DE2203005A1 - Leiterabschlussschaltung - Google Patents

Description

19. Januar 1972 Gzs/mü

MOTOROLA, INC., 9401 West Grand Avenue, Franklin Park,

Illinois, USA

Leiteranschlußschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Abschluß-Schaltung für den Leiterteil eines Digital-Analog-Konverters. Eine Anschlußschaltung enthält einen Verstärker, der eine Strom- und Spannungsverstärkung von eins und eine sehr niedrige Eingangsimpedanz besitzt, von der Leiter aus gesehen.

Eine digitale Zahl wird gemäß dem Stand der Technik mittels Schaltungen in einen analogen Wert umgewandelt, indem ein bekanntes Widerstandsnetzwerk verv/endet wird, das eine Leiter genannt wird. Die verschiedenen Verzweigungen des Netzwerks oder Sprossen der Leiter führen Ströme, die digital aufeinander bezogen sind, und eine digitale Zahl am Eingang bewirkt, daß der Strom in einer Sprosse oder in Sprossen der Leiter in einem analogen Ausgangsschaltkreis fließt. Die zahlreichen Sprossen werden gemäß dem Stand der Technik über Anschlüsse an jeweilige Transistoren abgeschlossen, die in einem gemeinsamen Basismodus arbeiten und deren Emitter in Gebiete zum Stromfluss in den jeweiligen Sprossen bezogen sind, wobei

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die Stromflüsse in den zahlreichen Sprossen voneinander unabhängig sein können und unabhängig voneinander an den analogen Ausgangsschaltkreis angeschlossen sein können, so daß der Strom in dem analogen Ausgangsschaltkreis in digitaler Art gesteuert werden kann. Die Transistoren, die verschiedene Emitterflächen besitzen, sind schv/ierig auf einem Chip mit ausreichend hoher Genauigkeit aufzubringen, um einen niedrigen und gleichmäßigen Widerstand an den zahlreichen Emittern und das gleiche Potential an den zahlreichen Emittern zu schaffen, ebenso wie einen richtig bemessenen Stromfluss von den zahlreichen Emittern zu liefern.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Anschlußnetzwerk für die Sprossen einer Digital-Analog-Leiterschaltung zu schaffen.

Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, ein Anschlußnetzwerk zu liefern, das einen Verstärker mit Strom- und Spannungsverstärkungsfaktoren von eins und einen niedrigen Widerstand zu schaffen, wenn man aus der Richtung der Sprossen der Leiter blickt.

Entsprechend dieser Erfindung wird der analoge Ausgangsanschluß mit den Sprossen der Leiter mittels separater Verstärker verbunden. Jeder Verstärker hat ein eins : eins Stromverhältnis, wobei die in den Verstarker hineinlaufenden Ströme gleich sind den aus dem Verstärker herauslaufenden Strömen. Der Verstärker besitzt auch ein eins : eins Spannungsverstärkungsverhältnis, wobei ein Eingang oder ein Vorspannungsanschluß des Verstärkeis die Ausgangsspannung am Leiterabschluß des Verstärkers steuert, und der Verstärker

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ist auch so konstruiert, daß der Leiterabschluß in dem Verstärker eine niedrige Impedanz, oder einen niedrigen Widerstand sieht.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.

Die einzige Figur illustriert eine Digital-Analog-Leiter, einschließlich der Endverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der Figur wird eine binäre Zahl, bestehend aus den Ziffern, Nullen und Einsen, den zahlreichen Anschlüssen 10, 12, 14, 16, 18 und 20 zugeführt. Die wichtigste Ziffer wird dem Eingangsanschluß 10 und die anderen Ziffern werden in der Reihenfolge von ihr*-r Bedeutung den Einrangsanschlüssen 12, 14, 16, 18 bzw. ?.O zugeführt. Der Inhalt des gestrichelt gezeichneten Rechtecks 2Ί und der Rechtecke 26, 28, 30, 32 und 34 ist der gleiche. Dor Inhalt dp_S Rechtecks 36 unterscheidet sich von den Inhalten d^r Rechtecke 24 bis 34 nur darin, daß kein digitaler Eingangsanschluß vorgesehen ist, wie z.B. wie die Anschlüsse 10 bis 20 bei den Rechtecken 2^/! bis JM, wodurch ein Ausgangsanschluß, wie z.B. 61 für das Rechteck 36 nicht benötigt wird. Daher wird nur der Inhalt des Rechtecks PM· beschrieben. Der Eingangsanschluß 10 ist mit der Basis eines NFN-Transistors 38 verbunden, der als ein Schalter wirkt. Da alle gezeigten Transistoren der NPN-3auart sind, v.ird im folgenden die Bauart des Transistors nicht mehr erw-ihnt. Der Kollektor des Transistors 38 ist mit .·:?■: Eingarigsanschiu.'¹ i-0 verbunden,

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an dem der positive Anschluß der LeistungsVersorgungsquelle (nicht gezeigt) anzuschließen ist. Der Emitter des Transistors 38 ist mit der Kathode einer Diode 42 und mit dem Kollektor eines Tratnsistors 44 verbunden. (In dem Rechteck 36 braucht kein Transistor 38 oder Diode 42, die die Schaltvorrichtungen darstellen, und kein Eingangsanschluß, wie z.B. 10, vorgesehen werden., und der Anschluß 40 ist direkt mit dem Kollektor von einem Transistor verbunden, wie z.B. der Transistor 44). Die Basis des Transistors 44 ist mit einem Anschluß einer konstanten Stromquelle 46 verbunden, außerdem mit dem Kollektor des Transistors 48. Der Emitter des Transistors 44 ist mit der Basis des Transistors 48 und mit einem Leiteranschluß 50 des Verstärkers in dem Rechteck 24 verbunden. Ein Spannungsversorgungsanschluß 52 ist mit dem anderen Anschluß mit der konstanten Stromquelle 46 und mit dem Kollektor eines Transistors 54 verbunden. Die Basis des Transistors 54 ist mit einem Vorspannungsanschluß 56 verbunden, an die eine feste Vorspannung mit Bezug auf Masse angelegt wird. Die Emitter der zwei Transistoren 54 und 48 sind miteinander verbunden und über eine konstante Stromquelle 58 an einen festen Bezugspunkt angeschlossen, wie z.B. die Masse 60. Die Verbindung 61 zur Anode der Diode 42 ist der Ausgang des Verstärkers 24. Jedes der Rechtecke 26 bis 34, das die Verstärker aus den Elementen 44, 46, 48, 54 und 58 wie auch den Schalter aus den Elementen 38 und 42 enthält , ist mit dem Verstärker 24 identisch, wie bereits bemerkt wurde. Jedoch sind nur die Eingangsanschlüsse 12 bis 20, die Vorspannungsanschlüsse 56, die Leiteranschlüsse 50, die Versorgungsanschlüsse 40 und die Ausgangsanschlüsse 61 für die Rechtecke 26 bis 34 gezeigt, und für das Rechteck sind der Eingangsanschluß und der Ausgangsanschluß 61 weggelassen. Alle Anschlüsse 61 sind mit dem analogen Anschluß

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verbunden, wodurch der Strom am Anschluß 62 die Summe der Ströme von den zahlreichen Anschlüssen 61 gebildet wird, gesteuert von den digitalen Eingängen 10 bis 20.

Obwohl das Leiternetzwerk mit Verzweigungen oder Sprossen bekannt ist, wird es aus Vollständigskeitsgründen beschrieben. Die Leiteranschlüsse 50 der Verstärker 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 sind mit einem Anschluß der jeweiligen Widerstände 64, 66, 68, 70, 72,.74 und 76 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstandes 64/mit einem Anschluß der konstanten Stromquelle 77 verbunden, deren anderer Anschluß mit dem anderen Anschluß der nicht gezeigten Stromquelle verbunden ist, die mit dem Anschluß 40 verbunden ist. Dieser andere Anschluß des Widerstandes 64 ist miwSnderen Anschluß des Widerstandes 66 mittels eines Widerstandes 78 verbunden. Die anderen Anschlüsse der Widerstände 66 und 68 sind über einen V/iderstand 80 miteinander verbunden. Die anderen Anschlüsse der Widerstände 68 und 70 sind über einen Widerstand 82 miteinander verbunden. Die anderen Anschlüsse der,Widerstände 70 und 72 sind über einen Widerstand 84 miteinander verbunden. Die anderen Anschlüsse der Widerstände 72 und 74 sind über einen Widerstand 86 miteinander verbunden, und die anderen Anschlüsse der Widerstände 74 und 76 sind über einen Widerstand 88 miteinander verbunden. Wenn daher der Widerstand der Widerstände 64, 66, 68, 70, 72 und 74 jeweils gleich ist dem zweifachen Widerstand der Widerstände 76, 78, 80, 82, 84, 86 und 88, sind die herkömmlichen Ströme, die aus den Anschlüssen 50 der Rechtecke 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 herausfließen, gleich 321, 161, 81, 41, 21, I bzw. I, wobei die konstante Stromquelle 77 gleich 641 ist. Wie oben bemerkt, gibt es keinen Anschluß 61 für das Rechteck 36, während, wenn digitale Nullen (wenn man eine positive Logik verwendet), allen

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digitalen Eingangsanschlüssen 10, 12, 14, 16, 18 und 20 zugeführt werden, ein Strom von 631 in den analogen Anschluß 62 fließt, und wenn digitale Einsen den Anschlüssen 10, 12, 14, 16, 18 und 20 zugeführt werden, fließt kein Strom in den digitalen Ausgangsanschluß 62, und in gleicher Weise wird für jede den Anschlüssen 10, 12, 14, 16, 18 und 20 zugeführte binäre Zahl, wobei die wichtigste Ziffer dem Anschluß 10 zugeführt wird, wie oben bemerkt, der Stromfluß indem analogen Anschluß 62 vom Wert der binären Zahl bestimmt.

Nach der Erklärung der allgemeinen Wirkungsweise eines Digital-Analog-Konverters wird nun die Wirkungsweise des in dem Rechteck 24 eingeschlossenen Verstärkers beschrieben. Wie schon bemerkt, bilden der Transistor 38 und die Diode 42 einen Schalter und sind nicht Teil des Verstärkers. Wie oben erwähnt, fließt herkömmlicher Strom vom Anschluß 40 durch die Kollektorzu-Emitterwege der Transistoren 38 und 44 in Serie mit dem Leiteranschluß 50, wenn eine binäre Eins der Basis des Transistors 38 zugeführt wird, und dieser Strom fließt von dem Anschluß 62 durch die Diode 42, durch den Kollektor-zu-Emitter-Weg des Transistors 44 und durch den Anschluß 50, wenn der Transistor 38 durch das Anlegen einer negativen Spannung mit Bezug auf die Spannung am Anschluß 62 blockiert wird, wodurch eine binäre Null an dessen Basis angezeigt wird. Die anderen Verstärker in den Rechtecken 26 bis 34 arbeiten in gleicher V/eise. Das Verhältnis des Stromflusses am Kollektor des Transistors 44 zu dem am Anschluß 50 für jeden der Verstärker in den Rechtecken 24 bis 34 muß zu allen Zeiten Eins sein, damit der Digital-Analog-Konverter richtig arbeitet. D.h., der Strom am Kollektor des Transistors 44 muß immer gleich sein zum Strom am Anschluß 50, um dieses Ergebnis zu erreichen, die Verstärker in den

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Rechtecken 24 bis 34, wie auch der Verstärker im Rechteck 36, müssen Bine Stromverstärkung von Eins besitzen.

J3a sowohl der Transistor 44 wie auch 48 hohe Stromverstärkungsfairtoren Beta besitzen (in der Größenordnung von 50), und da ■der von der Stromquelle 46 zugeführte Strom klein ist, ist der Basisstrom für den Transistor 48 sehr klein. Infolge des hohen Beta des Transistors 44 ist ebenfalls der Basisstrom für diesen Transistor klein. Daher ist der Kollektorstrom des Transistors 44 im wesentlichen gleich dem Strom am Anschluß 50. Es ist auch zu bemerken, daß etwas von dem Stromfluß aus dem Emitter des Transistors 44 von der Basis abgeleitet wird, wodurch der Strom am Emitter des Transistors 44 größer ist als der Strom an dessen Kollektor. Mindestens etwas von diesem zusätzlichen Strom (der sehr klein ist) wird verwendet, um Basisstrom für den Transistor 48 zu liefern, und daher erscheint dieser nicht am Anschluß 50. Wegen dieser zwei zusammenwirkenden Effekte ist die Stromverstärkung in den Ver« stärkern der Rechtecke 24 bis 34 jeweils gleich Eins.

Wie es für eine richtige Arbeitsweise der Leiter nötig ist, wird die Spannung an alle Leiteranschlüsse 50 auf gleicher Spannung gehalten, wobei die Spannung gleich der Spannung am Vorsp-annungsanschluß 56 ist. Dies wird wie folgt erreicht.Der durch die konstante Stromquelle 46 fließende Strom ist immer halb so groß wie der Strom, der durch die konstante Stromquelle 58 fließt, wodurch der Stromfluß von dem Emitter des Transistors 48 der halbe Strom ist, der durch die konstante Stromquelle fließt. Daher ist der Strom, der normalerweise von dem Transistor 54 gezogen wird, gleich dem Strom, der von dem Transistor 48 gezogen wird. Da die Transistoren 54 und 48 so gleichartig wie . möglich sind, ist der Spannungsabfall daher von der Basis zur

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Masse an den zwei Transistoren 54 und 48 gleich, und gleich zu der Vorspannung, die der Basis des Transistors 56 zugeführt wird. Daher sind alle Punkte 50 auf der gleichen Spannung mit Bezug auf Masse, und die Verstärker haben eine Spannungsverstärkung von Eins zwischen ihren Anschlüssen 56 und 50. Da die gleiche Vorspannung allen Verstärkern 24 bis •36 zugeführt wird, liegen alle Leiteranschlüsse 50 auf dem gleichen Spannungspegel.

Weiterhin ist der Widerstand der Verstärker 24 bis 36 niedrig, wenn man von dem Leiteranschluß 50 in den Verstärker blickt. Dies beruht auf der Tatsache, daß der Anschluß 50 mit der Basis von einem Transistor 48 verbunden ist, und mit dem Emitter von einem anderen Transistor 44. Wegen der negativen Rückkopplung, die durch die Verbindung der Transistoren 44 und 48 erzeugt wird, wie wohl-bekannt, ist der Widerstand des Verstärkers in den Rechtecken 24 bis 36 niedrig. Da dieser Widerstand mit Hinblick auf den Widerstand der Leiterelemente 64 bis 88 niedrig ist, kann die Leiter genau konstruiert werden, ohne daß die hohen Verstärkerwiderstände berücksichtigt werden müssen.

Während eine Sechs-Bit-Leiter gezeigt ist, kann die Anzahl der Bits so groß oder so klein wie gewünscht gemacht werden, indem Verstärker und Leiterabschnitte hinzugefügt oder abgezogen werden. Während NPN-Transistoren gezeigt sind, können auch PNP-Transistören in bekannter Weise verwendet werden. Während diese Erfindung am besten für ein Chip geeignet ist, können, wenn gewünscht, auch diskrete Elemente verwendet werden.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Eine Leiteranschlußschaltung, gekennzeichnet durch einen Verstärker mit einem Stromverstärkungsfaktor von Eins zwischen einem Ausgangsanschluß und einem mit ihm verbundenen Widerstandsnetzwerksverbindungsanschluß, der

einen Spannunßsyerstärkunßsfaktor von Eins zwischen einem uncrüer wtzwerksvermndung DesitzTT, durch

an ihm befindlichen Vorspannungsanschluß/ und/eine Stromteilerwiderstandsnetzwerk, das mindestens eine Widerstandsverzweigung besitzt, die an dem Netzwerk angeschlossen ist, wobei der Verstärker einen niedrigen Widerstand der Widerstandszweigungsverbindung liefert.

2. Leiteranschlußschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen zusätzlichen Anschluß sowie einen Schalter enthält, um den Strom zwischen dem Ausgang und dem zusätzlichen Anschluß^Schalten.

3. Leiteranschlußschaltung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein Paar von Transistoren enthält, die jeweils Hauptelektroden und eine Steuerelektrode besitzen, und durch Vorrichtungen, um den Vorspannungsanschluß mit der Steuerelektrode von einem Transistor dieses Paares von Transistoren zu verbinden, und durch Vorrichtungen, um die Hauptelektrode von jedem dieser Transistoren mit einem Punkt eines Bezugspo-tentials mittels einer -.onstanten Stromquelle zu verbinden, und durch Vorricht ...;-en zur Stromversorgung der anderen Hauptelektrode des anderen Transistors des Paares von Transistoren, einschließlich einer zweiten konstanten Stromquelle.

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4. Leiteranschlußschaltung nach Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Transistor
enthält, der ein Paar von Hauptelektroden und eine
Steuerelektrode besitzt, und daß er eine Vorrichtung enthält, um den Stromfluß' zu der Steuerelektrode möglichst klein zu machen.

5. Leiteranschlußschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum minimalisieren des Stromflusses die konstante Stromquelle enthält, die den Strom zur Hauptelektrode des anderen Transistors des Paares von Transistoren enthält.

6. Leiteranschlußschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker weiter einen dritten Transistor mit einem Paar von Hauptelektroden und einer Steuerelektrode enthält, und daß er eine Vorrichtung enthält, um den Stromfluß in die Steuerelektrode des dritten Transistors möglichst klein zu machen.

7. Leiteranschlußschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen, um den Stromfluß möglichst klein zu machen, eine zweite konstante
Stromquelle enthält, die mit dem anderen Transistor
des Paares der Transistoren verbunden ist.

8. Leiteranschlußschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des dritten
Transistors mit der Verbindung von der zweiten konstanten Stromquelle mit der Hauptelektrode des anderen

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Transistors des Paares von Transistoren verbunden ist, und daß eine Steuerelektrode dieses anderen Transistors des Paares von Transistoren mit der Hauptelektrode dieses dritten Transistors verbunden ist.

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