Schaltungstechnik

6.4 Digitale Anwendungsschaltungen mit MOSFETs 423
6.4.3 Schalter-Kondensator-Technik
In integrierten Schaltkreisen wird besonders vorteilhaft die Schalter-Kondensator-
Technik (SC-Technik: Switched-Capacitor-Technik) angewendet. Mit ihr lassen
sich in integrierten Digitalschaltungen besonders vorteilhaft bei niedrigem Leistungsverbrauch
Schaltungsfunktionen durch Schalter, Kondensatoren und Verstärker
realisieren. Das Grundprinzip des Schalter-Kondensator-Technik ist der
Ladungstransfer zwischen Kapazitäten, gesteuert durch Umschaltvorgänge. Im
Beispiel Bild 6.4-26 wird von zwei phasenverschoben angesteuerten NMOS-
Schaltern der Ladungstransfer von Kapazität C1 nach C2 gesteuert. Das Wirkungsprinzip
soll beispielhaft an einem RC-Tiefpass dargestellt werden. Die Übertragungsfunktion
hängt vom Kapazitätsverhältnis und von der Taktfrequenz ab. In der
Praxis ist man insbesondere in der integrierten Technik bestrebt, möglichst kleine
Kapazitätswerte zu realisieren. In einem ersten Experiment wird ein RC-Tiefpass
mit zwei phasenverschoben angesteuerten MOS-Schaltern (M1, M2) und zwei
Kapazitäten (C1, C2) untersucht. Anschließend erfolgt die Erweiterung des Prinzips
auf einen Integrator.
Experiment 6.4-12: SC_Tiefpass_50p_200p
Bild 6.4-26: Schalter-Kondensator-Tiefpass
Die Transistoren M1 und M2 werden über die Steuerspannungen Vphi1 und
Vphi2 geschaltet. Die Schaltfrequenz muss deutlich größer sein, als die Signalfrequenz.
Die Prinzipschaltung des Schalter-Kondensator-Tiefpasses zeigt Bild 6.4-
27. Für den Schalter gibt es drei Zustände: a) beide Transistoren sind gesperrt; b)
Transistor M1 ist leitend und M2 gesperrt; c) Transistor M2 ist leitend und M1 ist
gesperrt. Im Falle b) ist der Kondensator C1 an die Signalquelle geschaltet; im
Falle c) sind die beiden Kondensatoren C1 und C2 miteinander verbunden. Der
Ausgangswiderstand stellt einen hochohmigen Lastwiderstand dar.