DE3121450A1

DE3121450A1 - Digital/analog-umsetzer

Info

Publication number: DE3121450A1
Application number: DE19813121450
Authority: DE
Inventors: Katsumi Hiratsuka Kanagawa Nagano
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-06-03
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-02-18
Also published as: JPS6130452B2; US4408190A; JPS56169935A

Description

12U50

Beschreibung

Digital/Analog-Umsetzer

Die Erfindung betrifft einen Digital/Analog-Umsetzer (nachfolgend in der üblichen Abkürzung DAU genannt) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein DAU, wie er heute verwendet wird, benutzt ein Kettenleiter-Widerstandsnetzwerk. Die Umsetzungsgenauigkeit dieses DAUs wird jedoch wesentlich von der Genauigkeit der verwendeten Widerstände beeinflußt. Bei diesem bekannten DAU ist daher die Anzahl der zu verarbeitenden Bits des digitalen Eingangssignals auf etwa acht begrenzt. Eine hohe Umsetzungsgenauigkeit erfordert Widerstände hoher Präzision. Da solche Widerstände in einer integrierten Schaltung eine relativ große Fläche in Anspruch nehmen, muß man für einen integrierten DAU mit einem Kettenleiter-Widerstandsnetzwerk ein relativ großes Halbleiterchip verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen DAU zu schaffen, der für eine Integration geeignet ist und mit einem annehmbar geringen Flächenbedarf integriert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen DAU mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Wenn dem ersten Anschluß eines gemäß dieser Lösung verwendeten Stromspiegels ein Eingangsstrom vorgegebener Stärke geliefert wird, erhält man am zweiten Anschluß einen ersten Ausgangsstrom, dessen Stärke in vorgegebenem Verhältnis zu der des EingangsStroms am ersten Anschluß steht. Am dritten Anschluß erhält man einen zweiten Aus-

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gangsstrom, dessen Stärke im wesentlichen gleich der Summe der Stärken von Eingangsstrom am ersten Anschluß und erstem Ausgangsstrom am zweiten Anschluß ist. Andererseits kann bei dem Stromspiegel dem dritten Anschluß ein Eingangsstrom bestimmter Stärke zugeführt werden. In diesem Fall erhält man am ersten und am zweiten Anschluß einen ersten bzw. einen zweiten Ausgangsstrom, dessen Stärken vorgegebenen Teilen der Stärke des Eingangsstroms am dritten Anschluß gleich sind. 10

Die Stromspiegel sind entsprechend der Reihenfolge der Gewichte der Bits des in eine Analoggröße umzusetzenden digitalen Eingangssignals in Kaskade geschaltet derart, daß der dritte Anschluß eines Stromspiegels, der einem Bit entspricht, in vorgegebener Weise mit dem ersten oder dem zweiten Anschluß desjenigen Stromspiegels verbunden ist,_v der dem Bit nachfolgender Wertigkeit entspricht. Der jeweils andere dieser beiden Anschlüsse jedes Stromspiegels wird mit Hilfe des Stromschalters wahlweise an den Analogausgangsanschluß angeschlossen, wobei der Stromschalter abhängig von dem entsprechenden Bit des digitalen Eingangssignals betätigt wird. Eine Konstantstromquelle liefert einen konstanten Strom an den ersten Anschluß des dem niedrigstwertigen Bit (=LSB=least significant bit) entsprechenden Stromspiegels oder an den dritten Anschluß des dem höchstwertigen Bit (=MSB=most significant bit) entsprechenden Stromspiegels.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
35

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12Η50

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines DAU

entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine praktische Schaltungsanordnung des DAU von Fig. 1,

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des DAU von Fig. 2,

Fig. 4 ist ein Wellenform-Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des DAU von Fig. 2,

Fig. 5 und

6 sind Schaltbilder anderer Ausführungs

formen der Erfindung und _:

Fig. 7 ist ein Schaltbild eines DAU gemäß noch einer weiteren Ausführungsform

der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen DAU gemäß der Erfindung, der zur Verarbeitung eines vier Bits umfassenden digitalen Eingangssignals ausgebildet ist. Dieser DAU ist aus vier Stromspiegeln I₁ bis 1., einer Konstantstromquelle 3 und vier nachfolgend nur noch Schalter genannten Stromschaltern 4. bis 4. zusammengesetzt.

Jeder der Stromspiegel I₁ bis 1. besitzt einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluß 2.., 2„ bzw. 2-.. Wenn bei jedem Stromspiegel der ersten Ausführungsform dem ersten Anschluß (Eingangsanschluß) 2 ein Eingangsstrom vorgegebener Stärke geliefert wird, dann erhält man am zweiten Anschluß (Ausgangsanschluß) 2_? einen Ausgangs-

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strom gleicher Stärke (er ergibt sich durch Multiplikation der Stärke des Eingangsstroms mit einem Faktor 1), während vom dritten Anschluß 2_ (Ausgangsanschluß) ein Ausgangsstrom mit einer Stärke gezogen wird, die zweimal so groß wie die des Eingangsstroms ist und der Summe der Stärken von Eingangsstrom und Ausgangsstrom vom zweiten Anschluß 2~ entspricht. Die später beschriebene dritte Ausführungsform (Fig. 6) ist so ausgebildet, daß, wenn dem dritten Anschluß 2~ (Eingangsanschluß) des Stromspiegels ein Strom vorgegebener Stärke eingeprägt wird, man am ersten und am zweiten Anschluß 2. und 2„ (Ausgangsanschlüsse) Ausgangsströme erhält, deren Stärke gleich der Hälfte der EingangsStromstärke ist.

Die erwähnten vier Stromspiegelschaltungen der ersten Ausführungsform sind in Kaskade geschaltet, so daß der dritte Anschluß 2, eines Stromspiegels mit dem ersten Anschluß 2. eines anderen Stromspiegels verbunden ist.

Eine Konstantstromquelle 3 zur Lieferung eines konstanten Stroms I ist zwischen den ersten Anschluß 2.. des Stromspiegels 1₁ der ersten Stufe (entsprechend dem niedrigstwertigen Bit des 4-Bit Eingangssignals) und einen Speisespannungsanschluß einer positiven Spannung +V angeschlossen. Der dritte Anschluß 2_ des Stromspiegels I4 der letzten Stufe -(entsprechend dem höchstwertigen Bit des Eingangssignals) ist an einen Bezugspotentialpunkt (Masse) angeschlossen.

Die vier Schalter 4.. bis 4., die als einpolige Umschalter dargestellt sind, sind jeweils mit dem zweiten Anschluß 2~ der Stromspiegel 1.. bis 1, verbunden, um wahlweise diesen zweiten Anschluß 2„ der cin::olnen StroitispiocTol 1^ bis I4 an den positiven Speisespannungsanschluß oder

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an einen Anschluß 5 für das analoge Ausgangssignal anzuschließen, und zwar in Abhängigkeit vom binären Zustand der einzelnen vier Bits a_Q (LSB), a , a₂ und a_ (MSB) des Eingangssignals.

Fig. 2 zeigt eine praktische Schaltungsanordnung des DAU von Fig. 1. Jeder der vier Stromspiegel. 1. bis 1, enthält ein Paar von NPN-Transistoren 11 und 12, die in Form der bekannten Stromspiegelkonfiguration zusammengeschaltet sind. Das heißt, die Basen der Transistoren

11 und 12 sind miteinander verbunden und ebenso ihre Emitter. Der Transistor 11 ist dadurch, daß seine Basis mit seinem Kollektor kurzgeschlossen ist, als Diode geschaltet. Der Kollektor des Transistors 11 entspricht dem ersten Anschluß 2... Der Kollektor des Transistors

12 entspricht dem zweiten'Anschluß 2„, und der Verbindungspunkt der Emitter beider Transistoren 11, 12 entspricht dem dritten Anschluß 2^.

Jeder der Schalter 4.. bis 4 . enthält ein Paar von NPN-Transistoren 13 und 14, deren Emitter zusammen an den zweiten Anschluß 2„ eines entsprechenden Stromspiegels angeschlossen sind. In jedem Schalter ist der Kollektor des Transistors 13 mit dem positiven Speisespannungsanschluß verbunden, während der Kollektor des Transistors 14 mit dem Anschluß 5 für das analoge Ausgangssignal verbunden ist. Die Basen der Transistoren 13 aller Schalter 4.. bis 4. sind miteinander verbunden und gemeinsam mit einer positiven Bezugsspannung V beaufschlagt, die niedriger als V ist. Die Basen der Transistoren

OO

14 sind so angeschlossen, daß sie die jeweiligen Bitsignale a_n, a* , SLy bzw. a, empfangen.

Bei der Schaltungsanordnung von Fig. 2 ist immer einer der paarweise angeordneten NPN-Transistoren 13 und 14

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jedes der vier Schalter 4. bis 4. leitend. Da der erste Anschluß 2 des Stromspiegels 1. von der Stromquelle 3 einen Strom der Stärke I zugeführt bekommt, fließt in den zweiten Anschluß 2 des Stromspiegels 1.. ein Strom der Stärke I, während aus dem dritten Anschluß 2_ des Stromspiegels I₁ ein Strom der Stärke 21 gezogen wird. Dieser letztere Strom des Stromspiegels.1₁ der ersten Stufe wird dem ersten Anschluß 2.. des Stromspiegels 1~ der zweiten Stufe geliefert. Daher fließt in den zweiten Anschluß 2_ dieses Stromspiegels 1 _? der zweiten Stufe ein Strom der Stärke 21, während ein Strom der Stärke 41 aus dem dritten Anschluß 2^ des Stromspiegels 12 gezogen wird. Da der Strom der Stärke 41 der Eingangsstrom des Stromspiegels 1_ der dritten Stufe ist, fließt in den zweiten Anschluß 2„ dieses Stromspiegels 1_ ein Strom der Stärke 41, während ein Strom der Stärke 81 aus dem dritten Anschluß des Stromspiegels 1-. gezogen wird. Beim Stromspiegel 1. der letzten Stufe fließt ein Strom der Stärke 8l zum zweiten Anschluß 2„.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 2 dargestellten DAU sei auf das Zeitdiagramm von Fig. 3 Bezug genommen. Es sei angenommen, daß das digitale Eingangssignal den Wert "0" habe, das heißt, daß seine Bits oder Bit-Signale a_Q, a.. , a₂, a., alle den Binärwert "0" haben (dies sei ein Potentialwert, der niedriger als der Bezugsspannungswert V ,. ist). Unter dieser Voraussetzung ist der Transistor 13 aller Schalter 4.. bis 4. leitend. Als Folge davon fließt der in den zweiten Anschluß 2₂ der Stromspiegel jeweils eintretende Strom über den Transistor 13 des zugehörigen Schalters, so daß durch den Ausgangsanschluß 5 kein Ausgangsstrom bzw. ein Ausgangsstrom I des Werts 0 fließt.

el

Wenn das Eingangssignal "1" wird, das heißt, wenn nur

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to

■J das nxedrigstwertige Bit a~ den Binärwert "1" annimmt (dies sei ein Potentialwert der höher als die Bezugsspannung V j- ist) , dann wird der Transistor 14 des Schalters 4₁ leitend. Da jetzt das das Bit a„ repräsentierende Signal einen höheren Potentialwert als er der Bezugsspannung V _f entspricht, hat, wird der Transistor 13 gesperrt. Daher fließt der Strom zum zweiten Anschluß 2₂ des Stromspiegels 1.. der ersten Stufe über den Transistor 14 mit der Folge, daß der Ausgangsstrom

Ί0 I die Stärke I aufweist.
a

Wenn das Eingangssignal "2" wird, das heißt, wenn nur das Bit a₁ den Binärwert "1" hat, dann wird der Transistor 14 des Schalters 4„ leitend, während sein Transistor 13 gesperrt wird. Jetzt ist der Transistor 14 des Schalters 4.. gesperrt und sein Transistor 13 leitend.

Daher hat der Ausgangsstrom I die Stärke 2:1.

Wenn das Eingangssignal ^Ir3" wird, das heißt wenn nur die Bits a_, a. den Binärwert "1" aufweisen, dann werden die Transistoren 14 der Schalter 4.. und 4„ leitend.

Die Folge davon ist, daß der Ausgangsstrom I die Stärke

" a

31 hat, was gleich der Summe der Stromstärken I und 21 ist, die in die Anschlüsse 2~ des Stromspiegels 1. der ersten Stufe bzw. des Stromspiegels 1~ der zweiten Stufe fließen.

Wenn das digitale Eingangssignal nacheinander um 1 erhöht wird, nimmt die Stromstärke des AusgangsStroms I nach-

einander um jeweils I zu. Wenn das Eingangssignal den Wert 15 erreicht, das heißt wenn alle Bits a„, a. , a~ und a, den Binärwert "1" besitzen, dann sind die Transistoren 14 aller vier Schalter 4₁ bis A₄ leitend. Als Folge davon besitzt der Ausqangsstrom I die Stärke 151,

die gleich der Summe der vorerwähnten Stromstärken I,

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312U5Q ti

41, 81 ist.

Aus der voranstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Ausgangsstromstärke I durch folgende allgemeine

Formel ausgedrückt werden kann:

a 0 12 3

Aus dieser Formel entnimmt mann, daß die Ausgangsstromstärke I eine analoge Größe ist, die dem Wert des a

digitalen 4-Bit Eingangssignals proportional ist.

Der DAU von Fig. 2, der keinerlei Widerstand enthält, ist für eine Integration bestens geeignet und erlaubt in integrierter Form eine äußerst geringe Chipgröße. Ein DAU gemäß der Erfindung kann auf einem quadratischen Sxlicxumsubstrat integriert werden, dessen Seitenlänge beispielsweise 0,7 bis 0,8 mm beträgt.

2Q Die folgende Tabelle I gibt die tatsächlich gemessenen Werte der Stärke I des analogen Ausgangsstroms wieder,

die bei der Schaltung von Fig. 2 unter der Voraussetzung V- =14V, V _f=7V und 1=32,9μΑ erzeugt wurden. Die Tabelle I gibt außerdem errechnete Werte und prozentuale Fehler wieder. Mit den tatsächlich gemessenen Werten A und den errechneten Werten B ergibt sich der prozentuale Fehler C wie folgt:

C = — χ 100 (%) ... (2)

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Tabelle I

Digitales	32	Eingangs s ignal	^ao	I Analoges	Ausgangssignal	I a
^a3	O	^al	O	Meßwert (μΑ)		Prozentualer j Fehler (%)
0	O	O	1	0		0
O	O	O	O	31		-5.89
O	O	1.	1	65		-1.34
O	1	1	O	99		0.18
0	1	O	1	131		-0.58
O	1	0	O	167		1.40
O	1	1	1	202		2.23
O	O	1	O	238		3.21
1	O	0	1	276		4.74
1	O	0	O	314		5.90
1	O	1	1	349		5.95
1	1	1	O	• 387		6.81
1	1	O	1	415		4.98
1	1	0	O	454		6.03
1	1	1	1	490		6.23
1	1	529		7.06 I
Errechner Wert (μΑ)
0
32.9
65.9
98.8
131.8
164.7 ·
197.6
230.6
263.5
296.5
329.4
362.3
395.3
428.2
461.2
494.1

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" 312U50-

/3

Fig. 4 ist eine Koordinatendarstellung der in Tabelle I wiedergegebenen Meßwerte, wobei auf der Abszisse die Zeit t in s und auf der Abszisse die Stärke in μΑ des Ausgangsstroms I aufgetragen sind.

Tabelle I zeigt, daß der prozentuale Fehler über den gesamten Bereich der Größe des digitalen Eingangssignals im Bereich von -10% liegt. Das bedeutet, daß die Schaltungsanordnung von Fig. 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung die Digital/Analog-Umsetzung mit einer herausragend hohen Genauigkeit ausführt.

Der bei der Schaltung von Fig. 2 auftretende prozentuale Fehler soll nun untersucht werden. Es sei angenommen, daß das Stromübertragungsverhältnxs der Stromspiegel

1. bis 1. , das heißt das Verhältnis des AusgangsStroms am zweiten Anschluß 2~ zum Eingangsstrom am ersten Anschluß 2 gegeben ist durch 1-2/ß, wobei ß die Stromverstärkung der Transistoren 11 und 12 in Emitterschaltung darstellt. Die zu den zweiten Anschlüssen 2„ der Stromspiegel I₁ bis "\ . fließenden Ströme besitzen nicht die jeweilige Stärke von I, 21, 41 bzw. 81, sondern (1-2/ß)I, 2(1-3/ß)I, 4(1-4/ß)I bzw. 8(1-5/ß)I. Es ergehen sich also jeweilige Fehler von -2/ß, -3/ß, -4/ß und -5/ß.

Beträgt ß 100, dann sind die Fehler der Ausgangsstromstärke für die einzelnen Bits -2%, -3%, -4% und -5%.

Die folgende Tabelle II zeigt die prozentualen Fehler, die in bezug auf die digitalen Eingangssignale vorgegebener Größe tatsächlich ermittelt wurden, und die errechneten prozentualen Fehler.

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Tabelle II

10

Digitales Eingangssignal	^a2	^al	^ao	Prozentualer Fehler (%)	Errechneter Wert
^a3	O	0	1	Meßwert	_2
O	O	1	O	-5.89
O	1	O .	O	-1.34	-4
O	O	•	O	-0.58	-5
1	+4.74

Tabelle II zeigt, daß beim höchstwertigen Bit eine große Differenz zwischen dem gemessenen und dem errechneten prozentualen Fehler auftritt. Dies bedeutet, daß die Fehler bei den höherwertigen Bits nicht ausschließlich durch ß, das heißt die Stromverstärkung der Transistoren 11 und 12 bestimmt wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 12 des vierten Stromspiegels 1., der dem höchstwertigen Bit (MSB) entspricht, höher als die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 12 anderer Stromspiegel, beispielsweise des dritten Stromspiegels 1_ ist, so daß der Early-Effekt beim Transistor 12 des vierten Stromspiegels 1. groß wird.

Unter bezug auf Fig. 5 soll nun ein DAU gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird eine Stromspiegelschaltung verwendet, die als "Willson-Quelle-Schaltung" bezeichnet wird, um den erwähnten Early-Effekt zu verringern. Jeder der vier Stromspiegel 21 bis 21. enthält NPN-Transistoren 31, 32 und 33. Die Basen der Transistoren 31 und 32 sind genauso wie ihre Emitter zu-

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" """ 312U50 ff

■j sammengeschaltet. Kollektor und Basis des Transistors 32 sind kurzgeschlossen. Die Basis und der Emitter des Transistors 33 sind mit dem Kollektor des Transistors 31 bzw. dem Kollektor des Transistors 32 verbunden.

Der Kollektor des Transistors 31 entspricht dem ersten Anschluß 2₁. Der Kollektor des Transistors 33 entspricht dem zweiten Anschluß 2„. Die gemeinsame Emitterverbindung beider Transistoren 31 und 3 2 entspricht dem dritten Anschluß 2 .

Damit die Arbeitsgenauigkeit der Schalter 4 bis 4. erhöht wird, verwendet die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 5 Darlington-Transistorpaare 34-35, 36-37 anstelle der vorerwähnten Transistoren 13 und 14. Der Aufbau der Ί5 zweiten Ausführungsform von Fig. 5 verringert die prozentualen Fehler der Ausgangsstromstärke I auf etwa in.

Unter bezug auf Fig. 6 soll nun eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Bei dieser dritten Ausführungsform ist die Stromquelle 3 zwischen den dritten Anschluß 2^ des Stromspiegels 1., der dem höchstwertigen Bit zugeordnet ist, und den Massepunkt der Schaltung geschaltet, so daß dem dritten Anschluß 2.. (Eingangsanschluß) der jeweiligen Stromspiegel I₁ bis 1. ein Eingangsstrom zugeführt wird. Bei dieser dritten Ausführungsform von Fig. 6 ist der dritte Anschluß 2_ der Stromspiegel 1. bis 1_ mit dem zweiten Anschluß 2„ (Ausgangsanschluß) des jeweils benachbarten Stromspiegels verbunden. Der erste Anschluß 2. (Ausgangsanschluß) aller Stromspiegel I₁ bis I₄ ist mit dem zugehörigen Schalter verbunden. Bei der dritten Ausführungsform von Fig. 6 sind die Basen der Transistoren 13 der vier Schalter 4₁ bis 4. jeweils mit unterschiedlichen Bezugsspannungsanschlüssen V -., r V „, V ,._ und V _c. verbunden. Es °³ ref1 ref2 ref3 ref4

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ist günstig, die Höhe dieser unterschiedlichen Bezugsspannungen wie folgt zu wählen:

V Ss V — V ^ V V

cc ^Vref1 ^vref2 ^vref3 ^Vref4
5

Bei der Schaltung von Fig. 6 ist die Stromstärke des AusgangsStroms der Stromquelle 3 I. Daher wird dem ersten und dem zweiten Anschluß 2., 2„ des vierten Stromspiegels 1 . jeweils ein Strom mit der halben Stärke des

^IU AusgangsStroms zugeführt. Der Strom dieser Stärke 1/2 wird an den dritten Anschluß 2 des dritten Stromspiegels 1-> geliefert. Daher werden der erste und der zweite Anschluß 2₁ und 2„ des dritten Stromspiegels 1_ jeweils mit einem Strom der Stärke 1/4 versorgt. Der Strom dieser Stärke 1/4 wird an den dritten Anschluß 2_ des zweiten Stromspiegels 1„ geliefert. Daher werden der erste und der zweite Anschluß 2 , 2_ des zweiten Stromspiegels 1„ jeweils mit einem Strom der Stärke 1/8 versorgt. Der Strom dieser Stärke 1/8 wird zum dritten Anschluß 2 des ersten Stromspiegels I₁ geführt. Daher werden der erste und der zweite Anschluß 2 , 2« des ersten Stromspiegels I₁ jeweils mit einem Strom der Stärke 1/16 versorgt. Als Folge hiervon ergibt sich für die Ausgangsstromstärke I vom Aus-

gangsanschluß 5

I = (a_ri+2a₁+4a„+8a,) ...(3)

a υ ι δ j _l6

Die obige Gleichung (3) unterscheidet sich von der vorne angegebenen Gleichung (1) nur durch eine Proportionalitätskonstante. Daher wird auch bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 6 eine der Größe des digitalen Eingangssignals proportionale analoge Größe erzeugt.

Es sei angemerkt, daß die Erfindung nicht auf die vor-

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•| beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Beispielsweise ist die Anzahl von Bits des digitalen Eingangssignals natürlich nicht auf 4 beschränkt. Die analoge Größe muß nicht unbedingt in Form eines Stroms geliefert werden, sondern kann durch Anschließen einer geeigneten Impedanz, etwa eines Widerstandes, an den Ausgangsanschluß 5 auch in Form einer Spannung erzeugt werden. Bei den Schaltungsanordnungen aller vorangehenden Ausführungsformen ergab sich die Stärke des Ausgangs-

Ί0 Stroms am zweiten Anschluß 2„ der einzelnen Stromspiegel durch Multiplizieren der Eingangsstromstärke am ersten Anschluß 2₁ dieser Stromspiegel mit dem Faktor 1. Mit anderen Worten ist das Stromübertragungsverhältnis 1:1. Diese Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Ausbildung beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, das Stromübertragungsverhältnis der einzelnen Stromspiegel gemäß Darstellung in Fig. 7 dadurch- zu ändern, daß die Emitter der Transistorpaare der einzelnen Stromspiegel unterschiedliche Fläche aufweisen.

Bei der Schaltung von Fig.. 7 ergibt sich die Ausgangs-

Stromstärke I zu
a

I_a = (a_Q+2a₁+4a₂+8a₃) x 21 ...(4)

130067/08 5 4

-ti-

Leerseite

Claims

Τ Patentansprüche

(j/ Digital/Analog-Umsetzer zur Umwandlung eines mehrere Bits (a_Q bis a₃) umfassenden digitalen Eingangssignals in eine analoge Größe (I)/ gekenn-

zeichnet durch

eine der Anzahl der Bits des Eingangssignals entsprechende Anzahl von Stromspiegelnd, bis 1,; 2I₁ bis 21,), von denen jeder drei Anschlüsse besitzt, wobei die Stromstärke an einem ersten dieser Anschlüsse (2..) in einem bestimmten Verhältnis zu der Stromstärke an einem zweiten Anschluß (2„) steht und die Stromstärke am dritten Anschluß (2_) gleich der Summe der Stromstärken am ersten und am zweiten Anschluß ist, und wobei die Stromspiegel (I₁ bis 1.; 2I₁ bis 21.) so geschaltet sind, daß der dritte Anschluß (2_) eines einem n-ten Bit des Eingangssignals zugeordneten Stromspiegels mit einem von beiden, dem ersten und dem zweiten Anschluß (2₁ , 2~) desjenigen Stromspiegels verbunden ist, v/elcher dem um eine Bitstelle höherwertigen Bit als dem n-ten Bit zugeordnet ist, eine der Anzahl der Bits des Eingangssignals entsprechende Anzahl von Stromschaltern (4. bis 4.), durch die wahlweise der andere von beiden Anschlüssen, das heißt der erste oder der zweite Anschluß (2., 2„) eines jeweils zugeordneten Stromspiegels abhängig vom zugehörigen Bit mit einem Analogausgangsanschluß (5) verbindbar ist, und

eine Stromversorgungseinrichtung (3) zur Lieferung eines Stroms an den ersten Anschluß (2 ) des dem niedrigstwertigen Bit (a_Q) zugeordneten Stromspiegels (I₁) oder an den dritten Anschluß (2~) des dem höchstwertigen Bit (a₃) zugeordneten Stromspiegels (I₄).
2. Digital/Analog-ümsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Strom-

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spiegel (I₁ bis 1.) einen ersten und einen zweiten Transistor (11, 12) enthält, von denen jeder eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter besitzt, daß die Basen von erstem und zweitem Transistor (11, 12) miteinander verbunden sind, daß die Emitter dieser Transistoren miteinander verbunden sind, daß die Basis des ersten Transistors (11) mit seinem Kollektor kurzgeschlossen ist, und daß der Kollektor des ersten Transistors (11), der Kollektor des zweiten Transistors (12) und die Emitter beider Transistoren (11, 12) den ersten, den zweiten bzw. den dritten Anschluß (2.., 2₂, 2^) bilden.
3. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Stromspiegel (2I₁ bis 21.) einen ersten, einen zweiten und einen dritten Transistor (31, 32, 33) enthält, von denen jeder eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter besitzt, daß die Basen von erstem und zweitem Transistor (31, 32) miteinander verbunden sind, daß die Emitter von erstem und zweitem Transistor (31, 32) miteinander verbunden sind, daß die Basis des zweiten Transistors (32) mit seinem Kollektor kurzgeschlossen ist, daß die Basis des dritten Transistors (33) mit dem Kollektor des ersten Transistors (31) verbunden ist, während der Emitter des dritten Transistors (33) mit dem Kollektor des zweiten Transistors (32) verbunden ist, und daß der Kollektor des ersten Transistors (31), der Kollektor des dritten Transistors (33) und die Emitter von erstem und zweitem Transistor (31, 32) den ersten, den zweiten bzw. den dritten Anschluß des jeweiligen Stromspiocjels bilden.
4. Digital/Analog-Umsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

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net , daß der dritte Anschluß (2_) eines jeweiligen Stromspiegels (I₁ bis 1.; 2I₁ bis 21.) mit dem ersten Anschluß (2 ) desjenigen Stromspiegels verbunden ist, welcher einem höherwertigen Bit als der erstgenannte Stromspiegel zugeordnet ist, und daß die Stromversorgungseinrichtung (3) einen Strom vorgegebener Stärke an den ersten Anschluß (2..) des dem niedrigstwertigen Bit (a„) zugeordneten Stromspiegels (I₁; 2I₁) liefert.
5. Digital/Analog-Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der dritte Anschluß (2_) eines Stromspiegels (1. bis I₃), der einem der Bits (a_fi bis a„) zugeordnet ist, mit dem zweiten Anschluß (2 ) des Stromspiegels (1„ bis I₄) verbunden ist, welcher einem höherwertigen Bit als der vorerwähnte Stromspiegel zugeordnet ist, und daß die Stromversorgungseinrichtung (3) einen Strom vorgegebener Stärke an den dritten Anschluß (2O des dem höchstwertigen Bit (a_) zugeordneten Stromspiegels (1.) liefert.
6. Digital/Analog-Umsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Stromschalter (4. bis 4.) ein Paar von Transistoren (13, 14; 34-35, 36-37) enthält, daß die Emitter dieser als Paar angeordneten Transistoren zusammengeschaltet sind, daß die Basen dieser Transistoren so geschaltet sind, daß sie das zugeordnete Bitsignal bzw. eine Bezugsspannung (V _) empfangen, und daß der Kollektor desjenigen der Transistoren, dessen Basis das zugeordnete Bitsignal empfängt, an den Analog-Ausgangsanschluß (5) angeschlossen ist.
7. Digital/Analog-Umsetzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der paarweise angeordneten Transistoren seinerseits aus einem Transistorpaar in Darlington-Schaltung (34, 35; 36, 37) besteht.

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