DE2611858A1

DE2611858A1 - Digital-analog-umsetzer

Info

Publication number: DE2611858A1
Application number: DE19762611858
Authority: DE
Inventors: Adrian Paul Brokaw
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1976-03-20
Publication date: 1977-02-03
Also published as: JPS6013338B2; JPS51120160A; JPS61210723A; US3940760A; JPS6238894B2; SE412150B; DE2611858C2; DE2647132A1; NL7602941A; GB1537542A; FR2305067B1; SE7603320L; FR2305067A1

Description

PATENTANWALT DlPL-ING.

Frankfurt am Mai" 70

Schneckenhofstr.27-Tel. 61707V ^ ^^ ^

Gzw/Os.

Analog Devices, Inc., Norwood, Massachusetts 02062 / USA

Digital/Analog-Umsetzer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Digital/Analog-Umsetzer gemäss dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs. Im speziellen bezieht sich die Erfindung auf Umsetzer von dem Typ, bei dem eine Vielzahl von eine Stromquelle vorgebenden Transistoren vorgesehen sind, die derartig angeordnet sind, dass sie unterschiedliche Ströme entsprechend einem vorbestimmten gewichteten Muster, beispielsweise einem binär gewichtetem Huster, führen. Die Erfindung bezieht sich v/eiterhin auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines mit der Temperatur sich ändernden Stromes.

Digital/Analog-Umsetzer bestehen im allgemeinen aus einer Vielzahl von Transistoren, die so angeordnet sind, dass sie unterschiedliche Stromwerte entsprechend einem vorbestimmten gewichteten Muster führen, und mit Schaltern, die wahlweise durch ein digitales Eingangssignal gesteuert werden, um ausgewählte Ströme zu einem analogen Ausgangssignal zu kombinieren. Beispiele für derartige Umsetzer gehen aus den US-PS 3 685 o45 und 3 747 088 hervor. Bei derartigen Digital/Analog-Umsetzern sind die Transistorstromquellen mit einem den Strom wichtenden Netzwerk von Widerständen verbunden, das jeweils den Strom bestimmt, den jeder Transistor zu führen hat. Diese Umsetzer verwenden weiterhin eine Steuerschleife, um eine geeignete Basisspannung für einen Bezugs-Stromtransistor vorzugeben, wobei die Gesamtheit der Stromquellen-Transistoren von -dieser gleichen Basisspannung gesteuert werden.

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Bei derartigen Umsetzern ist es wünschenswert, gleiche Spannungen an den Emittern der Stromquellen-Transistoren vorzugeben, da dann jeder der Emitter einen Strom mit dem geeigneten Gewicht in seinen zugeordneten Widerstand oder in das den Strom wichtende Widerstandsnetzwerk einprägen kann. Sind nämlich die Emitterspannungen.ungleich, dann stehen die Ströme, die jeweils einem bit zugeordnet sind, nicht in dem geeigneten Verhältnis. Darüber hinaus verursachen Temperaturdrifts in diesen Differenzen der Emitterspannung temperaturabhängige Fehler in dem Ausgangssignal. Während die Widerstände so abgeglichen werden können, dass anfängliche Fehler eliminiert werden, so kann jedoch eine Temperaturdrift in derartiger Weise nicht korrigiert werden.

Eine bekannte Methode zum Herstellen gleicher Emitterspannungen, so wie es die US-PS 3 747 088 zeigt, besteht darin, die Emitterflächen derartig zu bemessen, dass alle Stromquellen-Transistoren mit der gleichen Stromdichte arbeiten und demzufolge die gleiche Basisemitterspannung und die gleiche Temperaturcharakteristiken haben. Da alle Stromquellen-Transistoren mit einer gemeinsamen Basisspannung betrieben werden, sind somit die Emitterspannungen ebenfalls gleich, auch bei Änderungen der Temperatur. Da bei derartigen Umsetzern die Ströme im allgemeinen entsprechend einem binären Gewichtsmuster mit einer Teilung versehen sind, so bedeutet dies, dass die Emitterflächen ebenfalls binär gewichtet sein müssen. Bei Ausnutzung des Vorteils des wesentlichen Schrittes des Aufteilens der Stromquellen in separate 4-bit-Module, im allgemeinen als "Quad switches" bezeichnet, so wie es beispielsweise in der US-PS 3 747 088 beschrieben ist, benötigt jede 4-bit-Einheit Emitterflächen in den Verhältnissen von 8:4:2j1. Dadurch sind insgesamt 15 Emitterflächen-Einheiten notwendig, die in der integrierten Schaltkreistechnik einen wesentlichen Teil der gesamten Chip-Flächa verbrauchen.

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Ungeachtet der vorgenannten Entwicklung in dem Aufbau von Festkörper-Digital/Analog-Umsetzern besteht weiterhin die Notwendigkeit für Umsetzer, die eine geringere Chip-Fläche bei akzeptabler Leistungsfähigkeit benötigen. Eine bekannte Methode besteht darin, Stromquellen-Transistoren mit gleichen Emitterflächen zu verwenden, in Verbindung mit einer Reihe von festen Spannungsabsätzen (offsets) zwischen der Basis der Stromquellen-Transistoren. Die festen Spannungsabsätze wären so zu wählen, dass sie die Spannungsdifferenz über der Basis-Emitterstrecke dem Stromdichteverhältnis in aufeinanderfolgenden Transistoren vom Wert 2:1 annähern. Bei diesem Vorschlag besteht ein Problem darin, dass die Spannungsdifferenz über der Basis-Emitterstrecke entsprechend der Arbeitsweise bei verschiedenen Stromdichten eine Funktion der absoluten Temperatur ist. Dementsprechend lässt sich mit der Methode·der festen Spannungsabsätze nur eine mangelhafte Temperatur-Arbeitsweise vorgeben, speziell in multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzern, wo die Spannung über den Stromquellen-Transistoren auf kleine Werte eingestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile dieser bekannten Methoden zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs .

Das Wesen der Erfindung besteht somit in einer Verbesserung der Digital/Analog-Umsetzer. Im speziellen bezieht sich die Erfindung auf einen derartigen Umsetzer, der in der Lage ist, Stromquellen-Transistoren von gleichförmiger Grosse zu verwenden und daher bei verschiedenen Stromdichten arbeiten kann, aber auch in· der Lage 1st, gleiche und stabile Emitterspannungen und ein gutes T_emperaturverhalten vorzugeben. Weiterhin soll durch die Erfindung ein gutes Temperaturverhalten in gleichförmigen Stromquellen-Transistoren durch Einrichtun-,

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gen vorgegeben werden, die völlig verträglich mit den wesentlichen Fortschritten in der eingangsseitigen Schaltkreistechnik, der ausgangsseitigen Ableit-Schaltkreistechnik usw. sind, die für die Verwendung bei Digital-Analog-Umsetzern entwickelt worden sind. Durch .die Erfindung soll es weiterhin gelingen, den Umsetzer so auszubilden, dass er zu vernünftigen Preisen unter Verwendung der "straightforward IC processing"-Technik hergestellt werden kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das später noch im Detail beschrieben wird, besteht der Digital/Analog-Umsetzer, von dem Typ, aufgebaut aus einer Vielzahl von Stromquellen-Transistoren, die so angeordnet sind, dass sie unterschiedliche Stromwerte entsprechend einem vorbestimmten Gewichtsmuster führen, aus einer Vielzahl von Stromquellen-Transistoren, die typischerweise gleichförmige Emitter-Leiter-Flächen besitzen, die so angeordnet sind, dass sie bei unterschiedlichen Stromdichten arbeiten und dadurch verschiedene Basis-Emitterspannunge.n aufweisen, wenn sie unterschiedliche Stromwerte führen. Zwischen die Basis von aufeinanderfolgenden Stromquellen-Transistoren sind Widerstandsmittel geschaltet, wobei Mittel vorgesehen sind, um über den Widerstandmitteln eine Spannung zu erzeugen, die sich mit der absoluten Temperatur ändert und die der Differenz zwischen den Basis-Emitterspannungen von aufeinanderfolgenden Stromquellen-Transistoren entspricht. Die Emitterspannungen von aufeinanderfolgenden Stromquellen-Transistoren sind dann gleich und stabil in Bezug auf die Temperatur und gewährleisten genau gewichtete Stromwerte im Umsetzer und damit eine genaue Digital/Analog- Umwandlung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die Mittel, die die Spannung erzeugen, aus einem Stromgenerator, der einen ersten und einen zweiten Transistor aufweist', die entsprechend dem Verhältnis der Stromdichten in aufeinanderfolgenden Stromquellen-Transistoren

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von 2:1 leitfähige Flächen im gleichen Verhältnis aufweisen, wobei Mittel vorgesehen sind, um gleiche Ströme durch den ersten und zweiten Transistor einzuprägen, um unterschiedliche Basis-Emitterspannungen entsprechend den unterschiedlichen Stromdichten zu erzeugen. Ein Mittel, beispielsweise ein Widerstand, der zwischen die Emitter des ersten und zweiten Transistors geschaltet ist und der den Strom führt, der durch einen der Transistoren fliesst, spricht auf die Differenz der Basis-Emitterspannungen an und erzeugt einen Strom, der der durch die Temperaturänderungen bedingten Differenz in den Basis-Emitterspannungen entspricht.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Digital/

Analog-Umsetzers entsprechend der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die einen anderen Stromgenerator zeigt, der ebenfalls für den Umsetzer gemäss der Erfindung geeignet ist.

Die Fig. 1 zeigt einen binären Digital/Analog-Umsetzer DA1 entsprechend der Erfindung in integrierter Schaltkreistechnik mit acht bits. Der Umsetzer weist eine Vielzahl von Stromquellen-Transistoren 1o.1 bis 1o.8 auf, die unterschiedliche Stromwerte entsprechend einem binär wichtenden Muster führen, das durch ein widerstandsmässig wichtendes Netzwerk 12 vorgegeben wird, das mit den Emittern der Stromquellentransistoren verbunden ist. Das widerstandsmässig wichtende Netzwerk 12 gemäss Fig. 1 besteht aus einemR-2R-Leiternetzwerk, das den Stromwert jedes Stromquellen-Transistors in dem Leiternetzwerk auf die Hälfte des Stromwertes des vor-

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hergehenden Stromquellen-Transistors einstellt. Ein zusätzlicher Transistor 11, der an den Stromwert des dem 8. bit zugeordneten Stromquellen-Transistors 1o.8 angepasst ist, ist vorgesehen, um das R-2R-Netzwerk geeignet . abzuschliessen.

Mit den Stromquellen-Transistoren 1o.1 bis 1o.8 ist eine Vielzahl von wahlweise ansteuerbaren identischen Schaltzellen 14.1· bis 14.8 verbunden (eine davon ist im Detail dargestellt), die durch digitale logische Signale, die an den entsprechenden Signaleingängen 16.1 bis 16.8 angelegt werden, steuerbar sind. Jede Schaltzelle ist so angeordnet, dass sie den Strom, der durch den entsprechenden Stromquellen-Transistor fliesst, schalten kann, und zwar abwechselnd erstens zwischen einer ausgangsseitigen Stromsammeischiene' 18 und zweitens einer Masseleitung 2o. Die Schaltzellen 14,' die in näheren Einzelheiten in der US-Anmeldung 5o5 477 vom 12.9.1974 beschrieben sind ermöglichen mit Vorteil ein schnelles Schalten mit einer konstanten Geschwindigkeit-Schaltcharakteristik und geben für jeden Schaltzustand ein konstantes Potential für die Kollektoren der Stromquellen-Transistoren I0.I bis I0.8 vor, Kurz gesagt, enthalten die Schaltzellen 14 einen Transistor 4o und einen Stromeinstellwiderstand 42, die mit der positiven Spannungsversorgungsleitung 44 und einer Basis-Spannungsleitung 46 verbunden sind, um als Konstantstromquelle zu arbeiten, die einen Strom I_Q von o,5 Milliampere abgibt. PNP-Transistoren 36A und 36B bilden ein erstes Differenzpaar 38, das den Strom I_Q entsprechend dem logischen Signal am Eingangsanschluss 16, erhalten an der Basis des Transistors 36A und entsprechend einer festen Spannung, erhältlich an der Basis des Transistors 36B von der SchweUwertspannungsleitung 5o und erzeugt durch den Schwellwertkreis 52, zwecks Anpassung an die Erfordernisse der speziellen logischen Signale (z.B. TTL oder CMOS-Logik) steuert. Die Kollektoren der

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Transistoren 36A und 36B sind über Widerstände 56A, 56B mit einer Vorspannungsleitung 58 verbunden, deren Spannung durch einen Vorspann-Erzeugerkreis 60 auf einen konstanten Wert gehalten wird. Ein zweites Differenzpaar 62 von angepassten Transistoren 64A, 64B wird durch die Spannungen über den Widerständen 56A, 56B gesteuert, wobei die Transistoren in dem zweiten Paar 62 alternativ leiten, abhängig von dem Eingangssignal am Anschluss 16, um somit den Strom aus dem Stromquellen-Transistor 1o entweder auf die ausgangsseitige Stromsammeischiene 18 oder zur Masseleitung 2o zu führen.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Emitterflächen der Stromquellen-Transistoren 1o.1, 1o.2 und 1o.3 der drei bits mit der höchsten Wertigkeit binär geteilt, um eine gleichförmige Stromdichte vorzugeben, so wie es in der oben genannten US-PS 3 747 o88 beschrieben ist. Die Basen der Stromquellen-Transistoren 1o.1 bis 1o.3 sind untereinander verbunden und werden von einer gemeinsamen Basisleitung 24 angetrieben, die mit dem Ausgang eines Steuerkreises 25 verbunden ist. Der Steuerkreis 25 weist einen Operationsverstärker 26 auf, der den Strom, der durch ein in Reihe geschaltetes Paar von Bezugstransistoren 28, 3o fliesst, mit einem konstanten Bezugsstrom vergleicht, der von einer Bezugsspannungsquelle und einem Bezugswiderstand 34 erzeugt wird und kontinuierlich die Basisspannung des Bezugstransistors 3o einstellt, um den Strom durch diesen Transistor konstant zu halten. Diese Spannungskontrolle hält auf ähnliche Weise den Strom, der durch die Stromquellen-Transistoren 1o.1 bis 1o.3 fliesst, konstant, so wie es in den oben erwähnten US-PS 3 685 o45 und 3 747 »erläutert ist. In der oben erwähnten US-Anmeldung 5o5 477 ist bereits erläutert, dass der Umsetzer DA1 als ein multiplizierender Umsetzer arbeiten kann, indem die Bezugsspannung 32 entsprechend dem einen zu multiplizierenden Wert verändert · wird, wobei der andere zu multiplizierende Wert die eingangsseitige Digitalzahl ist. Die Grosse der Bezugsspannung steu-

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ert direkt die Grosse aller Bitströme entsprechend, da der Verstärker 26 die Basisspannungsleitung 24 einstellt, so . dass die Bitströme den Bezugsstrom, der durch den Widerstand 34 fliesst, führen.

Entsprechend einem Merkmal der vorliegenden Erfindung weisen die Stromquellen-Transistoren 1o.3 bis 1o.8 gleiche leitfähige Flächen auf, wodurch, da die Ströme, die von diesen Transistoren geführt werden, ein binär gewichtetes Muster aufweisen, die Transistoren bei verschiedenen Stromdichten und verschiedenen Basis-Emitterspannungen V_B„ arbeiten, wenn diese die unterschiedlichen Stromwerte führen. Entsprechend der Erfindung sind die Basen von aufeinanderfolgenden Stromtransistoren 1o.3 bis 1o.8 untereinander über Widerstände R von beispielsweise 15o Ohm verbunden, wobei ein Stromgenerator 7o über eine Stromversorgungsleitung 71 in Reihe mit den Widerständen R liegt und einen Strom Im durch die Widerstände R schickt, um über jeden der-Widerstände eine mit der absoluten Temperatur sich, ändernde Spannung ΔV_ßE zu erzeugen, entsprechend der Differenz zwischen den Basis-Emitterspannungen von aufeinanderfolgenden Stromtransistoren, die mit Stromdichten im Verhältnis von 2:1 betrieben v/erden. Daher sind die Emitterspannungen von aufeinanderfolgenden Stromquellen -Transistoren 1o.3 bis 1o.8 untereinander gleich sowie^leich den Emitterspannungen der Transistoren 1o,1 und 1o.2. Da darüber hinaus der Strom Im durch die Widerstände R sich mit der absoluten Temperatur ändert, führen die Spannungen AV-Q-Qt die über den Widerständen R erzeugt werden, die Änderungen der Transistor-Basis-Emitterpsannung V_BE mit der Temperatur, und die Emitterspannungen werden daher in Bezug auf die Temperatur stabil !bleiben, um genaue. .Pegel von gewichteten Strömen in dem Umsetzer und eine genaue Digital/Analog-Umsetzung vorzugeben.

Betrachtet man den Aufbau des Stromgenerators 7o genauer, so erkennt man in Fig. 1, dass der Generator zwischen die Strom-

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versorgungsleitung 71, die zu den Reihenschaltungen der Widerstände R zwischen den Basen hinführt, und die negative Spannungsversorgungsleitung 72 geschaltet ist. Erste und z\tfeite NPN-Transistoren 74 und 76 sind mit ihrer Basis untereinander verbunden und weisen Emitterflächen im Verhältnis von 1:2 auf, wobei ein. regenerativ angekoppelter Transistorkreis 78 vorgesehen ist, um gleiche Ströme durch die Transistoren 74, 76 zu einem Summierungspunkt 8o zu treiben. Ein Widerstand 82, der einen Widerstandswert von 2R, d.h. 3oo Ohm in diesem Beispiel, aufweist, ist zwischen die Emitter der Transistoren 74 und 76 geschaltet und führt den Strom durch den Transistor 76, der mit der niedrigeren Stromdichte arbeitet, an den Summierungspunkt 8o. Die Differenz Δ V„_F zwischen den Basis-Emitfcerspannungen der Transistoren 74 und 76 erscheint über dem Emitterwiderstand 82 und prägt durch ihn einen Strom der Grosse 4 Vg_E/2R ein. Ein gleicher Strom fliesst durch den Transistor 74 in die entgegengesetzte Seite der Schaltung, so dass der Summenstrom Im gegeben ist durch die Beziehung

¹T ^{= Δ V}BE/R.

Wenn der Strom Im durch die zv/ischen den Basen der Stromquellen-Transistore.n 1o.3 bis I0.8 befindlichen Widerständen R fliesst, dann wird über jeden Widerstand R eine Spannung der Grosse L· χ R = Δ V^g erzeugt,, die gleich der gewünschten Basis-Emitterspannungsdifferenz, die mit einem 2:1-Stromdichteverhältnis verbunden ist, ist. Diese Spannung ändert sich

linear mit der absoluten Temperatur entsprechend dem folgenden Ausdruck

^| ^ln2'

wobei T die absolute Temperatur der Transistoren 74, 76 in Grad Kelvin, k die Boltzman-Konstante und q die Elektronenladung ist.

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- 1ο -

Der Transistorkreis 78, der gleiche Ströme durch die Widerstände 74 und 76 treibt, "besteht aus einem abgeglichenen Paar von PI-IP-Transistoren 84, 86, die im Typ komplementär zu den Transistoren 74 und 76 sind. Die Emitter der Transistoren 84, 86 sind untereinander sowie mit der Stromversorgungsleitung 71 verbunden, wobei die Basen der Transistoren untereinander verbunden sind und die Kollektoren entsprechend mit den Kollektoren der Transistoren 74 und 76 verbunden sind. Wie die Fig. 1 zeigt, sind beim Transistor 86, genau wie beim Transistor 74_r die Basis und der Kollektor miteinander verbunden. Die vorstehende Anordnung stellt einen Stromreflektor dar, die die Schleife auf Stromlückewindung einstellt, wenn der Kollektorstrom des Transistors 76 kleiner als der Strom des Transistors 74 ist, so dass die Ströme durch beide Kollektoren ansteigen, bis die Ströme gleich sind und die Schleifenverstärkung gleich 1 ist.

Der Stromgenerator 7o hat einen stabilen "Aus"-Zustand, der in Verbindung mit einem Startkreis S3 veranlasst, dass Strom in die Transistoren hineinfliesst, so dass die Stromrückgewinnungsarbeitsweise beginnt. Der Startkreis 88 enthält, wie dargestellt, einen Pinch-Widerstand 9o, der einmal mit den Basen der Transistoren 74, 76 und über den Basis-Emitterkreis eines KPN-Transistors 92 mit der negativen Spannungsversorgungsleitung 72 verbunden ist. Zum Einleiten der Stronrückgewinnungsarbeitsweise fließt ein Strom von ungefähr 3 Mikroampere durch den Startkreis 83. Ein typischer ¥ert für den Strom Im liegt bei ungefähr o,12 Milliampere, der nicht ernsthaft durch den Strom, der durch den Startkreis 88 fliesst, bee'inträchtigt wird.

Es ist zu beobachten, dass zusätzlich zu dem Strom I^ die Basisströme der Stromquellen-Transistoren 1o.4 bis 1o.8 sich zu dem Gesamtstrom addieren, der durch die Zwischenbasiswiderstän-

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de R fliesst und der am ausgeprägtesten in den bits höherer Ordnung ist. Die Wirkung dieser BaGisströme ist klein, kann jedoch kompensiert Airerden, indem man die Werte der Zwicchenbasiswiderstände R so einstellt, dass sie in der Nähe der bits mit der höheren Ordnung etwas kleiner sind. Eine Methode zur Durchführung der Kompensation besteht darin, parallele Pinch-Basis-Widerstände für die Interbase-Widerstände R zu verwenden, da derartige Widerstände einen Wert haben, der mit hp_E sich ändert und daher so gewählt werden kann, dass er den Basisstrom kompensiert.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Stromgenerators 1oo, der, gleich dem Stromgenerator 7o, einen Strom L· erzeugt, der linear mit der absoluten Temperatur sich ändert und erste und zweite Transistoren 74, 76 mit Emitterflachen im Verhältnis von 1:2 aufweist, in Verbindung mit einem Emitterwiderstand 82, der einen Wert von 2R besitzt. Durch die Transistoren 74 und 76 werden gleiche Ströme mittels eines regenerativ angekoppelten Transistorkreises 1o2 getrieben, wobei dieser Kreis 1o2 im Verhältnis zum Schaltkreis 78 des Stromgenerators 7o eine genauere Arbeitsweise hinsichtlich des Einprägens gleicher Stromwerte besitzt. Der Transistorkreis 1o2 besteht, wie dargestellt, aus einem ersten abgeglichenen Paar von NPN-Transistoren 1o4, 1o6, einem zweiten abgeglichenen Paar von PNP-Transistoren 1o8, 11o und einem dritten Paar von abgeglichenen PNP-Transistoren 112, 114. Die Emitter der Transistoren 112, 114 sind mit einer Stromversorgungsleitung -71 verbunden, und die drei Paare der Transistoren sind regenerativ gekoppelt, wie dargestellt, um zu veranlassen, dass die Ströme, die in den beiden Seiten des Schaltkreises fliessen, gleich v/erden. Durch einen FET-Transistor 116 wird ein Startstrom vorgegeben, wobei die Gate-Elektrode des FET-Transistors mit der negativen Spannungsversorgungsleitung 72 und die Source- und die Drain-Elektrode des FET-Transistors über der Kollektor-Emitterstreclce des Transistors ·

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1o4 liegt. Der FET-T^aiisistor 116 bewirkt einen gesteuerten Leckstrom, der ausreichend gross ist, um den Schaltkreis zu starten, der jedoch andererseits k3.ein genug ist, damit er nicht ernsthaft die gewünschte Wirkungsweise des Schaltkreises beeinflusst, wenn dieser mit der Stromrückgewinnungsarbeitsweise beginnt. Der Stromgenerator 1oo erzeugt einen Strom L·, der durch den Ausdruck

I = A-V^, = kT In 2

gegeben ist.

Der von dem Generator 1oo erzeugte Strom ist in hohem Masse proportional zu der Temperatiir und gibt ein gutes Temperaturverhalten bei Digital/Analog-Umsetzern vor.

Entsprechend ermöglicht die Verwendung von Zwischenbasis- ¥iderständen R in Verbindung mit einem Generator 7o oder 1oo den wirksamen Einsatz von Stromquellen-Transistoren mit gleichförmigen Emitterflächen (Transistoren 1o.3 bis 1o.8)_ in Digital/Analog-Umsetzern ohne Verlust an Genauigkeit bedingt durch Temperaturdrift. Diese Charakteristik ist speziell wertvoll, da die Mittel, um sie zu realisieren, völlig kompatibel mit den Schaltzellen 14,- der Basisspannungssteuerung 25 mit ihrer Miltiplizierfähigkeit, und sogar mit Stromquellentransistoren, die gewichtete Emitterflächen haben, beispielsweise die Transistoren 1o.1 bis 1o.3, sind. Es sei ferner hervorgehoben, dass, da einige oder alle Stromquellentransistoren eine gleichförmige Emitterfläche haben können, wesentliche Einsparungen in dem Betrag der IC-Chip -Fläche gemacht v/er den. können, die für einen Umsetzer notwendig ist.

Es versteht sich, dass die dargestellten Schaltungen nur Ausführungsbeispiele sind und dass Abänderungen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

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Im Vorgehenden wurde ein Digital/Analog-Umsetzer von dem Typ beschrieben, der aus einer Vielzahl von Stromquellen-Transistoren aufgebaut ist, die unterschiedliche Stromwerte entsprechend einem vorbestimmten gewichteten Muster, beispielsweise einem binär gewichteten Muster, führen. Eine Vielzahl von Stromquellen-Transistoren mit identischer Grosse führen in dem Konverter verschieden grosse Ströme und arbeiten daher mit verschiedenen Stromdichten bei unterschiedlichen Basis-Eraitterspannungen, ausgesetzt der Temperaturdrift. Stabile Emitterspannungen, die genauo Vierte von gev/ichtetein Strom vorgeben, werden durch Widerstandsmittel zwischen den Basen von aufeinanderfolgenden Stromtransistoren vorgegeben in Verbindung mit einer Stromquelle zum Erzeugen einer Spannung über den Zwischenbasiswiderständen, die linear sich mit der absoluten Temperatur ändert, entsprechend der Differenz zwischen den Basis-Emitterspannungen von aufeinanderfolgenden Stromtransistoren.

Der Generator, der den Strom erzeugt, der linear mit der absoluten Temperatur sich ändert, besteht aus einem ersten und einem zweiten Transistor, der so gesteuert ist, dass er den gleichen Strom bei verschiedenen Stromdichten führt, um unterschiedliche Basis-Emitterspannungen zu erzeugen, und wobei weiterhin Mittel, beispielsweise ein Einitterwiderstand, vorgesehen sind, die auf die Differenz in den Basis-Emitterspannungen ansprechen und einen Strom erzeugen, der dieser Differenz in den Basis-Emitterspannungen, die sich linear mit der Temperatur ändert, entspricht.

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Claims

- 14 Patentansprüche

Digital/Analog-Umsetzer mit einer Vielzahl von Stroraquellentransistoren, die unterschiedliche Stronmerte entsprechend einem vorbestimmten Gewichtsmuster führen, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Stromquellentransistoren, die, v/enn sie die verschiedenen Stromwerte führen, "bei unterschiedlichen Stromdichten und damit unterschiedlichen ßasis-Eiaitter-Spannungen arbeiten, Widerstandsini ttel, die zwischen die Basen von aufeinanderfolgenden StromquellentransiGtoreii geschaltet sind, und Mittel zum Erzeugen einer sich mit der absoluten Temperatur ändernden Spannung entsprechend der Differenz zwischen den. Basis-Smitter-Spannungen aufeinanderfolgender Stromquellentransistören, wodurch die Emitterspannungen von aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren gleich und stabil sind im Hinblick auf die Temperatur und dadurch genaue Werte des gedichteten Stromes in dem Umsetzer und somit eine genaue Digital/Analog-Umsetzung gewährleisten.
2. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen der Spannung Mittel zum Erzeugen eines Stromes durch die ¥iderstandsmittel aufweisen, der sich linear mit der absoluten Temperatur ändert und der Temperaturänderungsdifferenz zwischen den Basis-Emitter- Spannungen von aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren entspricht.

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3. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerzeugungsmittel aufweisen: einen ersten und zweiten Transistor, Mittel zum Betreiben des ersten und zweiten Transistors bei verschiedenen Stromdichten entsprechend den unterschiedlichen Stromdichten von zwei aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren, um dadurch unterschiedliche Basis-Emitter-Spaimungen in den ersten und zweiten Transistoren zu erzeugen,und Mittel, die auf die Differenz in den Basis-Emitter-Spannungen der ersten und zweiten Transistoren ansprechen zum Erzeugen eines Stromes entsprechend der Differenz der Basis-Emitter-Spannungen.
4. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Transistoren leitfähige Flächen in demselben Verhältnis wie das Verhältnis der Stromdichten von aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren aufweisen, und wobei die Mittel zum Betreiben der ersten und.zweiten Transistoren gleiche Ströme durch sie einprägen, um unterschiedliche Stromdichten entsprechend der Differenz der Stromdichten von zwei aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren zu erzeugen.
5. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Betreiben der ersten und zwe'iten Transistoren bei gleichen Strömen regenerativ gekoppelte Transistormittel aufweisen, die mit den Kollektoren der ersten und zweiten Transistoren verbunden sind.

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6. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Transistoren mit ihrer Basis verbunden sind und wobei die Mittel, die auf die Differenz der Basis-Emitter-Spannungen der ersten und zweiten Transistoren ansprechen, Widerstandsmittel aufweisen, die zwischen die Emitter der ersten und zweiten Transistoren geschaltet sind derart, daß sie den Strom führen, der durch einen der beiden Transistoren, der mit der niedrigen Stromdichte arbeitet, führt.
7. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerzeugungsmittel die Summe der Ströme durch den ersten und zweiten Transistor an die Widerstandsmittel, die zwischen den Basen von aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren geschaltet sind, anlegt, und daß die Zwischenbasis-Widerstandsmittel so bestimmt sind, daß sie den halben Widerstandswert des Widerstandes, der zwischen die Emitter des ersten und zweiten Transistors geschaltet ist, aufweisen, wodurch die Spannung, die über dem Zwischenbasis-Widerstandsmittel abfällt, die Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannuiigen der ersten und zweiten Transistoren vergleichmäßigt, wobei diese Differenz ihrerseits der Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungen von aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren entspricht.
S. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Transistoren mit ihren * Basen untereinander verbunden sind, wobei der erste Transistor derjenige ist, der mit der niedrigen Stromdichte arbeitet, daß die Mittel, die auf die Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der ersten und zweiten Tran-

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sistoren ansprechen, aus einem Widerstand bestehe, der zwischen die Emitter der ersten und zweiten Transistoren ge- ■ schaltet ist, derart, daß er den Strom führt, der durch den ersten Transistor fließt, und daß die Mittel zum Einprägen gleicher Ströme durch die ersten und zweiten Transistoren, regenerativ gekoppelte Transistoren, komplementär zu den ersten und zweiten Transistoren aufweisen, die mit den Kollektoren der ersten und zweiten Transistoren verbunden sind.
9. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die regenerativ gekoppelten Transistormittel ein abgeglichenes, regenerativ gekoppeltes Transistorpaar aufweisen, wobei bei einem der Transistoren des Paares der Kollektor mit der Basis verbunden ist.
10. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Transistoren vom KPN-Typ sind, wobei die regenerativ gekoppelten Transistorpaare ein erstes Paar von NPN-Transistoren, die mit den ersten und zweiten Transistoren verbunden sind, ein zweites Paar von PNP-Transistoren, die mit dem ersten Paar verbunden sind und ein drittes Paar von PNP-Transistoren aufweisen, die mit dem zweiten Paar verbunden sind.
11. Digital/AnalogrUmsetzer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Stromquellentransistoren Emitter mit gleichen leitfähigen Flächen aufweisen und Ströme führen, deren Werte entsprechend einem binären Gewichtsmuster unterschiedlich sind, wodurch

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aufeinanderfolgende Stromquellentransistoren mit Stromdichten im Verhältnis von 2:1 betrieben werden, und daß die Spannungserzeugungsmittel über die Widerstandsmittel zwischen aufeinanderfolgenden Basen eine Spannung erzeugen, die sich mit der Temperatur ändert und die der Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungen von Transistoren, die mit einem Stromdichteverhältnis von 2:1 betrieben werden, entspricht.
12. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserzeugungsmittel Mittel zum Erzeugen eines Stromes durch die Widerstandsmittel aufweisen, der linear mit der absoluten Temperatur sich ändert und der der Temperaturänderungsdifferenz zwischen Basis-Emitterspannungen von aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren, die bei einem Stromdichteverhältnis von 2:1 betrieben v/erden, entspricht.
13. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerzeugungsmittel enthalten: erste und zweite Transistoren, Mittel zum Betreiben der ersten und zweiten Transistoren mit Stromdichten im Verhältnis von 2:1 und Mittel, die auf die Differenz der Basis-Emitter-Spannungen der ersten und zweiten Transistoren ansprechen, um einen Strom entsprechend dieser Differenz der Basis-Emitter-Spannungen zu erzeugen.
14. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Transistoren Leitfähigkeitsflächen im Verhältnis von 2:1 aufweisen, und daß

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die Mittel zum Betreiben der ersten und zweiten Transistoren gleiche Ströme durch sie einprägen.
15. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zürn Betreiben der ersten und zweiten Transistoren mit gleichen Strömen regenerativ gekoppelte Transistormittel aufweisen, die mit den Kollektoren der ersten und zweiten Transistoren verbunden sind.
16. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die auf die Differenz der Basis-EmitterSpannungen der ersten und zweiten Transistoren ansprechen, aus einem Widerstand bestehen, der zwischen die Emitter der ersten und zweiten Transistoren geschaltet ist derart, daß er den'Emitterstrom führt, der durch denjenigen der ersten und zweiten Transistoren fließt, der die niedrigere Stromdichte aufweist.
17. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Ströme durch den ersten und zweiten Transistor durch die Stromerzeugungsmittel an die Widerstandsmittel, die zwischen die Basen von aufeinanderfolgenden Stromquellentransistoren geschaltet sind, angelegt wird, und wobei die Zwischenbasis-Widerstandsmittel so gewählt sind, daß, sie den halben Widerstandswert des Widerstandes besitzen, der zwischen die Emitter der ersten und zweiten Transistoren geschaltet ist, und wobei die Spannung, die über dem Zwischenbasismittel abfällt, gleiche Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der ersten und zweiten Transistoren ist, die bei Stromdichten im Verhältnis von 2:1 betrieben werden.

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18. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einprägen gleicher Ströme durch die ersten und zweiten Transistoren aus einem abgeglichenen Paar von Transistoren bestehen, deren Basis untereinander verbunden ist und die so gekoppelt sind, daß sie gleiche Ströme den Kollektoren der ersten und zweiten Transistoren zuführen.
19. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einprägen gleicher Ströme durch die ersten und zweiten Transistoren aus einer Vielzahl von abgeglichenen Paaren von regenerativ verkoppelten Transistoren bestehen, deren Basen untereinander verbunden sind und die so verschaltet sind, daß sie gleiche Ströme den Kollektoren der ersten und zweiten Transistoren zuführen.
20. 'Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der abgeglichenen Transistorpaare ein erstes Paar, das mit den Kollektoren der ersten und zweiten Transistoren verbunden ist, und von demselben Typ wie diese ersten und zweiten Transistoren ist, ein zweites Paar, das mit den Kollektoren des ersten Paares verbunden ist und vom komplementären Typ in Bezug auf die ersten und zweiten Transistoren ist, sowie ein drittes Paar aufweisen, das mit dem zweiten Paar verbunden ist und vom komplementären Typ in Bezug auf die ersten und zweiten Transistoren ist.

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