DE3640276A1 - Digital-analogwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Digital-Analogwandler nach dem Summenstromprinzip mit Stufen, die 2ⁿ gewichtete Ströme liefern und ein Gatter in I²L-Technik, einen Mul­ tikollektor-Stromspiegeltransistor sowie einen Verstär­ kertransistor aufweisen, der der Basis des Multikollek­ tor-Stromspiegeltransistors vorgeschaltet ist.

Bei den Stufen eines solchen Digital-Analogwandlers lie­ fert das Gatter ein digitales Ansteuersignal, mit dem die current hogging-Schaltung angesteuert wird. Die cur­ rent hogging-Schaltung wandelt das digitale Signal in einen Einheitsstrom um, der einen Multikollektor-Strom­ spiegeltransistor ansteuert. Der Multikollektor-Strom­ spiegeltransistor liefert einen Summenstrom, der der Sum­ me der Ströme seiner Kollektoren entspricht. Damit der vom Multikollektor-Stromspiegeltransistor gelieferte Sum­ menstrom möglichst wenig von der Stromverstärkung B des Stromspiegeltransistors abhängt, ist dem Multikollektor- Stromspiegeltransistor ein Verstärkertransistor vorge­ schaltet, der von der current hogging-Schaltung ange­ steuert wird und seinerseits die Basis des Multikollek­ tor-Stromspiegeltransistors ansteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Digital- Analogwandler der eingangs erwähnten Art anzugeben, der in integrierter Technik möglichst platzsparend aufgebaut werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Digital-Analog­ wandler der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung da­ durch gelöst, daß in der Kollektorzone der current hog­ ging-Schaltung eine Halbleiterzone angeordnet ist, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie die Kollektorzone der current hogging-Schaltung aufweist, daß diese Halb­ leiterzone als Emitterzone des Verstärkertransistors, die Kollektorzone der current hogging-Schaltung als Basis­ zone des Verstärkertransistors und diejenige Halbleiter­ zone, in der sich die Halbleiterzonen der current hog­ ging-Schaltung befinden, als Kollektorzone des Verstär­ kertransistors dienen.

Die Halbleiterzonen einer current hogging-Schaltung sind bekanntlich die Injektorzone, die Steuerzone und die Kol­ lektorzone. Die Halbleiterzone, in der sich diese Halb­ leiterzonen der current hogging-Schaltung befinden, wird in der Halbleitertechnik auch als "Box" bzw. "Wanne" be­ zeichnet. Den einzelnen Halbleiterbauelementen ist im allgemeinen bei einer integrierten Schaltungsanordnung eine Box zugeordnet, in der sich die Halbleiterzonen des Halbleiterbauelements befinden. Die einzelnen Boxen sind voneinander durch sogenannte Separationszonen elektrisch getrennt.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der bei dem erfindungs­ gemäßen Digital-Analogwandler vorhandene Verstärkertran­ sistor keinen besonderen Platz auf einem Chip und damit auch keine besondere Box benötigt, sondern er ist nach der Erfindung durch Halbleiterzonen der current hogging- Schaltung realisiert. Da ein Digital-Analogwandler nach dem Summenstromprinzip im allgemeinen eine Vielzahl von Stufen mit je einem Verstärkertransistor enthält, ist die Platzersparnis im allgemeinen von erheblicher Bedeutung.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbei­ spiel erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Stufe eines Digital-Analogwandlers nach der Erfindung in einer Schaltbilddarstellung. Die Stufe der Fig. 1 weist ein Gatter G 1 auf, welches ein digitales Steuersignal für die current hogging-Schaltung CH liefert. Die current hogging-Schaltung CH besteht aus den Transistoren T 1 und T 2, deren Emitter-Kollektorstrec­ ken hintereinander geschaltet sind. Die Basen der Transi­ storen T 1 und T 2 sind miteinander elektrisch verbunden. Die current hogging-Schaltung CH steuert die Basis eines Verstärkertransistors T 3 an, der der Basis des Multikol­ lektor-Stromspiegeltransistors T 4 vorgeschaltet ist. Der Kollektor des Verstärkertransistors T 3 sowie die Basen der Transistoren T 1 und T 2 der current hogging-Schaltung sind mit dem Bezugspotential 0₁ der Steuerlogik verbun­ den. Der Emitter des Transistors T 1 ist mit einem Poten­ tial 0₂ verbunden, welches beispielsweise um 0,7 V höher liegt als das Potential 0₁. 0₂ entspricht dabei dem In­ jektorpotential, 0₁ dem Bezugspotential dieser I²L-Ebene. Zwischen dem Betriebspotential U und dem Potential 0₂ be­ findet sich der Widerstand R 1. Das Gatter G 1 ist bei­ spielsweise ein Teilerflipflop.

Der Multikollektor-Stromspiegeltransistor T 4 hat mehrere Kollektoren, wobei der Kollektor K 1 mit der Basis des Verstärkertransistors T 3 verbunden ist. Die beiden Kol­ lektoren K 2′ und K 2′′ des Stromspiegeltransistors T 4 sind miteinander verbunden, so daß sie einen Summenstrom lie­ fern, der dem Emitter eines Entkopplungstransistors T 5 zugeführt wird. Der Transistor T 5 entkoppelt den Strom­ spiegeltransistor T 4 potentialmäßig von der Betriebsspan­ nung U. Zwischen dem Kollektor des Transistors T 5 und dem Bezugspotential U befindet sich ein Widerstand R 2.

Die Fig. 2 zeigt in Draufsicht die technologische Reali­ sierung einer Stufe eines Digital-Analogwandlers nach der Erfindung in einem Halbleiterchip als integrierte Schaltung. Nach der Fig. 2 befindet sich das Gatter G 1, die current hogging-Schaltung CH und der Verstärkertran­ sistor T 3 in einer gemeinsamen Box bzw. Wanne 1, während der Stromspiegeltransistor T 4 in einer gesonderten Box 2 realisiert ist. Das Gatter G 1 und die current hogging- Schaltung CH sind in I²L-Technik und damit in Lateral­ technik ausgeführt. Der Verstärkertransistor T 3 und der Multikollektor-Stromspiegeltransistor T 4 sind vertikale Transistoren, wobei der Transistor T 4 ein inverser Ver­ tikaltransistor ist.

Die Box 1 sowie die Box 2 sind Halbleiterzonen vom ersten Leitungstyp. In der Box 1 befinden sich die Halbleiter­ zonen 3′ und 3′′ vom zweiten Leitungstyp. In der Halblei­ terzone 3′ vom zweiten Leitungstyp sind die Injektorzone 4 des Gatters G 1 und die Basiszone 5 des Gatters G 1 ange­ ordnet. Die Injektorzone 4 und die Basiszone 5 haben den ersten Leitungstyp. In der Basiszone 4 sind die Kollek­ torzonen 6, 7 und 8 des Gatters G 1 angeordnet. Die Kol­ lektorzonen 6, 7 und 8 haben den zweiten Leitungstyp.

Die Halbleiterzone 3′′ vom zweiten Leitungstyp ist die Basiszone der current hogging-Schaltung CH. In der Basis­ zone 3′′ sind die Injektorzone 9, die Steuerzone 10 und die Kollektorzone 11 der current hogging-Schaltung CH an­ geordnet. Diese Halbleiterzonen haben den ersten Lei­ tungstyp.

Erfindungsgemäß ist in der Kollektorzone 11 der current hogging-Schaltung eine Halbleiterzone 12 vom zweiten Lei­ tungstyp angeordnet, die den Emitter des Verstärkertran­ sistors T 3 bildet. Die Basiszone des Verstärkertransi­ stors T 3 ist die Kollektorzone 11 der current hogging- Schaltung und die Kollektorzone des Verstärkertransi­ stors T 3 ist die Basiszone 3′′ der current hogging-Schal­ tung.

Wie die Draufsicht der Fig. 2 zeigt, ist die Injektor­ zone 9 der current hogging-Schaltung mit der Injektorzo­ ne 4 des Gatters elektrisch leitend verbunden. Außerdem besteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Steuerzone 10 der current hogging-Schaltung CH und der Kollektorzone 6 des Gatters G 1. Eine weitere Verbindung besteht zwischen der Kollektorzone 11 der current hog­ ging-Schaltung CH und der Box 1.

Der Multikollektor-Stromspiegeltransistor T 4 ist in der gesonderten Box 2 angeordnet. Dieser Transistor ist ein inverser Vertikaltransistor mit den Kollektoren 13′, 13′′ und 13′′′, der Basiszone 14 und der Emitterzone 15. Da die Box 2 den ersten Leitungstyp hat, hat die Emitter­ zone 15 den zweiten Leitungstyp, die Basiszone 14 den er­ sten Leitungstyp und die Kollektorzonen 13′, 13′′ und 13′′′ haben den zweiten Leitungstyp. Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Emitterzone 12 des Verstärkertransistors T 3 mit der Basiszone 14 des Transistors T 4 verbunden. Außerdem ist die Basiszone 11 des Verstärkertransistors T 3 mit der einen Kollektorzone 13′ des Transistors T 4 verbunden. Eine weitere Verbindung besteht zwischen der Box 2 und Massepotential. Die beiden Kollektorzonen 13′′ und 13′′′ sind miteinander kurzgeschlossen und liefern einen Sum­ menstrom.

Die Fig. 3 zeigt die Anordnung der Fig. 2 in perspek­ tivischer Darstellung. In der Fig. 3 sind jedoch nur das Gatter G 1, die current hogging-Schaltung CH, der Ver­ stärkertransistor T 3 und der Multikollektor-Stromspiegel­ transistor T 4 dargestellt.

Claims (2)

1. Digital-Analogwandler nach dem Summenstromprinzip mit Stufen, die 2ⁿ gewichtete Ströme liefern und ein Gatter in I²L-Technik, eine current hogging-Schaltung in I²L- Technik, einen Multikollektor-Stromspiegeltransistor so­ wie einen Verstärkertransistor aufweisen, der der Basis des Multikollektor-Stromspiegeltransistors vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kollektorzone der current hogging-Schaltung eine Halbleiterzone angeordnet ist, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie die Kol­ lektorzone der current hogging-Schaltung aufweist, daß diese Halbleiterzone als Emitterzone des Verstärkertran­ sistors, die Kollektorzone der current hogging-Schaltung als Basiszone des Verstärkertransistors und diejenige Halbleiterzone, in der sich die Halbleiterzonen der cur­ rent hogging-Schaltung befinden, als Kollektorzone des Verstärkertransistors dienen.

2. Digital-Analogwandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gatter, die current hogging-Schaltung und der Verstärkertransistor in einer gemeinsamen Box an­ geordnet sind.