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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Verstärkungssysteme, die Digital-Analog-Wandler (DAWs) und Ausgangsstufen der DAWs enthalten, und insbesondere Digital-Analog-Umwandlungssysteme, die hochlineare und flächeneffiziente Ausgangsstufen enthalten.
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HINTERGRUNDINFORMATIONEN
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Ein Digital-Analog-Wandler (DAW) steuert typischerweise eine Last durch eine Ausgangsstufe an, die als ein Puffer zwischen dem DAW und der Last funktionieren kann, um den Ansteuerstrom an die Last zu liefern. Außerdem kann die Ausgangsstufe Spannung in verschiedenen Bereichen an die Last liefern. Beispielsweise besitzt der Ausgang des DAW typischerweise einen Spannungsbereich von [0, 2,5 V]. Eine Ausgangsstufe des DAW kann den Spannungsbereich von [0, 2,5 V] des DAW auf andere Spannungsbereiche wie etwa Bereiche von [0, 5 V], [0, 10 V], [0, 20 V], [-5 V, 5 V], [-10 V, 10 V] oder [-20 V, 20 V] umwandeln. Jene Bereiche, die nur positive Spannungen abdecken, werden üblicherweise als unipolare Spannungsbereiche bezeichnet, und jene Bereiche, die sowohl positive als auch negative Spannungen abdecken werden üblicherweise als bipolare Spannungsbereiche bezeichnet.
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Die Ausgangsstufe des DAW kann unipolare Bereiche durch verschiedene Kombinationen von Widerständen über softwaregesteuerte Schalter erreichen. Um bipolare Bereiche zu erreichen, kann die Ausgangsstufe des DAW weiterhin eine Offsetspannung enthalten, die den Ausgang in negative Spannungsterritorien verschiebt. Gegenwärtig wird das Schalten zwischen unipolarem und bipolarem Ausgang durch einen Bypass-Schalter erreicht, der zwischen einen Knoten für die Offsetspannung und eine Massenreferenz geschaltet ist. Wenn der Bypass-Schalter für unipolare Bereiche aktiviert wird, wird somit ein Signal am Knoten, der die Offsetspannung liefert, zu Masse gelenkt, wodurch die Offsetspannung umgangen wird. Wenn der Bypass-Schalter deaktiviert ist, wird die Offsetspannung eingeschaltet, so dass die Ausgangsstufe bipolare Bereiche liefern kann.
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Der Bypass-Schalter wird üblicherweise unter Verwendung eines MOSFET-Bauelements (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) implementiert, der einen nichtlinearen Widerstandswert aufweisen kann, der als Funktion des durch das MOSFET-Bauelement fließenden Stroms variiert. Der nichtlineare Widerstandswert des MOSFET-Bauelements im Signalweg kann bewirken, dass die integrale Nichtlinearität (INL) des DAW insgesamt leidet. Größere MOSFET-Bauelemente können die durch den nichtlinearen Widerstandswert des MOSFET-Bauelements bewirkten INL reduzieren. Größere MOSFET-Bauelemente benötigen jedoch größere Schaltungsbereiche und können bei hohen Temperaturen Strom austreten lassen.
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WO2013/163723A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Offset-Kompensierung in einem DA-Wandler.
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EP0439623A1 betrifft einen DA-Wandler zum Konvertieren eines quantisierten digitalen Signals in ein analoges Signal mit gewichteten Widerständen.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht ein Digital-Analog-Umwandlungssystem.
- 2 veranschaulicht ein Digital-Analog-Umwandlungssystem, das eine Ausgangsstufe eines Digital-Analog-Wandlers (DAW) gemäß einer Ausführungsform enthält.
- 3 veranschaulicht ein Digital-Analog-Umwandlungssystem, das mehrere Ausgangsbereiche generiert, gemäß einer Ausführungsform.
- 4 veranschaulicht eine DAW-Ausgangsstufe mit reduzierter Rauschkopplung gemäß einer Ausführungsform.
- 5 veranschaulicht eine DAW-Ausgangsstufe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
- 6 veranschaulicht eine DAW-Ausgangsstufe gemäß einer alternativen Ausführungsform.
- 7 veranschaulicht eine DAW-Ausgangsstufe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
- 8 veranschaulicht eine Variante der Ausgangsstufe gemäß einer alternativen Ausführungsform.
- 9A veranschaulicht eine Ausgangsstufe, die einen Referenzpuffer gemäß einer Ausführungsform enthält.
- 9B veranschaulicht eine Ausgangsstufe, die einen Verstärkungserhöhungsreferenzpuffer enthält, gemäß einer Ausführungsform.
- 10 veranschaulicht ein Digital-Analog-Umwandlungssystem, das mehrere Ausgangsbereiche generiert, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen können ein Digital-Analog-Umwandlungssystem enthalten, das einen Digital-Analog-Wandler und eine Ausgangsstufe zum Umwandeln eines Ausgangssignals des Digital-Analog-Wandlers in einen Spannungsbereich enthalten kann. Die Ausgangsstufe kann einen ersten Verstärker mit einem ersten Eingang zum Empfangen des Ausgangssignals des Digital-Analog-Wandlers, ein zwischen einen zweiten Eingang und einen Ausgang des ersten Verstärkers gekoppeltes erstes Widerstandselement, ein zwischen den zweiten Eingang des ersten Verstärkers und eine Massenreferenz gekoppeltes zweites Widerstandselement und ein schaltbar vom zweiten Eingang des ersten Verstärkers zu einem Ausgang und Eingang eines zweiten Verstärkers gekoppeltes (z.B. über Schalter gekoppeltes) drittes Widerstandselement enthalten.
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Ausführungsformen können ein Digital-Analog-Umwandlungssystem enthalten, das einen Digital-Analog-Wandler und eine Ausgangsstufe zum Umwandeln eines Ausgangssignals des Digital-Analog-Wandlers in einen Spannungsbereich enthalten kann. Die Ausgangsstufe kann einen ersten Verstärker mit einem ersten Eingang zum Empfangen des Ausgangssignals des Digital-Analog-Wandlers, ein zwischen einen zweiten Eingang und einen Ausgang des ersten Verstärkers gekoppeltes erstes Widerstandselement, ein zwischen den zweiten Eingang des ersten Verstärkers und einer Massenreferenz gekoppeltes, in Reihe geschaltetes zweites und drittes Widerstandselement und ein schaltbar von einem Zwischenverbindungsknoten des zweiten und dritten Widerstandselements zu einem Ausgang und einem Eingang eines zweiten Verstärkers gekoppeltes viertes Widerstandselement (z.B. über Schalter gekoppelt) enthalten.
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Ausführungsformen können ein Digital-Analog-Umwandlungssystem enthalten, das einen Digital-Analog-Wandler und eine Ausgangsstufe zum Umwandeln eines Ausgangssignals des Digital-Analog-Wandlers in einen Spannungsbereich enthalten kann. Die Ausgangsstufe kann einen ersten Verstärker mit einem ersten Eingang zum Empfangen des Ausgangssignals des Digital-Analog-Wandlers, ein von einem zweiten Eingang zu einem Ausgang des ersten Verstärkers gekoppeltes, in Reihe geschaltetes erstes und zweites Widerstandselement, ein zwischen den zweiten Eingang des ersten Verstärkers und einer Massenreferenz gekoppeltes drittes Widerstandselement und ein schaltbar von einem Zwischenverbindungsknoten des ersten und zweiten Widerstandselements zu einem Ausgang und einem Eingang eines zweiten Verstärkers gekoppeltes viertes Widerstandselement (z.B. über Schalter gekoppelt) enthalten.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 veranschaulicht ein Digital-Analog-Umwandlungssystem, das einen Digital-Analog-Wandler (DAW) und eine Ausgangsstufe des DAW, die unterschiedliche Spannungsbereiche generieren kann, enthält. Das Digital-Analog-Umwandlungssystem kann einen DAW 12 enthalten, der ein Widerstandsketten-DAW sein kann, und eine Ausgangsstufe 14. Die Ausgangsstufe 14 kann weiterhin einen ersten und zweiten Verstärker 16, 18, mehrere Widerstände R1 - R4 und mehrere Schalter S1 - S6 enthalten. Der DAW 12 kann digitale Codes in entsprechende Analogspannungen in einem spezifischen Spannungsbereich wie etwa dem Spannungsbereich von [0, VREF], z.B. [0, 2,5 V], umwandeln. Die Ausgangsstufe 14 kann an den Ausgang des DAW 12 gekoppelt sein, um als ein Puffer für den DAW 12 zu wirken, und kann den Ausgang des DAW 12 durch Verstärker 16, 18 und verschiedene Kombinationen von Widerständen R1 - R4 über Schalter S1 - S6 in unterschiedliche Spannungsbereiche umwandeln.
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Wie in 1 gezeigt, kann ein nichtinvertierender Eingang des Verstärkers 16 die vom DAW 12 ausgegebene Spannung empfangen. Der Verstärker 16 kann als ein Puffer zwischen dem DAW 12 und einer Lasteinrichtung 20 wirken, wobei die Last kapazitiv und/oder resistiv sein kann. Die Widerstände R1 - R3 können über Schalter S2 - S4 selektiv zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers 16 gekoppelt werden, um Vout in unterschiedlichen Spannungsbereichen zu generieren. Der Ausgang Vout des Verstärkers 16 kann an die Lasteinrichtung 20 angeschlossen sein. Der Widerstand R4 kann zwischen den Widerstand R3 und einen Knoten N gekoppelt sein, an den ein Spannungsoffset selektiv über Schalter S5, S6 durch den Verstärker 18 geliefert wird. Der Knoten N ist auch selektiv über den Schalter S1 an die Massenreferenz gekoppelt. Falls der Schalter S2 aktiviert ist (EIN) und die Schalter S3, S4 deaktiviert sind (AUS), sind die Widerstände R1 - R3 somit seriell zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 16 geschaltet, während der Widerstand R4 zwischen den invertierenden Eingang und den Knoten N gekoppelt ist. Falls der Schalter S3 aktiviert ist und die Schalter S2, S4 deaktiviert sind, sind die Widerstände R1 und R2 zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Verstärkers 16 in Reihe geschaltet, während die Widerstände R3 und R4 zwischen dem invertierenden Eingang und dem Knoten N in Reihe geschaltet sind. Falls der Schalter S4 aktiviert ist und die Schalter S2, S3 deaktiviert sind, ist der Widerstand R1 zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 16 geschaltet, während die Widerstände R2-R3 zwischen den invertierenden Eingang und den Knoten N in Reihe geschaltet sind. Zu einer beliebigen Zeit ist nur einer der Schalter S2 - S4 selektiv aktiviert.
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Zum Generieren von unipolaren Spannungsbereichen ist der Schalter S1 aktiviert, während die Schalter S5, S6 deaktiviert sind. Deshalb ist der Knoten N unter dem Unipolarmodus an die Massenreferenz angeschlossen. In diesem Szenarium kann der Signalstrom durch den Schalter S1 fließen, der üblicherweise ein softwaregesteuertes MOSFET-Bauelement ist, das einen nichtlinearen Widerstandswert aufweist. Der nichtlineare Widerstandswert des Schalters S1 kann die unerwünschte INL-Komponente des Ausgangs Vout erhöhen. Andererseits sind zum Generieren von bipolaren Spannungsbereichen die Schalter S5, S6 aktiviert, während Schalter S1 deaktiviert ist. In diesem Szenarium ist der Knoten N durch den Offsetpuffer (oder Verstärker 18) auf eine positive Spannung eingestellt. Die positive Spannung am Knoten N bewirkt am Ausgang Vout einen negativen Spannungsoffset. Auf diese Weise kann sich Vout in bipolaren Bereichen befinden, die negative Spannungen beinhalten.
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Durch selektives Aktivieren der Schalter S1 - S6 kann die Ausgangsstufe 14 Spannungen in unipolaren oder bipolaren Bereichen ausgeben. Wenn beispielsweise die Widerstandswerte der Widerstände R1 - R4 12 K, 6 K, 3 K bzw. 3 K betragen, können gemäß den Schaltern, wie in Tabelle 1 gezeigt, Spannungsbereiche von [0, 20 V], [10 V, 10 V], [0, 10 V], [-5 V, 5 V] und [0, 5 V] generiert werden. Tabelle 1
| Bereich | Kreisverstärkung | Spannung am Knoten N | EINSchalter | AUSSchalter |
| [0, 20 V] | 8 | 0 | S1, S2 | S3, S4, S5, S6 |
| [-10 V, 10 V] | 8 | 1,428 V | S2, S5, S6 | S1, S3, S4 |
| [0 V, 10 V] | 4 | 0 | S1, S3 | S2, S4, S5, S6 |
| [-5 V, 5 V] | 4 | 1,6667 | S3, S5, S6 | S1, S2, S4 |
| [0, 5 V] | 2 | 0 | S1, S4 | S2, S3, S5, S6 |
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Für unipolare Bereiche ist der Schalter S1 aktiviert, so dass ein Strom durch den Schalter S1 fließen kann, der üblicherweise ein MOSFET-Bauelement ist. Da die digitalen Codes am Eingang des DAW 12 von Null bis Vollausschlag variieren, variiert auch das durch den Schalter S1 fließende Stromsignal gleichermaßen. Wie oben erörtert, kann der Widerstandswert des Schalters S1 im EIN-Zustand eine Nichtlinearität aufweisen und sich als Funktion des durch den Schalter S1 fließenden Stroms ändern. Diese nichtlineare Variation im Schalter S1 bezüglich des Widerstandswerts von S1 bewirkt, dass die Kreisverstärkung nichtlinear variiert - was zur INL führt. Ein großes MOSFET-Bauelement kann zum Reduzieren der INL beitragen, ist aber möglicherweise wegen der großen Größe und den Stromlecks bei hoher Temperatur unpraktisch. Ein weiterer Aspekt des Digital-Analog-Umwandlungssystems ist, wie in 1 gezeigt ist, dass für bipolare Bereiche die Spannung am Knoten N generiert werden muss und deshalb Fehlern unterworfen ist, die Offsetfehler bei Vout erzeugen können. Weiterhin können die zum Generieren der Spannung am Knoten N verwendeten Elemente zu Vout zusätzliches Rauschen hinzufügen.
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Es wird angemerkt, dass der Schalter S1 beim Bestimmen einer Kreisverstärkung für jene bipolaren Bereiche keine Rolle spielt, beispielsweise weil der Schalter S1 deaktiviert ist. Für unipolare Bereiche jedoch wird der EIN-Widerstandswert des Schalters S1 zu den existierenden Widerständen R1 - R4 hinzugefügt und beeinflusst die Kreisverstärkung. Aus diesem Grund sind Verstärkungsfehler für unipolare Bereiche schwerwiegender als jene für bipolare Bereiche. Die Differenz zwischen unipolaren und bipolaren Verstärkungsfehlern kann einen zusätzlichen Verstärkungsfehlerbeschneidungsprozess erfordern und somit zu zusätzlichen Kosten führen und zusätzliche Schaltungsbereiche erfordern.
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Es besteht deshalb eine Notwendigkeit zum Reduzieren der durch das Schalten in Signalwegen verursachten Nichtlinearität und Ausgleichen der Verstärkungsfehler zwischen unipolaren und bipolaren Bereichen. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eliminieren Schalter in Signalwegen, wodurch die INL reduziert wird und die Verstärkungsfehler zwischen unipolaren und bipolaren Bereichen ausgeglichen werden.
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2 veranschaulicht ein Digital-Analog-Umwandlungssystem, das eine Ausgangsstufe eines DAW 26 gemäß einer Ausführungsform enthält. Im Vergleich zur DAW-Ausgangsstufe 14, wie in 1 gezeigt, eliminiert die Ausgangsstufe, wie in 2 gezeigt, den Schalter S1 und die assoziierte INL, gleicht die Verstärkung bezüglich uni- und bipolarer Spannungsbereiche aus und eliminiert die Notwendigkeit zum Generieren willkürlicher Referenzspannungen. Da es für den großen Schalter S1 keine Notwendigkeit gibt, kann das durch den großen Schalter verursachte Stromleck reduziert werden und die DAW-Ausgangsstufe kann unter hohen Temperaturen arbeiten.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann die Ausgangsstufe gemäß der Ausführungsform Verstärker 22, 24, Schalter S7, S8 und Widerstände R5, R6, R7 enthalten. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 22 kann den Ausgang von dem DAW empfangen, an den die Ausgangsstufe gekoppelt ist. Der Widerstand R6 ist zwischen den Ausgang (Vout) und den invertierenden Eingang des Verstärkers 22 gekoppelt. Der Widerstand R5 ist zwischen den invertierenden Eingang des Verstärkers 22 und eine Massenreferenz gekoppelt. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 24 kann eine Offsetspannung empfangen, um eine Spannung Vref am Knoten N durch den Widerstand R7 und die Schalter S7, S8 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 22 zu liefern.
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Beim Betrieb können die Schalter S7, S8 unter der Steuerung durch programmierbare Anweisungen für bipolare Bereiche aktiviert werden (EIN) und können alternativ für unipolare Bereiche deaktiviert werden (AUS). Die Kreisverstärkung für die Ausgangsstufe, wie in 2 gezeigt (d.h. wenn S7 und S8 aktiviert sind), lautet 1 + R6/R5 + R6/R7. Die Verstärkung vom Knoten N zu Vout = -R6/R7. Da die Spannung am Knoten N Vref beträgt, können die Widerstandswerte von R6 und R7 so gewählt werden, dass die korrekte Offsetspannung für die bipolaren Bereiche eingestellt wird. In unipolaren Bereichen ist der effektive Widerstandswert in der Signalleitung von R7 unendlich, da die Schalter S7, S8 deaktiviert sind. Da die Signalleitung keinen Schalter enthält, kann die Reihenkombination aus R5 und R6 als ein Spannungsteiler verwendet werden und R5 + R6 = Rtotal. Die Widerstandswerte von R5, R6 und R7 können aufgelöst werden durch Lösen dieser Gleichungen für ein gegebenes Rtotal und eine gegebene Verstärkung. Die Widerstände R5, R6 und R7 können durch zwei oder mehr Widerstände ersetzt werden, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind, beispielsweise wie hierin bezüglich 3 und 10 weiter beschrieben.
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Für mehr Ausgangsbereiche können analog mehr Widerstände und Schalter hinzugefügt werden. Wenn beispielsweise Rtotal = 24 K ist, veranschaulicht
3 eine Schaltungsanordnung, die mehrere Ausgangsspannungsbereiche generieren kann, wie entsprechend in Tabelle 2 gezeigt, wo Rtotal die Summe aus R1 + R2 + R3 + R4 ist und beispielhafte Werte der Widerstände wie folgt sind: R1 = 12 K, R2 = 6 K, R3 = 3 K, R4 = 3 K, R5 = 6 K und R6 = 4,5 K. Tabelle 2
| Bereich | Kreisver-stärkung | EIN-Schalter | AUS-Schalter |
| [0, 20 V] | 8 | S15 | S9-S14 |
| [-10 V, 10 V] | 8 | S9, S11, S14 | S10, S12, S13, S15 |
| [0, 10 V] | 4 | S14 | S9-S13, S15 |
| [-5 V, 5V] | 4 | S10, S12, S13 | S9, S11, S14, S15 |
| [0, 5 V] | 2 | S13 | S9-S12, S14, S15 |
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Für die Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, unter Unipolarmodi, sind beide Schalter S7, S8 deaktiviert (AUS), was bedeutet, dass ein Ende des Widerstands R7 unter Unipolarmodi potentialfrei ist, was zu Rauschkopplung führen kann. 4 veranschaulicht eine DAW-Ausgangsstufe für einen DAW 26 gemäß einer Ausführungsform. Um die Rauschkopplung unter Unipolarmodi zu vermeiden, können die Schalter S7, S8 eingeschaltet gehalten werden, aber der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 24 kann an DACOUT (oder den Ausgang des DAW) angeschlossen werden, so dass sich beide Enden des Widerstands sich R7 auf dem gleichen Potential befinden können und kein Strom durch R7 fließen kann. Der Schalter S16 kann zwischen den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 24 und DACOUT gekoppelt sein, während Schalter S17 zwischen die Referenzspannung Vref und den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 24 gekoppelt ist. In Betrieb kann unter Unipolarmodi der Schalter S16 aktiviert sein (EIN) und S17 kann deaktiviert sein (AUS). Im Gegensatz dazu kann unter Bipolarmodi der Schalter S16 deaktiviert sein und Schalter S17 kann aktiviert sein. Auf diese Weise ist das Potential, wie an den Widerstand R7 angelegt, das gleiche, wodurch die Rauschkopplung reduziert wird.
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Die Ausführungsformen wie in 2-4 gezeigt besitzen den Vorteil keines Schaltens in den Signalwegen oder keines Schalters, durch den ein variierendes Stromsignal fließt, wenn der Ausgang des DAW von einem Nullauschlag auf einen Vollausschlag variiert. Aus diesem Grund wird die Linearität des Ausgangs durch andere Elemente als den DAW nicht beeinflusst. Da es im Signalweg kein Schalten gibt, können die verwendeten Schalter kleinste Größen besitzen. Verstärkungsfehler sind nur auf Widerstandsfehlanpassung zurückzuführen, und es gibt keine systematische Verstärkungsfehlerdifferenz zwischen unipolaren und bipolaren Bereichen. Da die Referenzspannung Vref direkt zum Generieren der Ausgangsbereiche verwenden wird, besteht weiterhin keine Notwendigkeit zum Generieren einer Zwischenspannung (und willkürlichen Spannung) am Knoten N. Das Stromleck unter hohen Temperaturen wird ebenfalls drastisch reduziert.
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5 veranschaulicht eine DAW-Ausgangsstufe für einen DAW 26 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Im Vergleich zu 2 enthält die Ausgangsstufenschaltung wie in 5 gezeigt einen zusätzlichen Widerstand R8, der zwischen den Knoten N2 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 22 gekoppelt ist. Die Widerstandswerte von R5-R8 können auf der Basis der Ausgangsbereiche, der Sollverstärkung (g) von Vin zu Vout und dem Solloffset (Voff) bestimmt werden. Außerdem ist R5 + R6 + R8 = Rtotal, wobei Rtotal gemäß einem Rauschfaktor im Voraus spezifiziert sein kann. Auf der Basis dieser Beziehungen können die Widerstandswerte von R5 - R8 bestimmt werden.
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Im Betrieb sind die Schalter S8, S9 während Unipolarmodi deaktiviert und sind während Bipolarmodi aktiviert, so dass die Spannungsquelle Vref eine Offsetspannung für die Bipolarmodi liefern kann.
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Verschiedene Ausgangsspannungsbereiche können gemäß den Widerstandswerten von R5 - R8 generiert werden.
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6 veranschaulicht eine weitere Variante der DAW-Ausgangsstufe für einen DAW 26 gemäß einer Ausführungsform. Im Vergleich zur Ausführungsform von 5 kann die Schaltung, wie in 6 gezeigt, zusätzliche Schalter S20, S21 enthalten, die schaltbar während der Unipolarmodi oder der Bipolarmodi aktiviert werden können. Wie in 6 gezeigt, kann der Schalter S20 zwischen den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 24 und den Zwischenverbindungsknoten zwischen den Widerständen R5 und R8 gekoppelt sein, und der Schalter S21 kann zwischen Vref und einem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 24 gekoppelt sein. Im Betrieb kann unter den Unipolarmodi S20 aktiviert sein (EIN) und S21 kann deaktiviert sein (AUS), und unter den Bipolarmodi ist S20 deaktiviert (AUS) und S21 ist aktiviert (EIN). Auf diese Weise wird im Vergleich zu der Schaltung wie in 5 gezeigt die Rauschkopplung signifikant reduziert. Die Widerstandswerte für R5 - R8 von 6 können auf eine Weise ähnlich wie in 5 bestimmt werden.
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7 veranschaulicht eine DAW-Ausgangsstufe gemäß einer alternativen Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 7 kann die Ausgangsstufe die Verstärker 22, 24, Widerstände R9 - R12 und Schalter S20, S21 enthalten. Der Verstärker 22 kann einen nichtinvertierenden Eingang enthalten, der eine Eingangsspannung Vin empfängt (z.B. eine Ausgangsspannung von einem DAW). Der Widerstand R9 kann zwischen den invertierenden Eingang des Verstärkers 22 und eine Massenreferenz gekoppelt sein. Die Widerstände R10, R11 können von dem invertierenden Eingang an einen Ausgang des Verstärkers 22 angeschlossen sein. Der Ausgang des Verstärkers 22 kann den Spannungsausgang Vout liefern. Der Verstärker 24 kann durch die Widerstände R12 und die Schalter S20, S21 eine Offsetspannung liefern, wobei der Widerstand R12 an die Zwischenverbindung zwischen den Widerständen R10 und R11 gekoppelt ist.
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Im Betrieb können die Schalter S20, S21 während Unipolarmodi deaktiviert sein (AUS) und können während Bipolarmodi aktiviert sein (EIN), um eine Offsetspannung zu liefern. Die Widerstandswerte der Widerstände R9 - R10 können bestimmt werden, um unterschiedliche Spannungsbereiche herzustellen. Ein Aspekt der Ausgangsstufe, wie in 7 gezeigt, ist, dass der Widerstand R12 während der Unipolarmodi potentialfrei sein kann, was zu Rauschkopplung führt. Um dies zu behandeln, können beide Enden von R12 so angeordnet sein, dass sie das gleiche Spannungspotential besitzen, so dass während des Unipolarmodus kein Strom durch den Widerstand R12 fließen kann. 8 veranschaulicht eine Variante der Ausgangsstufe gemäß einer Ausführungsform. Im Vergleich zu 7 kann die Schaltung, wie in 8 gezeigt, zusätzliche Schalter S22, S23 enthalten, wobei S23 zwischen eine Referenzspannung Vref und den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 24 gekoppelt ist, und der Schalter S23 zwischen den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 24 und die Zwischenverbindung der Widerstände R10 und R11 gekoppelt ist. Im Betrieb kann der Schalter S22 während Unipolarmodi aktiviert und der Schalter S23 deaktiviert sein, so dass beide Enden des Widerstands R12 auf dem gleichen Spannungspotential sind. In Bipolarmodi kann der Schalter S22 deaktiviert sein und der Schalter S23 kann aktiviert sein, so dass eine Offsetspannung durch den Verstärker 24 geliefert werden kann.
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Die Referenzspannungen können durch einen Referenzpuffer geliefert werden. 9A veranschaulicht eine Ausgangsstufe, die einen Referenzpuffer gemäß einer Ausführungsform enthält. Wie in 9A gezeigt, kann der Schaltungsblock 28 eine Ausgangsstufenschaltung wie in 2-8 gezeigt darstellen. Ein Verstärker 26 kann als der Referenzpuffer dienen, dessen Ausgang gleichzeitig eine Referenzspannung an einen DAW und an den nichtinvertierenden Eingang des Offsetpuffers liefern kann. Der invertierende Eingang des Offsetpuffers kann an den Ausgang der Ausgangsstufe 28 angeschlossen sein. Eine Möglichkeit zum Reduzieren des Rauschens an dem Ausgang besteht in dem Reduzieren der Verstärkung für den HF-Verstärker. Für jene hohen Ausgangsbereiche (z.B. 0-20 V und -10 V - 10 V) kann Vref intern erhöht werden (z.B. von 0-2,5 V auf 0-4 V), so dass die Verstärkung des Verstärkers reduziert werden kann (von 8 auf 5). 9B veranschaulicht eine Ausgangsstufe, die eine Spannungserhöhung gemäß einer Ausführungsform beinhaltet. Zum Erhöhen der Spannung ist ein Widerstandsleiter mit den Widerständen R13 und R14 an den Ausgang des Referenzpuffers 26 gekoppelt, um die an den DAW und den Offset-Puffer gelieferte Spannung anzuheben. Auf diese Weise kann die Rauschkomponente am Ausgang weiter reduziert werden.
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10 zeigt eine Schaltungsanordnung, die mehrere Ausgangsspannungsbereiche generieren kann und in Reihe geschaltete Widerstände enthält. Die Schaltungsanordnung von 10 und 3 kann auf die für 2 beschriebene Weise arbeiten, sofern nicht hierin etwas anderes angegeben ist. Im Vergleich zu 2 ersetzt 10 das erste Widerstandselement R7 und das zweite Widerstandselement R5 von 2 durch eine erste Mehrzahl von in Reihe geschalteten Widerständen R1 - R6 und ersetzt das dritte Widerstandselement R6 von 2 durch eine zweite Mehrzahl von in Reihe geschalteten Widerständen R11 - R14. Beispielsweise können die Widerstände R1 - R6 zwischen einen Ausgang des Verstärkers 22 und eine Massenreferenz gekoppelt sein, wobei Zwischenverbindungsknoten der Widerstände R1 - R6 über jeweilige Schalter S1 - S5 an einen ersten Eingang des Verstärkers 22 gekoppelt sind. Die Widerstände R11 - R14 können an einen Zwischenverbindungsknoten der Widerstände R1 - R6 gekoppelt sein. Die Widerstände R11 - R14 können über jeweilige Schalter S12, S14, S16 ebenfalls an den Verstärker 24 und können über jeweilige Schalter S11, S13, S15 an einen Eingang des Verstärkers 24 gekoppelt sein. Wenngleich nicht gezeigt, können das erste, zweite und dritte Widerstandselement R5, R6 und R7 von 2 ebenfalls durch parallel geschaltete Widerstände ersetzt werden.
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Der Fachmann kann anhand der obigen Beschreibung erkennen, dass die vorliegende Erfindung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden kann und dass die verschiedenen Ausführungsformen alleine oder in Kombination implementiert werden können. Wenngleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen davon beschrieben worden sind, sollte der wahre Schutzbereich der Ausführungsformen und/oder Verfahren der vorliegenden Erfindung deshalb nicht so beschränkt werden, da sich dem Fachmann bei einer Lektüre der Zeichnungen, Patentschrift und folgenden Ansprüche weitere Modifikationen ergeben können.
