CS215510B1

CS215510B1 - Connection with at least two mutually arranged current generators

Info

Publication number: CS215510B1
Application number: CS381278A
Authority: CS
Inventors: Klaus Storch
Original assignee: Klaus Storch
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1978-06-12
Publication date: 1982-08-27

Abstract

Vynález je zejména určen pro číslicověanalogové převodníky, kde je důležité, aby každý proudový generátor dodával přesně stejný proud. Oproti stavu techniky, kde každý proudový generátor buď je regulován jen sám pro sebe, nebo regulační veličina jednoho slouží jako řídicí veličina pro ostatní, se provádí regulace zde tak, že proudové rozdíly sousedních proudových generátorů jsou vyregulovány přísně symetrickými rozdílovými zesilovači a že poslední polovina rozdílového zesilovače je spojena s první polovinou zapojení, takže se provádí vzájemné ovlivňování všech proudových generátorů s tendencí vyrovnávat proudy. V důsledku toho tekou jen velmi nepatrné proudy rozdílovými zesilovači, takže malá chybová napětí se převedou na proudové rozdíly.The invention is particularly intended for digital-to-analog converters, where it is important that each current generator delivers exactly the same current. In contrast to the prior art, where each current generator is either regulated only for itself, or the control variable of one serves as a control variable for the others, the regulation here is carried out in such a way that the current differences of the adjacent current generators are regulated by strictly symmetrical differential amplifiers and that the last half of the differential amplifier is connected to the first half of the circuit, so that all the current generators are influenced by each other with a tendency to equalize the currents. As a result, only very small currents flow through the differential amplifiers, so that small error voltages are converted into current differences.

Description

Vynález se týká zapojení s více navzájem vedle sebe uspořádanými proudovými generátory, které je především určeno pro číslicově — analogové převodníky. Rozdíly v proudech jednotlivých proudových generátorů mají být proto co nejmenší. Dále je žádoucí, aby vnitřní odpor proudových generátorů byl co největší.The invention relates to a circuit with several current generators arranged next to one another, which is primarily intended for digital-to-analog converters. Therefore, the current differences between the current generators should be as small as possible. Furthermore, it is desirable that the internal resistance of the current generators be as high as possible.

Je známo· zapojení s více stejnými tranzistory zapojenými se společným emitorem jako· proudovými generátory, z nichž jeden je řízen napětím·, odebíraným z měřicího odporu a prostřednictvím operačního zesilovače, přičemž druhé tranzistory jsou řízeny ze společné přípojnice, na které je potenciál báze. Toto řešení může při výhodném uspořádání tranzistorů zmenšit teplotní drift, •avšak příslušná absolutní hodnota proudů je určena tolerancemi emitorového napětí U_BEa rozdílového· proudového zesílení. Rozšíření na Darlingtonovo zapojení zvětšuje absolutní chybu, která se vyvolá tolerancemi emitorovéhc· napětí U_BE a která je při středních proudech již podstatná. Komplementární Darlingtonovo zapojení zlepšuje tuto vlastnost jen nepatrně. Jestliže se uvedená chyba odstraní výběrem transitorů, pak zůstane poměrně malý vnitřní odpor jednoduchého proudového zdroje.It is known to have multiple identical transistors connected with a common emitter as current generators, one of which is controlled by a voltage drawn from a measuring resistor and by an operational amplifier, the other transistors being controlled from a common busbar on which the potential is base. This solution may reduce the temperature drift in the preferred arrangement of the transistors, but the respective absolute value of the currents is determined by the tolerances of the emitter voltage U _BE and the differential current gain. The extension to the Darlington circuit increases the absolute error caused by the tolerances of the emitter voltage U _BE , which is already significant at medium currents. Complementary Darlington involvement improves this property only slightly. If the error is eliminated by selecting transitors, then the internal resistance of the simple current source remains relatively small.

Osvědčilo se, jestliže se teplotní drift u takovýchto zapojení kompenzuje regulačním způsobem, přičemž se teplotě, jako nezávislé proměnné přiřadí odpovídající průběh referenčního napětí. Toto· je však s úspěchem použitelné jen u malých proudových generátorů s přísně identickým průběhem chybových teplot, tedy u monolitických zapojení.It has proven to be the case that the temperature drift of such circuits is compensated in a controlled manner, with the corresponding reference voltage curve being assigned to the temperature as an independent variable. However, this can only be used successfully with small current generators with strictly identical error temperatures, ie monolithic circuits.

Každý jednotlivý proudový generátor se může opatřit regulačním obvodem. Použijeli se k tomu operační zesilovač s nepatrným řídicím napětím a dodatečným zesílením, pak jako· hlavní nedostatek se jeví jen vysoké náklady na realizaci. Jestliže se použije jednoduchý rozdílový zesilovač, pak při provozních praktických podmínkách není přesnost příliš vysoká. Příčina spočívá v nesymetrii rozdílového stupně, vznikající v důsledku regulace, což se projeví také jako chybové napětí, jestliže oba tranzistory jsou absolutně stejné.Each individual current generator may be provided with a control circuit. For this purpose, an operational amplifier with a low control voltage and additional amplification was used, and only the high implementation costs seem to be the main drawback. If a simple differential amplifier is used, the accuracy is not very high under practical practical conditions. This is due to the differential stage unbalance that arises as a result of the regulation, which also manifests itself as an error voltage if both transistors are absolutely the same.

Cílem vynálezu je vytvořit nenákladné zapojení s více stejnými proudovými generátory, zejména pro· číslicově-analogové převodníky.It is an object of the present invention to provide an inexpensive circuit with several identical current generators, in particular for analog-to-analog converters.

Úkolem vynálezu je, vyrovnat proudy více navzájem vedle sebe uspořádaných identických proudových generátorů i při rozptylu charakteristických hodnot konstrukčních prvků, pomocí zvláštního zapojení s využitím té skutečnosti, že u různých mikroelektronických technologií lze relativní chyby snadněji zvládnout než-li absolutní chyby.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to equalize the currents of multiple identical current generators arranged next to each other, even when the characteristic values of the components are scattered, by means of a special connection utilizing the fact that in various microelectronic technologies relative errors are easier to handle than absolute errors.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení s alespoň dvěma navzájem vedle sebe uspořádanými proudovými generátory s měřicími odpory, na kterých je snímané napětí, úměrné proudu a se vstupy pro řízení tohoto proudu pomocí napětí, řešen tím, že první tranzistory zapojené ve dvojicích tvoří rozdílové zesilovače, přičemž vždy báze dvou sousedních prvních tranzistorů rozdílových zesilovačů jsou společně připojeny na měřicí odpor a příslušné kolektory prvních tranzistorů jsou společně připojeny na bázi druhých tranzistorů, které společně s třetími tranzistory tvoří proudové generátory a vnější první tranzistory rovněž tvoří rozdílový zesilovač.The above-mentioned drawbacks are eliminated by wiring with at least two side-by-side current generators with measuring resistors on which the sensed voltage is proportional to current and with inputs for controlling this current by voltage, by solving the first transistors connected in pairs as differential amplifiers. in each case the bases of the two adjacent first transistors of the differential amplifiers are connected together to the measuring resistor and the respective collectors of the first transistors are connected together on the basis of the second transistors which together with the third transistors form current generators and the external first transistors also form the differential amplifier.

Podstatná výhoda pro funkci tohoto zapojení spočívá v tom, že předně každý proudový generátor není zapojen na referenční napětí a přitom každá chyba se nemusí udržovat malá jako absolutní problém při přeměně napětí — proud, nýbrž že se proud porovnává vždy se stejným dalším proudem a tento rozdíl se^! regulováním vyrovnává. Jestliže je požadovaná kromě relativní přesnosti také stabilní absolutní hodnota proudu, pak postačí jako obvykle, porovnati proud s rozdílovým prvkem. K tomu potřebný jediný rozdílový zesilovač musí mít dostatečně malý vstupní proud, aby se neporušila symetrie zapojení.The main advantage of this circuit is that firstly each current generator is not connected to the reference voltage and each error does not have to be kept as an absolute problem in voltage-current conversion, but the current is always compared with the same current and this difference se ^! by regulation. If a stable absolute value of the current is required in addition to the relative accuracy, then it is sufficient, as usual, to compare the current with the differential element. The single differential amplifier required for this must have a sufficiently low input current to avoid wiring symmetry.

'Vynález bude v dalším textu blíže vysvětlen na příkladu provedení, znázorněném na výkresu.The invention will be explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing.

^;Na výkresu je znázorněno zapojení se čtyřmi proudovými generátory, uspořádanými podle vynálezu navzájem vedle sebe. Je zřejmé, že jejich počet se může libovolně rozšířit, aniž by tím utrpěla přesnost zapojení. Proudové generátory pro proudy L_n_₃až In jsou tvořeny tranzistory T9 až Tis vodivostního typu npn v Darlingtonově zapojení. Proudy I_n_₃ až I_n jsou řízeny pomocí napěťového úbytku na odporech R5 až R8 a na měřicích odporech Rl až R4 jsou měřitelné jako napětí. Pomocí prvních tranzistorů T2 -j- T3 až T8 -f- TI zapojených ve dvojicích jako· symetrické rozdílové zesilovače jsou vytvářeny regulační obvody, které však neregulují v závislosti na referenčním napětí, nýbrž regulují vždy tak, aby proudová diference vždy dvou sousedních proudových generátorů byla nula. Protože zapojení je v důsledku obou vnějších prvních tranzistorů TI a T8 kruhově uzavřeno, přičemž oba vnější první tranzistory TI a T8 vytvářejí rovněž kompletní symetrický rozdílový zesilovač, existuje mezi všemi proudovými generátory regulující funkce s tendencí, vyrovnávati proudové rozdíly na nulu. První tranzistory T2 + T3 až T8 -J- TI zapojené ve dvojicích jako symetrické rozdílové zesilovače, jsou přitom symetricky zatěžovány a to i tehdy, jestliže by se mělo měnit provozní napětí nebo referenční napětí jako absolutní hodnoty. Této relativní souhlasnosti proudů se dosáhne následujícími vlastnostmi: ^; The drawing shows an arrangement with four current generators arranged according to the invention side by side. Obviously, their number can be freely expanded without compromising the accuracy of the circuitry. Current generators for current I _n _ ₃ to IN are formed transistors T9 to Yew conductivity type NPN Darlington circuit. The currents I _n- ₃ to I _n are controlled by voltage drop across resistors R5 to R8 and at the resistors R1-R4 are measurable as voltages. With the first transistors T2 -j-T3 to T8 -f-TI connected in pairs as · symmetrical differential amplifiers, control circuits are created which, however, do not regulate depending on the reference voltage, but always regulate the current difference of two adjacent current generators zero. Since the wiring is closed circularly due to the two outer first transistors T1 and T8, and both outer first transistors T1 and T8 also form a complete symmetric differential amplifier, there is a function between all current generators that tends to equalize the current differences to zero. The first transistors T2 + T3 to T8-J-T1, connected in pairs as symmetric differential amplifiers, are symmetrically loaded, even if the operating voltage or reference voltage should be changed as absolute values. This relative current consistency is achieved by the following characteristics:

1. Přísná symetrie zapojená u všech proudových generátorů s regulačním stupněm.1. Strict symmetry connected to all current generators with control stage.

2. Pro stejné odpory Rl až R4 by se prou215510 dový rozdíl mezi dvěma stupni bez rozdílových zesilovačů určil jako obvykle pomocí rozdílů emitorového proudu U_BE Darlingtonova stupně. Tyto jsou při jmenovitém proudu příliš vysoké. Prvními tranzistory T2 -{'+ T3 až T8 -j- TI zapojenými ve dvojicích jako symetrické rozdílové zesilovače protéká podstatně menší proud, čímž dochází jen k nepatrné chybě. Pomocí zesílení, které je v podstatě určeno· odpory R5 až R8, se tato malá napěťová chyba převede, až na malou regulační odchylku, na proudové rozdíly. Tím je odstraněna nevýhoda Darlingtonova uspořádání a může se využít velké proudové zesílení, případně větší vnitřní odpor.2. For the same resistances R1 to R4, the current difference between the two stages without differential amplifiers would be determined as usual by the difference in the emitter current U _{BE of the} Darlington stage. These are too high at the rated current. A significantly smaller current flows through the first transistors T2 - {'+ T3 to T8 - T1-T1 in pairs as symmetric differential amplifiers, which results in only a slight error. By means of the amplification, which is essentially determined by the resistors R5 to R8, this small voltage error is converted, to a small control deviation, into current differences. This eliminates the disadvantage of the Darlington arrangement and can use a large current amplification or greater internal resistance.

V důsledku použití tranzistorů vodivostního typu npn je zapotřebí vhodné pro provedení integrovanou technikou mimo měřičích odporů R1 až R4, které se pro větší přesnost mohou realizovat pomocí tenkpvrstvé techniky.Due to the use of npn conductive transistors, it is desirable for an integrated technique to be implemented outside the resistance resistors R1 to R4, which can be realized by thin-film technique for greater accuracy.

Při menších požadavcích na shodnost proudů je možné, zařadit, při zachování principu vzájemné stabilizace, vždy dva proudové generátory do regulačního obvodu rozdílového zesilovače.In case of smaller requirements for current con- formity, it is possible, in keeping with the principle of mutual stabilization, to include two current generators in the control circuit of the differential amplifier.

Claims

Connections with at least two side-by-side current generators with measuring resistors at which the voltage is removable, proportional to the current and with inputs for controlling this current by voltage, in particular for analog-to-analog converters, characterized in that the first transistors T8) connected in pairs form differential amplifiers, whereby the bases of two adjacent first transistors (T1 to T8) of the sub-amplifiers of the invention are connected together to the measuring resistor (R1, R2, R3, R4j) and the respective collectors of the first transistors (T1 to T8) are together connected to the base of second transistors (T9, T1, T13, T15), which together with the third transistors (T10, T12, T14, T16) form current generators and the external first transistors (T1 and T8) also form a differential amplifier.