DE3533887C2 - Schaltungsanordnung zur Digital-Analog-Wandlung digitaler Informationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Digital-Analog-Wandlung digitaler Informationen, mit einem Netzwerk aus Kondensatoren, deren Kopfpunkte des Netzwerks bildende einen Belegungen miteinander verbunden sind, deren Kapazität, sofern sie jeweils einem Bit einer Gruppe der höherwertigen Bits der zu wandelnden Digital­ signale zugeordnet sind, in ihrer Kapazität binär abge­ stuft sind und mit ihren Fußpunkte des Netzwerks bil­ denden Belegungen wahlweise an Erdpotential oder an ein Bezugsspannungspotential gelegt werden können, bzw., so­ fern sie Bits einer Gruppe der niedrigerwertigen Bits solcher Digitalsignale zugeordnet sind, mit ihren Fuß­ punkten des Netzwerks darstellenden Belegungen wahl­ weise an Erdpotential oder an einen der Bitkombinationen der zugeordneten niedrigerwertigen Bits entsprechenden Bruchteil des Bezugsspannungspotentials geleget werden können.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (O. E. Agazzi: Large scale integration of hybrid method digital subscriber loops. Dissertation Univ. von Cali­ fornien Berkeley 20.5.82), die Bestandteil eines Echo­ kompensators ist, und in diesem Zusammenhang der Di­ gital-Analog-Wandlung von 12 Bits umfassenden Digital­ signalen dient, werden die sechs höherwertigen Bits auf­ grund einer Ladungsumverteilung mit einem Satz von in ihrer Kapazität binär abgestuften Kondensatoren gewan­ delt, die auf den vollen Betrag einer Bezugsspannung auf­ geladen werden, wogegen die sechs niedrigerwertigen Bits mit einem eine kleinere Kapazität aufweisenden Konden­ sator zur Analogspannung beitragen, der je nach Binärzeichenkombination auf einen Binärteil dieser Be­ zugsspannung aufgeladen wird.

Für die Erzeugung der Bruchteile der Bezugsspannung wird ein Widerstandsspannungsteiler mit einer Reihe indivi­ duell schaltbarer Teilerpunkte verwendet. Unter der an­ genommenen Voraussetzung der Zuordnung des genannten Kondensators zu sechs niedrigerwertigen Bits der zu wandelnden Digitalsignale benötigt die bekannte Schal­ tungsanordnung einen aus 64 Widerständen bestehenden Spannungsteiler mit einem Schalternetzwerk, das 126 Schalter umfaßt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Schal­ tungsanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Erzeugung der binärgestuften Be­ zugsspannungen einen geringeren Aufwand erfordert als im bekannten Fall.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine solche Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art mehr als einen Bit der Gruppe von niedrigerwertigen Bits zugeord­ neten Kondensator aufweist, der sich vom bezüglich der Zuordnungsreihenfolge benachbarten solcher Kondensatoren in seiner Kapazität um den den kleinsten an Fußpunkte solcher Kondensatoren anlegbaren Bruchteil der Bezugsspannung bestimmenden Anteilsfaktor unterscheidet, und deren Anzahl n mit der Anzahl z der durch die Bits der Gruppe niedrigerwertiger Bits darstellbaren Binärzeichen­ kombinationen und mit dem Anteilsfaktor 1/a in dem Zusam­ menhang (1/a)ⁿ = 1/z) steht.

Ganz allgemein liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung darin, daß weniger Bruchteile der Bezugsspannung benötigt werden, was sich technologisch bzw. schal­ tungsmäßig in Lösungen umsetzen läßt, die insgesamt selbst unter Berücksichtigung des Mehraufwands an Kondensatoren einen geringeren Aufwand erfordern.

Wenn gem. weiterer Ausgestaltungen der Erfindung die Bruchteile des Bezugsspannungspotentials jeweils von je Kondensator individuell wirksam schaltbaren Abgriffen ein und desselben Widerstandsspannungsteilers für die Bezugsspannung abgegriffen werden, ergibt sich eine Lösung, die sowohl im Hinblick auf die Widerstände des Spannungsteilers als auch auf die für die Schaltung der Abgriffe des Widerstandsspannungsteilers erforderlichen Schalter wesentlich günstiger ist als die bekannte Schal­ tungsanordnung gem. Agazzi.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf eine Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Kondensatornetzwerk mit in ihrer Kapazität binär abgestuften Kondensatoren C1 bis C16, die den höherwertigen Bits von durch den Digital -Analog- Wandler, dessen Bestandteil das Netzwerk ist, zu wandeln­ den Digitalsignalen zugeordnet sind. Die einen, Kopf­ punkte des Netzwerks bildenden Belegungen dieser Konden­ satoren sind miteinander verbunden. Die anderen, Fußpunkte des Netzwerks bildenden Belegungen dieser Kondensatoren können mit Hilfe von Schaltern S1 bis S16 wahlweise an Erd­ potential oder an ein Bezugsspannungspotential Vref ge­ legt werden.

Das dargestellte Kondensatornetzwerk weist zwei weitere Kondensatoren C1′ und C0′ auf, deren eine Belegungen mit den Kopfpunkten des Netzwerks verbunden sind und deren andere Belegungen mit Hilfe von Schaltern S1′ und S0′ wahlweise an Erdpotential oder im Falle des Kondensators C1′ an eine Bezugsspannung U1 und im Falle des Konden­ sators C0′ an eine Bezugsspannung U2 gelegt werden können. Die Kapazität des Kondensators C1′ ist gleich groß wie diejenige des kleinsten Kondensators C1 der Gruppe von höherwertigen Bits zugeordneten Kondensatoren, die Kapazi­ tät des Kondensators C0′ beträgt 1/8 der Kapazität des Kondensators C1′.

Der Kondensator C1′ ist drei Bits der sechs Bits umfassen­ den Gruppe niedrigerwertiger Bits der zu wandelnden Digital­ signale zugeordnet und zwar der drei höherwertigen Bits dieser Gruppe, entsprechend ist der Kondensator C0′ den drei niedrigerwertigen Bits dieser Gruppe zugeordnet.

Die Spannungen U1 und U2 nehmen binär abgestufte Bruch­ teile des erwähnten Bezugsspannungspotentials Vref an, wobei die höherwertigen Bruchteile, die die Spannung U1 annimmt, von der Binärzeichenkombination der höherwerti­ gen Bits B6 bis B8 dieser Gruppe niedrigerwertiger Bits abhängt und die entsprechend kleineren Bruchteile, die die Spannung U2 annimmt, von der Binärzeichenkombination der drei niedrigerwertigen Bits B9 bis B11 dieser Gruppe von Bits abhängig ist.

Die Erzeugung dieser Teilspannungen erfolgt mit Hilfe eines Spannungsteilers, der zwischen dem Bezugsspannungspotential Vref und Erdpotential betrieben wird und acht in Reihe ge­ schaltete Widerstände R1 bis R8 umfaßt, sowie mit Hilfe von zwei Kontaktpyramiden, durch die wahlweise einzelne der Abgriffe des Spannungsteilers wirksam geschaltet werden.

Die Pyramide besteht aus Schaltkontakten B8, , B7, und B6, , die den erwähnten Bits B6 bis B8 zugeordnet sind. Gleichbezeichnete Schalter werden gleichzeitig be­ tätigt und zwar je nachdem ob das zugeordnete Bit den Binär­ wert 1 aufweist, der in der Bezeichnung mit einem Querstrich versehene Schalter oder der Schalter, bei dessen Bezeichnung der Querstrich fehlt.

Wie ersichtlich, ist dieses Netzwerk mit 8 Widerständen und 28 Schaltern wesentlich weniger aufwendig als das Netzwerk bei Agazzi.

Die Kopfpunkte des Kondensatornetzwerks sind mit Hilfe eines Schalters Se mit Erdpotential verbindbar. Sie sind außerdem fest mit dem einen Eingang eines Vergleichers V verbunden, dessen anderer Eingang an Erdpotential liegt.

Wenn aufgrund des Vorzeichenbits einer digitalen Informa­ tion, die einer Digital-Analog-Wandlung unterworfen wer­ den soll, die Abgabe eines negativen Analogsignalwertes zu erwarten ist, dann werden bei der dargestellten Schal­ tungsanordnung in einem Vorbereitungsschritt die Kopfpunk­ te des Netzwerks durch Betätigung des Schalters Se an Erd­ potential gelegt. Die Fußpunkte der Kondensatoren, soweit sie der Gruppen höherwertiger Bits zugeordnet sind, werden, sofern sie den Binärwert 0 aufweisenden Bits der digitalen Informationen zugeordnet sind, an Erdpotential gelegt, die Fußpunkte der restlichen Kondensatoren dieser Gruppe sind über die entsprechenden Schalter S1 bis S16 an Bezugsspan­ nungspotential Vref gelegt.

Die Fußpunkte der Kondensatoren C1′ und C0′ sind in dieser Betriebsphase an die Bezugsspannung U1 und U2 gelegt.

Wenn angenommen wird, daß die Bits B6 bis B8 der Gruppe niedrigerwertiger Bits den Binärwert 0 aufweisen, die übrigen Bits B9 bis B11 dieser Gruppe dagegen den Binär­ wert 1, dann ergeben sich folgende Verhältnisse: Bei der linken Schalterpyramide sind die Schalter B6 bis B8 ge­ öffnet, die Schalter bis dagegen geschlossen, mit der Folge, daß der Fußpunkt des Kondensators C1′, über die Schalter S1′, , und an Erdpotential gelegt wird, also keine Ladung aufnimmt. In der rechten Kontaktpyramide sind dagegen die Schalter B9 bis B11 geschlossen und die Schalter B9 bis B11 geöffnet mit der Folge, daß die Bele­ gung des Kondensators C0′ über den Schalter S0′ und die Schalter B9 bis B11 an den Verbindungspunkt der Widerstän­ de R1 und R2 gelegt ist. Damit liegt an diesem Kondensator eine Bezugsspannung U2, die 7/8 des Bezugspotentials Vref beträgt, und die wegen der Kapazität des Kondensators zu einer Ladung Q0′ = 7/64 Vref C1 führt.

In einem nachfolgenden, der Ladungsumverteilung dienenden Schritt werden dann die Fußpunkte der bisher an Bezugs­ potential Vref oder an U1 und U2 liegenden Kondensatoren von diesen Bezugsspannungen abgetrennt und ebenfalls an Erdpotential gelegt. Ferner werden die Kopfpunkte der Kon­ densatoren durch das Öffnen des Schalters Se von Erd­ potential abgetrennt.

Die dann an den Eingängen des Verstärkers V liegende Span­ nung ist ein Maß für den Analogwert des Digitalsignals, aufgrund dessen zuvor einzelne der Kondensatorfußpunkte an die Bezugsspannung Vref gelegt worden sind bzw. ein be­ stimmter Bruchteil dieses Bezugsspannungspotentials an die Fußpunkte der Kondensatoren C1′ und C0′ gelegt worden ist.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Digital-Analog-Wandlung digi­ taler Informationen mit einem Netzwerk aus Kondensatoren, deren Kopfpunkte des Netzwerks bildende einen Belegungen miteinander verbunden sind, deren Kapazität, sofern sie jeweils einem Bit einer Gruppe der höherwertigen Bits der zu wandelnden Digitalsignale zugeordnet sind, in ihrer Kapazität binär abgestuft sind und mit ihren Fußpunkte des Netzwerks bildenden Belegungen wahlweise an Erdpoten­ tial oder an ein Bezugsspannungspotential gelegt werden können, bzw., sofern sie Bits einer Gruppe der niedriger­ wertigen Bits solcher Digitalsignale zugeordnet sind, mit ihren Fußpunkte des Netzwerks darstellenden Bele­ gungen wahlweise an Erdpotential oder an einen der Bitkom­ bination der zugeordneten niedrigerwertigen Bits ent­ sprechenden Bruchteil dieses Bezugspannungspotentials ge­ legt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatornetzwerk (C0′ bis C16) mehr als einen Bit der Gruppe von niedrigerwertigen Bits zugeordneten Kondensator (C0′, C1′) aufweist, der sich vom bezüglich der Zuordnungsreihenfolge benachbarten solcher Kondensato­ ren (C0′, C1′) in seiner Kapazität um den den kleinsten an Fußpunkte solcher Kondensatoren anlegbaren Bruchteil der Bezugsspannung bestimmenden Anteilsfaktor unterscheidet und deren Anzahl n (2) mit der Anzahl z (64) der durch die Bits der Gruppe niedrigerwertiger Bits (B6 bis B11) er­ stellbaren Binärzeichenkombinationen und mit dem Anteils­ faktor 1/a (1/8) in dem Zusammenhang (1/a)ⁿ = 1/z steht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchteile des Bezugspannungspotentials jeweils von je Kondensator individuell schaltbaren Abgriffen ein und desselben Widerstandsteilers (R1 bis R8) für die Be­ zugsspannung (Vref) abgegriffen werden.