DD131702B1 - CIRCUIT WITH A VARIETY OF DIFFERENT ELECTRICITY GENERATORS - Google Patents
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Description
_ Λ — _ Λ -
Klaus Storch TYP H. 03 K/199 444Klaus Storch TYPE H. 03 K / 199 444
E 571E 571
IPK: E 03 K, 13/02 12.2.1978IPK: E 03 K, 13/02 12.2.1978
Schaltung für Digital-Analog-Wandler mit, einer Vielzahl nebeneinander angeordneter- Stromgeneratoren:Circuit for digital-to-analog converter with, a plurality of juxtaposed current generators:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für Digital-Analoghandler mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Stromgeneratoren. Die Unterschiede in den Strömen, der einzelnen Stromgeneratoren sollen darum so klein wie möglich gehalten, werden. Weiter ist, ein hoher Innenwiderstand der Stromgeneratoren erwünscht.The invention relates to a method for digital-analog handler with a plurality of juxtaposed power generators. The differences in the currents of the individual power generators should therefore be kept as small as possible. Further, a high internal resistance of the power generators is desired.
Es ist eine Schaltung mit einer Vielzahl identischer Transistoren in Emitterschaltung als Stromgeneratoren bekannt·, deren einer über die von einem Meßwiderstand abgegriffene Spannung und einem Operationsverstärker geregelt und die anderen über eine gemeinsame Bäsispotentialschiene ge-A circuit having a multiplicity of identical emitter-connected transistors is known as current generators, one of which is regulated by the voltage tapped off by a measuring resistor and an operational amplifier, and the others by a common busbar potential rail.
steuert-werden (GB-PS 1.266.886}. Diese Lösung kann bei günstiger Anordnung der Transistoren zwar die T.emperaturdrift reduzieren, jedoch wird der jeweilige Absolutwert der Ströme von den Ugg-Toleranzen und Stromverstärkungsdifferenzen bestimmt. Eine Erweiterung auf eine Darlingtonschaltung vergrößert den Absolutfehler, der durch- UgE hervorgerufen wird und der bei mittleren Strömen beachtlich ist. Eine komplementäre Darlingtonschaltung verbessert diese Eigenschaft nur gering. Wird der beschriebene Nachteil durch- ausgewählte Transistoren- beseitigt, so bleibt der verhältnismäßig zu kleine Innenwiderstand der einfachen 'Stromquelle.Although this solution can reduce the T.Temperature drift with a favorable arrangement of the transistors, the respective absolute value of the currents is determined by the Ugg tolerances and the current gain differences Absolute error caused by Ug E and remarkable for medium currents A complementary Darlington circuit only slightly improves this characteristic, and if the described disadvantage is eliminated by selected transistors, the relatively small internal resistance of the simple current source remains.
Es ist weiter denkbar, die Temperaturdrift: bei solchen: Schaltungen steuernd zu kompensieren, indem man der Temperatur als unabhängiger Variabler einen entsprechenden Referenzspannungsverlauf zuordnet. Dies ist nur bei kleinen, thermisch und im Temperaturfehlerverlauf streng indentischen Stromgenerator en;, aloo bei. monolithischen Schaltungen erfolgversprechend anwendbar.It is also conceivable, the temperature drift: in such: circuits to compensate for controlling, by assigning the temperature as an independent variable a corresponding reference voltage waveform. This is only at small, thermally and in the temperature error course strictly indentischen power generator en ;, aloo at. monolithic circuits can be used successfully.
Man kanni auch jeden einzelnen .Stromgenerator mit", einem Regelkreis versehen:: (radio, fernsehen, elektronik", 1977/8,' S« 266 ff.). Verwendet, man dazu einen.Operationsverstärker und hat dieser eine geringe Offsetspannung und eine ausreichende Verstärkung, so ist als Eauptnachteil nur der hohe Aufwand zu nennen. Wird ein einfacher Differenzverstärker benutzt, so ist die Genauigkeit: unter praktischen Betriebsbedingungen nicht hoch. Die Ursache ist eine durch Regelung entstehende Unsymmetrie der Differenzstufe, die als Pehlspannung auch wirksam ist, wenn, beide Transistoren absolut gleich sind.It is also possible to provide each individual current generator with "a control loop :: (radio, television, electronics", 1977/8, "S" 266 ff.). If one uses an operational amplifier and has a low offset voltage and sufficient gain, the main disadvantage is only the high cost. If a simple differential amplifier is used, the accuracy is not high under practical operating conditions. The cause is an asymmetry of the differential stage due to regulation, which is also effective as a pinch voltage if both transistors are absolutely equal.
Ziel der Erfindung Aim of the invention
Es ist Ziel der Erfindung, wenig aufwendige Schaltungen mit; einer Vielzahl identischer StrorageneratoreiL für Digital-Analog-Wandlung su schaffen.It is an object of the invention to use low-cost circuits; Create a variety of identical StrorageneratoreiL for digital-to-analog conversion su.
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Der/ Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ströme einer· Vielzahl nebeneinander angeordneter identischer Stromgeneratoren, trotz der Streuung der Bauelementekenndaten durch Schaltungsmaßnahmen unter Nutzung der Tatsache, daß bei verschiedenen mikroelektronischen Technologien Relativfehler leichter als Absolutfehler beherrschbar sind, einander möglichst weit anzugleichen.The / invention is based on the object, the currents of a plurality of juxtaposed identical power generators, despite the scattering of the component characteristics by circuit measures using the fact that in different microelectronic technologies relative errors are easier to control than absolute error, as far as possible to equalize each other.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei Stromgeneratoren mit Meßwiderständen, an denen der jeweilige Strom als Spannung abgreifbar ist und mit Eingängen zur Steuerung dieses Stromes mittels einer Spannung dadurch gelöst, daß paarweise symmetrische Differenzverstärker vorgesehen: sind, wobei jeweils ein Eingang zweier benachbarter Differenzverstärker gemeinsam an einen Meßwiderstand und die jeweils zugehörigen: invertierenden Ausgänge gemeinsam an den Eingang des gleichen: Stromgenerators angeschlossen sind uiid daß eine Ringschaltung derart vorgesehen· ist, daß der erste und der letzte halbe der nebeneinander angeordneten Differenzverstärker zu einen komplettem symmetrischen1. Differenzverstärker verbunden ist· Wesentlich für die Punktion dieser Schaltung ist, daß zunächst nicht mehr jeder Stromgenerator an die Referenzspannung angeschlossen ist und dabei die Fehler als absolutes Problem bei der Spannungs-Strom-Wandlung klein gehalten werden müssern, sondern, daß ein Strom jeweils mit, einem gleichberechtigten weiteren Strom verglichen und diose Differenz ausgeregelt wird. Wünscht man neben der Relativgenauigkeit einen stabilen- Absolutwert der Ströme, so genügt es wie üblich, einen Strom mit einem Referenzelement zu vergleichen. Der einzige dazu: benötigte Differenzverstärker muß einen ausreichend kleinen Input; Ria3-Strom haben, um die Symmetrie der Schaltung nicht zu störerb. Weitere Einzelheiten der Schaltung werden an Hand des Ausführungsbeispieles erläutert.According to the invention, this object is achieved in power generators with measuring resistors, where the respective current is tapped as a voltage and with inputs to control this current by means of a voltage that pairs symmetrical differential amplifiers provided are: in each case an input of two adjacent differential amplifier together to a measuring resistor and the respectively associated: inverting outputs are connected in common to the input of the same: current generator, and that a ring circuit is provided in such a way that the first and the last half of the differential amplifiers arranged next to one another become a complete symmetrical 1 . It is essential for the puncture of this circuit that initially no longer each current generator is connected to the reference voltage while the errors must be kept small as an absolute problem in the voltage-current conversion, but that a current each with, compared to an equal further stream and the difference is compensated. If, in addition to the relative accuracy, a stable absolute value of the currents is desired, it is sufficient, as usual, to compare a current with a reference element. The only difference: needed differential amplifier must have a sufficiently small input; Ria3 current, so as not to disturb the symmetry of the circuit. Further details of the circuit will be explained with reference to the embodiment.
Die beigefügte Zeichnung stellt, eine Schaltung mit vier· erfindun^sgemäß nebeneinander angeordneten Stromgeneratoren dar, die aber, wie leicht einzusehen ist, ohne Einbuße an Genauigkeit beliebig erweitert werden kann. Die Stromgeneratoren; für die Ströme In о ··· In werden durch Darlington-Schaltungen von npn- Trans is tor en. TU .·· T-•- gebildet. Die Ströme In-O ··· I-, sind durch den Spannungsabfall an denThe attached drawing represents a circuit with four current generators arranged according to the invention, which, however, as can easily be seen, can be arbitrarily extended without loss of accuracy. The electricity generators; for the currents I n о ··· I n are controlled by Darlington circuits of npn trans. TU. ·· T- • - formed. The currents I n -O ··· I-, are due to the voltage drop across the
Widerständen Rc ... RQ steuerbar und an den Meßwiderständen э · оResistors R c ... R Q controllable and the measuring resistors э · о
IL, .,,.'-IL als Spannung meßbar. Über die Differenzverstärker fg+To ··· ^8+f&i werdem Regelkreise gebildet» die aber nicht in bezug auf eine Referenzspannung ausregeln, sondern die Stromdifferenz Jeweils zweier benachbarter Stromgeneratoren gegen Null gehen lassen". Da die Schaltung durch Verbindung der beiden, halben Differenzverstärker TU und 2?.. ringartig geschlossen ist, besteht eine regelnde Punktion zwischen allen Stroißgeneratoren mit der Tendenz, die Stromdifferenzen Null werden zu lassen. Die Differenzverstärker Τ2 +Ϊ3 ··· 58+T1 werden dabei symmetrisch belastet, auch wenn 3ich die Betriebsspannung oder die Referenzspannung als Absolutwerte andern, solltem. Diese relative Übereinstimmung der Ströme wird durch, folgende Eigenschaften erreicht:IL,... ,, IL can be measured as tension. The differential amplifiers fg + To ··· ^ 8 + f & i form control circuits which, however, do not compensate with respect to a reference voltage but allow the current difference of each of two adjacent current generators to approach zero Difference amplifier TU and 2? .. closed loop, there is a regulating puncture between all Stroißgeneratoren with the tendency to let the current differences are zero .. The differential amplifiers Τ 2 + Ϊ 3 ··· 5 8 + T 1 are thereby symmetrically loaded, too if the operating voltage or the reference voltage change as absolute values, this relative coincidence of the currents is achieved by, the following properties:
1. Strenge Symmetrie der Schaltung über alle Stromgenerator em mit Regelstufe.1. Strict symmetry of the circuit across all current generator em with control stage.
2. Pur gleiche Widerstände R1 bis R. würde die Stromdifferenz ZY/ischen 2 Stufen ohne die Differenzverstärker wie üblich durch die ü-^g-Differenzen der Darlingtonstufe bestimmt werden. Diese sind bei Nennstrom zu hoch. Durch die Differenzverstärker T2 +T1O ··· ^з+^і fließt ein bedeutend geringerer Strom, wodurch ein kleiner Offsetfehler entsteht, über die Verstärkung, die im wesentlichen. durch die Widerstände Rc bis Rg bestimmt ist, wird dieser kleine Offsetfehler bis auf eine geringe Regelabweichung auf die Stromdifferenzen übertragen. Damit ist der Nachteil der Darlingt-onanordnung beseitigt und die große Stromverstärkung bsw, dor größere Innenwiders'oand können2. Purely identical resistors R 1 to R, the current difference ZY / ischen 2 stages without the differential amplifiers would be determined as usual by the ü- ^ g differences of the Darlington stage. These are too high at rated current. The differential amplifiers T 2 + T 1 O ··· ^ з + ^ і cause a significantly lower current to flow, resulting in a small offset error over the gain, which is essentially lower. is determined by the resistors Rc to Rg, this small offset error is transferred to a small deviation to the current differences. Thus, the disadvantage of Darlingt-onanordnung is eliminated and the large current gain bsw, dor larger Innenwiders'oand can
genutzt: v/erden.used: v / earth.
Durch die Verwendung von: npn-Transistoren ist die Schaltung integrationsfreudig außer den Meßwiderständen R^ bis R., die für höhere Genauigkeiten) sinnvoll in Dünnschichttjechnik realisiert werden können.By the use of: npn transistors, the circuit integration is joyful except the measuring resistors R ^ to R., which can be realized for higher accuracies sense in Dünnschichttjechnik.
Hei geringeren Anforderungen an die Gleichheit der Ströme ist es möglich.·, unter Beibehaltung des Prinzips der gegenseitigen· Stabilisierung jeweils zwei Stromgeneratoren; in den Regelkreis eine Differenzverstärkers einzubeziehen.It is possible to lower the requirements for the equality of the currents., While maintaining the principle of mutual stabilization, two current generators each; to include in the control loop a differential amplifier.
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