DE3317841A1 - Integrierter digital-analog-wandler - Google Patents

Description

TELEFUNKEN electronic G.m.b.H. Theresienstraße 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 04.05.1983 PTL-HN-Ma/ma HN 83/9

Integrierter Digital-Analog-Wandler

Digital-Analog-Wandler sind in der Regel so aufgebaut, daß die einzelnen Bitleitungen des Digitaleingangs einen Stromzweig ansteuern, in dem ein der Wertigkeit des Digitaleingangs entsprechendes Widerstandsnetzwerk liegt. Über einen Transistor wird der Summen st rom aller Widerstandsnetzwerke gebildet. Die Höhe dieses Summenstrom.s entspricht der eingangsseitig anliegenden digitalen Größe. Der Summenstrom wird vorzugsweise über einen Widerstand geleitet, an dem dann eine der Digitalgröße entsprechende Gleichspannung abfällt.

Derartige Digital-Analog-Wandler haben den Nachteil, daß mit der relativ hochohmigen Ausgangsspannungs-QuelIe Leistungsstufen nicht angesteuert werden können. Außderdem führen die unterschiedlichen Sumunenströme zu unterschiedlichen Spannungsabfällen an den Transistoren des Digital-Analog-Wandlers, so daß es zu bauelement-spezifischen Verzerrungen der Ausgangsspannung kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen integrierten Digital-Analog-Wandler anzugeben, der relativ hoch belastbar ist und der weitestgehend last- und temperaturkompensierte Wandlerdaten über einen großen Temperaturbereich ausweist. Diese Aufgabe wird bei einem integrierten Digital-Analog-Wandler durch die Merkmale des Patentan-Spruches 1 gelöst.

- :" ' : :"": ' ^:"^:-.!^: 3317841 Vorteilhafte Ausgestaltungen" des erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandlers ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der nach der Erfindung ausgestaltete Digital-Analog-Wandler bildet zusammen mit einer Endstufe, einer Lastkompensations-Schaltung und einer Endkopplungsschaltung für die niederohmige Ansteuerung der Endstufe einen integrierten Halbleiter-Schaltkreis, in den vorzugsweise auch die Referenz-Spannungsquelle einbezogen wird. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Ausführungsform diese integrierte Schaltung über einen Temperaturbereich von - 40 bis + 50 ⁰C optimal last- und temperaturkompensiert ist. Die Schaltung weist einen extrem geringen Restsparinungsverbrauch auf.

Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung wird, nachstehend anhand eines Ausfiihrungsbeispieles näher erläutert. In der Fig. 1 ist eine Blockschaltung dargestellt', während die Fig. 2 die Detailschaltung zeigt.

Die in Fig. 1 dargestellte Blockschaltung zeigt die Ansteuerbausteine, die beispielsweise für einen Quarzuhr-Antrieb erforderlich sind. In einem Oszillator 1 wird eine Frequenz erzeugt, die über eine Teilerschaltung 2 auf einen Decoder 3 gegeben wird. Der Decoder 3 steuert den D/AWandler 4 an. Dieser D/A-Wandler enthält die erwähnte Entkopplungsschaltung. Der Ausgang des D/A-Wandlers ist über eine Lastkompensations-Schaltung 5 an die Leistungs-Endstufe 7 angeschlossen, an deren Ausgangsanschlüssen die Last 8, beispielsweise ein Motor liegt. Die Schaltung gemäß Fig. 1 enhält noch eine Vor/Rück-Steuerung 6, die die Teilerkette 2 direkt mit der Leistungs-Endstufe 7 verbindet. Diese Vor/Rück-Steuerung wird für den Antrieb eines · Motors bei einer Quarzuhr benötigt. Die Endstufe ist in diesem Fall vorzugsweise als Brückenendstufe abgebildet.

Die. Fig. 2 zeigt die Detailschaltung für den integrierten Schaltkreis, der sich aus der Referenz-Spannungsquelle, dem D/A-Wandler, der Entkopplung, der Lastkompensation.und der Brückenendstufe zusammensetzt.

copy]

·:*·:. :■::.:. 3 3 I / Ö Ή 1

Die Referenz-SpannuFKj-squel is" tire nt 'der*"Erzeugung einer von Betriebss'pannungs-Schwankungen weitgehend unabhängigen Spannung, die zusätzlich temperaturkompensiert ist. Die Referenz-Spannungsquelle besteht aus der Stromspiegelschaltung mit den Transistoren T. und T. . Der Transistor T. ist im Ausführungsbeispiel ein PNP-Transistor mit zwei Kollektorstrecken, wobei die eine Kollektorstrecke auf die Basiselektrode des PNP-Transistors T₁ zurückgekoppelt ist. Die Emitterelektrode dieses Transistors T. ist mit dem Basisanschluß des Transistors T. verbunden. In dem genannten ersten Kollektor-Stromzweig des Transistors T, liegt auch der Stromeinstel1-Widerstand R.. In der zweiten Kollektorstrecke des Transistors T₁ liegt die Reihenschaltung aus 4 Dioden D₁, D₂, D₃ und ZD. Bei der Diode ZD handelt es sich um eine Zenerdiode, der die genannten Dioden D₁ - D₃ in Flußrichtung vorgeschaltet sind. Diese Dioden-D,. -O₃ di-enen zur Temperaturkompensation. So kompensiert die Diode D₃ den Temperaturgang der Zehnerdiode ZD, während die Dioden D₁ und Dp den Temperaturgang der nachgeschalteten Transistoren Tp und T₃ bis Tg im D/A-Wandler kompensieren. Die genannte Dioden-

■ strecke liegt zugleich an der Basiselektrode des NPN-Transistors Tp, an dessen Emitterelektrode folglich die temperatur-stabi1isierte, von Betriebsspannungs-Schwankungen unabhängige Versorgungsspannung für den D/A-Wandler liegt.

■ Der D/A-Wandler im Ausführungsbeispiel hat eine Auflösung von 4 Bit, so daß 4 Bitleitungen mit den Gewic.htungen 1, 2, und 8 an Eingangstransistoren T₁₀, Tg Tg und T₇ angeschlossen sind. Bei den Eingangstransistoren T₇ - T₁₀ handelt es sich im Ausführungsbeispiel um in Vorwärtsrichtung betriebene NPN-Transistören, die jedoch auch durch invers betriebene NPN-Transistoren ersetzt werden können. Invers betriebene Transistoren weisen eine geringere Sättigungsspannung auf, was zu geringeren Stufenfehlern beitragen kann. In den KoI-lektorstrecken der Transistoren T₇ - T₁₀ liegen die strombestimmenden Widerstände Rp, R₃, R. und R₅. Der Summenstrom wird mit Hilfe der NPN-Transistoren T₃ - T₆ gebildet, die basisseitig mit der an der Emitterelektrode des Transistors Tp abfallenden kompensierten Versorgungsspannung angesteuert werden.

' ORIGINAL INSPECTED

Die Kollektoren der -Tränsi ajiereji T^.uri/j· Tg sind miteinander

verbunden und bilden die Eingangsleitung eines Stromspiegel-Verstärkers mit den Transistoren T₁₁ und T₁₁ . In der Ausgangsleitung des Stromspiegelverstärkers tritt somit der gespiegelte Summenstrom auf, der den Widerstand R_ß durchfließt und dort einen dem Summenstrom entsprechenden Spannungsabfall erzeugt. Der Stromspiegelverstärker T₁₁ und T₁₁ ist genauso aufgebaut wie der bereits beschriebene Stromspiegelverstärker in der Referenz-Spannungsquelle. IO

Um in den einzelnen Strömzweigen des Digital-Analog-Wandlers Ströme zu erzeugen, die der Gewichtung des zugeordneten Digitaleingangs entsprechen, muß der Widerstand R₄ doppelt so groß sein wie der Widerstand R^, der Widerstand R₃ viermal so groß wie der Widerstand R^ und der Widerstand R₂ achtmal so groß wie der Widerstand R₅. Um technologisch bedingte Fehler auszuschließen, werden die genannten Widerstände vorzugsweise aus gleich großen Einzelwiderständen zusammengesetzt. So handelt es sich beispielsweise bei dem Widerstand R. um einen Einzelwiderstand definierter Größe. Zur Bildung des Widerstandes R₅ werden zwei derartige Einzelwiderstände in Reihe geschaltet; zur Bildung des Widerstandes R^ werden zwei Einzelwiderstände parallel geschaltet; zur Bildung des Widerstandes R₂ werden vier Einzelwiderstände parallel geschaltet.

Die unterschiedlichen Ströme in den verschiedenen Stromzweigen des Digital-Analog-Wandlers verursachen unterschiedliche Sättigungsspannungen an den Transistoren T₇ - T₁₀ und unterschiedliche Basis-Emitter-Spannungsabfälle an den Transistoren T₃ - Tg. Bei der in der Fig. 2 dargestellten Schaltungsausführung mit den den jeweiligen Widerstandsnetzwerken zugeordneten, gesonderten Transistorstrecken können diese unterschiedlichen bauelements-spezifischen Spannungsabfälle durch geringfügige Änderung der Dimensionierung der Widerstandsnetzwerke kompensiert werden. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Transi stören .T-, - Tg auch durch einen Einzeltransistor mit 4 Emitterelektroden ersetzt werden können.

Die durch den Widerst-arid Rg*--g"e-b-i"ldet-e "frp'annungsquel le ist für die Ansteuerung einer Leistungsstufe zu hochohmig. Nach der Erfindung ist daher eine Entkopplungsschaltung vorgesehen, mit der dann die Endstufe niederohmig angesteuert werden kann. Die Entkopplungsschaltung besteht aus den in Reihe geschalteten NPN-Transistoren T₁, und Τ_1Δ, wobei der Transistor T₁₃ Teil der aus den Transistoren T₁₃ und T₁₃ gebildeten Stromspiegelschaltung ist. Die Basiselektrode des Transistors T₁₃ wird über den Vorwiderstand R₁₁ angesteuert, der den Basisstrom der Transistoren T₀ - T_c führt. Der Widerstand R₁₁ dient somit zur Einstellung des Minimalstromes für den Transistor T₁₃. Der Widerstand Rg liegt zwischen den Basiselektroden der Transistoren T₁- und Τ_1Λ, so daß die Span nung am Widerstand Rg zunächst um die Basisemitterspannung des Transistors T₁₃ aufgestockt wird und sodann um die Basisemitterspannung des Transistors T₁₄ reduziert wieder am Kollektor des Transistors·T₁₃ als Ausgangsspannung erscheint. Die Basisemitterspannungen der Transistoren T₁^ und T₁, kornpensieren sich somit gegenseitig, so daß die am Kollektor des Transistors T₁₃ abgegriffene Spannung keine temperaturabhängigen oder laststromabhängigen Verzerrungen erfährt, wenn man von dem geringfügigen, über den Widerstand R₁₁ fließenden Vorstrom absieht.

Die Ausgangsspannung an der Entkopplungsschaltung wird über den Vortransistor T₁₆ bzw. T_ig auf die Eingangselektrode der Endstufentransistoren T₁₇ bzw. T₁₈ gegeben. Die Leistungs-End stufe beim Ausführungsbeispiel ist als Brückenendstufe ausgebildet, um eine Vor/Rück-Steuerung eines Uhrenmotors yornehmen zu können. Die Emitterelektrode der PNP-Vortran-

sistoren T^ bzw. T₁Q sind jeweils mit der Basiselektrode des NPN-Endstufentransistors T₁₇ bzw. T₁₈ verbunden. In den Emitterstrecken der Endstufentransistoren T₁₇ und T₁₈ liegen jeweils die Steuertransistoren T₂₁ bzw. T₂₂, die über weitere Transistoren T₂₀ und T₂₃ an die Steuereingänge angeschlossen sind. Der Motor ist beim Ausführungsbeispiel zwischen die Emitterelektroden der Endstufentransistoren T₁₇ und T₁₈ geschaltet.

-ι "ν- Γ:.".:":"": 33178Α1

Wenn der Strom durch:.einen-.d.er .End-stuf.entransi stören T₁₇ bzw. T.g ansteigt, erhöht sich auch der Spannungsabfall an der Basis-Emitterstrecke dieses Transistors, so daß die am Motor anliegende Spannung laststromabhängig mit steigendem Laststrom reduziert wird. Dieser Spannungsanstieg an der Basis-Emitterstrecke der Endstufentransistoren T₁-, bzw. T._o

I / Io

wird über die Lastkompensationsschaltung kompensiert. Diese Lastkompensationsschaltung besteht aus einer Stromspiegelschaltung mit den Transistoren T,₂ und T₁₂ , wobei der Tran-

O sistor T₁₂ drei Kollektoren aufweist. Der Eingangsstrom des Stromspiegel Verstärkers enhält den Widerstand R₈ und einen der NPN-Transistoren T₁₍- bzw. T₂*, deren Steuerelektroden mit dem Endstufentransistor T₁₇ bzw. T₁₈ verbunden sind. Der Widerstand R₇, der in einem parallel zum Eingangsstr.omkreis

S des Stromspiegel Verstärkers T₁₂, T₁₂ liegenden Stromkreis liegt, bestimmt den mindesterforderlichen Basisstrom für die Endstufentransistoren T₁₇ und T₁₈. In den beiden Ausgangsstromkreisen des Stromspiegelverstärkers liegen die Emitter-Kollektorstrecken der PNP-Vortransistoren T.g bzw. T₁₉.

Wenn bei ansteigendem Laststrom in einem Endstufentransistor, beispielsweise im Transistor T₁₇, die Basisemitterspannung dieses Transistors T₁₇ ansteigt, wird auch der an die Basiselektrode des Transistors T₁₇ angeschlossene Transistor T₁₅ stärker auf gesteuert., so daß im Eingangsstromkreis des Stromspiegel Verstärkers T₁₂, T₁₂ ein erhöhter Strom geführt wird. Dieser erhöhte Strom wird auf den Transistor T₁₆ gespiegelt, so daß auch die Basisemitter-Spannung des Transistors T_1fi in einer Weise ansteigt, durch die die Erhöhung der Basisemitter-

O spannung am Transistor T₁₇ kompensiert wird. Dadurch ist sichergestellt, daß die am Motor anliegende Spannung temperaturunabhängig und laststromunabhängig ist und sich in Weise verändert, wie sie allein durch die am Eingang des Digital-Analog-Wandlers anliegende Digital-Eingangsgröße vorgegeben wird. Durch die Entkopplungsschaltung und die weitere Entkopplung über die Transistoren T₁₆, T₁₇ bzw. T.._g, T₁₈ ist die Spannungsquel Ie für den Motor M derart niederohmig, daß ein relativ großer Strom und eine dementsprechend hohe Leistung vom Motor aufgenommen werden kann.

- Ϋ.

Leerseite -

Claims (7)

1. TELEFUNKEN electronic G.m.b.H. Theresienstraße 2, 7100 Heilbronn

   Heilbronn, den 04.05.1983 PTL-HN-Ma/ma HN 83/9

   Patentansprüche
   10

   ß)) Integrierter Digital- Analog- Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Wandlers über eine Entkopplungsschaltung und eine Kompensationsschaltung eine Leistungs-Endstufe angeschlossen ist, wobei die Kompensationsschaltung laststromabhängige Verzerrungen der Analog-Ausgangsspannung der Leistungs-Endstufe ausgleicht.
2. 2) Integrierter Digital-Anal.og-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangssummenstrom des D/A-Wandlers überfeinen' Stromspiegel (T.., T., ) einen Ausgangswiderstand (Rg) durchfließt, und daß die an diesem Widerstand abfallende Spannung über die Entkopplungsschaltung auf den Eingang der Leistungs-Endstufe gegeben wird, wobei die Entkopplungsschaltung aus einem Entkopplungstransistor (T₁₄) und einem Stromspiegel (T₁₃, T₁₃ ) besteht.
3. 3) Integrierter Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswiderstand (R,-) im Eingangsstromkreis der Stromspiegelschaltung (T₁₃, T₁₃ ) und der Entkopplungstransistor (T₁₄) im Ausgangsstromkreis der Stromspiegelschaltung (T₁₃ T₁₃ ) angeordnet ist, so daß der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Entkopplungstransistors (T₁₄) durch den Spannungsabfall am einen Transistor (T₁₃) der Stromspiegelschaltung kompensiert wird.

   ·-- · ο ο -ι 7 ο / ι
4. 4) Integrierter Digital-Analog-Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung an der Entkopplungsschaltung über die Basis-Emitter-Strecke eines Vortransistors (T₁₆) auf die Basiselektrode des Leistungsendstufen-Transistors (T₁₇) gegeben wird, und daß der Strom durch die Kompensationsschaltung (T₁₅, Rg) über eine Stromspiegelschaltung (T₁₂, T₁₂ ) den Strom durch den Vortransistor bestimmt.
5. 5) Integrierter Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden des Endstufentransistors (T₁₇) und des Transistors (T₁₅) in der Kompensationsschaltung miteinander und·mit der Emitterelektrode des Vortransistors (T₁₆) verbunden sind, so daß bei -einem laststrombedingten Anstieg-des Spannungsabfalls· an der Basis-Emitter-Strecke des Endstufentransistors (T₁₇) der Strom durch den Transistor (T₁₅) der Kompensationsschaltung und damit der Strom durch den Vortransistor (T₁₆) derart ansteigt, daß der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Vortransistors (T₁₆) den erhöhten Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Endstufentransistors (T₁₇) kompensiert.
6. 6) Integrierter Digital-Analog-Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufe als Brückenendstufe zur Steuerung eines an die Endstufe angeschlossenen Motors ausgebildet ist.
7. 7) Integrierter Digital-Analog-Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Eingangssignale für jede Bitleitung auf einen gesonderten Eingangstransistor (T₇ - T₁₀) gegeben werden, der über ein strornbestimmendes Widerstandsnetzwerk(R₂ - R₅) mit einem weiteren gesonderten, der Bitleitung zugeordneten Transistor (T₃ - T_ß) verbunden ist, so daß die stromabhängigen Sättigungs- und Flußspannungen der Transistoren (T^ - T.jq) in den einzelnen Bitleitungen durch entsprechende Dimensionierung des zugeordneten Widerstandsnetzwerkes (R₂ - R₅) kompensierbar sind.

   copy}