DE3612693C2

DE3612693C2 -

Info

Publication number: DE3612693C2
Application number: DE3612693A
Authority: DE
Inventors: Hideki Ando; Takahiro Itami Hyogo Jp Miki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-04-17
Filing date: 1986-04-15
Publication date: 1988-10-06
Also published as: NL190138C; NL8600963A; NL190138B; US4695826A; DE3612693A1; JPH0426252B2; CA1259705A; JPS61240716A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Digital-Analog-Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Digital-Analog-Wandler ist aus der FR 25 33 381 A1 bekannt. Dieser Wandler ist als R-2R-Kettenleiter ausgebildet. Die mit dem Masseanschluß verbundene Leitung wird immer von demselben Strom durchflossen, so daß an den jeweiligen Querwiderständen des Kettenleiters immer jeweils gleiche Spannungen abfallen können, auch wenn sich das umzusetzende digitale Signal ändert. Da die Anschlüsse der Konstantstromquellen an die mit dem Masseanschluß verbundene Leitung verschiedene Abstände von dem Masseanschluß haben, werden diese Ströme durch den Innenwiderstand der Leitung beeinflußt. Dadurch wird die Qualität der Linearität des Wandlers verschlechtert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltdiagramm einer beispielhaften Anordnung eines konventionellen Digital-Analog-Wandlers. In Fig. 1 bedeutet das Bezugszeichen 1 drei Eingangsklemmen zum Aufnehmen von Bits, die entsprechend durch D₂, D₁ und D₀ gekennzeichnet sind. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel besteht das Eingangs-Digitalsignal aus einem Binärcode der Bitanzahl n = 3, und damit wird ein Analogsignal von acht Stufen (im allgemeinen 2ⁿ Stufen) ausgegeben. Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Decoder zum Decodieren der Eingangs-Bits, Bezugszeichen 301 bezeichnet eine Ausgangsklemme zum Entnehmen von Ausgangsströmen und Bezugszeichen 302 bezeichnet eine Ausgangsklemme zum Entnehmen von Ausgangsströmen, die komplementär zu den von der Ausgangsklemme 301 ausgegebenen Strömen sind. Bezugszeichen 303 bezeichnet einen ersten Bus, der mit der Ausgangsklemme 301 verbunden ist. Bezugszeichen 304 bezeichnet einen zweiten Bus, der mit der Ausgangsklemme 302 verbunden ist. Bezugszeichen 401 bis 407 bezeichnen Konstantstromquellen, die durch eine Vorspannung V _B vorgespannt sind, damit sie gleiche Einheitsströme erzeugen; Bezugszeichen 501 bis 507 bezeichnen Schalter, die im Zusammenhang mit den entsprechenden Konstantstromquellen 401 bis 407 vorgesehen sind; Bezugszeichen 601 bis 607 bezeichnen Steuerleitungen, die von dem Decoder 2 ausgegebene Steuersignale ausgeben und damit die Schaltstellung der entsprechenden Schalter 501 bis 507 steuern; Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Massepunkt; Bezugszeichen 70 bezeichnet einen Masseleiter, etwa einen Masseleitungsdraht; Bezugszeichen 701 bis 707 bezeichnen die entsprechenden Verbindungspunkte zwischen den Konstantstromquellen 401 bis 407 und dem Masseleitungsdraht 70; und Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Spannungseingangsklemme zum Zuführen der Vorspannung V _B zu den Konstantstromquellen 401 bis 407.

Es wird jetzt der Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Digital- Analog-Wandlers beschrieben. Wenn man annimmt, daß das Symbol I₀ den Einheitsstrom darstellt, der in den entsprechenden der Konstantstromquellen 401 bis 407 fließt, dann erhält der Massepunkt 7 den Strom 7I₀. Auf der anderen Seite wird der Strom, der zu der Ausgangsklemme 301 fließt, durch die Schaltzustände der Schalter 501 bis 507 in acht Stufen von 0, I₀, 2I₀, 3I₀, 4I₀, 5I₀, 6I₀ und 7I₀ geändert, die dem Betrag des von dem Digital-Analog-Wandler ausgegebenen Analogsignales entsprechen. In dem Fall, in dem das Eingangssignal D₂D₁D₀ den Bitwert "011" hat, was dem numerischen Wert "3" in Dezimalform entspricht, werden drei beliebige der Schalter 501 bis 507 nach links gedreht, während die verbleibenden Schalter nach rechts gedreht werden, so daß ein Strom von 3I₀ zu der Ausgangsklemme 301 fließt. In einer konventionellen Einrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, werden drei Schalter 501, 502 und 503 nacheinander aus der linken Richtung nach links gedreht, so daß die Ausgangsklemme 303 den Strom von 3I₀ ausgibt und die Ausgangsklemme 302 den Strom von 4I₀ (= 7I₀ - 3I₀) ausgibt.

In einem konventionellen Digital-Analog-Wandler von der vorbeschriebenen Anordnung wird ein Spannungsabfall durch den Masseleiter 70 verursacht, da dessen Widerstandswert nicht Null ist, das heißt, der Masseleiter 70 hat eine vorbestimmte Länge und einen inneren Widerstand entlang der Länge, so daß die wirklich an die entsprechenden Konstantstromquellen 401 bis 407 angelegte Vorspannung ihren maximalen Pegel in der Konstantstromquelle 401 hat, die am nächsten zu dem Massepunkt 7 ist und einen Minimumpegel in der Konstantstromquelle 407 hat, die am weitesten von dem Massepunkt 7 entfernt ist.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit den Beträgen der jeweils fließenden Ströme in den entsprechenden Konstantstromquellen 401 bis 407, und unter der Annahme, daß I₀ den mittleren Wert derselben darstellt, sind die Beträge des wirklich fließenden Stromes in den entsprechenden Konstantstromquellen 401 bis 407 unterschiedlich von dem mittleren Wert I₀ aufgrund des Spannungsabfalles, der in dem Masseleiterdraht 70 hervorgerufen wird. Wenn daher zum Beispiel nur die Schalter 501, 502 und 503 nach links gelegt werden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, so daß die Ströme von der Ausgangsklemme 301 zu den Konstantstromquellen 401, 402 und 403 fließen, dann ist ihre Summe größer als 3I₀. Allgemein bedeutet dieses, daß der Digital-Analog-Wandler in seiner Linearität herabgesetzt wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Digital-Analog- Wandler zu schaffen, der eine hervorragende Linearität aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Digital-Analog-Wandler der eingangs beschriebenen Art gelöst, der durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist.

Die jeweils in zwei Konstantstromquellen, die symmetrisch zueinander in bezug auf das Zentrum eines Feldes angeordnet sind, fließenden Ströme sind in symmetrischem Verhältnis aufgrund der Spannungsabfallfunktion des Masseleiters im wesentlichen um den gleichen Betrag größer oder kleiner als der mittlere Betrag. Daher werden symmetrisch zueinander angeordnete Konstantstromquellen ausgewählt, damit sie so durch eine Auswahleinrichtung mit dem ersten Bus verbunden werden, daß die in den Konstantstromquellen fließenden Ströme, die größer oder kleiner als der Mittelwert sind, sich gegenseitig aufheben können.

Folglich kann der Digital-Analog-Wandler in der Linearität verbessert werden.

Weitere Eigenschaften des Digital-Analog-Wandlers ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt:

Fig. 1 ein Beispiel eines konventionellen Digital-Analog- Wandlers;

Fig. 2 ein die jeweils in den in Fig. 1 gezeigten entsprechenden Konstantstromquellen fließenden Ströme zeigendes Diagramm;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform;

Fig. 4 ein Beispiel für einen Schaltkreis eines in Fig. 3 gezeigten Decoders; und

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Die in Fig. 3 gezeigten Bezugszeichen, die identisch zu den in Fig. 1 gezeigten sind, bezeichnen die gleichen oder die entsprechenden Komponenten. In dem in Fig. 3 gezeigten Schaltkreis gibt ein Decoder 2 Steuersignale 601 bis 607 in verschiedener Reihenfolge gegenüber dem konventionellen Fall aus. Insbesondere werden symmetrisch im Verhältnis zu dem Zentrum eines Feldes von Konstantstromquellen angeordnete Konstantstromquellen nacheinander mit einem ersten Bus 303 verbunden oder von ihm abgetrennt und mit einem zweiten Bus 304 verbunden.
Eingangs-DigitalwertNeu ausgewählter Schalter
mit dem ersten Bus zu verbinden

000keiner 001501 010507 011502 100506 101503 110505 111504

Tabelle 1 zeigt die mit dem ersten Bus 303 zu verbindenden neu gewählten Schalter, wenn ein Drei-Bit-Digitalsignal D₂D₁D₀ nacheinander im Wert erhöht wird. Wenn das Digitalsignal D₂D₁D₀ gleich "000" ist, sind alle Schalter 501 bis 507 mit dem zweiten Bus 304 verbunden. Unter der Annahme, daß der Schalter 501 ausgewählt wird, wenn das Digitalsignal D₂D₁D₀ von "000" nach "001" geändert wird, wird der zu dem Schalter 501 symmetrisch zu dem Zentrum des Feldes angeordnete Schalter 507 ausgewählt, wenn das Digitalsignal D₂D₁D₀ von "001" nach "010" geändert wird, dadurch wird der Stromfehler einer Konstantstromquelle 401 im wesentlichen ausgeglichen durch den einer Konstantstromquelle 407. Falls der Schalter 502 ausgewählt wird, wenn das Digitalsignal D₂D₁D₀ von "010" nach "011" geändert wird, wie es in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel der Fall ist, dann wird der symmetrisch zu dem Schalter 502 angeordnete Schalter 506 ausgewählt, wenn das Digitalsignal D₂D₁D₀ von "011" nach "100" geändert wird.

Wenn das Eingangs-Digitalsignal D₂D₁D₀ nacheinander im Wert verringert wird, können die Schalter 501 bis 507 mit dem zweiten Bus 304 in umgekehrter Reihenfolge wie oben verbunden werden.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Schaltkreises des in Fig. 3 gezeigten Decoders 2. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann der Decoder 2 durch die Kombination von logischen Gates wie Wechselrichter, NAND-Gate, NOR-Gate, AND-Gate, OR-Gate oder ähnliches gebildet werden.

Tabelle 2 zeigt eine Wahrheitstafel der entsprechenden Ausgangssignale 601 bis 607 des in Fig. 4 gezeigten Decoders 2.

Tabelle 2

Wie in Tabelle 2 zu sehen ist, verbinden die Schalter 501 bis 507 die Konstantstromquellen 401 bis 407 mit dem ersten Bus 301, wenn das logische "1" ausgegeben wird. Es ist zu bemerken, daß die in Tabelle 1 gezeigten Resultate aus der Tabelle 2 entnommen sind.

Obwohl die Schalter 501 nacheinander von den beiden Enden des Feldes zu dem Zentrum davon hin angesteuert werden, und zwar in der Ordnung der Reihenfolge, wie sie in Tabelle 1 gezeigt ist, können sie auch nacheinander von dem Zentrum zu beiden Enden hin angesteuert werden. In diesem Fall werden die rechten Spalten von Tabelle 1 geändert in "keine", "504", "503", "505", . . .

Obwohl die Konstantstromquellen 401 bis 407 in einem eindimensionalen Feld in der obigen Ausführungsform angeordnet sind, können sie auch in einem zweidimensionalen Feld unter der Bedingung angeordnet werden, daß die symmetrisch in Bezug auf das Zentrum des Feldes angeordneten Konstantstromquellen nacheinander mit dem ersten Bus verbunden werden.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, in der die Konstantstromquellen in einem zweidimensionalen Feld sind.

In Fig. 5 bedeuten Bezugszeichen, die denen in Fig. 3 gleich sind, entsprechende Komponenten. Bezugszeichen 4001 bis 4016 bezeichnen zweidimensional angeordnete Konstantstromquellen, Bezugszeichen 5001 bis 5016 bezeichnen Schalter und Bezugszeichen 6001 bis 6004 sowie 6005 bis 6008 bezeichnen Steuerleitungen zur Durchführung der zweidimensionalen Steuerung.

Tabelle 3 zeigt die mit einem ersten Bus 303 zu verbindenden neu ausgewählten Konstantstromquellen, wenn ein Vier-Bit- Eingangs-Digitalsignal D₃D₂D₁D₀ nacheinander im Wert erhöht wird, wobei die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung benutzt wird.
Eingangs-Digital-WertNeu ausgewählte Konstantstromquelle,
mit dem ersten Bus zu verbinden

0000keine 00014001 00104016 00114002 01004015 01014003 01104014 01114004 10004013 10014005 10104012 10114006 11004011 11014007 11104010 11114008

Die Konstantstromquelle 4016 ist symmetrisch zu der Konstantstromquelle 4001 in bezug auf das Zentrum angeordnet, während die Konstantstromquelle 4015 symmetrisch zu der Konstantstromquelle 4002 in bezug auf das Zentrum angeordnet ist, und somit ist das Verhältnis zwischen Fig. 5 und Tabelle 3 auf der Basis des Verhältnisses zwischen der Fig. 3 und der Tabelle 1 leicht zu verstehen. Daher ist eine detaillierte Beschreibung dieser Ausführungsform nicht notwendig.

Claims

1. Digital-Analog-Wandler zum Umsetzen von Eingangs-Digitalsignalen in auszugebende Analogsignale mit:
einer Mehrzahl von Konstantstromquellen, die angepaßt sind, gleiche Konstantströme durch eine angelegte Vorspannung zu erzeugen, wobei die Mehrzahl von Konstantstromquellen in einer vorbestimmten Ordnung in einem Feld angeordnet sind;
einem Masseleiter von vorbestimmter Länge mit einem Innenwiderstand entlang der Länge, der mit den entsprechenden der Konstantstromquellen so verbunden ist, daß die von dem entsprechenden der Mehrzahl von Konstantstromquellen erzeugten Ströme in die verschiedenen Positionen entlang der Ordnung des Feldes der Konstantstromquellen fließen, und der ein Ende auf Masse hat;
einem ersten Bus mit einer Ausgangsklemme für die umgesetzten Analogsignale;
einer Mehrzahl von Schalteinrichtungen, die entsprechend den jeweiligen zugehörigen Konstantstromquellen zum Schalten des ersten Busses vorgesehen sind damit in die Konstantstromquellen fließende Ströme erzielt werden;
einer Decodereinrichtung zum Decodieren von Eingangs-Digitalsignalen dadurch zum Ausgeben von Schalt-Steuersignalen für die entsprechenden Schalteinrichtungen;
gekennzeichnet durch:
einen zweiten Bus (304) mit einer Ausgangsklemme (302) für den umgesetzten Analogsignalen komplementäre Signale, wobei die Mehrzahl von Schalteinrichtungen (501 bis 507) zum Schalten des zweiten Busses vorgesehen ist; und
eine Steuereinrichtung (601 bis 607) zum Steuern der Schalteinrichtungen (501 bis 507) auf der Basis der Ausgabe der Decodereinrichtung (2) so, daß innerhalb der Mehrzahl der Konstantstromquellen (401 bis 407) jene, die symmetrisch in Beziehung auf das Zentrum des Feldes in der vorbestimmten Ordnung angeordnet sind, nacheinander ausgewählt werden, damit sie mit dem ersten Bus (303) verbunden werden.

2. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (601 bis 607) so zum Steuern der Schalteinrichtungen (501 bis 507) auf der Basis der Ausgabe der Decodereinrichtung (2) angepaßt ist, daß die Konstantstromquelle (401 bis 407), die mit der Masseleitung (70) an einer Stelle am nächsten zu bzw. am entferntesten von dem an Masse liegenden Ende verbunden ist, danach die, die an einer Stelle am zweitnächsten zu bzw. entferntesten von dem an Masse liegenden Ende verbunden ist, danach die, die an einer Stelle am drittnächsten zu bzw. entferntesten von dem an Masse liegenden Ende verbunden ist, und so weiter, nacheinander ausgewählt werden, damit sie mit dem ersten Bus (303) verbunden werden.

3. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (601 bis 607) so zum Steuern der Schalteinrichtung (501 bis 507) auf der Basis der Ausgabe von der Decodereinrichtung (2) angepaßt ist, daß die Konstantstromquelle (401 bis 407), die mit dem Masseleiter (70) an einer Stelle am nächsten zu dem Zentrum des Feldes verbunden ist, danach die, die an einer Stelle am zweitnächsten zu dem Zentrum des Feldes verbunden ist, danach die, die an einer Stelle am drittnächsten zu dem Zentrum des Feldes verbunden ist, und so weiter, nacheinander ausgewählt werden, damit sie mit dem ersten Bus (303) verbunden werden.

4. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (601 bis 607) so zum Steuern der Schalteinrichtungen (501 bis 507) auf der Basis der Ausgabe der Decodereinrichtung (2) angepaßt ist, daß innerhalb der Mehrzahl von Konstantstromquellen (401 bis 407) Paare von denen, die relativ große Beträge von jeweils fließenden Strömen aufgrund des durch den Masseleiter (70) verursachten Spannungsabfalls aufweisen, und von denen, die relativ kleine Beträge von jeweils fließenden Strömen aufgrund des durch den Masseleiter (70) erzeugten Spannungsabfalls aufweisen, abwechselnd ausgewählt werden, damit sie mit dem ersten Bus (303) verbunden werden.