. Wenn die modulierten Komponenten des Choppersignals jedoch nicht vollständig durch das Filter 604 herausgefiltert werden (z. B. wenn die Chopperfrequenz nicht hoch genug ist, um richtig gefiltert zu werden), können die Komponenten eine erwünschte Komponenten überlagernde unerwünschte Rechteckwellensignalkomponente an dem Ausgang des zweiten Chopperverstärkers 606 erzeugen.
Wie in 6 dargestellt kann das Choppersignal einer Zeitbereichsgleichspannungsversatzkorrekturschaltung 618 bereitgestellt werden, welche einen Integrator 608, einen Differenzierer 610 und einen Komparator 612 gekoppelt mit einer Verarbeitungslogik 614 und einem Digital-Analog-Wandler 616 (z. B. einer Ladungspumpe) umfasst. Die Arbeitsweise der Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung 618 kann wie oben beschrieben sein, um unerwünschte Rechteckwellenkomponenten des Choppersignals zu entfernen.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zum Entfernen eines unerwünschten Gleichspannungsversatzes aus einem Eingangssignal umfassend eine modulierte Komponente und eine Gleichspannungsversatzkomponente.
Während das Verfahren 700 untenstehend als eine Abfolge von Vorgängen oder Ereignissen erläutert und beschrieben ist, ist zu bemerken, dass die dargestellte Reihenfolge derartiger Vorgänge oder Ereignisse nicht als einschränkend auszulegen ist. Insbesondere können manche Vorgänge in anderer Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Ereignissen als dargestellt stattfinden. Auch können bei anderen Ausführungsbeispielen weniger als die dargestellten Vorgänge implementiert sein, oder einer der Vorgänge kann auf mehrere separate Vorgänge aufgeteilt werden.
Die Erfindung kann als Verfahren, Vorrichtung oder Fertigprodukt unter Benutzung einer standardmäßigen Programmierung und/oder standardmäßiger Ingenieurtechniken implementiert werden, um Software, Firmware, Hardware oder irgendeine Kombination hiervon zu erzeugen, um einen Computer zu steuern, um die Erfindung zu implementieren (z. B. sind die in den 1, 3a, 4a etc. dargestellten Schaltungen nicht einschränkende Beispiele von Schaltungen, welche benutzt werden können, um das Verfahren 700 zu implementieren). Der Begriff Fertigprodukt umfasst auch ein von irgendeinem computerlesbaren Gerät, Träger oder Medium zugängliches Computerprogramm. Fachleute werden erkennen, dass viele Modifikationen an dieser Konfiguration vorgenommen werden können.
Bei 702 wird ein Eingangssignal mit einer Gleichspannungsversatzkomponente empfangen. Das Eingangssignal kann eine modulierte Komponente und eine Gleichspannungsversatzkomponente umfassen.
Bei 704 wird unter Benutzung einer Verarbeitungssequenz im Zeitbereich ein unerwünschtes Gleichspannungssignal bestimmt. Bei einem unten stehend detaillierter beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das unerwünschte Gleichspannungsversatzsignal basierend auf einer Verarbeitungssequenz im Zeitbereich bestimmt, welche eine Sequenz einer Integration, einer Differenzierung und eines Vergleichens benutzt, um iterativ ein Gleichspannungskorrektursignal zu erzeugen, welches von einem Eingangssignal mit einer Gleichspannungsversatzkomponente subtrahiert wird.
Bei 706 wird das modulierte Eingangssignal demoduliert. Eine Demodulierung eines Eingangssignals mit einer Gleichspannungsversatzkomponente führt zu einer Modulation der Gleichspannungsversatzkomponente derart, dass ein demoduliertes Ausgangssignal eine demodulierte Komponente (von der modulierten Komponente des Eingangssignals) und eine modulierte Komponente (von der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals) aufweist.
Das demodulierte Ausgangssignal wird bei 708 integriert. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst, wenn ein Gleichspannungsversatz in dem Eingangssignal vorliegt, die Integration eine Integration der Fläche der modulierten Komponenten des Ausgangssignals, was zu einer dreieckförmigen Wellenform führt, welche mit der Zeit variiert. Insbesondere wird ein derartiges integriertes Signal eine positive Steigung umfassen, wenn das demodulierte Ausgangssignal eine positive Polarität umfasst, und eine negative Steigung umfassen, wenn das demodulierte Ausgangssignal eine negative Polarität umfasst.
Bei 710 wird das integrierte Signal differenziert. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Gleichspannungsversatz in dem Eingangssignal S_IN vorliegt, umfasst das Differenzieren ein Differenzieren der dreieckförmigen Wellenform des integrierten Signals, was zu einer Rechteckwellenform mit alternierenden positiven und negativen Werten führt (z. B. einen positiven Wert, wenn das integrierte Signal eine positive nach oben führende Steigung aufweist, und einen negativen Wert, wenn das integrierte Signal eine negative nach unten führende Steigung aufweist).
Bei 712 wird das differenzierte Signal mit einem Schwellenwert verglichen. Das Vergleichen des differenzierten Signals mit einem Schwellenwert führt zu einem Signal, welches anzeigt, ob die Steigung des integrierten Signals im Wesentlichen null ist oder nicht. Wenn z. B. die Steigung des integrierten Signals im Wesentlichen null ist (was einen Gleichspannungsversatz von null in dem Eingangssignal anzeigt), wird das differenzierte Signal ein im Wesentlichen flaches Signal sein, und der Vergleich wird ein Signal mit einem einzigen Wert ergeben. Wenn die Steigung des integrierten Signals jedoch verschieden von null ist (was einen Gleichspannungsversatz in dem Eingangssignal anzeigt), wird das differenzierte Signal kein flaches Signal sein, und der Vergleich wird ein Signal mit zwei Werten bereitstellen.
Bei 714 wird das Ergebnis des Vergleichs verarbeitet, um ein mit einem geschätzten Gleichspannungsversatzwert verknüpftes digitales Signal zu bestimmen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Verarbeiten ein Verarbeiten des Ergebnisses des Vergleichs in einer einzigen Phase der Demodulierung umfassen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Verarbeiten ein Multiplizieren des Ergebnisses des Vergleichs mit einer Phase der Demodulation (z. B. mit einem für die Demodulation benutzten Taktsignal) umfassen, um ein modifiziertes Komparatorsignal zu erzeugen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wird, wenn die Steigung des integrierten Signals im Wesentlichen gleich null ist (was einen Gleichspannungsversatz von null in dem Eingangssignal anzeigt), das differenzierte Signal ein im Wesentlichen flaches Signal sein (z. B. ein Signal, welches um einen geringen Wert ansteigt und fällt, was innerhalb eines einzigen Taktzyklus durch einen Komparator nicht detektierbar ist). Ein Vergleichen des im Wesentlichen flachen Signals mit einem Schwellenwert wird zu einem einzigen Wert führen, welcher mit dem Taktsignal multipliziert werden kann, um ein modifiziertes Komparatorsignal zu erzeugen, welches 50% der Zeit positiv und 50% der Zeit negativ ist. Wenn die Steigung des integrierten Signals jedoch von null verschieden ist (was einen Gleichspannungsversatz in dem Eingangssignal anzeigt), wird das differenzierte Signal kein flaches Signal sein. Ein Vergleichen des nicht flachen Signals mit einem Schwellenwert wird zu einem Signal führen, welches, wenn es mit dem Taktsignal multipliziert wird, ein modifiziertes Komparatorsignal erzeugt, welches für einen größeren Zeitanteil positiv (oder negativ) ist als negativ (oder positiv).
Ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal wird bei 716 erzeugt. Das Gleichspannungsversatzkorrektursignal kann basierend auf den von dem modifizierten Komparatorsignal erzeugten digitalen Signalen erzeugt werden.
Bei 718 wird der Gleichspannungsversatz des Eingangssignals entfernt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Gleichspannungsversatzkorrektursignal (z. B. ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal mit einem konstanten Gleichspannungswert) von dem Eingangssignal subtrahiert, um die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals zu entfernen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Gleichspannungsversatzkorrektursignal (z. B. ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal mit einem modulierten Wert) moduliert sein und dann von dem demodulierten Ausgangssignal subtrahiert werden, um die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals zu entfernen.
Die Entscheidungsbox 720 fragt ab, ob der Gleichspannungsversatz des Eingangssignals entfernt wurde. Wenn der Gleichspannungsversatz entfernt wurde, ist das Verfahren vorbei und das angepasste Eingangssignal umfasst im Wesentlichen kein Gleichspannungsversatzsignal. Wenn der Gleichspannungsversatz nicht entfernt wurde, kann das Verfahren wiederholt werden, indem nochmals das unerwünschte Gleichspannungsversatzsignal mit der Verarbeitungssequenz im Zeitbereich bestimmt wird.
Es ist zu bemerken, dass die obigen Ausführungsbeispiele nicht als einschränkend auszulegen sind.

Claims

Schaltung (200; 300; 400; 500; 600), umfassend: eine Modulationsschaltung (202; 304; 404; 506; 606), welche eingerichtet ist, ein Eingangssignal mit einer modulierten Komponente und einer Gleichspannungsversatzkomponente zu verarbeiten und die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals zu modulieren, um ein Ausgangssignal mit einer modulierten Komponente zu erzeugen, eine im Zeitbereich arbeitende Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (204; 306; 406; 512; 618), welche mit der Modulationsschaltung (202; 304; 404; 506; 606) gekoppelt ist und eingerichtet ist, eine Verarbeitungssequenz im Zeitbereich auf das Ausgangssignal anzuwenden, um ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal basierend auf Messungen der modulierten Komponente des Ausgangssignals zu erzeugen, wobei das Gleichspannungsversatzkorrektursignal eine Schätzung der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals umfasst, und einen mit der im Zeitbereich arbeitenden Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (204; 306; 406; 512; 618) gekoppelten Addierer (302; 402), welcher eingerichtet ist, das Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu empfangen und die Schätzung der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals zu entfernen.
Schaltung (200; 300; 400; 500; 600) nach Anspruch 1, wobei die im Zeitbereich arbeitende Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (204; 306; 406; 512; 618) umfasst: eine Integrationskomponente (308; 408; 508), welche eingerichtet ist, das Ausgangssignal zu empfangen und zu integrieren, um ein integriertes Signal zu erzeugen, wobei das integrierte Signal eine von null verschiedene Steigung aufweist, wenn die Gleichspannungsversatzkomponente in dem Eingangssignal vorhanden ist, einen Differenzierer (310; 410; 514; 610), welcher eingerichtet ist, das integrierte Signal zu empfangen und zu differenzieren, um ein differenziertes Signal zu erzeugen, wobei das differenzierte Signal die Steigung des integrierten Signals angibt, und einen Komparator (312; 412; 516; 612), welcher eingerichtet ist, das differenzierte Signal zu empfangen und ein Komparatorsignal aus dem differenzierten Signal zu erzeugen, wobei das Komparatorsignal eine Polarität des differenzierten Signals anzeigt.
Schaltung (200; 300; 400; 500; 600) nach Anspruch 2, wobei das integrierte Signal eine Wellenform umfasst, welche bei einer Entfernung der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals eine Steigung von im Wesentlichen null aufweist.
Schaltung (200; 300; 400; 500; 600) nach Anspruch 2 oder 3, weiter umfassend: eine Verarbeitungslogik (314; 414; 518; 614), welche eingerichtet ist, das Komparatorsignal zu empfangen und basierend auf dem Komparatorsignal eine Sequenz digitaler Signale zu erzeugen, und einen Digital-Analog-Wandler (316; 416; 520; 616), welcher eingerichtet ist, die Sequenz digitaler Signale zu empfangen und aus der Sequenz digitaler Signale das Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu erzeugen.
Schaltung (200; 300; 400; 500; 600) nach Anspruch 4, wobei der Digital-Analog-Wandler (316; 416; 520; 616) eine Ladungspumpe umfasst.
Schaltung (200; 300; 400; 500; 600) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Verarbeitungslogik (314; 414; 518; 614) eine kombinatorische Logik umfasst, welche eingerichtet ist, das Komparatorsignal mit einer Phase des Ausgangssignals zu multiplizieren, um ein modifiziertes Komparatorsignal zur Verarbeitung zu erzeugen, wobei, wenn das modifizierte Komparatorsignal eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung positiver und negativer Werte aufweist, kein Gleichspannungsversatz vorliegt, und wobei, wenn das modifizierte Komparatorsignal eine ungleichmäßige Verteilung positiver und negativer Werte aufweist, ein Gleichspannungsversatz vorliegt.
Schaltung (200; 300; 400; 500; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verarbeitungslogik in einer einzigen Phase der Modulationsschaltung (202; 304; 404; 506; 606) beschrieben wird.
Schaltung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend: eine zusätzliche Modulationsschaltung (422), welche mit dem Ausgang der Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (406) gekoppelt ist und eingerichtet ist, das Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu modulieren, um ein moduliertes Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu erzeugen, wobei das modulierte Gleichspannungsversatzkorrektursignal dem Addierer (402) bereitgestellt wird, wobei der Addierer (402) der Modulationsschaltung (404) nachgeschaltet ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gleichspannungsversatzkorrektursignal ein Gleichsspannungssignal mit konstantem Wert umfasst, welches dem Addierer (302) bereitgestellt wird, wobei der Addierer (302) der Modulationsschaltung (202; 304; 404; 506; 606) vorgeschaltet ist.
Schaltung (200; 300; 400; 500; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schaltung (200; 300; 400; 500; 600) eingerichtet ist, den Gleichspannungsversatz des Eingangssignals durch diskretes Anpassen des Gleichspannungsversatzkorrektursignals iterativ zu korrigieren.
Schaltung (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schaltung (500) eine Umgebungslicht- und Näherungssensorschaltung umfassend eine Infrarotfotodiode (502) umfasst, und wobei das Eingangssignal einen Fotostrom der Infrarotfotodiode (502) umfasst, und wobei die Gleichspannungsversatzkomponente durch von der Fotodiode (502) empfangenes Umgebungslicht erzeugt wird.
Schaltung (600) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter umfassend: einen ersten Chopperverstärker (602), welcher eingerichtet ist, ein moduliertes Choppersignal bei einer Chopperfrequenz mit einer unerwünschten Rechteckwellenkomponente zu erzeugen, wobei das modulierte Choppersignal der im Zeitbereich arbeitenden Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (618) bereitgestellt wird, und wobei die im Zeitbereich arbeitende Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (618) eingerichtet ist, die unerwünschte Rechteckwellenkomponente des Choppersignals zu messen und zu entfernen.
Verfahren zum Entfernen einer Gleichspannungsversatzkomponente aus einem modulierten Signal, umfassend: Demodulieren eines Eingangssignals, welches eine modulierte Komponente und eine Gleichspannungsversatzkomponente aufweist, um ein demoduliertes Ausgangssignal zu erzeugen, Integrieren des demodulierten Ausgangssignals, um ein integriertes Signal zu erzeugen, welches eine Fläche des Ausgangssignals anzeigt, Differenzieren des integrierten Signals, um ein differenziertes Signal zu erzeugen, welches eine Steigung des integrierten Signals angibt, Vergleichen des differenzierten Signals mit einem vorgegebenen Schwellenwert, um ein Komparatorsignal zu erzeugen, welches eine Polarität des differenzierten Signals angibt, Erzeugen eines Gleichspannungsversatzkorrektursignals umfassend eine Schätzung der Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals basierend auf dem Komparatorsignal, und Entfernen der Gleichspannungsversatzkomponente durch Subtrahieren des Gleichspannungsversatzkorrektursignals von dem Eingangssignal vor oder nach dem Demodulieren.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend Demodulieren des Gleichspannungsversatzkorrektursignals, um ein moduliertes Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu erzeugen, welches von dem demodulierten Ausgangssignal subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, weiter umfassend Verarbeiten des Komparatorsignals durch Multiplizieren des Komparatorsignals mit einer Phase des Ausgangssignals, um ein modifiziertes Komparatorsignal zur Verarbeitung zu erzeugen, wobei, wenn das modifizierte Komparatorsignal eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung von positiven und negativen Werten aufweist, keine Gleichspannungsversatzkomponente vorliegt, und wobei, wenn das modifizierte Komparatorsignal eine nicht gleichmäßige Verteilung von positiven und negativen Werten aufweist, eine Gleichspannungsversatzkomponente vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das integrierte Signal eine dreieckförmige Wellenform aufweist, wenn eine Gleichspannungsversatzkomponente in dem Eingangssignal vorhanden ist, und wobei das integrierte Signal eine Steigung von im Wesentlichen null aufweist, wenn in dem Eingangssignal keine Gleichspannungsversatzkomponente vorliegt.
Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (100; 200; 300; 400; 500; 600), umfassend: eine Modulationsschaltung (202; 304; 404; 506; 606), welche eingerichtet ist, ein Eingangssignal mit einer modulierten Komponente und einer Gleichspannungsversatzkomponente zu empfangen und die Gleichspannungsversatzkomponente des Eingangssignals zu modulieren, um ein Ausgangssignal mit einer modulierten Komponente zu erzeugen, eine Integrationskomponente (308; 408; 508; 608), welche eingerichtet ist, das Ausgangssignal zu empfangen und zu integrieren, um ein integriertes Signal zu erzeugen, wobei das integrierte Signal eine von null verschiedene Steigung aufweist, wenn die Gleichspannungsversatzkomponente in dem Eingangssignal vorhanden ist, einen Differenzierer (310; 410; 514; 610), welcher eingerichtet ist, das integrierte Signal zu empfangen und zu differenzieren, wobei das differenzierte Signal eine Steigung des integrierten Signals angibt, einen Komparator (312; 412; 516; 612), welcher eingerichtet ist, das differenzierte Signal zu empfangen und ein Komparatorsignal aus dem differenzierten Signal zu erzeugen, wobei das Komparatorsignal eine Polarität des differenzierten Signals anzeigt, eine Verarbeitungslogik (314; 414; 518; 614), welche eingerichtet ist, das Komparatorsignal zu empfangen und eine Sequenz digitaler Signale basierend auf dem Komparatorsignal zu erzeugen, wobei die Verarbeitungslogik eine kombinatorische Logik umfasst, welche eingerichtet ist, das Komparatorsignal mit einer Phase des Ausgangssignals zu multiplizieren, um ein modifiziertes Komparatorsignal zur Verarbeitung zu erzeugen, wobei, wenn das modifizierte Komparatorsignal eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung positiver und negativer Werte aufweist, keine Gleichspannungsversatzkomponente vorhanden ist, und wobei, wenn das modifizierte Komparatorsignal eine ungleichmäßige Verteilung positiver und negativer Werte aufweist, ein Gleichspannungsversatz vorhanden ist, einen Digital-Analog-Wandler (316; 416; 520; 616), umfassend eine Ladungspumpe, welche eingerichtet ist, die Sequenz digitaler Signale zu empfangen und ein Gleichspannungsversatzkorrektursignal aus der Sequenz digitaler Signale zu erzeugen, und einen Addierer (302; 402), welcher eingerichtet ist, das Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu empfangen und eine Schätzung des Gleichspannungsversatzes des Eingangssignals zu entfernen.
Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (200; 300; 500; 600) nach Anspruch 17, wobei das Gleichspannungsversatzkorrektursignal ein Gleichspannungssignal mit konstantem Wert umfasst, welches dem Addierer (302) bereitgestellt wird, wobei der Addierer (302) der Modulationsschaltung (304; 506; 606) vorgeschaltet ist.
Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (400) nach Anspruch 17, weiter umfassend: eine zusätzliche Modulationsschaltung (422), welche mit dem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (416) gekoppelt ist und eingerichtet ist, das Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu modulieren, um ein moduliertes Gleichspannungsversatzkorrektursignal zu erzeugen, wobei das modulierte Gleichspannungsversatzkorrektursignal dem Addierer (402) bereitgestellt wird, wobei der Addierer (402) der Modulationsschaltung (404) nachgeschaltet ist.
Gleichspannungsversatzkorrekturschaltung (500) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Schaltung (500) eine Umgebungslicht- und Näherungssensorschaltung umfasst, welche eine Infrarotfotodiode (502) umfasst, wobei das Eingangssignal einen Fotostrom der Infrarotfotodiode (502) umfasst, und wobei die Gleichspannungsversatzkomponente durch von der Fotodiode (502) empfangenes Umgebungslicht erzeugt wird.