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Differential voltage level shift with impedance input and low common mode dependent linearity error

IP.com Disclosure Number: IPCOM000125539D
Original Publication Date: 2005-Jul-10
Included in the Prior Art Database: 2005-Jul-10
Document File: 2 page(s) / 41K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Muessen differentielle Eingangsspannungen, deren Bezugspotential nahe Ground (GND) liegt, belastungslos in einen sog. common mode Bereich geshiftet, d.h. verschoben werden, kommt es aufgrund unterschiedlicher Drain-Source-Spannungen zu Spannungsfehlern (siehe Abbildung 1). Der durch die Kanallaengenmodulation verursachte Spannungsfehler ist fuer den geforderten Genauigkeitsbereich nicht mehr zulaessig. Daher wird vorgeschlagen, den durch die unterschiedlichen Drain-Source-Spannungen verursachten Spannungsfehler mittels einer Schaltungserweiterung deutlich zu verringern (siehe Abbildung 2). Hier werden die jeweiligen Drains von M1 und M2 mit den Stromquellen IK2 ueber M3 und M4 nachgezogen, was ein Konstanthalten der Drain-Source-Spannung von M1 und M2 bewirkt.

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S

Differential voltage level shift with impedance input and low common mode dependent linearity error

Idea: Dr. Guenter Gross, AT-Graz; Martin Graefling, AT-Graz

Muessen differentielle Eingangsspannungen, deren Bezugspotential nahe Ground (GND) liegt, belastungslos in einen sog. common mode Bereich geshiftet, d.h. verschoben werden, kommt es aufgrund unterschiedlicher Drain-Source-Spannungen zu Spannungsfehlern (siehe Abbildung 1). Der durch die Kanallaengenmodulation verursachte Spannungsfehler ist fuer den geforderten Genauigkeitsbereich nicht mehr zulaessig.

Daher wird vorgeschlagen, den durch die unterschiedlichen Drain-Source-Spannungen verursachten Spannungsfehler mittels einer Schaltungserweiterung deutlich zu verringern (siehe Abbildung 2). Hier werden die jeweiligen Drains von M1 und M2 mit den Stromquellen IK2 ueber M3 und M4 nachgezogen, was ein Konstanthalten der Drain-Source-Spannung von M1 und M2 bewirkt.

Eine moegliche Realisierung der vorgestellten Idee erfolgt mit unterstuetzten Stromspiegeln (siehe Abbildung 3). Hier ist die Qualitaet der matchenden Stromquellen mitentscheidend fuer eine fehlerreduzierte Hochsetzung der Differenzspannung. Ein weiteres Ausfuehrungsbeispiel ist ein Shifter mit nachgeschaltetem Subtrahierer (siehe Abbildung 4). Auch die Realisierung nur mit Subtrahierer ist moeglich, bedeutet aber die Existenz eines Eingangsstroms, so dass bei hoeher werdenden Subtrahiererwiderstaenden die Dynamik verloren geht.

Abbildung 1: Spannu...