DE2812551A1

DE2812551A1 - D=A converter with resistor network - has output stage connected to terminal for leading bit in network

Info

Publication number: DE2812551A1
Application number: DE19782812551
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Heitmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-03-22
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1979-09-27

Abstract

The convertor has a logic switching network whose switches, connected to specified crosspoints of the R-2R resistor network, consists of two emitter transistors. A constant current source is connected to their emitters, and the R-2R resistor network is controlled by a digital signal applied to the bases of the emitter coupled transistors. An output stage (10) is connected to the terminal (9) for the leading bit (WHB) in the resistor network as terminating impedance. The analogue signal is collected from its output (15). The convertor stages are arranged in a binary power level sequence.

Description

Kurzfassungshort version

Es wird ein Digital-Analog-Wandler mit einem R-2R-Leiternetzwerk und einem logischen Schalternetzwerk vorgeschlagen, bei welchem zur Verbesserung der Auflösung am Knotenpunkt für das werthöchste Bit im R-2R-Netzwerk als Abschluß eine Stufe zur Stromauskopplung angeschlossen wird.It becomes a digital-to-analog converter with an R-2R ladder network and proposed a logical switch network, in which to improve the Resolution at the node for the most significant bit in the R-2R network as a termination one Stage is connected to power extraction.

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Digital-Analog-Wandler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein solcher Digital-Analog-Wandler ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 146 119 bekannt. Die Auskopplung derartiger Digital-Analog-Wandler zuf Erhalt einer Analogspannung ist jedoch bei höheren Umwandlungsgeschwindigkeiten problematisch. Aus der Zeitschrift Elektronik", 1976, Heft 1, Seiten 77 und 78, ist es bekannt, zur Auskopplung den Knotenpunkt für das werthöchste Bit in einem R-2R-Leiternetzwerk mit einem Widerstand abzuschlie-Ben und die analoge Spannung über einen Operationsverstärker abzugreifen. Zur Vermeidung von Umwandlungsfehlern soll der Operationsverstärker einen hochohmigen Eingangswiderstand aufweisen und für höhere Umwandlungsgeschwindigkeiten breitbandig sein. Diese Forderungen widersprechen einander, so daß die Umwandlungsgeschwindigkeit bekannter Digital-Analog-Wandler für digitale Signale hoher Bitraten relativ gering ist.PRIOR ART The invention is based on a digital-to-analog converter according to the genre of the main claim. Such a digital-to-analog converter is off the German Offenlegungsschrift 2,146,119 known. The decoupling of such However, digital-to-analog converters to obtain an analog voltage are at higher conversion speeds problematic. From the magazine Electronics ", 1976, issue 1, pages 77 and 78, it is known to decouple the node for the most significant bit in one R-2R-ladder network to be terminated with a resistor and the analog voltage to be tapped via an operational amplifier. To avoid conversion errors the operational amplifier should have a high input resistance and be broadband for higher conversion speeds. These demands contradict each other, so that the conversion speed of known digital-to-analog converters is relatively low for high bit rate digital signals.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Digital-Analog-Wandler nach der eingangs genannten Art anzugeben, welcher in sehr schneller Folge parallel eintreffende Digitalwerte eines digitalen Signals in ein entsprechendes analoges Signal fehlerfrei umwandelt.The object of the present invention is to provide a digital-to-analog converter according to the type mentioned at the beginning, which in parallel in very rapid succession incoming digital values of a digital signal into a corresponding analog one Converts signal without errors.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Digital-Analog-Wandler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß nunmehr auch höherfrequen:e digitale Signale analog-gewandelt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß aufwendige Maßnahmen zur Beseitigung kurzer Störimpulse (Deglitching), die bisher beim Ubergang von einem Digitalwert auf einem anderen Digitalwert entstehen, entfallen können.Advantages of the Invention The digital-to-analog converter according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that now also higher frequency: e digital signals can be converted to analog. Another The advantage is that complex measures to eliminate short glitches (Deglitching) that so far occurs when moving from one digital value to another Digital values arise, can be dispensed with.

Durch die in den Unteransprüchen aufgestellten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Digital-Analog-Wandlers möglich.The measures set out in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the digital-to-analog converter specified in the main claim possible.

Zeichnung Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden mit einem Ausführungsbeispiel in einer Zeichnung anhand von Figuren beschrieben und erläutert. Von den Figuren zeigen: Fig.1 einen schematischen Aufbau eines bekannten Digital-Analog-Wandlers, Fig.2 einen Digital-Analog-Wandler nach der Erfindung und Fig.3 eine Stufe zur Stromauskopplung Beschreibung der Erfindung Die Fig.1 zeigt den schematischen Aufbau eines bekannten Digital-Analog-Wandlers mit einem R-2R-Widerstand-Leiternetzwerk. Das R-2R-Leiternetzwerk ist so ausgelegt, daß für jedes Bit im Digitalwort eines digitalen Signals ein Widerstand R und ein Widerstand 2R vorzusehen ist. Die Widerstände R liegen in den Längszweigen des R-2R-Leiternetzwerkes und die Widerstände 2R in den Querzweigen. Eine Umwandlung des digitalen Signals in ein analoges Signal erfolgt in bekannter Weise durch eine Gewichtung von Strömen in dem R-2R-Leiternetzwerk. Dabei werden den Knotenpunkten in dem R-2R-Leiternetzwerk entsprechend der Wertigkeit der Bits in dem digitalen Wort des anliegenden digitalen Signals Ströme Io - 1n über Stromschalter (nicht gezeichnet) zugeführt. Der in jeden Knotenpunkt 1 bis n-1 fließende Strom wird gedrittelt, weil von jedem Knotenpunkt aus nach allen drei Richtungen der Wert der Impedanz gleich 2R beträgt, wenn die abschließenden Endwiderstände gleich R sind. Der in die Knotenpunkte o und n fließende Strom wird dagegen im Verhältnis 2:1 aufgeteilt. Eine Auskopplung des R-2R-Leiternetzwerkes erfolgte bisher dadurch, daß am Knotenpunkt für das werthöchste Bit (WHB) im R-2R-Leiternetzwerk ein Abschlußwiderstand Ra angeschlossen ist und die an diesem Knotenpunkt liegende Spannung mit einem Operationsverstärker OP abgegriffen wird.Drawing Further advantages and details of the invention are shown in The following is described with an exemplary embodiment in a drawing with reference to figures and explained. The figures show: FIG. 1 a schematic structure of a known one Digital-to-analog converter, FIG. 2 a digital-to-analog converter according to the invention and Fig. 3 a stage for current extraction Description of the invention 1 shows the schematic structure of a known digital-to-analog converter with an R-2R resistor ladder network. The R-2R ladder network is designed in such a way that that for each bit in the digital word of a digital signal a resistor R and a Resistance 2R is to be provided. The resistors R are in the series branches of the R-2R conductor network and the resistors 2R in the shunt arms. A conversion of the digital signal into an analog signal takes place in a known manner by weighting currents in the R-2R ladder network. Thereby the nodes in the R-2R ladder network according to the significance of the bits in the digital word of the attached digital Signal currents Io - 1n supplied via current switch (not shown). The one in everyone Current flowing through node 1 to n-1 is divided into thirds because from each node out in all three directions the value of the impedance is equal to 2R when the the terminating resistances are equal to R. The one flowing into the nodes o and n Electricity, on the other hand, is split in a ratio of 2: 1. A decoupling of the R-2R conductor network was previously done by the fact that at the node for the most significant bit (WHB) in the R-2R conductor network a terminating resistor Ra is connected and the one located at this node Voltage is tapped with an operational amplifier OP.

Wie eingangs erwähnt, ist diese Art der Auskopplung des analogen Signals bei höherer Umwandlungsgeschwindigkeit problematisch, weil die an den Operationsverstärker OP zu stellenden Forderungen hinsichtlich Hochohmigkeit und Breitbandigkeit widersprüchlich sind.As mentioned at the beginning, this is the type of decoupling of the analog signal problematic at higher conversion speed, because the to the operational amplifier OP requirements with regard to high resistance and broadband are contradictory are.

In der Fig.2 ist ein Digital-Analog-Wandler gemäß der Erfindung dargestellt. Im oberen Teil der Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandlers ist das R-2R-Widerstands-Leiternetzwerk gezeichnet. An die Knotenpunkte des R-2RLeiternetzwerkes sind Stromschalter 10, 1', 1", 1n 1 und 1n angeschlossen. Jeder der Stromschalter besteht aus zwei emittergekoppelten Transistoren 2 und 3, in deren gemeinsamer Emitterzuleitung eine mit einem Transistor 4 und einem Widerstand 5 aufgebaute Konstantstromquelle liegt. Die auch als Stromverteilungschaltung bezeichneten Stromschalter werden von ECL-Flipflops 6 gesteuert.A digital-to-analog converter according to the invention is shown in FIG. In the upper part of the circuit arrangement of the digital-to-analog converter according to the invention the R-2R resistor ladder network is drawn. To the nodes of the R-2R ladder network power switches 10, 1 ', 1 ", 1n, 1 and 1n are connected. Each of the power switches consists of two emitter-coupled transistors 2 and 3, in their common emitter lead a constant current source constructed with a transistor 4 and a resistor 5 lies. Also known as power distribution circuitry, power switches are used by ECL flip-flops 6 controlled.

ECL-Flipflops enthalten emittergekoppelte Stufen in sogenannter ungesättigter Logik. Da Logikbausteine in ECL-Technik nicht ohne weiteres von digitalen Signalen einer TTL-Logik ansteuerbar sind, können TTL-ECL-Konverter 7 vorgesehen werden, welche digitale Signale mit TTL-Pegel an den Klemmen 80 bis 8n in ECL-Pegel für die ECL-Flipflops 6 umwandeln. ECL-Fliflops und TTL-ECL-Konverter sind beispielsweise aus dem VALVO-Handbuch "Signetics Integrierte Schaltungen 1976" bekannt.ECL flip-flops contain emitter-coupled stages in so-called unsaturated ones Logic. Since logic modules in ECL technology do not easily rely on digital signals TTL logic can be controlled, TTL-ECL converters 7 can be provided, which digital signals with TTL level at terminals 80 to 8n in ECL level for convert the ECL flip-flops 6. ECL fliflops and TTL-ECL converters are for example known from the VALVO manual "Signetics Integrated Circuits 1976".

An einem Knotenpunkt für das werthöchste Bit WHB (Klemme 9) im R-2R-Leiternetzwerk des erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandlers wird das Digital-Analog-gewandelte Signal mit einer Stufe 10 zur Stromauskopplung ausgekoppelt. Gegenüber dem in der Fig.1 dargestellten Digital-Analog-Wandler entfällt bei dem erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandler der Abschlußwiderstand Ra Es läßt sich mathemaitsch nachweisen, daß durch eine Stromauskopplung das Digital-Analog-gewandelte Signal nicht nur nicht verfälscht, sondern auch mit einer größeren Stromamplitude an der Klemme 9 abnehmbar ist, da eine Stromverteilung über den Abschlußwiderstand Ra entfällt.At a node for the most significant bit WHB (terminal 9) in the R-2R conductor network the digital-to-analog converter according to the invention is converted from digital to analog Signal decoupled with a stage 10 for current decoupling. Compared to that in the The digital-to-analog converter shown in FIG. 1 is omitted in the digital-to-analog converter according to the invention the terminating resistance Ra It can be proven mathematically that by a current decoupling the digital-to-analog converted signal not only not falsified, but also with a larger current amplitude at the terminal 9 can be removed, as a current distribution is omitted via the terminating resistor Ra.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig.2 besteht die Stufe 10 zur Stromauskopplung aus einem Transitor 11 in Basisgrundschaltung. Die Emitterelektrode des Transistors 11 ist mit er Klemme 9 verbunden; ferner liegt die Emitterelektrode über einen Widerstand 12 an einem negativen Potential. Die Basiselektrode liegt in diesem Ausführungsbeispiel am Abgriff eines aus Widerständen 13'und 13"gebildeten Spannungsteilers. Die Kollektorelektrode des Transistors 11 ist über einen Lastwiderstand 14 mit einem positiven Potential verbunden. Da durch den fehlenden Abschlußwiderstand Ra ein größerer Strom an der Klemme 9 abgreifbar ist, kann über die Emitter-Kollektor-Strecke und den Lastwiderstand 14 ein entsprechend größerer Strom geführt werden. Dies führt an der Kollektorelektrode (Klemme 15) zu einer größeren Spannungsamplitude - selbst wenn der Lastwiderstand 14 gleich dem Abschlußwiderstand R gewählt würde - des so erhaltenen Strom-Spannungs-gewandelten Signals Etwaige Wandluntsfehler im werthöchsten Bit können durch einen Feinabgleich in der Stromverteilungsschaltung 10 vollständig korrigiert werden. Ein Feinabgleich kann beispielsweise in der Schaltsignalzuführung zur Basiselektrode des Transistors 20 mit einem Trimmpotentiometer 18 erfolgen. Bei einem anderen Feinabgleich wird die Größe des Emitterwiderstandes 5° durch die Parallelschaltung eines Trimmpotentiometers 19 beeinfluß.In the embodiment of Figure 2, there is stage 10 for current extraction from a transistor 11 in basic basic circuit. The emitter electrode of the transistor 11 is connected to terminal 9; furthermore, the emitter electrode is connected to a resistor 12 at a negative potential. The base electrode is in this embodiment at the tap of a voltage divider formed from resistors 13 'and 13 ". The collector electrode of the transistor 11 is via a load resistor 14 with a positive potential tied together. Since the lack of a terminating resistor Ra results in a larger current at the Terminal 9 can be tapped off via the emitter-collector path and the load resistor 14 a correspondingly larger current can be carried. This leads to the collector electrode (Terminal 15) to a larger voltage amplitude - even if the load resistance 14 would be chosen equal to the terminating resistor R - the current-voltage-converted one thus obtained Signals Any conversion errors in the most significant bit can be remedied by fine adjustment in the power distribution circuit 10 can be completely corrected. A fine adjustment can for example in the switching signal feed to the base electrode of the transistor 20 with a trimming potentiometer 18. Another fine adjustment will be the size of the emitter resistance 5 ° by connecting a trimmer potentiometer in parallel 19 influence.

Dadurch wird der Ausgangsstrom der Konstantstromquelle verändert. Die in Abhängigkeit vom Strom sich einstellende Spannung über den Widerständen 5° und 19 wird mit einer Referenzspannung, die mittels einer temperaturstabilen Zener Diode 20 und einen Widerstand 21 abgeleitet wird, in einem Operationsverstärker 22 zur Ableitung einer Regelspannung für die B asiselektroden der Transistoren 40 - 4n der Konstandstromquellen verglichen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß wärmeabhängige Stromänderungen in den einzelnen Stromübernahmeschaltungen 1" bis 1n gleich bewertet und damit Wandlungsfehler vermieden werden.This changes the output current of the constant current source. The voltage across the resistors 5 ° as a function of the current and 19 is with a reference voltage, which is determined by means of a temperature-stable Zener Diode 20 and a resistor 21 is derived, in an operational amplifier 22 for deriving a control voltage for the base electrodes of the transistors 40 - 4n of constant current sources compared. This measure achieves that heat-dependent current changes in the individual current transfer circuits 1 "to 1n rated equally and thus conversion errors can be avoided.

Die Fig.3 zeigt eine Variante der Stufe 10 zur Stromauskopplung. Dabei sind Bestandteile gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen. Anstelle des Emitterwiderstandes tritt bei dieser Variante eine Stromquelle 23,um den Innenwiderstand dieser Basisgrundschaltung weiter abzusenken.3 shows a variant of stage 10 for current extraction. Included components with the same function are provided with the same reference symbols. Instead of of the emitter resistance occurs in this variant a current source 23 to the internal resistance to lower this basic basic circuit further.

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Claims

Digital-to-analog converter claims: 1, digital-to-analog converter with an R-2R ladder network and a logical switch network in which individual switches connected to certain nodes of the R-2R ladder network of the logic switch network consist of two emitter-coupled transistors, in whose common emitter lead is a constant current source, and at which the R-2R conductor network depending on one of the base electrodes of the emitter-coupled Transistors lying digital signal is controllable, characterized in that that at the node (terminal 9) for the most significant bit (WHB) in the R-2R conductor network as a conclusion, a stage (10) for current decoupling; is connected to its output (Terminal 5) the analog signal can be removed.

2. Digital-to-analog converter according to claim 1, characterized in that that the stage (10) for current extraction is a transistor stage (11) in the basic basic circuit is.

3. Digital-to-analog converter according to claim 2, characterized in that that in the feed of the emitter electrode of the transistor stage (11) in the basic basic circuit a constant current source (23) is connected. -

4. Digital-to-analog converter according to claim 1, characterized in that the current in the emitter lead of the two emitter-coupled Transistors (2 and 3) lying constant current source (4 and 5) for the node the most significant bits in the R-2R conductor network can be set.

5. Digital-to-analog converter according to claim 1, characterized in that that the base bias of the emitter-coupled transistors (2 and 3) at the node of the most significant bit (WHB) in the R-2R conductor network can be set.

6. Digital-to-analog converter according to claim 1, characterized in that that each of two emitter-coupled transistors (2 and 3) consisting of switches of the switch network with the inverse outputs of ECL flip-flops (6) are connected, the inputs of which the digital signal is fed in parallel.

7. Digital-to-analog converter according to claim 1, characterized in that that the transistors (2 and 3) coupled in the emitter leads of the emitter lying constant current sources (4) can be regulated in parallel with regard to the output currents are.

8. Digital-to-analog converter according to claim 7, characterized in that that in the common emitter leads of the emitter-coupled transistors lying constant current sources in a manner known per se from one transistor each (4) with emitter resistor (5) and that the base electrodes of these transistors are connected in parallel to the output of an operational amplifier (22) whose inverting input at the emitter electrode of the transistor for the highest value Bit is connected and its non-inverting input is a temperature-stabilized one Reference voltage is supplied.