187522. lajstromszámú szabadalom • Delta-szigma modulátor kapcsolt kondenzátorokkal
1 2 187 522 csatolva a különbségképzőre. A 2. ábrán bemutatott példakénti kiviteli alaknál a H(z) átviteli függvény másodrendű és alakja a következő: H(z) = z'1 a + ßz 1 +Tiz 2 l + ö^+z-2 7 5 ahol z“' egységnyi késleltetési operátor és az egységnyi késleltetés a mintavétel szünetidejének időtartamát jelenti. Ha mintavételező jelként I MHz iq frekvenciájú jeleLalkalmazíink, akkor a mintavétel időtartama 1 psec. Azok az állandók, amelyek meghatározzák a zajviszonyokat és a stabilitást, a kondenzátorok kapacitásértékei arányainak függvényei. Az egyes kondenzátorok kapacitásainak 15 abszolút értéke a tervező által az alkalmazott műveleti erősítőhöz illesztve határozható meg, és elsőrendű szempont az kell legyen például, hogy a szórt kapacitások hatását kiküszöböljék. A kapcsolt kondenzátorokkal működtett delta-szigma modu- 20 látor, fokozatonként magyarázható a legjobban. A találmány szerinti delta-szigma modulátornak az elve lényegében az, hogy az analóg-digitál átalakítást úgy végzi, hogy a digitális oldal beszédoldala kicsi, de a mintavételezési frekvencia lényegesen 25 nagyobb, mint a beszédjel frekvenciája. A 3. ábrán látható a találmány szerinti deltaszigma modulátor egy olyan kiviteli alakjának a blokkvázlata, amelynél pozitív + V és negatív — V tápfeszültséget egyaránt alkalmazunk. A 3. ábrán 30 bemutatott egyes elemek vezérlését egy központi 303 órajelgenerátor látja el. A bemeneti u(t) jel egy első mintavevő egységre van csatlakoztatva, amely két sorosan kapcsolt első 1 kapcsolót és második 3 kapcsolót tartalmaz, amely kapcsolókat ellen- 35 ütemben vezérel a 303 óragenerátor -e-1 és -e- 2 kimenetén megjelenő kimenő jel. A két 1 és 3 kapcsoló közös pontjára van az első C3 kondenzátor csatlakoztatva, ezen pont és a föld közé. Ha a -©-1 kimeneten megjelenő jel alacsony szintű jel, akkor 40 az 1 kapcsoló nyitott állapotban van, azaz szakadt, ha pedig a 1 kimeneten a jel magas szintű, akkor az 1 kapcsoló zár azaz az u(t) bemenő jelet az első Cl kondenzátorra kapcsolja és ez a Cl kondenzátor töltődni kezd. Hasonlóképpen működteti a -e- 2 45 kimeneten megjelenő jel a 3 kapcsolót. A 4. ábrán látható a -e-1 és -e-2 kimeneten lévő jelnek az időfüggvénye és ezeknek az egymáshoz képest időbeni eltolása. Ez azt jelenti, hogy a két 1 és 3 kapcsoló ellenütemben van vezérelve, így egyszerre 50 nem lesznek bekapcsolva. Hogy az 1 és 3 kapcsoló * nagy biztonsággal ne lehessen egyszerre bekapcsolva, mind a -e-1 mind a 2 kimenetén levő jel kisebb, mint a teljes periódus kitöltésének a fele. A 303 órajelgenerátor mintavevő frekvenciáját adó fs kimenetén jelenik meg az fs frekvenciájú jel, ami a 4. ábrán szintén látható. A -e-1 kimenet jele mindig töltést, a -e- 2 kimeneten levő jel pedig kisütést jelent a Cl kondenzátor szempontjából, de 60 ugyanaz a helyzet a többi kondenzátornál is. Ha tehát u(t) bemeneti jel egy meghatározott időintervallumon belül/nT, (a+ 1)T/, akkor a Cl kondenzátor -e-1 kimenetén lévő jel időtartama alatt töltve lesz, mégpedig akkora feszültségre, amely u(nT). 05 Ha feltételezzük azt, hogy a 4 erősítő egy ideális műveleti erősítő, akkor a 2 kimeneten lévő jel időtartama alatt minden töltés, ami a Cl kondenzátoron van, átmegy a C3 kondenzátorra és akkor a C3 kondenzátoron egy adott feszültség jön létre, , , - -, (Cí u(nT)\ , ,, amelynek értéké ^^------j érték. A t = (n+ 1)T időpillanatban a műveleti 4 erősítő kimeneti feszültsége, x a következő lesz x (n+ 1)T/ = x(nT)-^U(nT) A negatív előjel abból fakad, hogy a bemeneti jel a műveleti 4 erősítő invertáló bemenetére van csatlakoztatva. Az első mintavevő fokozat után van egy lényegében integrátorként kiképezett műveleti 4 erősítőből és a műveleti 4 erősítő visszacsatoló elemeként kiképzett C3 kondenzátorból áll. Ennek a műveleti 4 erősítőnek a bemenetére van az első 301 referencia egység csatlakoztatva, amely két ötödik és hatodik 6 és 7 kapcsolót, egy velük összekapcsolt harmadik C2 kondenzátort és egy további hetedik 9 kapcsolót tartalmaz. Az ötödik 6 kapcsolót a 303 óragenerátor -e-1 kimenetének jele és az A/p átalakító Q kimenetének jele vezérli, míg a hatodik 7 kapcsolót szintén a 1 kimenet jele és a Q kimenet jele vezérli. A hetedik 9 kapcsolót a 303 óragenerátcr -e-2 kimenetén lévő jellel vezéreljük. A következőkben meghatározzuk a 6, 7 és 9 kapcsolók, valamint a C2 kondenzátor működését. Ha b(a) értéke + 1, azaz Qn kimenet jele magas szintű, akkor -e-1 kimeneten lévő jel időtartama alatt C2 kondenzátor + V értékre töltődik fel. Röviden C2 kondenzátor feltöltődik - b(n)V értékre. -€• 2 kimeneten lévő jel alatt ez a töltés, amely a C2 kondenzátoron van tehát, átvivődik C3 kondenzátorra. A fenti működést, amely az 1, 3, 5, 7 és 9 kapcsolók, valamint Cl, C2 és C3 kondenzátorok, valamint a műveleti 4 erősítő működése eredményeként jönnek létre, a következő egyenlettel írható k fel: x/(n+l)T/ = X(nT)-^U(nT) + b(n).V.(^ hasonlóan W(n+1)T = W(nT)-^X(nT)-b(n).V.^ A szaggatott vonallal bekeretezett 301 és 302 referencia egységekben vannak a referenciakapcsoló-elemek. Az első mintavevő egységet követő első integrátor után egy további az előzőhöz hasonlóan felépített harmadik 10 kapcsolót és negyedik 12 kapcsolót, valamint második C4 kondenzátort tartalmazó második mintavevő egység van kapcsolva. Ehhez van a műveleti 17 erősítőből és annak visszacsatoló ágában elhelyezett C6 kondenzátorból álló második integrátor, lényegében aluláteresztő szűrő csatlakoztatva, amelynek kimenete azután egy sorosan kapcsolt 19 komparátorból és 20 D flip-flopból álló 5
