DE102004015308B4

DE102004015308B4 - Schaltungsanordnung zur Wandlung eines digitalen Signals in ein analoges Signal

Info

Publication number: DE102004015308B4
Application number: DE200410015308
Authority: DE
Inventors: Dario Dipl.-Ing. Giotta; Richard Dipl.-Ing. Gaggl; Peter Dipl.-Ing. Pessl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: DE102004015308A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Wandlung eines digitalen Signals (1) in ein analoges Signal (V_OUT), umfassend Konvertierungsmittel (10) zum Konvertieren des digitalen Signals (1) in ein analoges Signal (I₊, I_), und Filtermittel (20) zum Filtern des analogen Signals (I₊, I_), wobei die Konvertierungsmittel (10) dazu ausgestaltet sind, das digitale Signal (1) in ein analoges Stromsignal (I₊, I_) zu konvertieren,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Filtermittel (20) eine Impedanz-Transferfunktion aufweisen, so dass ein Ausgangssignal der Filtermittel (20) einem analogen, gefilterten Spannungssignal (V_OUT) entspricht, wobei die Filtermittel (20) mindestens einen Operationsverstärker (21, 22), welcher in einer Rückkopplungsschleife eine passive Filteranordnung aufweist, und Widerstandsmittel (R1), deren Widerstandswert einen Konvertierungsfaktor zwischen dem analogen Stromsignal (I₊, I_) und dem analogen Spannungssignal (V_OUT) am Signalausgang (23, 24) der Filtermittel (20) bildet, umfassen,
wobei die Widerstandsmittel (R1) einen Signaleingang der Filtermittel mit dem Signalausgang (23, 24) der Filtermittel (20) verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Wandlung eines digitalen Signals in ein analoges Signal, insbesondere zur Verwendung in einer Datenübertragungseinrichtung, z. B. einem DSL-Modem.
Bei digitalen Datenübertragungseinrichtungen, z. B. DSL-Modems, erfolgt an einem so genannten Frontend der Datenübertragungseinrichtung eine Wandlung der über eine Übertragungsstrecke zu übertragenden Signale von digitalen Signalen in analoge Signale. Es können dabei verschiedene Übertragungstrecken zum Einsatz kommen, z. B. feste Leitungen oder Funkübertragungsstrecken. In diesen Fällen ist es in der Regel erforderlich, dass die analogen Signale gefiltert oder entzerrt werden.
Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, eine Digital/Analog-Wandler-Schaltung und ein nachgeschaltetes Filter, auch Rekonstruktionsfilter genannt, separat bereitzustellen. Das Filter formt das Signal in der gewünschten Weise und/oder filtert Frequenzen außerhalb des zur Datenübertragung verwendeten Frequenzbands heraus. Ein derartiges Filter kann entweder aktiv oder passiv gestaltet sein. Das Filtern ist in der Regel erforderlich, weil die von der Digital/Analog-Wandler-Schaltung erzeugten Signale abhängig von ihrem Aufbau verschiedene Arten von Frequenzspektren aufweisen können und die Übertragungsstrecke, z. B. ein Kupfer- oder Koaxialkabel, in der Regel die Verwendung eines bestimmten Frequenzfensters für die Übertragung der Signale erfordert. Weiterhin ist in einigen Fällen eine Entzerrung des Signals erforderlich. Die Verwendung eines Filters ist insbesondere dann erforderlich, wenn eine Digital/Analog-Wandler-Schaltung mit einem so genannten Oversampling und/oder ein so genanntes Noise-Shaping des digitalen Signals verwendet wird. In diesem Fall müssen hochfrequente Signale und Rauschen außerhalb des zur Signalübertragung verwendeten Frequenzbands herausgefiltert werden. Probleme bei dem bekannten Ansatz, eine Digital/Analog-Wandler-Schaltung und ein Filter als separate Blöcke bereitzustellen, bestehen darin, dass hierfür ein zusätzlicher Aufwand bei der Gestaltung und Herstellung eines entsprechenden Halbleiterchips erforderlich ist. Weiterhin steigt der auf dem Halbleiterchip erforderliche Flächenbedarf und die Leistungsaufnahme des Halbleiterchips.
Die US 5,420,585 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Digital-Analog-Wandlung, insbesondere zum Einsatz in einem Audiosystem. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Digital-Analog-Wandler mit Stromausgang und ein Filter, welches Induktivitäten und mindestens eine Kapazität umfasst. Das Stromsignal vom Ausgang des Digital-Analog-Wandlers wird durch ein Impedanzanpassungsmittel in ein Spannungssignal gewandelt und dann dem Filter zugeführt. Weiterhin wird auf die Möglichkeit des Einsatzes von Operationsverstärkern bei der Filterung eingegangen.
Die US 6,417,793 B1 betrifft allgemein Strom steuernde Digital-Analog-Wandlerschaltungen, welche eine Vielzahl von Stromzellen umfassen, die abhängig von dem digitalen Eingangssignal der Digital-Analog-Wandlerschaltung mit deren Signalausgang verschaltet werden.
Das Lehrbuch „Halbleiter-Schaltungstechnik”, von U. Tietze und Ch. Schenk, 11. neu bearbeitete Auflage, 1999, beschreibt auf Seite 549–558 Transimpedanzverstärker, welche einen stromgesteuerten Eingang aufweisen. Weiterhin sind auf Seite 839–844 verschiedene Typen von aktiven Filtern beschrieben, beispielsweise Butterworth-Tiefpassfilter und Chebychev-Tiefpassfilter.
Die US 2002/0105454 A1 beschreibt eine integrierte Halbleiterschaltung, welche einen Digital-Analog-Wandler mit Stromausgang, einen Strom-Spannungs-Wandler und ein Filter zum Filtern des durch den Strom-Spannungs-Wandler konvertierten Spannungssignals umfasst. Die Funktionen der Strom-Spannungs-Wandlung und der Filterung sind durch separate Schaltungskomponenten realisiert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche in vereinfachter Weise eine Digital/Analog-Wandlung und Filterung von Signalen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Wandlung eines digitalen Signals in ein analoges Signal umfasst Konvertierungsmittel zum Konvertieren des digitalen Signals in ein analoges Signal und Filtermittel zum Filtern des analogen Signals. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Konvertierungsmittel dazu ausgestaltet sind, das digitale Signal in ein analoges Stromsignal zu konvertieren und dass die Filtermittel eine Impedanz-Transferfunktion aufweisen, so dass ein Ausgangssignal der Filtermittel einem analogen, gefilterten Spannungssignal entspricht. Auf diese Weise wird eine effiziente Digital/Analog-Wandlung mit einer anschließenden Filterung des digital/analog-gewandelten Signals erreicht.
Die Filtermittel umfassen mindestens einen Operationsverstärker, welcher in einer Rückkopplungsschleife eine passive Filteranordnung aufweist. Auf diese Weise sind die Filtermittel als aktive Filtermittel ausgestaltet, wodurch besonders im Zusammenhang mit einer differentiellen Struktur der Filtermittel eine Verlustleistung, welche an großen Widerständen auftritt, welche zur Konvertierung von Stromsignalen in Spannungssignale verwendet werden, deutlich reduziert werden kann. Die Verwendung einer aktiven Filteranordnung mit Operationsverstärkern und Rückkopplungsschleifen ermöglicht es, in den Filtermitteln Filter mit einer präzise gestalteten Transferfunktion zu realisieren. Die Filter können darüber hinaus auch konfigurierbar oder einstellbar ausgestaltet sein. Die aktiven Filter können ein Butterworth-Tiefpassfilter, ein Chebychev-Filter oder eine andere geeignete Form von aktivem Filter umfassen. Wichtig hierbei ist, dass die Filtermittel nicht eine herkömmliche Spannungs-Transferfunktion, sondern eine Impedanz-Transferfunktion, d. h. eine Strom-Spannungs-Transferfunktion aufweisen. Das aktive Filter derart auszugestalten, dass es die Impedanz-Transferfunktion aufweist, erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass die Filtermittel Widerstandsmittel umfassen, deren Widerstandswert einen Konvertierungsfaktor zwischen dem durch die Konvertierungsmittel bereitgestellten analogen Stromsignal und dem analogen Spannungssignal am Signalausgang der Filtermittel bildet. Die Widerstandsmittel verbinden einen Signaleingang der Filtermittel mit einem Signalausgang der Filtermittel verbinden. Auf diese Weise kann der Konvertierungsfaktor entsprechend den Erfordernissen ausgewählt oder eingestellt werden.
Die Konvertierungsmittel umfassen vorzugsweise Stromquellenmittel, z. B. auf Basis von Feldeffekttransistoren, welche jeweils einen bestimmten Strom erzeugen. Die Stromquellenmittel werden dabei abhängig von dem digitalen Signal mit einem Signalausgang der Konvertierungsmittel verschaltet, so dass ein Ausgangssignal der Konvertierungsmittel durch die Summe der Ströme von mit dem Signalausgang verschalteten Stromquellenmitteln gebildet ist. Die Verwendung von solchen stromsteuernden Konvertierungsmitteln gewährleistet eine hohe Linearität und hohe Geschwindigkeit, insbesondere im Vergleich zu Konvertierungsmitteln, welche ein analoges Spannungssignal erzeugen.
Hinsichtlich der Linearität ist es besonders vorteilhaft, eine so genannte Thermometer-Codierung für die Konvertierungsmittel zu verwenden. Diese kann z. B. dadurch realisiert werden, dass die Konvertierungsmittel für ein n-Bit digitales Signal 2ⁿ Stromquellenmittel umfassen, welche jeweils zur Abgabe eines Einheitsstroms ausgestaltet sind, der für jedes der Stromquellenmittel den gleichen Wert aufweist. Dies bedeutet, dass das von den Konvertierungsmitteln erzeugte analoge Stromsignal in 2ⁿ Stufen gleicher Höhe erzeugt wird.
Die Konvertierungsmittel und die Filtermittel sind vorzugsweise differentiell ausgestaltet. Dies bedeutet, dass in den Konvertierungsmitteln und in den Filtermitteln jeweils ein positiver und ein negativer Signalpfad vorgesehen ist und sich die entsprechenden Ausgangssignale durch die Differenz der Signale auf den beiden Signalpfaden ergeben. Hierdurch sind die Ausgangssignale, d. h. die Ausgangssignale der Konvertierungsmittel und die Ausgangssignale der Filtermittel, bezüglich einer virtuellen Masse definiert und es ist möglich, in den Filtermitteln differentielle Operationsverstärker zu verwenden, wodurch eine hohe Linearität und eine stabile Gleichtaktreferenzspannung gewährleistet wird.
Die Konvertierungsmittel und die Filtermittel sind vorzugsweise zusammen auf einem Halbleiterchip integriert. Hierdurch wird eine kompakte und mit geringem Aufwand herstellbare Schaltungsanordnung gewährleistet. Die Schaltungsanordnung ist dabei vorzugsweise zur Verwendung in einer Datenübertragungseinrichtung ausgestaltet. Hierzu können weitere Komponenten der Datenübertragungseinrichtung auf dem Halbleiterchip integriert sein. Bei einer Datenübertragungseinrichtung, welche eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Wandlung eines digitalen Signals in ein analoges Signal umfasst, kann es sich beispielsweise um eine DSL-Datenübertragungseinrichtung oder ein DSL-Modem handeln.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, mit geringem Aufwand eine Kombination von Digital/Analog-Wandlung und analoger Filterung zu erreichen. Dabei wird insbesondere eine Schaltungsanordnung gewährleistet, welche gegenüber herkömmlichen Lösungen einen geringeren Flächenbedarf auf einem Halbleiterchip, eine geringere Leistungsaufnahme, höhere Linearität und höhere Geschwindigkeit aufweist. Weiterhin ergeben sich vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich von Signalverzerrungen und des Signalrauschens.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht den Schaltungsaufbau von Konvertierungsmitteln und Filtermitteln bei der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt beispielhaft eine Transferfunktion der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 vergleicht ein Frequenzspektrum von digitalen Eingangsdaten mit einem Frequenzspektrum der entsprechenden Ausgangsdaten der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung zur Wandlung eines digitalen Signals in ein analoges Signal. Die Schaltungsanordnung umfasst Konvertierungsmittel 10 und Filtermittel 20. Den Konvertierungsmitteln 10 ist ein n-Bit di gitales Signal 1 zugeführt. Das n-Bit digitale Signal 1 umfasst dabei n Einzelsignale. Die Konvertierungsmittel 10 bewirken eine Konvertierung des digitalen Signals 1 in ein analoges Stromsignal I_–, I₊. Die Konvertierungsmittel sind differentiell ausgestaltet, d. h. sie weisen einen ersten Signalausgang für einen negativen Signalpfad, welcher einen ersten Teil des analogen Stromsignals I_ trägt, und einen zweiten Signalausgang für einen zweiten, positiven Signalpfad, welcher einen zweiten Teil des analogen Stromsignals I₊ trägt, auf. Das analoge Stromsignal I_, I₊ ist somit durch die Differenz der beiden Teile des analogen Stromsignals I_, I₊ gebildet.
Die Filtermittel 20 sind ebenfalls differentiell ausgestaltet, d. h. sie weisen zwei Signaleingänge für die beiden Teile des analogen Stromsignals I_, I₊ und zwei Signalausgänge 23, 24 auf. Zwischen den beiden Signalausgängen 23, 24 ist ein Spannungssignal V_OUT abgreifbar, welches dem digital/analog-gewandelten, gefilterten digitalen Signal 1 entspricht. Dies bedeutet, dass die Filtermittel 20 einen Stromeingang und einen Spannungsausgang 23, 24 aufweisen. Um ein Stromsignal I_, I₊ am Signaleingang aufnehmen zu können und ein Spannungssignal V_OUT am Signalausgang bereitstellen zu können, weisen die Filtermittel 20 eine Impedanz-Transferfunktion auf.
Ein Beispiel für eine solche Impedanz-Transferfunktion ist für den Fall eines aktiven Filters zweiter Ordnung durch
gegeben, wobei s = j2πf eine komplexe Frequenzvariable, r0, b0 und b1 Parameter der Impedanz-Transferfunktion darstellen. I_IN, d. h. ein Eingangsstromsignal, ist bei der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch die Differenz der beiden Teile des differentiellen Stromsignal I₊, I_ gegeben. Der Faktor r0 stellt dabei einen Widerstands wert dar, welcher als Konvertierungsfaktor zwischen Eingangsstromsignal und Ausgangsspannungssignal bei s = 0 dient. Die dargestellte Impedanz-Transferfunktion weist zwei Pole auf, d. h. die Filtermittel mit dieser Impedanz-Transferfunktion gewährleisten eine Filterung zweiter Ordnung.
In 2 ist ein Schaltungsaufbau für die Konvertierungsmittel 10 und die Filtermittel 20 dargestellt, wie er beispielsweise bei Verwendung der Schaltungsanordnung für eine DSL-Datenübertragungseinrichtung bevorzugt ist. Die Konvertierungsmittel 10 und die Filtermittel 20 sind hierfür mit weiteren Komponenten der DSL-Datenübertragungseinrichtung auf einem Halbleiterchip integriert.
Die Konvertierungsmittel basieren auf einer stromsteuernden Digital/Analog-Wandler-Schaltung mit einer Thermometer-Codierung. Hierfür umfassen die Konvertierungsmittel 10 Stromquellenmittel, welche durch Feldeffekttransistoren 11, 12 bereitgestellt sind. Die Konvertierungsmittel 10 sind differentiell ausgestaltet, d. h. die Stromquellenmittel umfassen in einem ersten Zweig kaskodenartig angeordnete PMOS-Feldeffekttransistoren 11 und in einem zweiten Zweig kaskodenartig angeordnete NMOS-Feldeffekttransistoren 12. Die Feldeffekttransistoren 11, 12 sind über Schaltmittel 13, 14, 13', 14' mit dem negativen Signalpfad 15 und dem positiven Signalpfad 16 verbunden. Die Konvertierungsmittel 10 umfassen zur Konvertierung des n-Bit digitalen Signals 1 2ⁿ identische Stromquellenmittel. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich speziell um n = 6 Bit. Jedes dieser Stromquellenmittel stellt einen Einheitsstrom bereit, welcher von den Schaltmitteln 13, 14, 13', 14' entweder auf den negativen Signalpfad 15 oder den positiven Signalpfad geleitet wird. Hierfür werden die Schaltmittel 13, 14, 13', 14' entsprechend abhängig von dem n-Bit digitalen Signal 1 angesteuert. Das analoge Stromsignal I_, I₊ am Signalausgang der Konvertierungsmittel 10 ist somit für jeden Teil des analogen Stromsignals I_, I₊ durch die Summe der Ströme der mit den entsprechenden Signalpfaden 15, 16 verbundenen Stromquellenmittel gebildet.
Die Verwendung der kaskodenartig angeordneten Feldeffekttransistoren 11, 12 in den Stromquellenmitteln gewährleistet dabei ein niedriges Rauschniveau und eine effektive Unterdrückung von Störungen in einer Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung. Die Thermometer-Codierung der Konvertierungsmittel gewährleistet gute Eigenschaften der Schaltungsanordnung hinsichtlich von Linearität und differentieller Linearität, Monotonität und Anfälligkeit gegenüber Störimpulsen.
Der in 2 dargestellte Schaltungsaufbau der Filtermittel 20 entspricht einem Butterworth-Tiefpassfilter zweiter Ordnung. Die Filtermittel 20 umfassen einen ersten Operationsverstärker 21 und einen zweiten Operationsverstärker 22. Die Signaleingänge des ersten Operationsverstärkers 21 sind mit dem Signaleingang der Filtermittel 20 verbunden. Ein positiver Signalausgang des Operationsverstärkers 21 ist über eine Kapazität C1 an einen negativen Signaleingang des Operationsverstärkers 21 zurückgekoppelt. Entsprechend ist ein negativer Signalausgang des Operationsverstärkers 21 über eine weitere Kapazität C1 an einen positiven Signaleingang des Operationsverstärkers 21 zurückgekoppelt. Der positive Signalausgang des Operationsverstärkers 21 ist über ein Widerstandsmittel R2 mit einem positiven Signaleingang des Operationsverstärkers 22 verbunden und der negative Signalausgang des Operationsverstärkers 21 ist über ein weiteres Widerstandsmittel R2 mit einem negativen Signaleingang des Operationsverstärkers 22 verbunden. Der positive Signalausgang des Operationsverstärkers 22 ist über eine Parallelschaltung aus einem Widerstandsmittel R3 und einer Kapazität C2 an den negativen Signaleingang des Operationsverstärkers 22 zurückgekoppelt. Entsprechend ist ein negativer Signalausgang des Operationsverstärkers 22 über eine Parallelschaltung aus einem weiteren Widerstandsmittel R3 und einer weiteren Kapazität C2 an den positiven Signaleingang des Operationsverstärkers 22 zurückgekoppelt. Der positive und der negative Signalausgang des Operationsverstärkers 22 sind mit dem ersten Signalausgang 23 bzw. dem zweiten Signalausgang 24 der Filtermittel verbunden. Weiterhin sind die Signalausgänge des Operationsverstärkers 22 über Widerstandsmittel R1 mit dem Signaleingang der Filtermittel 20 verbunden. Dies bedeutet, dass der Signalausgang des Operationsverstärkers 22 über ein Widerstandsmittel R1 an den negativen Signaleingang des Operationsverstärkers 21 zurückgekoppelt ist und der negative Signalausgang des Operationsverstärkers 22 über ein weiteres Widerstandsmittel R1 an den positiven Signaleingang des Operationsverstärkers 21 zurückgekoppelt ist. Der Signaleingang der Filtermittel 20 ist somit über die Widerstandsmittel R1 mit dem Signalausgang der Filtermittel 20 verbunden. An den Signalausgängen 23, 24 der Filtermittel 20 ist jeweils ein Spannungssignal V_ bzw. V₊ abgreifbar, welches bezüglich eines Massepotentials der Schaltungsanordnung definiert ist. Das gefilterte, analoge Spannungssignal V_OUT ist zwischen den Signalausgängen 23, 24 abgreifbar und bezüglich einer virtuellen Masse definiert. Die Impedanz-Transferfunktion der Filtermittel 20 ist durch
gegeben. Die Widerstandswerte bzw. Kapazitätswerte der Widerstandsmittel R1, R2, R3 bzw. der Kapazitäten C1, C2 sind dabei durch die den jeweiligen Bezugszeichen entsprechenden Variablen bezeichnet.
Zur Verwendung in einer DSL-Datenübertragungseinrichtung ist die Schaltungsanordnung derart ausgestaltet, dass sie zur Verarbeitung eines digitalen Eingangssignals mit einer maximalen Bandbreite von 4,4 MHz geeignet ist. Wenn für das digitale Signal 1 ein Noise-Shaping zweiter Ordnung verwendet wird, und der für die Konvertierungsmittel verwendete Takt 105 MHz beträgt, d. h. bei einem Oversampling-Faktor von 12, steigt das effektive Auflösungsvermögen der Konvertierungsmittel auf annähernd 15 Bit. Die Filtermittel 20 sind derart ausgestaltet, dass die Widerstandsmittel R1 einen vergleichsweise kleinen Widerstandswert von 940 Ohm aufweisen, um Rauscheigenschaften der Schaltungsanordnung zu verbessern. Anhand der weiteren Parameter der Filtermittel 20, d. h. anhand der Kapazitäten C1, C2 und der Widerstandswerte der Widerstandsmittel R2 und R3, sind die Filtermittel 20 derart ausgestaltet, dass die frequenzabhängige Abschwächung des Eingangssignals der Schaltungsanordnung bei 4 MHz 3 dB beträgt. Die Operationsverstärker 21, 22 sind dabei derart ausgestaltet, dass sie eine hohe Flankensteilheit im Bereich von 200 V/μs und eine robuste Gleichtaktrückkopplungsschleife aufweisen. Hierdurch wird eine stabile Referenzspannung für die Stromquellenmittel der Konvertierungsmittel 10 gewährleistet.
3 zeigt beispielhaft eine Darstellung der Impedanz-Transferfunktion als Funktion der natürlichen Frequenz f. Die Impedanz-Transferfunktion gewährleistet eine frequenzabhängige Konvertierung von Stromsignalen in Spannungssignale. Bei der in 3 dargestellten Transferfunktion handelt es sich um die für das oben beschriebene Beispiel berechnete Transferfunktion. Im Bereich niedriger Frequenzen ergibt sich eine Verstärkung von 59 dB, entsprechend dem Widerstandswert der Widerstandsmittel R1 von 941 Ohm. Dies ist bei Punkt A in 3 angedeutet. Der Verlauf der Impedanz-Übertragungsfunktion ist zu höheren Frequenzen hin im Wesentlichen konstant, bis im Bereich von 4 MHz ein Abknicken hin zu niedrigeren Werten der Verstärkung erfolgt. Eine Abschwächung um 3 dB im Vergleich zu der Verstärkung bei niedrigen Frequenzen ergibt sich bei 4,01 MHz, wie durch die Auswahl der Parameter der Filtermittel 20 vorgesehen. Dies ist bei Punkt B in 3 angedeutet. Für den Abfall der Verstärkung jenseits von 4 MHz ergibt sich eine Steigung von –40 dB pro Dekade, wodurch ein Nachweis der Tiefpassfilterung zweiter Ordnung gegeben ist. Dies ist bei Punkt C in 3 angedeutet. Der untere Teil von 3 zeigt den Verlauf der relativen Phase zwischen Eingangsstromsignal und Ausgangsspannungssignal.
In 4 wird anhand von Simulationsergebnissen ein digitales Eingangssignal 1 mit einem Noise-Shaping zweiter Ordnung mit dem Ausgangssignal der Schaltungsanordnung verglichen. Dabei ist in 4(a) ein FFT-Spektrum des digitalen Eingangssignals 1 dargestellt. Das digitale Eingangssignal entspricht einem Sinussignal bei 500 kHz. Das Frequenzspektrum in 4(a) zeigt deutlich den Einfluss des Noise-Shapings zweiter Ordnung. In 4(b) ist ein FFT-Spektrum des entsprechenden analogen Ausgangssignals der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hieraus ist erkennbar, dass bei hohen Frequenzen ein Herausfiltern von Signalrauschen erfolgt. Weiterhin ist erkennbar, dass die Schaltungsanordnung sehr gute Eigenschaften hinsichtlich der Unterdrückung von harmonischen Verzerrungen aufweist. So ist beispielsweise die erste Harmonische des Sinussignals im Vergleich zu diesem um ungefähr –90 dB unterdrückt.

Claims

Schaltungsanordnung zur Wandlung eines digitalen Signals (1) in ein analoges Signal (V_OUT), umfassend Konvertierungsmittel (10) zum Konvertieren des digitalen Signals (1) in ein analoges Signal (I₊, I_), und Filtermittel (20) zum Filtern des analogen Signals (I₊, I_), wobei die Konvertierungsmittel (10) dazu ausgestaltet sind, das digitale Signal (1) in ein analoges Stromsignal (I₊, I_) zu konvertieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (20) eine Impedanz-Transferfunktion aufweisen, so dass ein Ausgangssignal der Filtermittel (20) einem analogen, gefilterten Spannungssignal (V_OUT) entspricht, wobei die Filtermittel (20) mindestens einen Operationsverstärker (21, 22), welcher in einer Rückkopplungsschleife eine passive Filteranordnung aufweist, und Widerstandsmittel (R1), deren Widerstandswert einen Konvertierungsfaktor zwischen dem analogen Stromsignal (I₊, I_) und dem analogen Spannungssignal (V_OUT) am Signalausgang (23, 24) der Filtermittel (20) bildet, umfassen, wobei die Widerstandsmittel (R1) einen Signaleingang der Filtermittel mit dem Signalausgang (23, 24) der Filtermittel (20) verbinden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsmittel (10) Stromquellenmittel zur Erzeugung von Strömen umfassen, welche abhängig von dem digitalen Signal (1) mit einem Signalausgang der Konvertierungsmittel (10) verschaltet werden, so dass ein Ausgangssignal (I₊, I_) der Konvertierungsmittel (10) durch die Summe der Ströme von mit dem Signalausgang verschalteten Stromquellenmitteln gebildet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsmittel (10) für ein n-Bit digitales Signal 2ⁿ Stromquellenmittel umfassen, welche jeweils zur Abgabe eines Einheitsstroms ausgestaltet sind, der für jedes der Stromquellenmittel den gleichen Wert aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsmittel (10) und die Filtermittel (20) differentiell ausgestaltet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (20) ein Butterworth-Tiefpassfilter umfassen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (20) ein Chebychev-Filter umfassen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsmittel (10) und die Filtermittel (20) zusammen auf einem Halbleiterchip integriert sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung zur Verwendung in einer Datenübertragungseinrichtung ausgestaltet ist.
Datenübertragungseinrichtung mit einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.