DE2010282A1 - Digital-Analog-Umsetzer - Google Patents
Digital-Analog-UmsetzerInfo
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- DE2010282A1 DE2010282A1 DE19702010282 DE2010282A DE2010282A1 DE 2010282 A1 DE2010282 A1 DE 2010282A1 DE 19702010282 DE19702010282 DE 19702010282 DE 2010282 A DE2010282 A DE 2010282A DE 2010282 A1 DE2010282 A1 DE 2010282A1
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/66—Digital/analogue converters
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- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Description
IBM Deutschland Internationale Büro-Manhinen GeMeIUAuft mbH
Böblingen, 3. März 1970 ne-hl
Anmelderin:
International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504
Amtl. Aktenzeichen:
Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin:
Docket UK 9-69-001
Während es allgemein anerkannt ist, daß flexible Rechenanlagen Daten verarbeiten
müssen, die in digitaler Form- dargestellt sind, werden die Ergebnisse
der in solchen Anlagen durchgeführten Rechnungen häufig in analoger Form verlangt, z. B. in vielen Anwendungen, in denen die Ergebnisse graphisch
angezeigt werden, und auch bei den zahlreichen Anwendungen bei der Prozeßsteuerung. Die Arbeitsweise einer klassischen Form eines Umsetzers
beruht auf der Erzeugung eines genau vorgeschriebenen Strombetrages
beim Vorhandensein eines bestimmten digitalen Eingangssignales. Die Summe der so erzeugten Ströme ist daher ein Strom, der den Wert des
digitalen Eingangs signale s darstellt. Widerstände wurden verwendet, um
die Stromstärken der erzeugten Ströme festzulegen. Obgleich ein solcher Umsetzer zufriedenstellend arbeitet, bereitet es gewisse Schwierigkeiten,
ihn in der Form einer integrierten Schaltung zu realisieren. Für Zwecke ■"
der Praxis sollte er nämlich in der Lage sein, ein aus fünf oder mehr
binären Signalen bestehendes Eingangssignal zu verarbeiten, was bedeutet,
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daß die Werte der Widerstände sich in einem weiten Bereich bewegen. So
müssen daher zwei ganz bestimmte Formen von Widerständen verwendet werden, nämlich ebene Widerstände und Pinch-Widerstände, andernfalls
nehmen einige der Widerstände einen unverhältnismäßig großen Teil der Oberfläche des Substrates ein.
Die Erfindung zeigt einen anderen Weg zur Lösung des aufgezeigten Problems.
Der auf ihr beruhende Digital-Analog-Umsetzer, bei dem eine Konstant stromquelle
vorgesehen ist, deren Strom, in so viele Teilströme aufgeteilt wird
als der Umsetzer Eingangsklemmen aufweist, wobei jeder Teilstrom eine Stromstärke aufweist, die dem Gewicht der ihm zugeordneten Stelle des
Eingangssignales proportional ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß gemäß der Erfindung die Stromstärke der Teilströme durch mit ihren Emittern
parallel an den Ausgang der Konstantstromquelle angeschlossene sogenannte Stromverteilungs - Transistoren bestimmt wird, bei denen das Verhältnis
der Emitterflächen dem Verhältnis der Gewichte der diesen Transistoren zugeordneten Stellen des Eingangssignales entspricht, daß der Kollektor
jedes der Stromverteilungs-Transistoren, deren Basis-Elektroden alle mit
einer gemeinsamen Steuerstromquelle verbunden sind, an die Emitter zweier, einen an sich bekannten Stromübernahmeschalter bildender Transistoren
angeschlossen ist, und daß die Kollektoren der ersten Transistoren der Stromübernahmeschalter, deren Basis-Elektroden mit den Eingangsklemmen verbunden
sind, mit einem ersten gemeinsamen Kollektorwiderstand und die Kollektoren der zweiten Transistoren der Stromübernahmeschalter, deren Basis-Elektroden
gemeinsam mit einer zweiten Steuerstromquelle verbunden sind, an einen zweiten gemeinsamen Widerstand angeschlossen sind.
Ein Umsetzer gemäß der Erfindung, der z.B. ein digitales Eingangssignal
umsetzt, das aus fünf Binärsignalen besteht, beansprucht ungefähr 25 % weniger Substratfläche als ein entsprechender Umsetzer, bei dem Widerstände
dafür sorgen, daß genau vorgeschriebene Stromstärken erzeugt werden, selbst
Docket UK 9-69-001 009839/1905
dann wenn die wirtschaftlichste Herstellung· der Widerstände angewandt wird/
da zu berücksichtigen ist, daß Pinch-Widerstände nicht für Widerstandswerte
unter 10 KXl benutzt werden können und daß sie eine absolute Toleranz von
50 % besitzen. Weiter ist zu berücksichtigen, daß eine absolute Toleranz
von 15 % von Komponenten integrierter Schaltungen, die nicht den Pinch Effekt ausnutzen, erwartet werden kann.
Docket UK 9-69-001 009839/1905
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele in
Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Von den Zeichnungen stellt dar:
einem Substrat; und
gezeigten ähnlich ist.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Digital-Analog-Umsetzers gemäß der Erfindung enthält eine Konstantstromquelle 10, eine
Stromverteilungsschaltung 11, eine Stromübernahmeschaltung 12 und ein
Paar gleicher Ausgangswiderstände 13 und 14,
Die Konstantstromquelle 10 enthält die emitte !'gekoppelten Transistoren 15
und 16, deren Basen miteinander und mit dem Kollektor des Transistors 15
verbunden sind, der über einen Widerstand 17 an eine Spannungsquelle ange
schlossen ist. Die Emitter der Transistoren 15 und 16 sind mit einer anderen
Spannungs-el]e verbunden und vom Kollektor des Transistors 16 wird ein
konstanter Strom der Stromverteilungsschaltung 11 zugeführt.
Die Strom ve rl. r, Uimgs schaltung 3 1 enthält die der; Strom verteilenden Transistoren
18, ^i),, 20, 21 und 22 zusanirr.!t-.ji ;ult dem Transistor 23, der den
B as pn der ' " - i;:>:. rer: 18 bis ?2 ein·-! genuine ηrne Vorspannung züfübrt,
i;.H; ; ..■.,; . ; liireii 10 }As 22 :>i;i.il direkt v<vit dem Kollektor des
TvariiVi.sir.rs '. \ . ο ':.■■'■::■:·■:::!, wühver,·' ·.·<■■■_■ KrI l·"-:;- ■ rrren der Transistoren 18 bi;i
22. ι;'-..-'-· ■ ;.. v, . ι. o:v·-.. i:.\^- ■',. ν St ·■:■-.·■;;. "', r-r-:·:- ::rnf... chal^vng 12 verbunden
8AD ORIGINAL
- 5> ■■..-.■'. ■■■■.'■■' '
Die Stromübernahme Schaltung 12 enthält fünf Paare emitter gekoppelter
Transistoren 24, 25; 26, 27; 28, 29; 30, 31; 32, 33, wobei die miteinander
verbundenen Emitter jedes Paares mit dem Kollektor eines der Trarisistoren
18 bis 22 verbunden; sind. Der Kollektor eines Transistors jedes Paares'
(Transistoren 24; 26, 28, 30 und 32) ist mit einem Widerstand 13 verbunden
und der Kollektor des anderen Transistors jedes Paares (Transistoren 25,
27, 29, 31 und 33) ist mit einem Widerstand 14 verbunden, während die
Basen der letzteren Transistoren 25, 27, 29, 31 und 33 mit einer gemeinsamen
Va rspannungs quelle verbunden sind. .
Bei den Widerständen 13 und 14 handelt es sich um gleiche Widerstände,
■ deren freies Ende an ein gemeinsames Potential angeschlossen ist.
Die Eingänge des Digital-Analog-Umsetzers sind mit den Basen der Transistoren
24, 26, 28, 30 und 32 verbunden und die Analog-Signale können
an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Kollektoren der Transistoren 24, 26, 28, 30 und 32 und an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der
Kollektoren der Transistoren 25, 27, 29, 31 und 33 abgenommen werdeno
Der dargestellte Digital-Analog-Umsetzer kann ein digitales Eingangssignal
umsetzen, das zusammengesetzt ist aus fünf Signalen, die den Binärziffern
entsprechen und den Zahlenbereich von 0 bis 31 erfassen und die parallel
den Basen der Transistoren 24/ 26, 28, 30 und 32 zugeführt werden. Es
wird angenommen, daß das "!"-Bit der Basis des Transistors 24, das
"2"-Bit der Basis des Transistors 26, das "4"-BIt der Basis des Transistors
28, das "8"-Bit der Basis des Transistors 30 und das "16"-Bit der Basis
des Transistors 32 zugeführt wird» In diesem Falle besitzen die Emitterüächen
der Traneistoren 18, 24 und 25 den Wert A, die Emitterflächen der
Transistoren 19, 26 und 27 den Wert 2A, die Emitter flächen der Transistoren
■■■..■ JA^-PO om
20, 28 und 29 den Wert 4A, die Emitterflächen der Transistoren 21, 30 und
31 den Wert 8A und die Emitterflächen der Transistoren 22, 32 und 33 den Wert 16A. Daher führen die Kollektoren der Transistoren konstante Ströme
der Stärke 1/31 i, 2/31 i, 4/31 i, 8/31 i und 16/31 i, wobei i der von der Konstantstromquelle 10 gelieferte Strom ist. Wenn das "l"-Bit der Basis
des Transistors 24 zugeführt wird, durchfließt ein Strom der Stärke 1/31 i den Widerstand 13 und wenn das "l"-Bit nicht der Basis des Transistors 24
zugeführt wird, durchfließt ein Strom von der Stärke 1/31 i den Widerstand 14. Entsprechendes gilt für jedes der Transistorpaare 26, 27; 28, 29; 30,
und 32, 33. Jedes Transistor paar bildet einen Stromübernahmeschalter. Es
folgt daraus, daß das Vorhandensein von Eingangssignalen, die die Zahl η darstellen (wobei η eine ganze Zahl ist, für die gilt: O^ n^31) an den
Basen der Transistoren 24, 26, 28, 30 und 32 dazu führt, daß ein Strom der Stärke n/31 i den Widerstand 13 und ein Strom der Stärke (31-n)/31 i den
Widerstand 14 durchfließt. Daher kann mit der dargestellten Anordnung ein Analog-Signal, das die Zahl η darstellt, an dem Verbindungspunkt der Kollektoren
der Transistoren 24, 26, 28, 30 und 32 mit dem Widerstand 13 und ein Analog-Signal, das die Zahl (31-n) darstellt, an dem Verbindungspunkt der
Kollektoren der Transistoren 25, 27, 29, 31 und 33 mit dem Widerstand 14 abgenommen werden.
Es sei bemerkt, daß ein Differenz-Ausgangssignal zwischen diesen beiden
Verbindungspunkten abgenommen werden kann, das eine Spannungsamplitude besitzt, die doppelt so groß ist als diejenige, die an einem Ausgang allein
abgenommen werden kann. Nimmt man weiter an, daß die Widerstandswerte
gleich sind, beeinflussen Änderungen der Widerstandswerte aufgrund von Temperaturänderungen nur als linearer Faktor das Differenz-Ausgangssignal,
dessen Amplitude verändert wird.
Weil es unzweckmäßig wäre, die gesamte Realisierung dieser Schaltung in
integrierter Form auf nur einem Substrat 34 darzustellen, gibt das Studium
Docket UK 9-69-001 009839/1905
der Fig. 2, die die Transistoren und Widerstände nach Fig. 1 zeigt, einen
Begriff von einer Form der Anordnung der Komponenten und von der relativen
Größe derx verschiedenenKomponenten. Es wird keine Beschreibung gegeben,
aber in Fig. 2 sind die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet, um
die gleichen Komponentenzu bezeichnen. Esist möglieh, die Transistoren
der Schaltung nadji Fig. 1 in integrierter Form, auf nur einem Substrat 34
ziu erzeugen undmit ihnen als diskrete- Komponenten-die-Wider stände 13 j 14
und 17 zu verbinden. Die Widerstände 13 und 14 können gemeinsam eingekapselt
sein, was den Vorteil hat, daß Temperatur änderungen beide Widerstände
in gleicher Weise beeinflussen. "-■""-. -■■-""-:
Es sei bemerkt, daß die Widerstände 13 und 14 keine wesentlichen Teile
des Umsetzers darstellen, da ein Analog-Signal in Form einer bestimmten
Stromstärke durch Summieren der von den Transistoren 24, 26, 28, 30 und"
32 gelieferten Ströme erhalten wird.· :
Die Emitterflächen der Transistoren 24 bis 33 können alle die gleiche Größe
besitzen, obgleich dies im allgemeinen eine Platzverschwendung bedeuten würde. Es ist jedoch notwendig, daß jeder von ihnen den gesamten Strom
übernimmt, der von den entsprechenden Transistoren 18 bis 22 geliefert
wird.
'Docket UK 9-69-001 ©0813
Claims (3)
- PATENTANSPRÜCHE(TJ Digital-Analog-Umsetzer mit einer Konstantstromquelle, deren Strom in soviel Teilströme aufgeteilt wird als der Umsetzer Eingangsklemmen aufweist, wobei jeder Teilstrom eine Stromstärke aufweist, die dem Grewicht der ihm zugeordneten Stelle des Eingangs signales proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke der Teilströme durch mit ihren Emittern parallel an den Ausgang der Konstantstromquelle angeschlossene sogenannte Stromverteilungs-Transistoren (18, 19, 20, 21, 22; Fig. 1) bestimmt wird, bei denen das Verhältnis der Emitterflächen dem Verhältnis der Gewichte der diesen Transistoren zugeordneten Stellen des Eingangs signales entspricht, daß der Kollektor jedes der Stromverteilungs-Transistoren, deren Basis-Elektroden alle mit einer gemeinsamen Steuerstromquelle (23) verbunden sind, an die Emitter zweier, einen an sich bekannten Stromübernahmeschalter bildender Transistoren (24, 25; 26, 27; 28, 29; 30, 31; 32, 33) angeschlossen ist, und daß die Kollektoren der ersten Transistoren (24, 26, 28, 30, 32) der Stromübernahmeschalter, deren Basis-Elektroden mit den Eingangsklemmen verbunden sind, mit einem ersten gemeinsamen Kollektorwiderstand (13) und die Kollektoren der zweiten Transistoren (25, 27, 29, 31, 33) der Stromübernahmeschalter, deren Basis-Elektroden gemeinsam mit einer zweiten Steuerstromquelle verbunden sind, an einen zweiten genieinsamen Widerstand (14) angeschlossen sind.
- 2. Digital-Analog Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle, (10, E'ig, 1) die Stromverteilungs-Transistoren und die Stromübernahmeschalter als integrierte Schaltung auf dem gleicht*1, "ubstrat realisiert sind.
- 3. Digital Analog-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßDocket UK 9-69-001 0 098 3 9/19056AD ORIGINALdie den Transistoren der Stromübernahmeschalter gemeinsamen Widerstände den gleichen Wert besitzen.4, Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Transistoren der Stromübernahme schalter gemeinsamen Widerstände als diskrete Widerstände ausgeführt sind.Docket UK 9-89-001 0 0963 9/1SJAI&&EÖ OALeerseite
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