DE2412226A1

DE2412226A1 - Digital-analog-umsetzer

Info

Publication number: DE2412226A1
Application number: DE2412226A
Authority: DE
Inventors: Lembit Soobik
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 1974-03-14
Filing date: 1974-03-14
Publication date: 1975-09-18
Also published as: DE2412226B2; GB1492651A; IT1032312B; FR2330212A1; JPS50159243A; NL7503073A

Description

Unser Zeichen; T 1517

TEXAS INSTRUMENTS DEUTSCHLAND GMBH 805 Freising Haggertystrasse 1

Digital-Analog-Umsetzer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Digital-Analog-Umsetzer mit mehreren Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, die parallel zueinander geschaltet und in Abhängigkeit von dem umzusetzenden Digitalsignal einschaltbar sind.

Bei einem aus der US-PS 3 646 587 bekannten Digital-Analog-Umsetzer dieser Art sind die MOS-Transistoren an einen Eingang eines Rechenverstärkers angeschlossen, der über einen externen Widerstand gegengekoppelt ist.Je nachdem, wie viele der MOS-Transistoren von den umzusetzenden DigitalSignalen eingeschaltet worden sind, fließt ein mehr oder weniger großer Gesamtstrom durch sie. Der Strom gelangt an die Eingangsklemme des Rechen-* Verstärkers und.erzeugt am Verstärkerausgang eine dem angelegten Digitalsignal entsprechende Analogspannung.

Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, daß eine Änderung der Versorgungsspannung unmittelbar zu einer

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Änderung des durch die MOS-Transistoren fliessenden Stroms führt, so daß sich auch die mit Hilfe dieses Stroms erzeugte Analogspannung ändert, Schwankungen der Versorgungsspannung führen also unmittelbar zu Fehlern der Analogspannung.

Ein weiterer Nachteil'der bekannten Umsetzerschaltung besteht darin, daß es wegen der Verwendung des ohmschen Gegenkopplungswiderstandes nicht möglich ist, den gesamten Umsetzer in Form einer integrierten MOS-Schaltung mit ausreichender Genauigkeit herzustellen. Es mußte bisher stets ein externer ohmscher Widerstand zusammen mit einer den Rest der Schaltung enthaltenden integrierten Schaltung verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Digital-Analog-Umsetzer der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der ein digitales Signal mit sehr großer Genauigkeit in ein Analogsignal umsetzt und in -Form einer integrierten Schaltung ausgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Serie zu den parallelgeschälteten Feldeffekttransistoren ein selbstleitender Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode liegt, der als Konstantstromquelle geschaltet

Bei dem erfindungsgemäßen Umsetzer bewirkt der als Konstant-Stromquelle geschaltete selbstleitende Feldeffekttransistor, der auch als Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp bezeichnet wird, daß unabhängig von der anliegenden Versorgungsspannung stets der gleiche konstante Strom zu den von einem Digitalsignal gerade eingeschalteten Feldeffekttransistoren des Spannungsteilernetzwerks fließt. Infolge dieses konstant gehaltenen Stroms kann mit dem erfindungsgemäßen Digital-Analog-Umsetzer eine sehr große

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Genauigkeit erzielt werden. Überdies läßt sich der erfindungsgemäße Umsetzer ohne weiteres in Form einer integrierten Schaltung herstellen, da ausschließlich Feldeffekt-Bauelemente mit isolierter Gate-Elektrode verwendet werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht.darin, daß die Source-Elektrode des selbstleitenden Feldeffekttransistors an die Drain-Elektroden aller prallelgeschalteten Feldeffekttransistoren angeschlossen, daß seine Gate-Elektrode direkt mit der Source -Elektrode verbunden ist, und daß seine Drain-Elektrode an eine Klemme der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 ein Schaltbild eines nach der Erfindung ausgebildeten Digital-Analog-Umsetzers und

Fig.2 eine schematische Draufsicht auf einen beim erfindungsgemäßen Digital-Analog-Umsetzer verwendeten MOS-FeIdeffekttransistor des Spannungsteilernetzwerks.

Der in Fig.1 dargestellte Analog-Digital-Umsetzer enthält einen von einem selbstleitenden MOS-Feldeffekttransistor 2 gebildeten Lastwiderstand. Die Drain-Elektrode 4 dieses MOS-Feldeffekttransistors 2 ist mit der negativen Klemme 10 der ■Versorgungsspannung U verbunden, während seine Source -Elektrode 6 direkt mit seiner Gate-Elektrode 8 in Verbindung steht.

Der MOS-Feldeffekttransistor 2 verhält sich auf Grund seiner Schaltung wie eine Konstantstromquelle. Bei einer genauen Untersuchtung des durch einen MOS-Feldeffekttransistor fliessenden Stroms zeigt sich, daß der Strom proportional zur Differenz zwischen der Spannung zwischen der Gate-und der Source Elektrode und seiner Schwellenspannung ist.Durch Verbinden der Gate-Elektrode 8 mit der Source-Elektrode 6 wird erreicht, daß die zwischen diesen beiden Elektroden liegende Spannung den Wert Null

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annimmt, so daß der Strom nur mehr der Schwellenspannung des Transistors proportional ist. Diese Schwellenspannung ist aber eine für den Transistor charakteristische Konstante, so daß also auch der durch den Transistor fliessende Strom stets einen konstanten Wert hat. Der Strom ist also nicht mehr Von Schwankungen der Versorgungsspannung abhängig. Da die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung sehr gering ist, wird der Strom auch von Temperaturänderungen nur in vernachlässigbarer Weise beeinflußt. Somit führt der in Fig.1 zu erkennende selbstleitende MOS-Feldeffekttransistor L den das Spannungsteilernetzwerk bildenden MOS-Feldeffekttransistoren auch bei sich ändernden Betriebsbedingungen einen konstanten Strom zu.

Die in Serie zu dem MOS-Feldeffekttransistor 2 liegenden mehrere parallelgeschalteten MOS-Feldeffekttransistoren T1, T2, T3 ...Tn, sind mit ihren Drain-Elektroden gemeinsam mit der Source-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors verbunden. Die Source-Elektroden dieser Feldeffekttransistoren T1, T2, T3 ...T9 sind gemeinsam an Schaltungsmasse angeschlossen, die auch mit der positiven Klemme der Versorgungsspannung U verbunden ist. Die Gate-Elektroden der Feldeffekttransistoren T1, T2, T3 ...Tn sind mit den Eingangsklemmen 14, 16, 18 und 20 verbunden, an die das umzusetzende Digitalßignal angelegt werden kann. Das Anlegen eines Digitalsignals hat zur Folge, daß der jeweilige MOS-Feldeffekttransistor in den leitenden Zustand schaltet. Das Analogsignal kann zwischen den Ausgangsklemmen 22 und 24 oder zwischen den Ausgangsklemmen 24 und 26 abgenommen werden.

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Damit eine unterschiedliche Bewertung der an die Eingangsklemmen 14 und 20 angelegten Digitalsignale erreicht wird, werden die geometrischen Abmessungen der Feldeffekttransistoren T1, T2, T3 ..Tn bei der Herstellung unterschiedlich dimensioniert, so daß die Transistoren im eingeschalteten Zustand unterschiedliche Leitwerte aufweisen. Die Dimensionierung kann beispielsweise so vorgenommen werden, daß der Feldeffekttransistor T1 den Leitwert G, der Feldeffekttransistor T2 den Leitwert 2G, der Feldeffekttransistor T3 den Leitwert 4G und schließlich der Feldeffekttransistor Tn den Leitwert 2 G hat. Diese Art der unterschiedlichen Dimensionierung gestattet eine besonders einfache Umsetzung binär codierter Dualzahlen. Die Eingangsklemme 14 ist dabei der niedrigstwertigen Stellen der Dualzahl zugeordnet, und die nachfolgenden Eingangsklemmen sind den aufeinanderfolgend höherwertigen Stellen zugeordnet.

Der in Fig.1 dargestellte Digital-Analog-Umsetzer verhält sich beim Umsetzen einer digitalen Größe in eine entsprechende analoge Größe folgendermaßen:

Als Beispiel sei angenommen, daß die der Dezimalzahl 3 entsprechende Dualzahl 110 in ein analoges Signal umgesetzt werden soll· Der Signalwert ⁿ1^M bedeutet dabei, daß der der entsprechenden Stelle der Dualzahl zugeordneten Eingangsklemme ein Signal zugeführt wird, das über die Gate-Elektrode den zugehörigen MOS-Eeldeff ekttransistor leitend macht. Im angenonmenen Beispiel wird also den Eingangsklemmen 14 und 16 ein solches Eingangssignal zugeführt. In den Weg des vom MOS-Feldeffekttransistor 2 konstant gehaltenen Stroms sind also die beiden parallel zueinander liegenden MOS-Feldeffekt-

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transistoren Τ1 und Τ2 eingeschaltet. Der an der Parallelschaltung der beiden Feldeffekttransistoren T1 und T2 auftretende Spannungsabfall U₀ kann als das der Dezimalzahl

3 entsprechende Analogsignal an den Ausgangsklemmen 22 und 24 abgenommen werden. Als Analogsignal kann aber auch der Spannungsabfall U, am MOS-Feldeffekttransistor 2 zwischen den Ausgangsklemmer* 24 und 26 abgenommen werden, da auch dieser Spannungsabfall von der Zahl der eingeschalteten Feldeffekttransistoren und somit von der angelegten digitalen Größe abhängt. Wenn nun beispielsweise die der Dezimalzahl~4 entsprechende Dualzahl 001 in eine entsprechende analoge Größe umgesetzt werden soll, dann wird nur der Eingangsklemme 18 ein den MOS-Feldeffekttransistor T3 durchschaltendes Signal zugeführt, der im vorliegenden Fall einer dreistelligen Dualzahl der höchstwertigen Stelle zugeordnet ist. Nun wird der Spannungsabfall U vom Leitwert des eingeschalteten Transistors T3 bestimmt.

Es ist zu erkennen, daß abhängig von der Größe der umzusetzenden Dualzahl mehrere oder weniger der Feldeffekttransistoren T1, T2, T3 . .Tn eingeschaltet werden und somit zusammen im Gesamtstromkreis einen größeren oder kleineren Leitwert bilden. Der vom MOS-Feldeffekttransistor 2 eingeprägte konstante Strom ergibt an der Gesamtparallelschaltung der eingeschalteten Feldeffekttransistoren einen Spannungsabfall U_a» der als Analogsignal abgenommen werden kann, da er mit der mit der Zahl der durchgeschalteten MOS-Feldeffekttransistoren in Zusammenhang steht.

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Die Dimensionierung der Feldeffekttransistoren T1, T2, T3 ....Tn zur Erzielung der unterschiedlichen Leitwerte im eingeschalteten Zustand kann mit großer Genauigkeit erfolgen. In Fig.2 sind die den Leitwert eines MOS.-Feldeffekttransistors "bestimmenden Abmessungen a und b dargestellt. Die Kanalbreite a wird dabei von der Breite der Gate-Elektrode 28 bestimmt, während die Kanallänge b vom Abstand zwischen der Drain-Zone 30 und der Gate-Zone 32 bestimmt wird. Bei der Herstellung der MOS-Feldeffekttransistoren kann die Kanallänge b bei allen Transistoren mit großer Genauigkeit gleich ausgeführt werden. Zur Erzielung unterschiedlicher Leitwerte kann nun die Kanalbreite a durch Ändern der Breite der entsprechenden Öffnung in der beim Aufdampfen der Gate-Elektrode 28 verwendeten Maske variiert werden, was sich ebenfalls mit großer Genauigkeit durchführen läßt. Die sich im eingeschalteten Zustand der Transistoren T1, T2, T3 ...Tn ergebenden Leitwerte können also sehr genau auf die gewünschten Werte eingestellt werden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Digital-Analog-Umsetzer mit mehreren Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, die parallel zueinander geschaltet und in Abhängigkeit von dem umzusetzenden Digitalsignal .einschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu den parallelgeschalteten Feldeffekttransistoren (T1,T2, T3 ...Tn) ein selbstlei.tender Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode (2) liegt, der als Konstantstromquelle geschaltet ist. ■----",
2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieSburce-Elektrode (6) des selbstleitenden Feldeffekttransistors (z) an die Drain-Elektroden der parallelgeschalteten Feldeffekttransistoren (T1, T2, T3 ...Tn) angeschlossen ist, daß seine Gate-Elektrode (8) direkt mit der Source-Elektrode (6) verbunden ist und daß seine Drain-Elektrode (4) an eine Klemme der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist.

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