DE-102024210687-A1 - Elektronische Schaltung und Verfahren zum Unterdrücken von Offset-Änderungen in einem Buffer

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung und ein Verfahren zum Unterdrücken von Offset-Änderungen in einem Buffer.

Inventors

• Amin JEMILI
• Steffen Becker

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (11)

1. Elektronische Schaltung (1) zum Unterdrücken von Offset-Änderungen in einem Buffer (2) zur Bereitstellung eines elektrischen Ausgangssignals, umfassend: - Den Buffer (2), welcher ausgebildet ist, auf Basis eines Eingangssignals an einem Eingang der elektronischen Schaltung (1) das elektrische Ausgangssignal bereitzustellen, wobei der Buffer (2) in einem Hauptpfad der elektronischen Schaltung (1) angeordnet ist, wobei die elektronische Schaltung (1) ferner einen Hilfspfad umfasst, der parallel zu dem Hauptpfad angeordnet ist und zumindest die folgenden Elemente umfasst: - Einen elektronischen Verstärker (3), welcher mit dem Eingang verbunden ist, um auf Basis des Eingangssignals ein Regelsignal für den Buffer (2) zu generieren, und - Eine Anordnung von Chopper-Schaltern (5), um durch die Anordnung der Chopper-Schalter (5) die Offset-Änderungen in dem Hilfspfad zu minimieren, insbesondere zu unterdrücken.
2. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der elektronische Verstärker (3) ein integrierender Verstärker ist.
3. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das Ausgangssignal des Buffers (2) zumindest teilweise durch das Regelsignal des Hilfspfads bestimmt ist, wobei der Buffer (2) insbesondere als ein Folded-Cascode-Verstärker ausgebildet ist.
4. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der elektronische Verstärker (3) durch das Regelsignal einen Fehler zwischen dem Eingangssignal des Buffers (2) und einem Eingangssignal des elektronischen Verstärkers (3) minimiert, insbesondere auf oder gegen 0 regelt.
5. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Offset-Änderungen derart in dem Hilfspfad minimiert, insbesondere unterdrückt, werden, dass ein Eingang des Hilfspfads durch eine Ansteuerung der Anordnung der Chopper-Schalter (5) moduliert wird.
6. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass der Hilfspfad wenigstens zwei Kapazitäten (4) aufweist, um durch die wenigstens zwei Kapazitäten (4) ein Rauschen in dem Hilfspfad zu reduzieren, wobei vorzugsweise im Rahmen der Modulation unter Verwendung der wenigstens zwei Kapazitäten (4) ein Offset des Hilfspfads trianguliert wird.
7. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die elektronische Schaltung (1) für eine Ansteuerung eines kapazitiven Sensors (6) vorgesehen ist, insbesondere als Referenz für einen Sigma Delta Analog-Digital-Umsetzer (7).
8. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass der Buffer als ein Referenzbuffer ausgebildet ist, um das Eingangssignal in Form einer hochohmigen Referenzspannung in das Ausgangssignal in Form einer niederohmigen Quellenspannung umzuwandeln.
9. Verfahren (100) zum Unterdrücken von Offset-Änderungen in einem Buffer (2), umfassend: - Bereitstellen (101) einer elektronischen Schaltung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, - Generieren (102) des Regelsignals auf Basis des Eingangssignals durch den elektronischen Verstärker (3), wobei das Regelsignal einen Fehler zwischen dem Eingangssignal des Buffers (2) und einem Eingangssignal des elektronischen Verstärkers (3) repräsentiert, wobei das generierte Regelsignal dem Buffer (2) zugeführt wird, um die Offset-Änderungen zu unterdrücken.
10. Verfahren (100) nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , dass das Verfahren (100) ferner umfasst: - Modulieren des Eingangs des Hilfspfads durch eine Ansteuerung der Anordnung der Chopper-Schalter (5), insbesondere auf Basis eines vorgegebenen Taktsignals, wobei unter Verwendung der wenigstens zwei Kapazitäten (4) ein Offset des Hilfspfads trianguliert wird.
11. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10 , dadurch gekennzeichnet , dass das Verfahren (100) ferner umfasst: - Ansteuern und/oder Betreiben eines kapazitiven Sensors (6), insbesondere als Referenz für einen Sigma Delta Analog-Digital-Umsetzer (7), unter Verwendung der elektronischen Schaltung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 .

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung und ein Verfahren zum Unterdrücken von Offset-Änderungen in einem Buffer. Stand der Technik Ein wesentlicher Bestandteil einer elektronischen Signalverarbeitungsstrecke sind Referenzbuffer. Diese Buffer haben insbesondere die Aufgabe, eine Referenzspannung, die normalerweise hochohmig (also mit hohem Widerstand) ist, in eine niederohmige (also mit niedrigem Widerstand) Spannung zu wandeln. Ein Grund dafür ist, dass eine niederohmige Spannung besser in der Lage ist, andere elektronische Bauteile wie Widerstände, Kapazitäten oder Induktivitäten anzutreiben, ohne dass ein bedeutender Spannungsabfall (auch „IR Drop“ genannt) auftritt. Ein „IR Drop“ bezeichnet den Spannungsverlust, der durch den Stromfluss in einem Widerstand verursacht wird. Jede elektronische Komponente kann sogenanntes Random Telegraph Noise haben. Random Telegraph Noise (RTN) ist eine Form von Rauschsignal, das in elektronischen Bauteilen, insbesondere in Halbleitern wie Transistoren, auftritt. Es handelt sich um ein zufälliges Fluktuationsrauschen, das durch das plötzliche Umschalten zwischen zwei oder mehreren diskreten Zuständen des elektrischen Signals gekennzeichnet ist. Diese Zustände können durch das Einfangen und Freigeben von Ladungsträgern in Defektstellen oder in sogenannten „Traps“ im Material verursacht werden. So kann z.B. der Referenzbuffer in seinem Eingangspaar plötzlich eine zusätzliche Offsetquelle haben, die z.B. in wenigen Sekunden wieder verschwindet, oder aber einen anderen diskreten Wert annimmt. Chopper Modulation kann gegen das Random Telegraph Noise Rauschsignal verwendet werden, allerdings ist die Chopper Modulation beim Einsatz in manchem System keine geeignete Lösung, da das Signal nicht entfernt, sondern lediglich moduliert wird, insbesondere wenn dieses Signal zur Verwendung in einem sogenannten Sigma Delta Analog-Digital-Umsetzer als Referenz eingesetzt wird. Dies kann die Performance durch Demodulation von Quantisierungsrauschen massiv verschlechtern. Ferner ist es häufig notwendig, dass das Signal permanent zur Verfügung gestellt werden kann. Überdies ist das Rauschen ebenso häufig ein zu optimierender Parameter. Offenbarung der Erfindung Gegenstand der Erfindung ist eine elektronische Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung der Erfindung stets auch eine wechselseitige Bezugnahme möglich ist. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine elektronische Schaltung zum Unterdrücken von Offset-Änderungen in einem Buffer zur Bereitstellung eines elektrischen Ausgangssignals, insbesondere einem Referenzbuffer, umfassend:- Den Buffer, welcher ausgebildet ist, auf Basis eines Eingangssignals an einem Eingang der elektronischen Schaltung das elektrische Ausgangssignal bereitzustellen, wobei der Buffer in einem Hauptpfad der elektronischen Schaltung angeordnet ist, wobei der Buffer auch als Referenzbuffer oder Referenzpuffer bezeichnet und verstanden werden oder als ein solcher ausgebildet sein kann, beispielsweise ein Referenzbuffer oder Referenzpuffer für einen Sigma Delta Analog-Digital-Umsetzer, wobei die elektronische Schaltung ferner einen Hilfspfad umfasst, der parallel zu dem Hauptpfad angeordnet ist und zumindest die folgenden Elemente umfasst:- Einen elektronischen Verstärker, insbesondere Operationsverstärker, besonders bevorzugt einen Transkonduktanzverstärker, welcher mit dem Eingang verbunden ist, um auf Basis des Eingangssignals ein Regelsignal für den Buffer zu generieren, sodass der Buffer vorteilhaft unter Verwendung des Regelsignals das Ausgangssignal mit unterdrückten Offset-Änderungen bereitstellen kann, und- Eine Anordnung von Chopper-Schaltern, um durch die Anordnung der Chopper-Schalter die Offset-Änderungen in dem Hilfspfad zu minimieren, insbesondere zu unterdrücken, wobei die Anordnung der Chopper-Schalter vorzugsweise wenigstens zwei und weiter bevorzugt drei Chopper-Schalter umfasst. Eine Offset-Änderung in einer elektronischen Schaltung bezieht sich insbesondere auf eine Veränderung eines statischen Gleichstroms oder einer Gleichspannung, die auf einen Verstärker, d.h. beispielsweise den Buffer gemäß der Erfindung, oder eine andere elektronische Schaltung aufgebracht wird, um das Ausgangssignal zu beeinflussen. Diese Änderung kann durch Änderungen von Schaltungselementen oder durch externe Faktoren wie Temperatur oder Alterung der Bauteile verursacht werden. Eine Offset-Änderung kann sich auf eine Genauigkeit und Stabilität des Ausgangssignals auswirken. Ein Referenzbuffer in diesem Kontext wird ins