DE3306310A1

DE3306310A1 - Schaltung zum verbessern des betriebsverhaltens von digital-analog-konvertern

Info

Publication number: DE3306310A1
Application number: DE19833306310
Authority: DE
Inventors: Jimmy R. Tucson Ariz. Naylor
Original assignee: Burr Brown Research Corp
Current assignee: Burr Brown Research Corp
Priority date: 1982-02-23
Filing date: 1983-02-23
Publication date: 1984-08-23
Also published as: JPS58148514A; GB2116797A; JPH0123966B2; US4567463A; FR2522221B1; DE3306310C2; GB2116797B; FR2522221A1

Description

33Q631Ö

PATENTANWALT DtPL-WdKURTHIEKE

Telefon 0β9/460 40 75 STAOLERSTBASSE3

D-8013 HAAR

Haar, 22.2.1983 Mein Zeichen: B 181

Burr-Brown Research Corporation

P.O. Box 11400

International Airport, Industrial Park

Tucson, Arizona 85734 / USA

Schaltung zum Verbessern des Betriebsverhaltens von digitalanal og-Konver tern

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Digital-analog-Konver- ^! ter (DAC) und im besonderen auf eine Schaltung, welche die Genauigkeit von DACs dadurch verbessert, daß die unerwünschte : Veränderung der Ausgangsspannung des DACs durch Minimieren der Änderung des Analogmasse-Stromes, der durch fremde Verbund->Leitungs- und Kontaktwiderstände fließt, herabgesetzt wird.

Stand der Technik

In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines gebräuchlichen monolitischen 16-bit-DAC dargestellt. Eine 16-bit-Steuerleitung ist in höchstwertige bits (MSB) und in niedrigstwertige bits (LSB) unterteilt. Die drei MS3s sind jeweils an einzelne Stromschalter 11 und Stromquellen 13 (sh. Fig.2 ), die durch den Block 10 dargestellt sind, angeschlossen. Die dreizehn LSBs sind ebenfalls an Stromschalter und Stromquellen angeschlossen, welche der Block 14 repräsentiert. Die drei MSB-Stromschalter und -Stromquellen 10 können aus drei binär-gewichteten Stromquellen bestehen, von denen jede mit einem Stromschalter verbunden ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die MSB-Stromschalter und -Stromquellen 10 aus sieben gleich-gewichteten Stromquellen bestehen, die in Kombination ein- und ausgeschaltet werden, um den erforderlichen Ausgang zu schaffen, der einem bestimmten, auf den drei MSB-Steuerleitungen vorhandenen Code entspricht.

Beide Methoden der Einrichtung der MSB-Stromschalter und -Stromquellen haben ihre bekannten Vorteile, und welche von ihnen in einem DAC eingesetzt werden soll, hangt von den Wünschen des Schaltungsplaners ab.

Die LSB-Stromquellen sind alle gleich-gewichtet und an eine R_2R-Widerstandsleiter 16 über die Stromschalter angeschlossen. Die Widerstandsleiter 16 unterteilt die LSB-Stromquellen in binäre Gewichte, die mit dem gewichteten Ausgang der MSB-Stromschalter 10 am Ausgangssummierungspunkt 18 summiert werden. Die MSB und LSB Stromquellen 10 und 14 sind durch eine Spannungsbezugsschaltung 12 vorgespannt. Schließlich wandelt

in

DAC
in einem üblichen/ein Aisgangsverstärker 20 den Ausgangsstrom I am Summierungspunkt 18 in eine Ausgangsspannung V an seinem Ausgang 22 um.

Ein gebräuchlicher 16-bit DAC empfängt also ein digitales 16-bit Signal und wandelt jedes bit des Signals in ein entsprechendes Stromgewicht um, welches summiert und in eine analoge Ausgangsspannung umgewandelt wird.

Die Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Schaltbild eines MSB-Stromschalters und einer MSB-Stromquelle, die in Fig. 1 durch den Block 10 dargestellt sind. Zum besseren Verständnis wurde der Block 1OA in einen Stromschalter 11 und eine Stromquelle 13 unterteilt.

Der Stromschalter 11 ist nach Art eines einpoligen Umschalters aufgebaut und besteht aus zwei Differentialtransistoren 24 und 26. Die Emitter der Transistoren 24 und 26 sind miteinander und mit der Stromquelle 13 verbunden. Die Basis eines jeden Transistors wird durch die passende Leitung des digitalen 16-bit Eingangssignales an den Eingängen IA und IB gesteuert. Nachstehend wird der Transistor 24 als EIN-Transistor und der Transistor 26 als AUS-Transistor bezeichnet. Der Kollektor des Transistors 24 ist an den Summierungspunkt 18 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 26 ist üblicherweise mit Masse verbunden. Die andere Seite der Stromquelle 13 steht üblicherweise mit einer negativen Versorgung -V in Verbindung. Bezogen auf 1OA als Führungsleitung für irgendein bestimmtes bit, geschieht das Nachstehende, wenn ein bestimmtes bit in einem gebräuchlichen DAC eingeschaltet wird: Signale, welche von der passenden bit-Steuerleitung erbracht werden, werden bei IA und IB von 1OA angelegt, so daß der EIN-Transistor 24 eingeschaltet und der AUS-Transistor 26 ausgeschaltet wird. Der Strom I stammt aus der positiven Versorgung +V _t fließt durch die innere Schaltung des Operationsverstärkers 20, dann aus der Ausgangsklemme 20A des Operationsverstärkers durch den Rückkopplungswiderstand 28, durch den EIN-Transistör

24

24 und die Stromquelle 13 und schließlich zur negativen Versorgung -V . Der Wert des gedichteten Stromes I des speziellen bits erscheint am Summierungspunkt 18 und als Ausgangsspannung V ( welche gleich ist demProdukt aus dem Rückkopplungswiderstand 28 und I ) am Ausgang 22 des Verstärkers 20. Er erscheint als das Produkt, weil die Spannungsdifferenz zwischen dem negativen Eingang und dem positiven Eingang des Verstärkers 20 Null ist, wobei der Wert der Spannung an den Eingängen auf demjenigen von Analogmasse (dem positiven Eingang ) gehalten wird. Bei gebräuchlichen DACs gibt es Probleme, wenn sich ein bestimmtes bit in einem Ausschaltzustand befindet (d.h. der Transistor 24 oingoschaltet und der Transistor

bit des

26 ausgeschaltet ist). Wenn ein bestimmtes/DAC nicht eingeschaltet ist, ist der Transistor 26 in den "EIN-Zustand" vorgespannt, und es fließt Strom von Analogmasse durch den Transistor 26 und die Stromquelle 13 zu -V . Damit erscheint der Wert des gewichteten Stromes, I , nicht am Summierungspunkt 18. Wenn jedoch ein bit von einem EIN-Zustand in einen AUS-Zustand geschaltet wird, liefert dieses bit einen Beitrag zu dem Strom in Analogmasse 30, wo vorher keiner vorhanden war. Der Anderungswert des in Analogmasse 30 fließenden Stromes führt zu unerwünschten Spannungsfehlern am Ausgang 22 des DAC, wenn , wie in Fig. 3 dargestellt, eine externe Impedanz 34 in Analogmasse vorhanden ist.

Die Gleichung in Fig. 3 demonstriert die Wirkung von sich ändernden Analogmasseströmen und die Notwendigkeit, zum einen die Größe des Analogmassestromes unter einem bestimmten maximalen Betrag zu halten und zum anderen Änderungen des Analogmassestromes (wenn die bits geschaltet werden) unter einem maximalen Wert zu halten. Der 16-bit DAC ist durch den Block V?. darqostoll t. Dar Ausgang des DAC 32 ist boi 22 gozcvigt und durch V dargestellt. Die analoge Schaltungsmasse des DAC 1 i cc) I· «im Punkt: 30, wobei das Stromsymbol I , den Strom darstellt, der durch die Analogmasse fließt. Bei einer üblichen '. Anwendung, sei e.a beim Prüf on odor im Zustand der Fertigung ;

von '

41 - /f -

von Verbundschaltungen seitens des Herstellers, sei es bei der Verwendung durch den Abnehmer, ist eine Systemmasse 36 und gewisse fremde Verdrahtungs-^Kontakt- oder Verbund-Impedanz 34

vorhanden, die mit Z . bezeichnet ist. Der Effekt eines Ana-' ext

logmassestromes I , besteht darin, den idealen Spannungsausgang des DAC 32 um einen Betrag zu ändern, der gleich ist dem Produkt von I , und Z , wobei V _Ä (dargestellt durch eine Batterie 32a) die gewünschte ideale Ausgangsspannung des DAC ist. Die Ausgangsspannung V des DAC 32 enthält somit gegenüber der idealen DAC Ausgangsspannung V am Punkt 22 einen Fehlerwert.

Bei gebräuchlichen DACs ändert sich die Fehlerspannung (I , .Z) , wenn sich I ■ , wie oben erläutert ändert. Eine veränderliche Fehlerspanftung begrenzte den genauen Gebrauch des DAC. Die Verdrahtungsinduktivität verursachte zeitabhängige Fehlerspannungen, die zu einer Verlängerung der Zeit führten, bevor sich der DAC-Ausgang auf seinen Endwert einstellt. Es bestand somit ein Bedürfnis ,einen DAC zu schaffen, welcher finn Analogmassestrom unter einen bestimmten maximalen Wert herabsetzt und unter diesem Wert konstant hält, wenn sich die digitalen Eingangswerte ändern.

Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, einen verbesserten DAC zu schaffen, der sich durch eine größere Genauigkeit und eine vielseitigere Anwendbarkeit auszeichnet,,

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten DAC dadurch zu schaffen, daß der Analogmassestrom des DAC unter einen Maximalwert herabgesetzt und unter diesem Wert konstant gehalten wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten DAC dadurch zu schaffen, daß die Fehlerspannung am Ausgang des DAC unter einen maximalen Wert herabgesetzt und unter diesem Wert konstant gehalten wird.

Ein

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesser-_: ten DAC dadurch zu schaffen, daß die Wirkungen einer frunden Analogmasseimpedanz vermindert werden, um eine Gesamtlinearität des DAC sicherzustellen. '

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin,einen verbesser- · ten DAC zu schaffen, der eine genauere Prüfung während seiner Herstellung ermöglicht, um die Produktausbeute zu verbessern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesser-, ten DAC dadurch zu schaffen, daß die Wirkungen einer fremden ' Analogmasseimpedanz vermindert werden, um ein rasches Einstellen des DAC auf seinen gewünschten Ausgangswert sicherzustellen.

Schließlich besteht ein weiteres Ziel der Erfindung noch darin,; einen verbesserten DAC zu schaffen, der mit den üblichen Verschal tungs- und Verdrahtungsbeschrankungen bricht, die den Verbrauchern auferlegt werden, indem die Wirkung von Schaltungs- und Verdrahtungsimpedanzen zwischen dem Analogmassestift des DAC und der Systemanalogmasse des Verbrauchers auf das Betriebsverhalten des DAC vermindert wird.

Die vorgenannten und weitere Ziele der Erfindung werden bei einem digital-analog-Konverter erzielt, der Ausgangsspannungs- ; änderungen infolge von Schwankungen des Analogmassestromes vermindert und folgende Merkmale aufweist: '.

Eine MSB-Stromschalter-und-Stromquelleneinrichtung zum Schaffen mindestens eines MSB-Stromschalters und einer MSB-Stromquelle,

eine LSB-Stromschalter_und -Stromquelleneinrichtung zum Schaf-; fen mindestens eines LSB-Stromschalters und einer LSB-Stromquelle,

eine Spannungsreferenzeinrichtung,die sowohl an die MSB-Strom-

schalter ■■

Schalter- und-Stromquelleneinrichtung als auch an die LSB-Stromschalter- und -Stromquelleneinrichtung angeschlossen ist und eine Vorspannung liefert,

ein erstes Widerstandsnetzwerk, das mit der LSB-Stromschalteründ -Stromquelleneinrichtung verbunden ist und einen Ausgangsstrom aus der LSB-Stromschalter- und -Stromquelleneinrichtung skaliert,d.h. gemäß dem gewünschten Stufenverhältnis einteilt bzw. einstellt,

ein zweites Widerstandsnetzwerk, das mit der LSB-Stromschalter- und ■"Stromquelleneinrichtung verbunden ist und mit dem ersten Widerstandsnetzwerk im Sinne einer Verminderung von Änderungen des Analogmasso-Stromes zusammenarbeitet,

eine Spannungsreferenz-Puffereinrichtung, die an die Spannungsreferenzeinrichtung angeschlossen ist und den Strom in Analogmasse herabsetzt, und

eine Puffereinrichtung für MSB-Masse, die an die MSB-Stromschalter- und -Stromquelleneinrichtung angeschlossen ist und einen Strom vermindert, der von Analogmasse durch die MSB-Stromschalter- und -Stromquelleneinrichtung fließt.

In der zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines gebräuchlichen 16-bit digital-analog-Konverters,

Fig. 2 das Schaltbild von einem BIT der MSB-Stromschalter und MSB-Stromquellen gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild und eine Gleichung, die die Wirkung von sich ändernden Analogmasseströmen demonstrieren ,

Fig. 4 das Blockschaltbild des verbesserten digital-analog-Konverters,

Fig. 5 ein Schaltbild, das die Spannungsreferenzschaltung und die Spannungsreferenzmasse-Pufferschaltung wieder-

/ftf-

gibt, die in Fig. 4 gezeigt sind,

Fig. 6 ein Schaltbild ähnlich demjenigen gemäß Fig. 2, das

den in Fig. 4 zu sehenden MSB-Masse-Puffer enthält, '

Fig. 7 ein Schaltbild, das den Aufbau der LSB-Stromschalter und -Stromquellen, sowie die erste Widerstandsleiter und die zweite Widerstandsleiter darstellt, die in Fig. 4 zu sehen sind, und \

Fig. 8 das Schaltbild zu dem Blockschaltbild gemäß Fig. 4.

Das in Fig. 4 dargestellte Blockschaltbild gibt einen verbesserten digital-analog-Konverter (DAC) wieder. Die Blöcke funktionieren ähnlich denjenigen gemäß Fig. 1 und sind entsprechend numeriert. Die bedeutsamsten oder höchstwertigen bits (MSB) des DAC bestehen aus Stromschaltern und gewichteten Stromquellen, die allgemein durch den Block 10 repräsentiert werden. Die' niedriger- oder niedrigstwertigen (LSB) des DAC bestehen aus einzelnen Stromschaltern und ähnlich-gewichteten Stromquellen, die der Block 14 repräsentiert und die durch eine erste Wider- _: Standsleiter, die der Block 16 darstellt, skaliert sind. Die Spannungsreferenz für die MSB- und LSB-Stromquellen liefert ; eine Spannungsreferenzschaltung 12. Die MSB-Stromschalter wer- j den durch drei Bits einer digitalen 16-bit-Steuerleitung ge- steuert. Die LSB-Stromschalter werden durch die verbleibenden dreizehn Bits der gleichen digitalen 16-bit-Steuerleitung gesteuert. Die Ausgänge der MSB-Stromschalter und Stromquellen 10 und der Ausgang der ersten Widerstandsleiter 16 werden am Stromsummierungspunkt 18 summiert. Der Ausgangsstrom I_q am ^; Punkt 18 wird durch den Operationsverstärker 20 in eine analoge" Ausgangsspannung V am Ausgangspunkt 22 umgewandelt. \

Der Analogmassestrom der Spannungsreferenzschaltung 12 ist durch einen Spannungsreferenzmasse-Puffer 38 gepuffert. Der Analogmassestrom der MSB-Stromschalter und-Stromquellen 10

ist

ist durch eine MSB-Masse-Buf f er schaltung gepuffert, die der Block 40 repräsentiert. Eine zweite Widerstandsleiter 42 erfüllt die Aufgabe, die Änderung des Analogmasse-Stromes zu vermindern, die durch die wechselnden LSB-Stromschalter und -Stromquellen verursacht wird.

In Fig. 5 ist eine Schaltung zu sehen, die die Aufgabe des Spannungsreferenz-Puffers 38 der Fig. 4 erfüllt. Es ist eine übliche Spannungsreferenzschaltung 12 zu sehen, die aus einer Spannungs-Zenerdiode 44 besteht, von der ein Ende mit der negativen Versorgung -V verbunden ist. Die andere Seite der Zenerdiode 44 ist an die Serienverbindung einer Vielzahl von Kompensationsdioden angeschlossen, die durch die Dioden 46 und 50 repräsentiert werden. Die positive Seite der letzten Seriendiode 50 ist an eine Stromquelle 52 angeschlossen, die den Vorstrom I„ repräsentiert, der den Kompensationsdioden und 50 sowie der Zenerdiode 44 zugeführt wird. Die Spannung an diesen Dioden 44, 46 und 50 dient dazu, die Stromquellen in den MSB- und LSB-Schaltungen 10 und 14 vorzuspannen.

Eine übliche Spannungsreferenzschaltung würde die positive Seite der Stromquelle 52 an Analogmasse 30 anschließen. Um je~„ doch unerwünschte Ströme in Analogmasse zu vermindern, ist die positive Seite der Stromquelle 52 mit dem Emitter des Transistors 54 verbunden, der einen Teil des Puffers 38 bildet. Die Basis des Transistors 54 ist an Analogmasse angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 54 ist mitder positiven Versorgung +V verbunden. Damit stammt die Mehrheit des Stromes, der durch die Spannungsreferenz 12 fließt, von +V und nicht von Analogmasse. Dadurch wird der Beitrag des in Analogmasse fließenden Stromes I auf eine Größe reduziert, die gleich I dividiert durch den Stromverstärkungsfaktor (Beta) des Transistors 54 ist.

In Fig. 6 ist eine Schaltung zu sehen, die die Funktion des MSB-Masse-Puffers 40 aus Fig. 4 erfüllt. Es ist ersichtlich, daß ein Teil der Schaltung in gleicher Weise aufgebaut ist wie

in

in Fig. 2, wobei entsprechende Elemente gleich bezeichnet sind. Jedoch ist der Kollektor des Transistors 26 des Stromschalters 11 nicht mit Analogmasse sondern, stattdessen ,nit dem Emitter des Transistors 56 des MSB-Masse-Puffers 40 verbunden. Der KoI- ^! lektor des Transistors 46 ist an die positive Spannungsversor- ; gung angeschlossen. Somit kommt ein größerer Teil des Stromes 1 , der durch den Transistor 26 fließt, wenn dieser eingeschaltet ist, aus der positiven Versorgung +V am Kollektor

S j

des Transistors 56. :

Die Größe des Stromes I₁ , der in die Basis des Transistors 56 fließt, ist gleich dem gewichteten Strom I dividiert durch das Beta des Transistors 56. Um die Analogmasse 30 weiter von den Wirkungen der schaltenden Stromquellen zu isolieren, wird ein zweiter Transistor 58, der ein PNP-Transistor ist, benutzt, um den Strom I^ weiter zu teilen. Die Basis des Transistors ist nit dem Emitter des Transistors 58 verbunden. Der Emitter des Transistors 56 ist gleichermaßen durch eine Stromquelle I, . , vorbelastet. Der Kollektor des Transistors 58 ist mit der negativen Versorgung -V verbunden. Die Basis des Transistors 58 ist an Analogmasse 30 angeschlossen. Der Beitrag des durch I bedingten Stromes I„ ,der aus Analogmasse fließt, ist gleich dem gewichteten Strom I geteilt durch das Produkt des Beta des Transistors 58 und des Beta des Transistors 56.

Eine der Wirkungen des MSB-Masse-Puffers 40 besteht darin, die Größe des Stromflusaes aus Analogmasse durch die Vielzahl von MSB-Stromschaltern (von denen nur einer zu sehen ist) herabzusetzen. Dies hat zur Folge, daß die Größe der Schwankung des Analogmassestromes beim Ein- und Ausschalten der Transistoren 24 und 26 herabgesetzt wird. Außerdem ist durch Benutzung einer Kombination aus einem PNP-Transistor 58 und einem NPN-Transis- '. tor 56 ,die Spannung am Kollektor des eingeschalteten Transistors 26 die Summe der Basis/Emitter-Spannungen der Transistoren ^! 58 und 56. Damit liegt der Emitter des Transistors 56 ungefähr ; auf Massepotential. Die Spannung am Kollektor des Transistors 24 ist in ähnlicher Weise etwa Null Volt, weil die Spannungsdifferenz

"7

- US'

differenz zwischen dem Pluseingang und dem Minuseingang des Verstärkers 20 Null ist, da der Pluseingang mit Analogmasse verbunden ist. Da die Kollektoren der beiden Transistoren und 26 auf der gleichen Spannung liegen, verbrauchen sie den gleichen Betrag an Leistung, wenn sie eingeschaltet sind. Dadurch wird die Stromquelle 13 (die durch die thermisch erzeugte Wärme der in der Nähe befindlichen Transistorschalter 24 und beeinflußt wird) durch die Transistorschalter 24 und 26 in gleichem Maße beeinflußt, da jeder von ihnen im eingeschalteten Zustand die gleiche Leistung verbraucht, womit eine weitere potentielle Fehlerquelle reduziert ist.

In Fig. 7 ist eine Schaltung zu sehen, die die Funktion der zweiten oder sekundären Leiter 42 aus Fig. 4 erfüllt. In gebräuchlichen DACs sind Verbindungen von den AUS-Transistoren im Block 14 direkt z\x Analogmasse statt, wie in Fig. 7 gezeigt, zu einer sekundären Leiter 42 hergestellt. Daher stammte, wenn ein bit eingeschaltet wurde, der ganze Strom aus einer Stromquelle I-,, von Analogmasse 30. Wenn jedoch ein bit ausgeschaltet wurde, kam ein kleinerer Betrag an Strom I aus Analogmasse 30. Der Rest des Stromes I„, kam von +V , wobei er durch den Operationsverstärker 20, durch R„ 28 und dann in den Ausgangspunkt 16A der ersten oder primären Widerstandsleiter floss. Die Wirkung des Schaltens der Stromquellen bestand da-

daß ^J

rin/ schwankende Analogmasseströme hervorgerufen wurden,und diese Schwankungen erzeugten Fehlerspannungen am Ausgang gebräuchlicher DACs , wie dies im Srand der Technik beschrieben ist.

Die sekundäre Leiter 42 bildet eine Einrichtung zum Verdoppeln des Stromes, der in Analogmasse fließt, wenn sich die Stromschalter 14 entweder in einem eingeschalteten oder in einem ausgeschalteten Zustand befinden. Wenn somit irgendein gegebener Bit-Stromschalter 14 ausgeschaltet ist, fließt auch ein Strom gleich demjenigen, der in Analogmasse und die primäre Leiter 16 floß, als der Schalter an war, aus Analogmasse durch

die

die sekundäre Leiter 42 und den AUS-Transistor des Schalters 14. Dadurch wird ein konstanter Analogmassestrom unabhängig davon, ob die Schalter 14 ihren Zustand von "EIN" nach "AUS¹¹ oder umgekehrt ändern, sichergestellt. Der Ausgangswiderstand 60 der sekundären Leiter 42 ist mit dem Emitter eines Puffer-Transistors 72 verbunden. Der Kollektor des Transistors 62 ist an +V angeschlossen, so daß Strom in den Ausgangspunkt 42a der sekundären Leiter 42 in der gleichen Weise, wie ein Strom in den Ausgangspunkt 16a der primären Widerstandsleiter 16, aus +V stammt. Die Basis des Transistors 62 ist mit dem Emitter des Transistors 58 des MSB-Masse-Puffers 40 verbunden, so daß das Potential des Emitters des Transistors 62 nahe bei Null Volt liegt.

Es ist auch ersichtlich, daß nur die ersten vier bits (B4 bis B7) der niedrigstwertigen bits/aie sekundäre Leiter 42 angeschlossen sind. Wenn ein größeres oder kleineres Maß an Genauigkeit erwünscht ist, kann entweder eine größere oder eine kleinere Zahl von bits an eine vergrößerte bzw. verkleinerte sekundäre Leiter angeschlossen werden. Die Figur 8 zeigt eine Schaltung, die die Funktion der Schaltung nach dem Blockschaltbild gomnß Piq. 4 erfüllt und die Schaltungen nach den Figuren 5, 6 und 7 enthält. Die Schaltung nach Fig. 8 zeigt allgemein, welche gegenseitige Beziehung die Elemente des Blockschaltbildes der Fig. 4 haben. Die MSB-Stromschalter und - Strom- ; quellen sind allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet. In dieser Schaltung gibt es drei MSB Bl, B2 und B3, die gewichtete Stromquellen 13 aufweisen, die mit 1,1 und I _ bezeichnet sind. Die Stromquelle eines jeden Bits ist an einen einpoligen Umschalter angeschlossen. Die drei Schalter finden sich im Block 11 und bestehen jeweils aus einem EIN-Transistor 24 und einem AUS- Transistor 26, wie dies in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben worden ist. Die EIN-Transistoren 24 sind an den Summenpunkt 18 angeschlossen und werden an ihrer Basis von den Daten-Leitungen IA, 2A und 3A gesteuert. Die AUS-Transistoren 26 sind an/wS^-Masse-Puffer 40 angeschlossen und ;

werden

-Vt-

werden an ihrer Basis von den Daten-Leitungen IB, 2B und 3B ■ gesteuert. Wenn somit, wie oben bereits erläutert, irgendeine Kombination von EIN-Transistoren 24 eingeschaltet ist, besteht ein Strompfad von +V durch den Verstärker 20, den Rückkopplungswiderstand R„ 28 und den EIN-Transistor zur negativen Versorgung -V . Der ^ütrom durch die - eingeschalteten - AUS- _: Transistoren 26 kommt in der Hauptsache von der positiven Versorgung +V am Kollektor des Transistors 56 (der an seiner Basis durch den Vorstrom I, . vorbelastet ist) durch den AUS-Transistor und die Stromquelle zur negativen Versorgung. Die Analogmasse 30 ist durch die Betas der Transistoren 56 und 58 der Pufferschaltung 40 von den Schalteffekten der MSB Bl, B2 und B3 im wesentlichen isoliert. Der Vorstrom I, . des

bias

MSB-Puffers 40 belastet auch den Puffer-Transistor 62 der sekundären Leiter 42 vor.

Die LSB B4 bis B16 befinden sich innerhalb des Blocks 14, wobei die Bits 9 bis 15 als Wiederholungen weggelassen wurden. Die Stromquellen der LSBs sind identisch gewichtet und mit I_WL bezeichnet. Der Strom, der aus jeder Bit-Stromquelle fließt, wenn die EIN-Transistoren durch die Daten-Leitungen 4A bis 16A eingeschaltet worden sind, wird durch das Leiternetzwerk 16 geteilt. Der Strompfad geht aus Analogmasse 30 durch das Widerstandsnetzwerk, den EIN-Transistor und die Stromquelle zur negativen Versorgung -V . In ähnlicher Weise sind die ersten vier Bits der LSBs , B4, B5, B6 und B7, an ein R-2R Leiternetzwerk 42 angeschlossen, wie dies in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben wurde.

Die Spannungsreferenzschaltung 12 erstellt eine Vorspannung für die Stromschalter'sowohl der MSB - als auch der LSB-Schaltungen. Außerdem arbeitet der Spannungsreferenz-Puffer 38 im Sinne einer Entlastung der Analogmasse 30 vom Zener-Vorstrom I„, in-dem er den größten Teil des Stromes aus der positiven Versorgung +V_g zieht.

Die

Die obige Beschreibung ist nur beispielhaft gegeben. Der Durchschnittsfachmann kann Aufbau und Einzelheiten ändern, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims

Burr-Brown Research Corp. Haar, 22-02.83

Tucson,Arizona/USA ~ *■ ~

Mein Zeichen: B181

Patentansprüche

(l). Digital-analog-Konverter mit MSB-Strotnschaltern und -Stromquellen gekennzeichnet durch eine Puffereinrichtung für MSB-Masse, wobei die Puffereinrichtung an die MSB-Stromschalter und -Stromquellen angeschlossen ist und einen Strom, der aus Analogmasse durch die MSB-Stromschalter fließt, reduziert.
2. Digital-a.nalog-Konverter gemäß Anspruch 1, dadurch < gekennzeichnet, daß die MSB-Masse-Puf£ereinrichtung mit einer Stromerzeugungseinrichtung zum Herstellen eines Vorstromes versehen ist und eine Transistoreinrichtung mit hohem Verstärkungsfaktor zum Vermindern des aus Analogmasse fließenden Stromes aufweist, wobei der Emitter der Transistoreinrichtung an jeden der MSB-Stromschalter angeschlossen ist, die Basis mit Analogmasse verbunden ist und der Kollektor an eine Stromversorgung angeschlossen ist und der in Analogmasse fließende Strom um einen Faktor gleich der Stromverstärkung der Transistoreinrichtung herabgesetzt wird und wobei die Transistoreinrichtung konstante Leistung in den MSB-Stromschaltern unabhängig von dem EIN/AUS-Zustand dieser Schalter aufrechterhält.
3. Digital-ä,nalog-Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die MSB-Masse-Puffereinrichtung ausgestattet ist mit einer Stromerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Vorstromes, einem npn-Transistor, dessen Basis mit der Stromerzeugungseinrichtung, dessen Kollektor mit einer positiven Versorgungsspannung und dessen Emitter mit jedem der MSB-Stromschalter verbunden ist, und mit einem pnp-Transistor, dessen Emitter mit der Stromerzeugiingseinrichtung , dessen Basis mit Analogmasse und dessen Kollektor mit einer negativen Versorgungsspannung verbunden ist.
4. Digital .

4. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 3,dadurch
gekennzeichnet, daß einer der MSB-Stromschalter ein einpo- ' liger Umschalter ist, der zwei Differential-Transistoren ^: aufweist, wobei der Emitter des npn-Transistors mit einem ; der beiden Differential-Transistoren des einpoligen Um- j schalters verbunden ist. ^!
5. Digital-analog-Konverter gemäß Anspruch !,gekennzeichnet ; durch ein primäres Widerstandsnetzwerk, das an die LSB- | Stromschalter und -Stromquellen zwecks Skalierung eines ; Stromausganges aus den LSB-Stromschaltern und -Stromquellen ' angeschlossen ist, und durch ein sekundäres Widerstandsnetz-* werk, das an die LSB-Stromschalter und -Stromquellen ange- ; schlossen ist und mit dem primären Widerstandsnetzwerk im
Sinne einer Herabsetzung von Änderungen des Analogmassestromes zusammenarbeitet.
6. Digital-analog-Konverter gemäß Anspruch 5,dadurch
gekennzeichnet, daß das sekundäre Widerstandsnetzwerk zusammengesetzt ist aus einer Stromerzeugungseinrichtung zum
Erzeugen eines Vorstromes, einem R-2R-Widerstandsleiter-Netzwerk, das an die LSB-Stromschalter zwecks Teilung des
Analogmasse-Stromes angeschlossen ist, einem Ausgangswiderstand, der mit dem R-2R-t7iderstandsleiter-Netzwerk verbunden ist, und einer Puffertransistoreinrichtung, die an
den Ausgangswiderstand und an die Stromerzeugungseinrichtung angeschlossen ist, um den Ausgang des R-2R-Widerstandsleiter-Netzwerkes zu puffern.
7. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 6,dadurch
gekennzeichnet, daß einer der LSB-Stromschalter ein einpoliger Umschalter mit zwei Differential-Transformatoren
ist, wobei das R-2R-Widerstandsleiter-Netzwerk an einen
der beiden Differential-Transformatoren des einpoligen
Umschalters angeschlossen ist.
8. Digital-, . .

8. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffertransistoreinrichtung aus einem npn-Transistor besteht, dessen Emitter an den Ausgangswiderstand, dessen Kollektor an eine positive Versorgungsspannung und dessen Basis an die Stromerzeugungseinrichtung angeschlossen ist.
9. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch LSB-Stromschalter und -Stromquellen, ein Spannungsreferenznetzwerk, das sowohl mit den MSB-Stromschaltern und -Stromquellen als auch mit den LSB-Stromschaltern und -Stromquellen verbunden ist und für die letzteren ein Bezugspotential herstellt, und durch eine Spannungsreferenz-Puffereinrichtung , die mit dem Spannungsreferenznetzwerk verbunden ist, um den Strom in Analogmasse zu reduzieren.
10. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsreferenz-Puffereinrichtung aus einer Transistoreinrichtung besteht, die an das Spannungsreferenznetzwerk angeschlossen ist,um einen in Analogmasse fließenden Strom um einen Faktor gleich dem Stromverstärkungsfaktor der Transistoreinrichtung zu reduzieren.
11. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoreinrichtung aus einem npn-Transistor besteht, dessen Emitter an die Spannungsreferenzeinrichtung , dessen Kollektor an eine positive Spannungsversorgung und dessen Basis an Analogmasse angeschlossen ist.
12. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine LSB-Stromschalter- und -Stromquellen-Einrichtung zum Schaffen mindestens eines LSB-Stromschalters und einer LSB-Stroraquelle, eine Spannungsreferenzeinrichtung , die sowohl mit den MSB-Stromschaltern- und -Stromquellen

als

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-A-

als auch mit der LSB-Stroraschalter- und -Stromquellen-Einrichtung verbunden ist, um ein Vorspannungspotential zu schaffen, ein primäres Widerstandsnetzwerk, das an die LSB-Stromschalter- und -»Stromquellen-Einrichtung angeschlossen ist, um einen Stromausgang aus dieser Einrichtung zu skalieren, durch ein sekundäres Widerstandsnetzwerk, das an die LSB-Stroraschalter- und -Stromquellen-Einrichtung angeschlossen ist und mit dem primären Widerstandsnetzwerk in Sinne einer Reduzierung von Änderungen des Analogmassestromes zusammenarbeitet, eine Spannungsreferenz-Puffereinrichtung, die an die Spannungsreferenzeinrichtung angeschlossen ist, um den Strom in Analogmasse zu reduzieren,und durch eine MSB-Masse-Puffereinrichtung, die an die MSB-Stromschalter- und -Stromquellen-Einrichtung angeschlossen ist, um einen Strom, der aus Analogmasse durch die MSB-Stromschalter- und -Stromquellen fließt, zu reduzieren.
13. Diqital-analog-Konverter nach Anspruch 12, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die MSB-Masse-Puffereinrichtung versehen ist mit einer Stromerzeugungseinrichtung zum Herstellen eines Vorstromes, einem npn-Transistor, dessen Basis an die Stromerzeugungseinrichtung, dessen Kollektor an eine positive Versorgungsspannung und dessen Emitter an jeden der MSB-Stromschalter angeschlossen ist, und mit einem pnp-Transistor, dessen Emitter an die Stromerzeugungseinrichtung, dessen Basis an Analogmasse und dessen Kollektor an eine negative Spannungsversorgung angeschlossen ist.
14. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß einer der MSB-Stromschalter ein einpoliger Umschalter mit zwei Differential-Transistoren ist, wobei der npn-Transistor an seiner Basis an einen der beiden Differential-Transistoren des einpoligen Umschalters angeschlossen ist.
15. Digital-....

15. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Widerstandsnetzwerk aufgebaut ist aus einer Stromerzeug\ingseinrichtung zum Herstellen eines Vorstromes, einer R-2R-Widerstandsleiter, die an die LSB-Stromschalter zwecks Teilung des Analogmassestromes angeschlossen ist, einem Ausgangswiderstand, der an die R-2R-WiderStandsleiter angeschlossen ist, und einem Puffertransistor, der an den Ausgangswiderstand und an die Stromerzeugungseinrichtung zum Puffern des Ausgangs der R-2R-Widerstandsleiter angeschlossen ist.
16. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß einer der LSB-Stromschalter ein einpoliger Umschalter mit zwei Differential-Transistoren ist, wobei die R-2R-Widerstandsleiter mit einem der beiden Differential-Transistoren des einpoligen Umschalters verbunden ist.
17. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffertransistor aus einem npn-Transistor besteht, dessen Emitter mit dem Ausgangswiderstand, dessen Kollektor mit einer positiven Versorgungsspannung und dessen Basis mit der Stromerzeugungseinrichtung in der MSB-Masse-Puffereinrichtung verbunden ist.
18. Digital-^analog-Konverter gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsreferenz-Puffereinrichtung aus einer Transistoreinrichtung besteht, die an das Spannungsreferenznetzwerk angeschlossen ist> um in Analogmasse fließenden Strom um einen Faktor gleich dem Stromverstärkungsfaktor der Transistoreinrichtung zu reduzieren.
19. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoreinrichtung aus einem npn-Transistor besteht, dessen Emitter an die Spannungsreferenzeinrichtung, dessen Kollektor an eine positive

SpannunqsVersorgung

Spannungsversorgung und dessen Basis an Analogmasse angeschlossen ist.
20. Digital-analog-Konverter nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine sowohl an die MSB-Stromschalter- und -Stromquellen als auch an die LSB-Stromschalter und -Stromquellen angeschlossene digitale Steuereinrichtung,die bestimmt, welche der MSB-Stromschalter und -Stromquellen und welche der LSB-Stromschalter und -Stromquellen ein- oder ausgeschaltet werden,und durch eine sowohl mit den MSB-Stromschaltern und -Stromquellen als auch mit dem primären Widerstandsnetzwerk verbundene Ausgangseinrichtung zum Umwandeln des Ausgangsstromes sowohl der MSB-Stromschalter und -Stromquellen als auch des primären Widerstandsnetzwerkes in eine analoge Ausgangsspannung.