DE2204016A1 - - Google Patents

Description

• Digital-Analog-Konverter mit verbesserter Vergleichs stromquelle Die Erfindung bezieht sich auf einen Digital-Analog-Konverter mit einer Bezugstromquelle, deren Ausgangsstrom von einem Bezugswiderstand und einer positiven oder negativen Bezugsspannungsquelle bestimmt werden kann, Es ist bekannt, einen digitalen Wert, der mittels einer Gruppe von Ziffern dargestellt ist, in einen analogen Stromwert umzuwandeln. Dies kann mittels einer R-2F?-Widerstandsleiter geschehen. Der Strom1 der von jedem der Widerstände, die eine Sprosse der Leiter bilden, zum Analog-Ausgang fließt, ist binär auf den Stromfluß von den anderen Sprossen der Leiter bezogen, und eine oder mehrere der Sprossen liefern Strom (oder keinen Strom) zu dem Analog-Ausgang, Je nachdem, wie es von den verschiedenen Digital stellen festgelegt ist. Für richtige Wirkungsweise einer derartigen Leiter muß der von einer Versorgungsvorrichtung gelieferte Strom, der den Strom der Leiter und allen ihren Sprossen liefert, sehr konstant sein, und diese Konstanz sollte von der Spannung der Stromversorgung unabhängig sein.
• Es ist ein Ziel dieser Erfindung, einen verbesserten Digital-Analog-Konverter zu schaffen.
• Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung einen Digital-Analog-Konverter mit einer verbesserten konstanten Stromquelle zu schaffen.
• Es ist ein noch anderes Ziel dieser Erfindung, eine konstante Stromquelle zu liefern, deren konstanter Strom von gewöhnlich erhältlichen Standardelementen bestimmt wird.
• In Übereinstimmung mit dieser Erfindung ist die konstante Stromquelle zur Versorgung der Widerstandsleiter geeignet, auf einem Chip angeordnet zu werden. Das Chip hat einen positiven und einen negativen Steueranschluß. Der positive Steueranschluß kann mittels eines Steuerwiderstandes und einer Standardspannungsquelle, die gegenüber Masse positiv ist, mit Masse verbunden werden, in welchem Fall der negative Steueranschluß mit Masse verbunden ist, oder positiver und negativer Anschluß können über einen Steuerwiderstand und eine Standardquelle mit Masse verbunden werden, die mit Bezug auf Masse negativ ist.
• In der konstanten Stromquelle sind Vorrichtungen vorgesehen, um zu veranlassen, daß der konstante Strom vom Wert des Steuerwiderstandes und der Standardspannung abhängt. Es sind auch Vorrichtungen in der konstanten Stromquelle vorgesehen, um den angelegten Spannungspegel zu verschieben, der an dem Teil der konstanten Stromquelle angelegt wird, der den konstanten Strom bestimmt, wobei die Verschiebung des Stromes um einen Wert erfolgt, der von dem Wert und einer eventuellen Veränderung der Spannungsversorgung für die konstante Stromquelle bestimmt wird.
• Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausfiihrungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.
• Es zeigt: Fig. 1 einen Digital-Analog-Umsetzschaltkreis mit einer konstanten Stromquelle in Übereinstimmung mit der Erfindung, und Fig. 2 eine Teildarstellung einer anderen Zusammenschaltung einer konstanten Stromquelle dieser Erfindung, ebenfalls in Übereinstimmung mit dieser Erfindung.
• In Fig. 1 werden die Digitalstellen einer binären Zahl den Eingangsanschlüssen 10, 12, 14, 16, 18 bzw. 20 der Leiterabschlußschaltungen 48, 50, 52, 54, 56 und 58 zugeführt, wobei die wichtigste Digitalstelle dem Anschluß 10 und die am wenigsten wichtige dem Anschluß 20 zugeführt wird. Die von den zahlreichen Sprossen 22, 24, 26, 28, 3Q und 32 der Leiter gelieferte Strom wird im Analogausgangsanschluß 34 mittels der jeweiligen Ausgangsverbindungen 36, 38, 40, 42, 44 und 46 der Leiterabschlußschaltungen 48, 50, 52, 54, 56 und 58 zugeführt, oder sie werden mit einer nicht gezeigten Stromversorgung über jeweilige Anschlüsse 62, 64, 66, 68, 70 oder 72 verbunden, abhängig davon, ob die den Anschlüssen 10 bis 20 zugeführten Digital stellen Einsen oder Nullen sind.
• Während die Leiter selbst bekannt ist, wird sie doch aus Vollständigkeitsgründen hier beschrieben werden. Ein Anschluß von jedem der Widerstände 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 33 sind mit Jeweiligen Leiteranschlüssen 74, 76, 78, 80, 82, 84 und 86 von Leiterabschlußschaltungen 48 bis 60 verbunden.
• Die anderen Anschlüsse der Widerstände 22 und 24 sind mittels eines Widerstands 86 miteinander verbunden. Die anderen Anschlüsse des Widerstandes 24 und 26 sind mittels eines Widerstandes 88 miteinander verbunden. Die anderen Anschlüsse der Widerstände 26 und 28 sind mittels eines Widerstandes 90 miteinander verbunden. Die anderen Anschlüsse der Widerstände 28 und 30 sind über einen Widerstand 92 miteinander verbunden.
• Dle anderen Anschlüsse der Widerstände 30 und 32 sind über einen Widerstand 94 miteinander verbunden, und die anderen Anschlüsse der Widerstände 32 und 33 sind über einen Widerstand 96 miteinander verbunden. Da die Widerstände 22, 24, 26, 28, 30 und 32 alle gleich 2R sind, und da die Widerstände 86, 88, 90, 92, 94, 96 und 33 jeweils gleich R sind, beträgt der Stromfluß von und zu der konstanten Stromquelle 98 an den Anschlüssen 74, 76, 78, 80, 82, 84 bzw. 86321, 16I, 81, 41, 21, I und I, wobei der Gesamtstromfluß von der konstanten Stromquelle 98 gleich 641 ist. Es ist zu bemerken, dai3 die Leiterabschlußschaltung 60 sich von den Leiterabschlußschaltungen 48 bis 58 darin unterscheidet, daß es keinen digitalen Eingang zur Schaltung 60 gibt, und daß der Ausgang der Schaltung 60 nicht mit dem analogen Ausgangsanschluß 34 verbunden ist, wobei der maximale Stromfluß in den analogen Ausgang 34 gleich 63I ist, wenn die digitale Zahl gleich 000000 ist, und gleich Null ist, wenn die digitale Zahl gleich 111111 ist, und einen mittleren Wert annimmt, wenn die digitale Zahl einen mittleren Wert besitzt, wobei eine Logik positiver Art verwendet wird. Der Ausgangsanschluß 100 der konstanten Stromquelle 98 ist mit der Verbindung der Widerstände 22 und 86 verbunden. Da die Genauigkeit der digitalen zur analogen Umwandlung von der konstanz des Stromes der konstanten Stromquelle 98 abhängt, muß die konstante Stromquelle 98 eine hohe Güte besitzen. Der Analog-Digital-Konverter kann auf einem Chip aufgebaut werden, in welchem Fall die absoluten Werte der Widerstände 22 bis 33 und 86 bis 96 schwer zu steuern sind, jedoch können ihre Verhältnisse leicht so eingestellt werden, wie weiter oben geschildert wurde. Daher kann eine konstante Spannungsquelle nicht an Stelle der konstanten Stromquelle 98 verwendet werden, dabei Verwendung einer konstanten Spannungsquelle die Größe des Stromes am analogen Ausgangsanschluß 34 nicht nur von der digitalen Zahl abhängt,taem Konverter zugeführt wird, sondern auch von den absoluten Werten (zur Unterscheidung von den relativen Werten) der Leiterwiderstände 22 bis 33 und 86 bis 96. Bei Verwendung einer konstanten Stromquelle hängt der analoge Ausgang bei 34 nicht von den absoluten Werten der Widerstände 22 bis 33 und 86 bis 96 ab, sondern nur von ihren relativen Werten. Ebenso ist es vorteilhaft aus bekannten Gründen, die konstante Stromquelle 98 auf einem Chip anzuordnen, wobei die Grenzen des Chips von dem Bezugszeichen 98 angezeigt wird, das auch bei einer verdoppelten Kapazität verwendet wird, um die konstante Stromquelle anzuzeigen. Wunschgemäß kann Jedoch der gesamte Digital-Analog-Konverter auf dem gleichen Chip untergebracht werden.
• Die konstante Stromquelle 98 besteht aus einem NPN-Transistor 102, dessen Kollektor mit dem Anschluß 100 des Chips 98 verbunden ist. Da alle zu erwähnenden Transistoren von NPN-Bauart sind, erscheint keine weitere Beschreibung der Jeweiligen Bauart notwendig zu sein. Der Emitter des Transistors 102 ist mit einer negativen Potential schiene 104 über einen Widerstand 106 verbunden. Die Basis des Transistors 102 ist mit dem Kollektor eines Transistors 108 verbunden, zur Basis eines Transistors 110, und über einen Widerstand 114 an den Emitter eines Transistors 116. Der Emitter des Transistors 108 ist mit der Schiene 104 über einen Widerstand 118 verbunden. Die Basis des Transistors 108}mitt der Basis und mit dem Kollektor eines Transistors 120 verbunden. Der Emitter des Transistors 120 ist mit der Schiene 104 über einen Widerstand 122 verbunden.
• Die mit dem Kollektor verbundene Basis des Transistors 120 ist mit einem rtasse-anschluß 124 auf dem Chip 98 über einen Widerstand 126 verbunden. Der Transistor 120 wirkt daher als eine Diode, deren Anode die mit dem Kollektor kurzgeschlossene Basis darstellt, und deren Kathode durch den Emitter dargestellt wird.
• Der Kollektor des Transistors 116 ist mit einer positiven Schiene 128 verbunden. Die Basis des Transistors 116 ist über eine konstante Stromquelle 130 mit der Schiene 128 und direkt mit dem Kollektor eines Transistors 132 verbunden. Die Basis des Transistors 132 ist mit einem Steuer- anschluß 134 für den Chip 98 verbunden. Der Emitter des Transistors 132 ist mit dem Masseanschluß 124 über eine konstante Stromquelle 136 verbunden. Der Emitter des Translstors 132 ist direkt mit dem Emitter eines Transistors 138 verbunden, dessen Kollektor direkt mit der Schiene 128 verbunden ist. Die Basis des Transistors 138 ist mit dem Kollektor des Transistors 110 und mit einem Steueranschluß 140 für den Chip 98 verbunden. Der Emitter des Transistors 110 ist über einen Widerstand 141 an die negative Schienenleitung 104 angeschlossen.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, kann ein Masseanschluß 124 mit einem Bezugspotential verbunden werden, wi z.B. die Masse 142, und der Steueranschluß 134 ist ebenfalls mit Masse 142 verbunden.
• Der Steueranschluß140 ist über einen Standardwiderstand 144 Stndd-und den positiven zum negativen AnschlußenerDpa-nnungsquelle 146 mit Masse 142 verbunden. In Fig. 2 sind die Einzelheiten des Chips 98 nicht gezeigt, aber die Anschlüsse des Chips sind gezeigt und haben die gleichen Bezugszeichen erhalten, wie sie auch entsprechende Teile der Fig. 1 bekommen haben, wobei der Steueranschluß 140 über den Standardwiderstand 144 mit Masse verbunden werden kann, aber die Spannungsquelle 146 ist von der Fig. 2 weggelassen und eine Standardspannungsquelle 148, die mit Bezug auf Masse negativ ist, ist zwischen dem Steueranschluß 134 und Masse 142 angeschlossen. D.h., die Schaltung.von Fig. 1 ist vielgestaltig in der Weise, daß sie gemäß Fig. 1 mit der Stajardquelle 146 verwendet werden kann, dielit Bezug auWlasse positiv ist, oder die in Fig. 2 mit einer Standardquelle 148, die mit Bezug auf Masse negativ ist, wobei der Standardwiderstand 144 sowohl mit der Quelle 146 als auch mit der Quelle 148 verwendet wird.
• Obwohl die zwischen der positiven Schiene 128 und der negativen Schiene 104 angelegte Spannung sich verändern kann, wird die konstante Stromquelle 98 einen konstanten Strom von dem Anschluß 100 aufgrund der Steuerung des Standardwiderstandes 144 und eines der beiden anderen Standardspannungsquellen 146 und 148 ziehen. Die Wirkungsweise der konstanten Stromquelle 98 ist die folgende: Die Wirkungsweise der konstanten Stromvorrichtung des Chips 98 wird zuerst mit Hinblick auf Fig. 1 erklärt. Da die konstante Stromquelle 130 die Hälfte des von der konstanten Stromquelle 136 gelieferten Stromes lie£ert, ist der Stromfluß durch die Transistoren 138 und 132 der gleiche. Daher ist die Spannung an den Basen der Transistoren 132 und 138 die gleiche. Diese Wirkungsweise ergibt sich aus der negativen Rückkopplung, die von dem Emitter des Transistors 138 zum Emitter des Transistors 132 geliefert wird, zu der Basis des Transistors 116, durch den Widerstand 114 und zurück zur Basis des Transistors 110.
• Da die Basis des Transistors 132 auf Massepotential liegt, ist der durch den Standardwiderstand 144 fließende Strom aufgrund der Standardspannungsquelle 146 derartig, daß der Anschluß 140 ebenfalls an Masse liegt. Daher sind die Ströme, die durch den Transistor 110 und den Emitterwiderstand 141 fließen, gleich der Strommenge, die durch das Erfordernis fixiert ist, daß der Punkt 140 auf Nuilpotential liegt, wodurch dieser Strom konstant ist und nicht von der an den Schienen 104 und 128 angelegten Spannung abhängt. Da die Basis des Transistors 110 direkt mit der Basis des Transistors 102 verbunden ist, ist der durch den Widerstand 106 fließende Strom gleich dem durch den Widerstand 141 fließende Strom, (Transistoren 110 und 102 sind dabei so gleichartig wie möglich, während die Widerstände 141 und 106 ebenfalls so gleichartig wie möglich sind), wobei dieser Strom, wie schon gesagt, konstant ist, so daß der Chip 98 konstanten Strom von der Verbindung 100 zieht, der vom Wert der Spannungsquelle, wie z.B. 146, und den Standardwiderstanden, wie z.B.
• des Widerstandes 144, abhängt, und nicht von der Spannung, die den Schienen 104 oder 128 zugeführt wird.
• In Fig. 2 liegt der Anschluß 134 an der Spannung der Quelle 148 mit Bezug auf Masse, wobei der in den Widerstand 144 fließende Strom derartig ist, daß der Anschluß 140 auf der gleichen Spannung liegt, wie der Anschluß 134. Dieser Strom, der konstant ist, da die Spannlngsquelle 148 und der Widerstand 144 normal sind, fließt wiederum durch den Widerstand 141 (in Fig.2 nicht gezeigt), wobei das Chip 98 gleichartig wird, unabhängig der Widerstand 144 oder davon, ob/die Quellen 146 oder 148 wie in Fig. 1 oder wie in Fig. 2 angeschlossen sind.
• Da die positive Spannung an der Schiene 128 und die negative Spannung an der Schiene 104 an den verschiedenen Installationsorten unterschiedlich sein kann, und da weiterhin diese Spannungen von Zeit zu Zeit sich bei jeder Einrichtung ändern können, ist auf dem Chip 98 ein veränderlicher Spannungspegel-Schaltkreis schieber/vorgesehen. Die Wirkungsweise der SpannungspegeXschieberschaltung ist hauptsachlich, Xicherzustellen, daß die zahlreichen Transistoren auf dem Chip 98 die richtigen Spannungen angelegt erhalten, so daß sie weiterhin in einer aktiven Weise wirken. D.h., daß für NPN-Transistoren, die in einem aktiven Modus arbeiten, die Basis mit Bezug auf den Kollektor negativ sein muß, und daß zu allen Zeiten die Basis mit Bezug auf den Emitter positiv sein muß. Die Spannungspegelschiebeschaltung besteht aus dem Widerstand 122,der Diode 120, dem Widerstand 126, über dem der negative Spannungsversorgungsstrom mit Bezug auf Masse angelegt wird, und außerdem den Transistor 108 und die Widerstände 114 und 118. Der Spannungsabfall von dem Widerstand 122 hängt von der negativen Spannungsversorgung ab, die mit der Schiene 104 verbunden ist. Die Verbindung der Basis des diodenverbundenen Transistors 120 mit der Basis des Transistors 108 zwingt die Spannung über den Widerstand 118, gleich hoch zu sein, wie die Spannung über dem Widerstand 122, (die Transistoren 108 and 120 sind dabei so gleichartig wie möglich, und die Widerstände 118 und 122 sind so gleichartig wie möglich), wodurch der Strom, der durch den Widerstand 114 läuft und damit der Spannungsabfall an ihm festgelegt wird. Dieser Widerstand 114 bewirkt eine Verschiebung des Spannungspegels an den Basen der Transistoren 110 und 102 nach unten von der Spannung an dem Emitter des Transistors 116, da der Widerstand 114 zwischen dem Emitter des Transistors 116 und der Basis der Transistoren 102 und 110 angeschlossen ist. Wenn daher die Spannung an der Schiene 104 sich verändert, liegen die Spannungen an den verschiedenen Elementen der Transistoren 102 und 110 ebenfalls derartig, daß die Transistoren 102, 110 und 132 weiterhin im aktiven Zustand arbeiten.
• Es ist zu bemerken, daß etwas von dem Strom von der konstanten Stromquelle 130 in die Basis des Transistors 116 fließt, wodurch der Strom in dem Transistor 132 nicht genau die Hälfte des Stromes in der konstanten Stromquelle 136 beträgt. Dieser Fehler kann sehr klein gemacht werden, indem der Basisstrom des Transistors 116 klein gemacht wird, indem ein Transistor 116 mit sehr hoher Stromverstärkung Beta verwendet wird, oder indem ein anderer Transistor mit dem Transistor 116 verwendet wird, wobei die Kollektoren des anderen Transistors und des Transistors 116 miteinander verbunden sind, und der Emitter des anderen Transistors mit der Basis des Transistors 116 verbunden ist, und die Basis des anderen Transistors mit dem Kollektor des Transistors 132 verbunden ist, oder kurz gesagt, der Transistor 116 und der andere Transistor (nicht gezeigt) können in bekannter Weise als ein Darlington-Paar miteinander verbunden werden.
• Während nur NPN-Transistoren beschrieben wurden, können auch PNP-Transistoren in geeigneter Verbindung und mit geeigneten Spannungsversorgungen verwendet werden.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Konstante Stromquelle, die unabhängig von ihrer Leistungsversorgung ist, gekennzeichnet durch einen ersten Transistor mit einem Paar von Hauptelektroden und einer Steuerelektrodg,durch Vorrichtungen für die Verbindung einer dieser Hauptelektroden mit einer Last und zur Verbindung der anderen der Hauptelektroden mit einem Versorgungsanschluß mittels eines Widerstandes, durch Vorrichtungen für das Zuführten einer festgelegten Spannung an die Steuerelektrode des ersten Transistors, soweit die Vorrichtungen zum Anlegen einer festen Spannung einen zweiten Transistor enthalten, der ebenfalls ein Paar von Hauptelektroden und eine Steuerelektrode besitzt, durch eine Verbindung zwischen der Steuerelektrode des ersten und des zweiten Transistors, und durch Vorrichtungen einschließlich einer Standardspannungsquelle, einem Standardwi-derstand zur Erzeugung eines festgelegten Stromes durch die Hauptelektroden des zweiten Transistors.

2. Konstante Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter und ein vierter Transistor jeweils mit einem Paar von Hauptelektroden und einer Steuerelektrode vorhanden sind, wobei eine Verbindung zwischen einer zweiten Stromversorgung zur Hauptelektrode des vierten Transistors über eine erste konstante Stromquelle und eine Verbindung von der zweiten Stromversorgung zu einer Hauptelektrode des dritten Transistors besteht, wobei die anderen Hauptelektroden des dritten und vierten Transistors miteinander verbunden sind und über eine zweite konstante Stromquelle an einen Bezugspotentialpunkt angeschlossen sind, wobei der Standardwiderstand und die Standardspannungsquelle zwischen den Steuerelektroden des dritten und vierten Transistors angeschlossen sind, und wobei eine Hauptelektrode des zweiten Transistors mit der Steuerelektrode des dritten Transistors verbunden ist, wobei die zweite konstante Stromquelle den doppelten Strom der ersten konstanten Stromquelle liefert.

3. Konstante Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Spannungspegelverschiebung zum Verschieben des den Steuerelektroden des ersten und zweiten Transistors zugeführten Spannungspegels um eine festgelegten Wert.

4. Konstante Stromquelle nach nspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der festgelegte Wert von dem Spannungspegel der zweiten Stromversorgung mit Bezug auf den Bezugspotentialpunkt festgelegt wird.

5. Konstante Stromquelle nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Spannungspegelverschiebevorrichtung zum Verschieben des Spannungspegels, der den Steuerelektroden des ersten und zweiten Transistors zugeführt wird, um einen Wert, der von dem Spannungspegel der zweiten Stromversorgung mit Bezug auf den Bezugspotentialpunkt festgelegt wird.

6. Konstante Stromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungspegelverschiebevorrichtung fünfte und sechste Transistoren enthält, jeder Transistor mit einem Paar von Hauite1elçtroden und einer Steuerelektrode, einer Verbindung von dem Bezugspannungspunkt zur ersten Hauptelektrode des fünften Transistors, einer Verbindung von der anderen Hauptelektrode des fünften Transistors zur zweiten Stromversorgung, einer Verbindung von der Steuerelektrode und von der ersten Hauptelektrode des fünften Transistors zur Steuerelektrode des sechsten Transistors, einem siebten Transistor, einer Verbindung durch die Hauptelektroden-des siebten Transistors von der ersten Stromquelle und auch durch einen Pegelverschiebewiderstand und durch die Hauptelektroden des sechsten Transistors zur zweiten Stromversorgungsquelle und einer Verbindung von einer Hauptelektrode des sechsten Transistors zur Steuerelektrode des ersten Transistors.

7. Konstante Stromquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungspegelverschiebevorrichtung fünfte und sechste Transistoren enthält, jeder Transistor mit einem Paär Hauptelektroden und einer Steuerelektrode, einer Verbindung von dem Bezugsspannungspunkt zur ersten Hauptelektrode des fünften Transistors, einer Verbindung von der anderen Hauptelektrode des fünften Transistors zur zweiten Stromquelle, einer Verbindung von der Steuerelektrode und von der ersten Hauptelektrode des fünften Transistors zur Steuerelektrode des sechsten Transistors, einem siebten Transistor, einer Verbindung durch die Hauptelektroden des siebten Transistors von der ersten Stromquelle auch durch einen Pegelverschiebewiderstand und durch die Hauptelektroden des sechsten Transistors zu der zweiten Stromversorgungsquelle und einer Verbindung von einer Hauptelektrode des sechsten Transistors zür Steuerelektrode des ersten Transistors.

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