DE2423130A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONVERTING DIGITAL SIGANLES, IN PARTICULAR PCM SIGNALS, INTO CORRESPONDING ANALOG VOLTAGES - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONVERTING DIGITAL SIGANLES, IN PARTICULAR PCM SIGNALS, INTO CORRESPONDING ANALOG VOLTAGESInfo
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Description
SIEI^EMS -AKTIENGESELLSCHAFT München 2,SIEI ^ EMS -AKTIENGESELLSCHAFT Munich 2,
Berlin und München Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich Witteisbacherplatz 2
VPA 74/6069VPA 74/6069
Schaltungsanordnung zur Umsetzung von digitalen Signalen, insbesondere PCM-Signalen, in diesen entsprechende analoge SpannungenCircuit arrangement for converting digital signals, in particular PCM signals, into corresponding analog ones Tensions
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung von aus einzelnen Bits bestehenden digitalen Signalen, insbesondere PCM-Signalen, in diesen entsprechende analoge Spannungen, unter Verwendung eines aus in Reihe geschaltenen Querwiderständen und mit diesen verbundenen Ableitwiderständen bestehenden Widerstands-Kettenleiternetzwerkes, dessen Querwiderstände jeweils einen Widerstandswert R besitzen und dessen Ableitwiderstände jeweils den Widerstandswert 2R besitzan, wobei an diejenigen Enden der Ableitwiderstände, die den mit den Querwiderständen verbundenen Enden gegenüberliegen, eine den Bits des jeweiligen digitalen Signals entsprechende Spannung anlegbar ist und wobei von dem Verbindungspunkt eines Ableitwiderstands und zumindest eines Querwiderstands die dem jeweiligen digitalen Signal entsprechende analoge Spannung abnehmbar ist.The invention relates to a circuit arrangement for converting digital signals consisting of individual bits, in particular PCM signals, in these corresponding analog voltages, using a series-connected from Transverse resistances and the resistance chain conductor network that is connected to them, whose shunt resistances each have a resistance value R and whose leakage resistances each have the Resistance value 2R possesses, with those ends of the bleeder resistors that are connected to the shunt resistors Opposite ends, a voltage corresponding to the bits of the respective digital signal can be applied and where of the connection point of a bleeder resistor and at least one transverse resistor that of the respective digital Signal corresponding analog voltage can be removed.
Eine Schaltungsanordnung der vorstehend genannten Art ist bereits bekannt (US-PS 3 051 938J. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung sind die Widerstände des Widerstands-Kettenleiternetzwerks aus einzelnen diskreten Widerständen aufgebaut. Dies bringt jedoch einen nicht unerheblichen Platzbedarf mit sich. Damit eignet sich diese bekannte Schaltungsanordnung nur schlecht für Schaltungen, die besonders klein auszuführen sind.A circuit arrangement of the type mentioned above is already known (US Pat. No. 3,051,938J. In this known circuit arrangement the resistors of the resistor ladder network are made up of individual discrete resistors. However, this requires a not inconsiderable amount of space with himself. This known circuit arrangement is therefore only poorly suited for circuits that are particularly small are to be carried out.
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Es ist auch schon ein Digital-Analog-Wandler bekannt (US-PS 3 646 587), bei dem eine Vielzahl von aus Feldeffekttransistoren bestehenden schaltbaren Widerständen mit jeweils einem Strompfad und einer Steuerelektrode derart miteinander verbunden ist, daß alle Strompfade parallel zueinander liegen. Die Widerstandswerte der betreffenden Strompfade stehen dabei im Verhältnis von Zweierpotenzen zueinander. Die Steuerelektroden der betreffenden Feldeffekttransistoren sind mit den Ausgangselektroden von weiteren steuernden Feldeffekttransistoren verbunden, die individuell durch die Bits des jeweils umzusetzenden digitalen Signals angesteuert werden und die dadurch den ihnen jeweils zugehörigen, als schaltbaren Widerstand ausgenutzten Feldeffekttransistor leitend steuern. Mit den parallel zueinander liegenden Strompfaden der erstgenannten Feldeffekttransistoren ist ein Verstärker eingangsseitig verbunden, der ausgangsseitig die dem jeweiligen, digitalen Signal entsprechende Ausgangsspannung abgibt. Obwohl sämtliche bei diesem bekannten Digitalsignal-Analogsignal-Wandler vorgesehenen Transistoren durch MOS-Feldeffekttransistoren gebildet sein können, bringt die -Verwendung von Feldeffekttransistoren als schaltbare Widerstände mit Widerstandswerten, die bei dem betreffenden bekannten Digitalsignal-Analogsignal-Wandler im Verhältnis von Zweierpotenzen zueinander stehen, erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Realisierung einer solchen Schaltung mit sich, da nämlich eine Vielzahl von unterschiedlich zu bemessenden Feldeffekttransistoren bereitgestellt werden muß.A digital-to-analog converter is also known (US Pat. No. 3,646,587) in which a large number of field effect transistors existing switchable resistors each with a current path and a control electrode in such a way with one another is connected that all current paths are parallel to each other. The resistance values of the relevant current paths are included in the ratio of powers of two to each other. The control electrodes of the relevant field effect transistors are with connected to the output electrodes of further controlling field effect transistors, which are individually defined by the bits of the The digital signals to be converted in each case are controlled and the digital signals associated with them are therefore switchable Resistance to make the used field effect transistor conductive. With the current paths lying parallel to each other of the first-mentioned field effect transistors, an amplifier is connected on the input side, the output side of the respective, output voltage corresponding to the digital signal. Although all of the transistors provided in this known digital signal / analog signal converter are made up of MOS field effect transistors can be formed, brings the use of field effect transistors as switchable resistors with resistance values, those in the known digital signal to analog signal converter in question in a ratio of powers of two to one another stand, considerable difficulties in terms of the implementation of such a circuit with it, namely a A large number of differently sized field effect transistors must be provided.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie mit einer relativ geringen Anzahl von unterschiedlich zu bemessenden Bauelementen ausgekommen werden kann, um in platzsparender Bauweise ein Digitalsignal in ein Analogsignal umzusetzen.The invention is now based on the object of showing a way of how with a relatively small number of different components to be measured can be managed to convert a digital signal into an analog signal in a space-saving design to implement.
Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe ausgehend von VPA 9/610/4185 - 3 -The above problem is solved based on VPA 9/610/4185 - 3 -
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einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäfi dadurch, daß sämtliche "Widerstande des 7/iderstands-Kettenleiternetzwerkes durch die Quelle-Senke-Strecken von MOS-Transistoren gebildet sind, von denen die die Querwiderstände bildenden MOS-Transistoren stets im leitenden Zustand sind und mit ihren Quelle-Senke-Strecken javeils einen V/iderstandswert von R besitzen und von denen die die Ableitwiderstände bildenden MOS-Transistoren im leitenden Zustand mit ihren Quelle-Senke-Strecken jeweils einen Widerstandswert von 2R besitzen, daß mit den die Querwiderstände des Widerstands-Kettenleitemetzwerkes bildenden MOS-Transistoren zwei Gruppen von die Ableitwiderstände des Y/iderstands-Kettenleiternetzwerks bildenden MOS-Transistoren verbunden sind, von denen die MOS-Transistoren der einen Gruppe von MOS-Transistoren mit ihren Enden, die den Endenjgegenüberliegen, welche mit den die Querwiderstände des Widerstands-Kettenleiternetzwerkes bildenden MOS-Transistoren verbunden sind, auf einem festen Potential liegen und von denen die MOS-Transistoren der anderen Gruppe von MOS-Transistoren mit ihren Enden, die den Enden gegenüberliegen, welche mit den die Querwiderstände des Widerstands-Kettenleiternetzwerks bildenden MOS-Transistoren verbunden sind, auf einem bestimmten anderen Potential liegen, und daß die mit' ihrer jeweils einen Elektrode an ein und derselben Elektrode eines einen Querwiderstand des Widerstands-Kettenleiternetzwerks bildenden MOS-Transistors angeschlossenen MOS-Transistoren der beiden Gruppen von MOS-Transistoren mit ihren Torelektröden an alternativ aktivierte Ausgänge einer Steuerschaltung angeschlossen sind, der eingangsseitig jeweils ein Bit des jeweiligen digitalen Signals zuführbar ist.a circuit arrangement of the type mentioned above according to the invention in that all "resistors of the 7 / resistor ladder network are formed by the source-drain paths of MOS transistors, of which the transverse resistors forming MOS transistors are always in the conductive state and with their source-drain paths javeils a V / resistance value of R and of which the MOS transistors forming the leakage resistors are in the conductive state with their source-drain lines each have a resistance value of 2R, that with the cross resistances of the resistor chain line network MOS transistors forming two groups of the leakage resistors of the Y / resistor ladder network forming MOS transistors are connected, of which the MOS transistors of the one group of MOS transistors with their ends opposite to the ends juxtaposed with the Forming transverse resistances of the resistor ladder network MOS transistors are connected, are at a fixed potential and of which the MOS transistors of the other group of MOS transistors with their ends which are opposite the ends which are connected to the transverse resistances of the resistor ladder network forming MOS transistors are connected to a certain other potential, and that they each have one electrode on one and the same Electrode of a cross resistor of the resistor ladder network forming MOS transistor connected MOS transistors of the two groups of MOS transistors with their Gate electrodes are connected to alternatively activated outputs of a control circuit, the input side each one Bit of the respective digital signal can be supplied.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß sie mit besonders wenigen, in unterschiedlicher Weise bemessenen und besonders klein ausführbaren MOS-Transis.toren auskommt, um digitaleThe invention has the advantage that they are dimensioned in different ways and with particularly few small executable MOS-Transis.toren gets by to digital
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Signale in diesen entsprechende analoge Spannungen umzusetzen.To convert signals into these corresponding analog voltages.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Steuerschaltungen jeweils zwei in Reihe geschaltete Inverter, an deren Ausgängen die Torelektroden der MOS-Transfetoren angeschlossen sind, die gemeinsam an ein und derselben Elektrode eines als Querwiderstand des Y/'iderstands-Kettenleiternetzwerks dienenden MOS-Transistors angeschlossen" sind, und außerdem ist dem in der Reihenschaltung der Inverter ersten Inverter jeweils ein Bit des jeweiligen digitalen Signals zuführbar. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines besonders geringen Steueraufwands.According to an advantageous embodiment of the invention, the control circuits each contain two inverters connected in series, at their outputs the gate electrodes of the MOS transfetors are connected, which are connected together to one and the same electrode as a cross resistance of the Y / 'resistance ladder network serving MOS transistor "are connected", and also the inverter is first in the series circuit One bit of the respective digital signal can be fed to each inverter. This has the advantage of a special one low tax expense.
Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Inverter durch MOS-Transistoren gebildet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Y/eise ein besonders geringer schaltungstechnischer Aufwand für die Inverter,According to yet another useful embodiment of the invention the inverters are formed by MOS transistors. This advantageously results in a particularly low level circuitry effort for the inverters,
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind mit den Quelle-Senke-Strecken der die Inverter bildenden MOS-Transistoren durch MOS-Transistoren gebildete Lastwiderstände in Reihe geschaltet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß sämtliche Schaltungselemente der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung durch MOS-Transistoren realisiert sind und damit mit besonders einfachen Verbindungen zwischen den einzelnen Schaltungselementen ausgekommen werden kann.According to yet another useful embodiment of the invention are formed by MOS transistors with the source-drain paths of the MOS transistors forming the inverters Load resistors connected in series. This has the advantage that all circuit elements of the circuit arrangement are implemented according to the invention by MOS transistors and thus with particularly simple connections between the individual circuit elements can be done.
Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die die genannten Lastwiderstände bildenden MOS-Transistoren durch KOS-Transistoren des Verarmungstyps gebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß mit Tor-Ansteuerspannungen ausgekommen werden kann, die gleich den Senke-Spannungen der die Inver-ter bildenden KOS-Transistoren sind.According to yet another useful embodiment of the invention the MOS transistors forming said load resistances are formed by KOS transistors of the depletion type. This has the advantage that it is possible to manage with gate control voltages which are equal to the sink voltages which are the KOS transistors forming the inverters.
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ung Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung der ErfmdCwird bei Auftreten von/digitalen Signalen, die neben die Amplitude eixier ihnen entsprechenden analogen Spannung angebenden Bits noch zumindest ein die Polarität dieser Spannung angebendes Yorzeichenbit umfassen, das bestimmte andere Potential von zwei, durch das Vorzeichenbit wechselweise wirksam' geschalteten Potentialquellen abgegeben, die Potentiale mit unterschiedlicher Polarität liefern. Hierdurch ergibt sich der Varte.il, daß auf relativ einfache Weise auch Vorzeichenbies in digitalen Signalen hinsichtlich der Abgabe entsprechender analoger Spannungen berücksichtigt werden können.ung According to yet another embodiment of the invention, at Occurrence of / digital signals that eixier in addition to the amplitude the corresponding analog voltage indicating bits or at least one sign bit indicating the polarity of this voltage include the specific other potential of two potential sources switched to "alternately effective" by the sign bit released, which supply potentials with different polarity. This results in the Varte.il that on relatively simple way also sign bits in digital signals can be taken into account with regard to the delivery of corresponding analog voltages.
Gemäß einer noch weiteren· zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist den einen, an den Enden des Widerstands-Kettenleiternetzwerkes liegenden, jeweils einen Ableitwiderstand bildenden MOS-Transistoren jeweils ein zusätzlicher MOS-Transistor mit seiner Quelle-Senke-Strecke parallel geschaltet, dieAccording to yet another expedient embodiment of the invention is the one at the ends of the resistor ladder network lying MOS transistors, each forming a bleeder resistor, each have an additional MOS transistor with its source-sink path connected in parallel that
stets im leitenden Zustand ist ürid" dabei"den" " always in the conductive state is ürid "thereby" the ""
Widerstandswert 2R besitzt. Hierduch ist in relativ einfacher Y/eise sichergestellt, daß jedem einem Ableitwiderstand entsprechenden MOS-Transistor in dem Widerstands-Kettenleiternetzwerk ein solcher gleichen Widerstandeswertes parallel geschaltet ist.Has resistance value 2R. This is relatively easier It is also ensured that each one corresponds to a leakage resistance MOS transistor in the resistor ladder network such an equal resistance value is connected in parallel.
Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die die Querwiderstände des Widerstands-Kettenleiternetzwerkes bildenden MOS-Transistoren durch MOS-Transistoren des Anreicherungstyps gebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die betreffenden MOS-Transistoren unter unmittelbarer Ausnutzung der höchsten negativen bzw. positiven Speisespannung in den leitenden Zustand gesteuert werden können.According to yet another useful embodiment of the invention are the transverse resistances of the resistor ladder network constituting MOS transistors are formed by enhancement type MOS transistors. This results in the advantage that the MOS transistors in question make direct use of the highest negative or positive Supply voltage can be controlled in the conductive state.
Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die die Ableitwiderstände des 7/iderstand's-Kettenleiternetzwerkes bildenden MOS-Transistoren durch MOS-Transistoren des Anreicherungstyps gebildet. Hierdurch ergibt sichAccording to yet another useful embodiment of the invention are the leakage resistances of the 7 / iderstand's chain conductor network constituting MOS transistors are formed by enhancement type MOS transistors. This results in
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der Vorteil, daß auf relativ einfache Weise ohne gesonderten Schaltungsaufwand ausgekommen werden kann, um die betreffenden ϊ/IOS-T ran sis tor en bei Nicht be darf in den nicht_JLeitenden Zustand zu überführen.the advantage that it can be done in a relatively simple manner without separate circuitry to the relevant ϊ / IOS-T ran sis tor s when not required in the non-conductive state to convict.
Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind sämtliche KOS-Transistoren in einer gemeinsamen integrierten Schaltung enthalten. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer besonders geringen Baugröße für die gesamte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung. Überdies eröffnet diese Maßnahme die Möglichkeit, in vorteilhafter Weise die Schaltungsanordnung gemäß der -Erfindung in einem vollständig integrierten, nach dem Iterativverfahren arbeitenden Codierer zu verwenden, wie er bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden ist (Dt.-Anm. P 23 15 986.6-31).According to yet another useful embodiment of the invention are all KOS transistors in a common integrated circuit included. This has the advantage of a particularly small size for the entire Circuit arrangement according to the invention. In addition, this measure opens up the possibility of advantageously Circuit arrangement according to the invention in one complete to use integrated encoder working according to the iterative method, as already proposed elsewhere (German note P 23 15 986.6-31).
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with the aid of a drawing.
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Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung enthält als wesentlichen Bestandteil ein Kettenleiternetzwerk, das, wie noch ersichtlich v/erden wird, ein V/iderstands-Kettenleiternetzwerk darstellt. Dieses Kettenleiternetzwerk ist du rch MOS-Transistoren realisiert. So gehören zu dem betreffenden Kettenleiternetzwerk die als Querwiderstände mit ihren Quelle-Senke-Strecken ausgenutzten und in Reihe geschalteten MOS-Transistoren T1a bis T1m, die hier durch MOS-Transistoren des Anreicherungstyps mit p-Kanal gebildet sein mögen. Ferner gehören zu dem betreffenden Kettenleiternetzwerk die mit ihren Quelle-Senke-Strecken als Ableitwiderstände in dem erwähnten Kettenleiternetzwerk ausgenutzten und mit ihren einen (Haupt-)Elektroden mit den Quelle-Senke-Strecken der MOS-Transistoren T1a bis T1m an den Verbindungspunkten A, B bis E verbundenen MOS-TransistorenThe circuit arrangement shown in the drawing contains as an essential component a chain ladder network, which, as will be seen below, is a V / resistor chain ladder network represents. This ladder network is made up of MOS transistors realized. The chain conductor network in question includes those as transverse resistances with their source-sink routes exploited and series-connected MOS transistors T1a to T1m, here by means of MOS transistors of the enhancement type may be formed with p-channel. Also belong to the relevant ladder network with their source-sink routes as leakage resistors in the mentioned ladder network exploited and with their one (main) electrodes with the source-drain paths of the MOS transistors T1a to T1m to the Connection points A, B to E connected MOS transistors
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T2a, T2b bis T2n und T2a', T2b' bis T2n!, die hier durch MOS-Transistoren des Anreicherungstyps mit p-Kanal gebildet sein mögen. Der Verbindungspunkt M kann dabei z.B. derjenige Verbindungspunkt sein, von dem eine analoge Spannung abnehmbar ist, die einem digitalen Signal entspricht, dessen Bits - wie weiter unten noch ersichtlich werden wird - zur Ansteuerung des Widerstands-Kettenleiternetzwerks ausgenutzt v/erden. Die MOS-Transistoren T2a* bis T2n' gehören, wie noch weiter unten ersichtlich werden wird, zu einer ersten Gruppe von Ableitwiderstände bildenden MOS-Transistoren, und die MOS-Transistoren T2a bis T2n gehören zu einer zweiten Gruppe von Ableitwiderstände bildenden MOS-Transistoren. Die zu der ersten Gruppe gehörenden MOS-Transistoren liegen mit ihren anderen (Haupt-)Elektroden auf einem festen Potential, insbesondere auf Masse; die zu der zweiten Gruppe gehörenden MOS-Transistoren liegen, wie noch ersichtlich werden wird, auf einem bestimmten anderen Potential, dessen Polarität'vorzugsweise änderbar ist.T2a, T2b to T2n and T2a ', T2b' to T2n ! which may be formed here by MOS transistors of the enhancement type with p-channel. The connection point M can for example be the connection point from which an analog voltage can be taken which corresponds to a digital signal, the bits of which - as will be seen further below - are used to control the resistor ladder network. The MOS transistors T2a * to T2n 'belong, as will be seen further below, to a first group of MOS transistors forming bleeder resistors, and the MOS transistors T2a to T2n belong to a second group of MOS transistors which form bleeder resistors. The MOS transistors belonging to the first group have their other (main) electrodes at a fixed potential, in particular at ground; the MOS transistors belonging to the second group are, as will become apparent, at a certain other potential, the polarity of which can preferably be changed.
Die als Querwiderstände in dem Widerstands-Kettenleiternetzwerk mit ihren Quelle-Senke-Strecken ausgenutzten MOS-Transistoren T1a bis T1m besitzen im leitenden Zustand jeweils den Widerstandswert R; die übrigen, als Ableitwiderstände ausgenutzten MOS-Transistoren der zuvor genannten MOS-Transistoren besitzen im leitenden Zustand jeweils den Widerstandswert 2R. Im gesperrten Zustand besitzen sämtliche erwähnten MOS-Tran-As cross resistances in the resistor ladder network MOS transistors T1a to T1m, which are used with their source-drain paths, each have the in the conductive state Resistance value R; the other MOS transistors of the aforementioned MOS transistors used as leakage resistors each have the resistance value 2R in the conductive state. In the locked state, all of the mentioned MOS trans-
5 sistoren einen Widerstandswert, der größer ist als 10 R.5 sistors have a resistance value greater than 10 R.
Den Quelle-Senke-Strecken der in dem Widerstands-Kettenleiternetzwerk an den Enden liegenden MOS-Transistoren T2a' und T2nf ist jeweils noch ein MOS-Transistor T2x b w. T2y mit seiner Quelle-Senke-Strecke parallel geschaltet. Diese MOS-Transistoren T2x und T2y besitzen im leitenden Zustand zwischen ihrerThe source-drain paths of the past in the resistance ladder network at the ends of the MOS transistors T2a 'and T2n is respectively connected nor a MOS transistor T2x b w. T2y parallel with its source-drain path f. These MOS transistors T2x and T2y have in the conductive state between their
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Quelle und ihrer Senke jeweils den Widerstandswert 2R.Source and its sink each have the resistance value 2R.
Die Torelektroden der MOS-Transistoren T2x, T2y und T1a bis T1m sind gemeinsam an einem eine negative Spannung führenden Anschlußpunkt -U1 angeschlossen. Verwendet man für diese MOS-Transistoren solche des Verarmungstyps mit einem p-Kanal, so sind die betreffenden MOS-Transistoren leitend, wenn an ihrer Quelle-Senke-Strecke eine Potentialdifferenz vorhanden ist.The T orelektroden of the MOS transistors T2x, T2y and T1a to T1m are commonly connected to a negative voltage leading connection point -U1. If those of the depletion type with a p-channel are used for these MOS transistors, the relevant MOS transistors are conductive when a potential difference is present at their source-drain path.
Die mit ihren einen Hauptelektroden - Quelle oder Senke - mit ein und derselben Hauptelektrode - Quelle oder Senke - eines der die Querwiderstände des '.Vidarstands-Kettenleiternetzwerks bildenden MOS-Transistoren T1a bis T1m verbundenen MOS-Transistoren T2a, T2a' bzw. T2b, T2b' bis T2n, T2n' - deren einer zu der einen Gruppe von Ableitwiderstände bildenden MOS-Transistoren gehört und deren anderer zu der zweiten Gruppe von AbIeitwiderstände bildenden MOS-Transistoren gehört - sind mit ihren Torelektroden jeweils an den Ausgängen einer zugehörigen Steuerschaltung St1, St2 bis Stn angeschlossen. Diesen Steuerschaltungen St1, St2 bis Stn werden eingangsseitig die Bits des jeweils in eine analoge Spannung umzusetzenden digitalen Signals zugeführt, und zwar an Eingangsanschlüssen el bzw. e2 bzw. en»Those with their one main electrode - source or sink - with one and the same main electrode - source or sink - one of the forming the transverse resistances of the Vidarstands ladder network MOS transistors T1a to T1m connected MOS transistors T2a, T2a 'or T2b, T2b' to T2n, T2n '- one of which to the one Group of bleeder resistors forming MOS transistors and the others belong to the second group of bleeder resistors forming MOS transistors - are with their gate electrodes at the outputs of an associated control circuit St1, St2 to Stn connected. These control circuits St1, St2 to On the input side, the bits of the digital signal to be converted into an analog voltage are fed to Stn, specifically at input connections el or e2 or en »
Die Steuerschaltungen St1 bis Stn sind im vorliegenden Fall jiveils durch zwei in Reihe geschaltete Inverter gebildet, die durch MOS-Transistoren realisiert sind; es sind dies die MOS-Transistoren Ti11, Ti12 bzw. Ti21, Ti22 bzw. Tin1, Tin2, die vom Anreicherungstyp mit p-Kanal sein können. Die Quelle-Senke-Strecken dieser MOS-Transistoren liegen jeweils in Reihe mit einem als lastwiderstand ausgenutzten MOS-Transistor TU 1, T112, T121, T122, Tln1 bzw. Tln2 zwischen einem eine negative Spannung führenden Anschlußpunkt -U1 und einem eine positive Spannung führenden Anschlußpunkt +U2. Die zuletzt genannten MOS-Transistoren sind hier vom Verarmungstyp mit p-Kanal,um die volle am Anschlußpunkt -U1 vorhandene Spannung an der Torelektrode des jeweils anzusteuernden MOS-Transistors der MOS-Transistoren T2a, T2a' bis T2n, T2n· zur Verfügung zu haben. Die Torelektroden der einenThe control circuits St1 to Stn are jiveils in the present case formed by two inverters connected in series made by MOS transistors; these are the MOS transistors Ti11, Ti12 or Ti21, Ti22 or Tin1, Tin2, which can be of the enrichment type with p-channel. The source-sink routes of this MOS transistors are each in series with a load resistor used MOS transistor TU 1, T112, T121, T122, Tln1 or Tln2 between a terminal -U1 carrying a negative voltage and one carrying a positive voltage Connection point + U2. The last-mentioned MOS transistors here are of the depletion type with p-channel, in order to achieve the full at the connection point -U1 voltage present at the gate electrode of the particular to be controlled MOS transistor of the MOS transistors T2a, T2a 'to T2n, T2n · available. The gate electrodes of one
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MOS-Transistoren, nämlich der MOS-Transistoren Ti11, Ti21 bzw". Tin1 in den einzelnen Steuerschaltungen St1 bzw. St2 bzw. Stn sind mit den Eingangsanschlüssen el , e2 bzw. en direkt verbunden. Die Torelektroden der zu der jeweiligen Steuerschaltung St1, St2 bis Stn noch gehörenden und als in Inverter ausgenutzten MOS-Transistoren Ti12, Ti22 bis Tin2 sind an dem Verbindungspunkt der Quelle-Senke-Strecke des den jeweils anderen Inverter der betreffenden Steuerschaltung bildenden MOS-Transistors Ti11 bzw. Ti21 bzw. Tin1 und des diesem zugehörigen, einen ^astwiderstand bildenden MOS-Transistors T111 bzw. T121 bzw. Tln1 angeschlossen. Die Senke-Elektroden der zu jeweils einer Steuerschaltung St 1 bzw. St2/bzw. Stn gehörenden und jeweils einen Inverter bildenden I'OS-Transistcren sind mit den orelektroden der jeweils beiden MOS-Transistoren verbunden, die als Ableitwiderstände des Y/iderstands-Kettenleiternetzwerks mit ihren Quelle-Senke-Strecken jeweils mit ein und derselben Elektrode eines einen Querwiderstand des betreffenden Widerstands-Kettenleiternetzwerks bildenden MOS-Transistors verbunden sind. ·MOS transistors, namely the MOS transistors Ti11, Ti21 or ". Tin1 in the individual control circuits St1 or St2 or" Stn are directly connected to the input connections el, e2 and en. The gate electrodes of the respective control circuit St1, St2 to Stn still belonging and as used in inverters MOS transistors Ti12, Ti22 to Tin2 are on the Connection point of the source-drain path of the MOS transistor forming the respective other inverter of the relevant control circuit Ti11 or Ti21 or Tin1 and the associated a MOS transistor T111 or T121 forming a branch resistance or Tln1 connected. The sink electrodes each to a control circuit St 1 or St2 / or. Stn belonging and I'OS transistors each forming an inverter are with connected to the orelectrodes of the two MOS transistors, which act as leakage resistors of the Y / resistor ladder network with their source-sink lines each with one and the same electrode of a cross resistance of the relevant MOS transistor forming a resistor ladder network are connected. ·
Im Zusammenhang mit den zuvor betrachteten Steuerschaltungen St1 bis Stn sei noch bemerkt, daß in Abv/eichung von den zuvor erläuterten Verhältnissen gegebenenfalls auch in folgender Weise vorgegangen sein kann: Die Torelektroden der mit ihren Quelle-Senke-Strecken an einer gemeinsamen Elektrode eines einen Querwiderstand des Widerstands-Kettenleiternetzwerks bildenden MOS-Transistors angeschlossenen - und als Ableitwiderstände wirkenden MOS-Transistoren können jeweils mit einer Steuerschaltung verbunden sein , in der das dieser jeweils zugeführte Bit des jeweils umzusetzenden digitalen Signals zur direkten Steuerung der Torelektrode des einen der erwähnten MOS-Transistoren und über einen einzigen Inverter zur Steuerung der Torelektrode des anderen der erwähntenIn connection with the control circuits previously considered St1 to Stn should also be noted that, in deviation from the above-explained relationships, possibly also in the following manner can have proceeded: The gate electrodes with their source-sink lines at a common electrode of a transverse resistor of the MOS transistor forming the resistor ladder network - and acting as leakage resistors MOS transistors can each be connected to a control circuit in which the bit of the bit to be converted digital signal for direct control of the gate electrode of one of the mentioned MOS transistors and via a single one Inverter for controlling the gate electrode of the other of the mentioned
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!.!OS-Transistoren herangezogen wird.!.! OS transistors is used.
Die zu der zweiten Gruppe der jeweils einen Ableitwiderstand des Widerstands-Kettenleiternetzwerks bildenden MOS-Transistoren gehörenden MOS-Transistoren T2a, T2b bis T2n sind mit ihren Enden, die den Enden gegenüberliegen, mit denen die betreffenden MOS-Transistoren mit den die Querwiderstände des 7/iderstands-Kettenleiternetzvverks bilderTlaOS-Transistoren T1a bis Tim verbunden sind, gemeinsam an einer Leitung angeschlossen, an die ein bestimmtes Potential anlegbar ist. Mit der betreffenden leitung sind im vorliegenden Fall zwei durch MOS-Transistoren gebildete Spannungsteiler mit ihrem jeweiligen Abgriff verbunden. Die beiden Spannungsteiler s+ellen, wie noch ersichtlich werden wird, gesonderte Potentialquellen dar, die alternativ wirksam schaltbar sind. Der eine Spannungsteiler umfaßt die beiden KOS-Transistoren T3o und T3u; diese MOS-Transistoren können solche des Anreicherungstyps mit p-KanalThe MOS transistors forming a leakage resistance of the resistor ladder network in each case for the second group belonging MOS transistors T2a, T2b to T2n are with their ends which are opposite the ends with which the relevant MOS transistors with which the shunt resistances of the 7 / resistance chain conductor network imagesTlaOS transistors T1a until Tim are connected, jointly connected to a line to which a certain potential can be applied. With the The line concerned is in the present case two through MOS transistors formed voltage divider connected to their respective tap. The two voltage dividers s + ellen, as will become clear, separate potential sources which can be effectively switched alternatively. The one voltage divider comprises the two KOS transistors T3o and T3u; these MOS transistors can be those of the enhancement type with p-channel
sein. Der andere Spannungsteiler umfaßt die beiden MOS-Transistoren T4o und T4u; diese MOS-Transistoren können solche des Anreiche rung styps mit p-Kanal sein. Die den einen Spannungsteiler bildenden MOS-Transistoren T3o und T3u sind mit ihren Quelle-Senke-Strecken in Reihe liegend zwischen dem eine negative Spannung führenden Anschlußpunkt -U3 und Masse angeschlossen. Die zu dem anderen Spannungsteiler gehörenden MOS-Transistoren T4o und T4u sind mit ihren Quelle-Senke-Strecken in Reihe liegend zwischen dem eine positive Spannung führenden Anschlußpunkt +Ü2 und Masse angeschlossen. Die Verbindungspunkte der Quelle-Senke-Strecken der zu beiden Spannungsteilern gehörenden MOS-Transistoren T3o, T3u, T4o, T4u sind miteinander verbunden. Die Torelektroden der zu jeweils einem Spannungsteiler gehörenden MOS-Transistoren sind ebenfalls miteinander verbunden. Die Torelektroden der MOS-Transistoren T3o und T3u sind direkt an einem Singangsanschluß ev angeschlossen; die Torelektroden der zu dem anderen Spannungsteilerbe. The other voltage divider comprises the two MOS transistors T4o and T4u; these MOS transistors may be of the p-channel enhancement type. The one voltage divider forming MOS transistors T3o and T3u are with their source-drain paths in series between the one negative Live connection point -U3 and earth connected. The MOS transistors belonging to the other voltage divider T4o and T4u are with their source-drain paths in series between the connection point carrying a positive voltage + Ü2 and ground connected. The connection points of the source-drain lines belonging to the two voltage dividers MOS transistors T3o, T3u, T4o, T4u are connected to one another. The gate electrodes each belong to a voltage divider MOS transistors are also connected to one another. The gate electrodes of the MOS transistors T3o and T3u are directly on one Singangsanschluss possibly connected; the gate electrodes to the other voltage divider
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gehörenden MOS-Transistoren sind ebenfalls miteinander verbunden. Die Torelektroden der MOS-Transistoren T3° und T3u sind direkt an einem Eingangsanschluß ev angeschlossen; die Torelektroden der zu dem anderen Spannungsteiler gehörenden MOS-Transistoren T4o und T4u sind mit der Senke eines als Inverter betriebenen MOS-Transistors Tv verbunden, dessen Quelle auf Masse liegt und dessen Torelektrode mit dem erwähnten Eingangsanschluß ev verbunden ist. Die Senke des MOS-Transistors Tv, der vom Anreicherungstyp mit p-Kanal sein kann, ist über einen als Lastwiderstand ausgenutzten MOS-Transistor TIv, der vom Verarmungstyp mit p-Kanal sein kann, mit einer eine negative Spannung führenden Spannungsklemme -U4 verbunden. Dem Eingangsanschluß ev wird jeweils ein als Vorzeichenbit zu befrachtendes Bit des jeweils umzusetzenden digitalen Signals zugeführt, urü zwar unter der Voraussetzung, daß das jeweilige digitale Signal neben die Amplitude eines ihm entsprechenden analogen Signals angebenden Bits noch ein die Polarität bzw. das Vorzeichen dieses analogen Signals angebendes Bit umfaßt.belonging MOS transistors are also connected to one another. The gate electrodes of the MOS transistors T3 ° and T3u are connected directly to an input terminal ev; the gate electrodes of the MOS transistors T4o and T4u belonging to the other voltage divider are connected to the drain of a MOS transistor Tv operated as an inverter, the source of which is connected to ground and the gate electrode of which is connected to the aforementioned input terminal ev. The sink of the MOS transistor Tv, which can be of the enhancement type with p-channel, is connected to a voltage terminal -U4 carrying a negative voltage via a MOS transistor TIv which is used as a load resistor and which can be of the depletion type with p-channel. The input connection ev is supplied with a bit of the digital signal to be converted, which is to be loaded as a sign bit, provided that the respective digital signal, in addition to the amplitude of a corresponding analog signal, also has a polarity or sign of this analog signal specifying bit includes.
Nachdem zuvor der Aufbau der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung erläutert worden ist, sei nunmehr die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung näher betrachtet.After the structure of the circuit arrangement shown in the drawing has been explained according to the invention, let us now consider the operation of this circuit arrangement in more detail.
Bei Fehlen eines Eingangssignals an den Eingangsanschlüssen el bis en - was dem Fehlen von "1"-Bits und damit dem Vorhandensein von "O"-Bits entspricht - seien die MOS-Transistoren Ti12 bzw. Ti22 bzw. Tin2 in den einzelnen Steuerschaltungen St1, St2 bzw. Stn leitend. Ein "O"-Bit sei hier durch eine positive Spannung gebildet und ein "1"-Bit durch eine negative Spannung. Damit sind also sämtliche zu der ersten Gruppe von MOS-Transistoren gehörenden und jeweils einen Ableitwiderstand in dem Widerstands-Kettenleiternetzwerk bildenden MOS-Transistoren T2a', T2b! bzw. T2nf leitend. Tritt an einem der EingangsanschlüaseIn the absence of an input signal at the input connections el to en - which corresponds to the absence of "1" bits and thus the presence of "O" bits - let the MOS transistors Ti12 or Ti22 or Tin2 be in the individual control circuits St1, St2 or Stn conductive. An "O" bit is formed here by a positive voltage and a "1" bit by a negative voltage. This means that all of the MOS transistors T2a ', T2b ! or T2n f conductive. Occurs at one of the entrance ports
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e1, e2 bis en ein "1"-Bit auf, so gelangt der dadurch jeweils direkt angesteuerte MOS-Transistor Ti11 bzw. Ti21 bzw. Ti2i bzw. Tin1 in den -leitenden Zustand. Dadurch wird der von diesem als Inverter betriebenen MOS-Transistor direkt gesteuerte und ebenfalls als Inverter betriebene MOS-Transistor - der bisher im leitenden Zustand war - in den nichtleitenden Zustand überführt. Dies bedeutet, daß der mit diesem zuletzt genannten MOS-Transistor mit seiner Torelektrode verbundene MOS-Transistor der ersten Gruppe von jeweils einsn Ableitwiderstand bildenden MOS-Transistoren T2a' bis T2nr in den nichtleitenden Zustand gelangt. Dafür wird aber der zusammen mit diesem MOS-Transistor mit derselben Elektrode eines einen Querwiderstand des Widerstands-^eiternetzwerks bildenden MOS-Transistors verbundene MOS-Transistor der zur zweiten Gruppe von jeweils einen Ableitwiderstand bildenden MOS-Transistoren T2a bis T2n leitend gesteuert. Dadurch wird an den Verbindungspunkt , z.B. A, der Quelle-Senke-Strecke dieses MOS-Transistors mit dem den betreffenden einen Querwiderstand des Widerstands-Ieiternetzwerks bildenden MOS-Transistor eine bestimmte Spannung -angelegt. Diese Spannung wird durch die MOS-Transistoren des Widerstands-Kettenleiternetzwerks, die sich im leitenden Zustand befinden, von Verbindungspunkt (z.B.A) zu Verbindungspunkt (ä.B. B) jeweils um einen Paktor 2 kleiner.e1, e2 to en have a "1" bit, the MOS transistor Ti11 or Ti21 or Ti2i or Tin1, which is respectively directly controlled thereby, becomes conductive. As a result, the MOS transistor operated as an inverter directly controlled by this MOS transistor and also operated as an inverter - which was previously in the conductive state - is converted into the non-conductive state. This means that the gate electrode connected to this last-mentioned MOS transistor, the MOS transistor of the first group of MOS transistors T2a 'to T2n r, each forming one leakage resistance, becomes non-conductive. For this, however, the MOS transistor connected to the second group of MOS transistors T2a to T2n each forming a leakage resistor, connected together with this MOS transistor with the same electrode of a MOS transistor forming a transverse resistance of the resistor network, is controlled to be conductive. As a result, a certain voltage is applied to the connection point, for example A, of the source-drain path of this MOS transistor with the MOS transistor in question, which forms a transverse resistance of the resistance conductor network. This voltage is reduced by a factor of 2 from connection point (e.g. A) to connection point (e.g. B) due to the MOS transistors of the resistor ladder network, which are in the conductive state.
Die Polarität der an den jev/eiligen Verbindungspunkt A, B bis M jeweils zweier als Ableitwiderstände des Widerstands-Kettenleiternetzwerks dienender MOS-Transistoren, wie der MOS-Transistoren T2a und T2a', und zumindest eines einen Querwiderstand bildenden MOS-Transistors, wie des MOS-Transistors T1a* hängt davon ab, welcher der beiden oben erwähnten Spannungsteiler wirksam ges-chaltet ist. Welcha? der beiden Spannungsteiler wrksam geschaltet ist, hängt dabei davon ab, ob an dem Eingangsanschluß ev ein "O»-Bit oder ein "1"-Bit auftritt. Tritt ein The polarity of the jev / hasty connection point A, B to M two each as leakage resistors of the resistor ladder network serving MOS transistors such as the MOS transistors T2a and T2a ', and at least one of a transverse resistor forming MOS transistor, such as the MOS transistor T1a * depends on which of the two voltage dividers mentioned above is effectively switched. Which one? of the two voltage dividers are effective is switched depends on whether an "0" bit or a "1" bit occurs at the input connection ev
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»/angelegten Spannung»/ Applied voltage
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"O"-Bit auf - das sei im vorliegenden Fall eine positive Spannung - so sollen die MOS-Transistoren Tv und T3o, T3u gesperrt sein; in diesem Fall sind die IiOS-Transistoren T4o, T4u leitend, wodurch an der mit ihren Senke-Quelle-Strecken gemeinsam verbundenen Leitung eine positive Spannung liegt. Tritt hingegen an dem Eingangsanschluß ev ein "1"-Bit auf - das sei im vorliegenden Fall eine negative Spannung - so sollen die MOS-Transistoren Tv und T3o, T3u im leitenden Zustand sein. In diesem Fall sind die MOS-Transistoren T4o, T4u im nichtleitenden Zustand. Damit liegt an der zuvor erwähnten Leitung nunmehr eine negative Spannung."O" bit on - that is a positive voltage in the present case - the MOS transistors Tv and T3o, T3u should be blocked; in this case the IiOS transistors T4o, T4u are conductive, whereby there is a positive voltage on the line connected to their sink-source lines. However, kick at the input connection ev a "1" bit - that is a negative voltage in the present case - so the MOS transistors Tv and T3o, T3u be in the conductive state. In this case, the MOS transistors T4o, T4u are non-conductive State. This means that there is now a negative voltage on the aforementioned line.
Im Hinblick auf die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung sei abschließend noch bemerkt, daß diese nur aus direkt miteinander verbundenen MOS-Transistoren besteht. Damit eignet sich die betreffende Schaltungsanordnung vorzüglich für eine vollständige Integrierung. Wie eingangs bereits erwähnt, kann die betreffende Schaltungsanordnung gegebenenfalls auch in einem nach dem Iterativverfahren arbeitenden Analogsignal-Digitalsignal-Wandler mit eingebaut sein, und zwar in der Weise, daß ein nur dirch eine einzige monolithisch integrierte Schaltung realisierter Analogsignal-Digital-signal-Wandler vorliegt, in welchem u.a. die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung enthalten ist.With regard to the circuit arrangement shown in the drawing Finally, it should be noted that this only consists of MOS transistors that are directly connected to one another. In order to the circuit arrangement in question is ideally suited for a full integration. As already mentioned at the beginning, the circuit arrangement in question can also in an analog signal-to-digital signal converter operating according to the iterative method with built-in, in such a way that a only dirch a single monolithic integrated circuit realized analog signal-digital-signal converter is present, in which inter alia the circuit arrangement according to the invention is included.
Für den Betrieb der oben erläuterten Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung sind folgende Spannungen verwendet worden: An dem Schaltungspunkt -ΪΓ1 eine Spannung von -24V, an dem Schaltungspunkt +U2 leine Spannung von +5V, an dem Schaltungspunkt -U3 eine Spannung von -5V und an dem Schaltungspunkt -U4 eine Spannung von -12V.For the operation of the circuit arrangement according to the invention explained above, the following voltages have been used: An the node -ΪΓ1 a voltage of -24V, at the node + U2 a voltage of + 5V, at the node -U3 a voltage of -5V and one at node -U4 Voltage of -12V.
Für die MOS-Transistoren können in Abweichung von den erläuterten Verhältnissen auch solche des jeweils anderen TypsFor the MOS transistors, deviating from those explained Conditions of the other type as well
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und/oder des jeweils anderen Kanals verwendet werden; in diesem Fall erjßlgt eine entsprechende Änderung der Polarität und ggfs. der Höhe der bereitzustellenden Spannungen.and / or the other channel can be used; in this This case results in a corresponding change in polarity and, if necessary, in the level of the voltages to be provided.
Bezüglich der Spannung, die den Torelektroden der die Ableitwiderstände in dem Widerstands-Kettenleiternetzwerk bildenden MOS-Transistoren ?2a bis T2n und T2a* bis T2n' zuzuführen ist, sei abschließend noch bemerkt, daß angestrebt wird, diese Spannung relativ hoch zu wählen; je höher diese Spannung/gewählt werden kann, desto leichter sind nämlich Linearitätsanforderungen bezüglich der Steuerung der genannten MOS-Transistoren über einen großen Arbeitsbereich zu erfüllen.Regarding the voltage that the gate electrodes of the leakage resistors in the MOS transistors forming the resistor ladder network ? 2a to T2n and T2a * to T2n 'is to be supplied, is final also noted that the aim is to select this voltage to be relatively high; the higher this voltage / can be chosen, namely, the easier the linearity requirements are with regard to the control of the said MOS transistors over a large working range to meet.
10 Patentansprüche10 claims
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