DE4324336A1 - Vorzeichensensitiver D/A-Umsetzer und Verfahren zum Betreiben eines solchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen vorzeichensensitiven DAU (Digi­ tal/Analog-Umsetzer), insbesondere eine Verbesserung zur gemeinsamen Nutzung von Bit-Strombestimmungswiderständen für jedes Bit des vorzeichensensitiven DAU durch einen internen ersten und einen internen zweiten DAU-Schaltungsteil. Die Erfindung betrifft auch eine Technik zum Ausgleichen der Verstärkungen dieser beiden Schaltungsteile für jedes Bit.

Bei einem vorzeichensensitiven DAU ist das höchstsignifikan­ te Bit des digitalen Eingangswortes ein "Vorzeichenbit", das dann, wenn es "1" ist, anzeigt, daß die restlichen Bits des digitalen Worts eine positive Zahl repräsentieren, und das dann, wenn es "0" ist, anzeigt, daß eine negative Zahl vorliegt. Ein herkömmlicher vorzeichensensitiver DAU bein­ haltet zwei getrennte, interne DAU-Schaltungsteile, einen zum Umwandeln positiver Eingangszahlen in einen analogen Ausgangsstrom, und den anderen zum Umwandeln negativer Ein­ gangszahlen in einen entsprechenden Ausgangsstrom. Die Bit­ schaltströme der beiden internen DAU-Schaltungsteile werden in einer einzigen Stromsammelleitung aufsummiert. Das Vor­ zeichenbit des digitalen Eingangswortes wird dazu verwendet, um zwischen dem "positiven" und dem "negativen" internen DAU-Schaltungsteil umzuschalten.

Fig. 4 zeigt den inneren Aufbau zur Behandlung jeweils des­ selben Bits in den beiden internen DAU-Schaltungsteilen für einen herkömmlichen vorzeichensensitiven DAU. Eine gestri­ chelte Linie 110 umschließt eine typische Bitschaltung für einen der internen DAU-Schaltungsteile, der als "DAUA" be­ zeichnet wird. Die Bitschaltung DAUA beinhaltet Bitschalter 15, 16 und einen laserabstimmbaren Bit-Strombestimmungswi­ derstand 270 sowie einen npn-Transistor 17. Eine gestrichel­ te Linie 120 umschließt die entsprechende Bitschaltung des anderen internen DAU-Schaltungsteils, der als "DAUB" be­ zeichnet wird und für das entsprechende Bit gilt. Genauer gesagt, weist die Bitschaltung 120 Bitschalter 19, 20, einen npn-Transistor 18 und einen abstimmbaren Bit-Strombestim­ mungswiderstand 280 auf.

An die Basiselektroden der npn-Transistoren 17 und 18 wird eine genaue Vorspannung V_BIAS gelegt. Die Emitter dieser Transistoren legen eine genaue Spannung an die strombestim­ menden Widerstände 270 und 280. Eine (nicht dargestellte) Steuerschaltung, die auf das digitale Eingangswort an­ spricht, legt geeignete Bitschalter-Auswahlsignale an Gate­ elektroden 24 und 25 der Bitschalter-MOSFETs 15, 16, ab­ hängig davon, ob das entsprechende Bit des aktuellen digita­ len Eingangsworts "1" oder "0" ist, wenn das aktuelle digi­ tale Eingangswort einer positiven Zahl entspricht. Wenn das aktuelle digitale Eingangswort einer negativen Zahl ent­ spricht, werden durch die Steuerschaltung geeignete Bitaus­ wahlsignale an die MOSFET-Gateelektroden 26 und 29 der Bit­ schalter 19, 20 gelegt, abhängig davon, ob das entsprechende Bit des digitalen Eingangsworts "1" oder "0" ist. Bei her­ kömmlichen vorzeichensensitiven DAUs sind die internen Schaltungsteile DAUA und DAUB in im wesentlichen getrennten Bereichen eines integrierten Schaltungschips angeordnet. Da­ her sind die Bit-Strombestimmungswiderstände 270 und 280 ebenfalls in im wesentlichen voneinander getrennten Chipbe­ reichen angeordnet. Auch die Stromquellentransistoren 17 und 18 sind in im wesentlichen getrennten Chipbereichen vorhan­ den. Beim derzeitigen Stand der Technik können die Basis/ Emitter-Spannungen der Transistoren 17 und 18 voneinander verschieden sein, und zwar häufig um bis zu 1 bis 5 Milli­ volt, abhängig vom Herstellprozeß und der Transistorgeome­ trie. Da es wesentlich ist, daß die "Verstärkungen" der Schaltungsteile DAUA und DAUB identisch sind, um eine harmo­ nische Verzerrung von Ausgangssignalen zu vermeiden, wie sie auf Eingangssignale, wie digitale Audioeingangssignale hin erzeugt werden, müssen die Bit-Strombestimmungswiderstände 270 und 280 während der Herstellung abgestimmt oder einge­ stellt werden, um die obigen Unterschiede hinsichtlich der Basis/Emitter-Spannungen der Transistoren 17 und 18 zu kom­ pensieren, und um auch prozeßabhängige Unterschiede der Wer­ te der Widerstände 270 und 280 zu kompensieren. Je mehr Ein­ stellbarkeit oder Abstimmbarkeit für die Bit-Strombestim­ mungswiderstände erforderlich ist, desto größer ist die Chipfläche, die sie einnehmen müssen. Ferner ist die inte­ grierte Schaltung um so empfindlicher gegenüber Parameter­ verschiebungen, wie sie durch den verwendeten Gehäuseher­ stellungsprozeß für die integrierte Schaltung hervorgerufen werden, je mehr Transistoren in der integrierten Schaltung vorhanden sind und je größer der Abstand zwischen den Tran­ sistoren ist, der genau eingehalten werden muß.

Derzeit besteht ein noch nicht erfüllter Bedarf für einen DAU, der dazu in der Lage ist, positive und negative digita­ le Eingangszahlen auf möglichst kleiner Chipfläche in ein entsprechendes analoges Ausgangssignal umzusetzen, wobei im Gleichgewicht stehende Verstärkungen für die internen Schal­ tungsteile DAUA und DAUB vorhanden sind, um harmonische Verzerrungen eines digitalen Eingangsworts so weit wie mög­ lich zu verringern.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen vorzei­ chensensitiven DAU anzugeben, der nur eine kleine Chipfläche für die integrierte Schaltung aufweist und der genau ausge­ glichene Verstärkungen der internen DAU-Schaltungsteile auf­ weist, um Verzerrungen beim Umsetzen eines digitalen Ein­ gangssignals auszuschließen, insbesondere beim Umsetzen eines sich zeitlich ändernden digitalen Eingangssignals. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines DAU in solcher Weise anzugeben, daß die vorstehenden Bedingungen erfüllt sind.

Die Erfindung ist für den DAU durch die Merkmale von An­ spruch 1 und für das Verfahren zum Betreiben eines solchen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 7 und 8 gege­ ben.

Kurz gesagt, weist ein modifizierter vorzeichensensitiver DAU gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen er­ sten internen DAU-Schaltungsteil mit einer ersten Anzahl von Bitumschaltstufen auf, die auf ein Eingangswort mit einem Vorzeichenbit und einem digitalen Datenwort ansprechen, und einen zweiten internen DAU-Schaltungsteil auf, der dieselbe Anzahl von Bitumschaltstufen aufweist, die auf das Eingangs­ wort ansprechen. Jede Bitumschaltstufe ist mit einem zugehö­ rigen Stromquellentransistor gekoppelt. Eine erste Anzahl binärgewichtender Bit-Strombestimmungs-Widerstandsschaltun­ gen, die auf die Bits des digitalen Datenworts ansprechen, sind zwischen eine Bezugsspannungsleitung und die Emitter der Stromquellentransistoren des ersten internen DAU-Schal­ tungsteils und des zweiten internen DAU-Schaltungsteils ge­ schaltet. Eine Decodierschaltung speichert eine erste Code­ gruppe zum Umwandeln jedes der möglichen Werte des Eingangs­ wortes in Bitschalter-Eingangssignale für jede der Bitum­ schaltstufen der ersten internen DAU-Schaltung, und eine zweite Codegruppe zum Umwandeln jeder der möglichen Werte des Eingangsworts in Bitschalter-Eingangssignale für jede der Bitumschaltstufen des zweiten internen DAU. Jede Bit- Strombestimmungs-Widerstandsschaltung beinhaltet einen Wi­ derstand mit relativ hohem Wert, einen abstimmbaren Bit- Strombestimmungswiderstand, der hauptsächlich den Bitstrom für die zugehörige Bitumschaltstufe bestimmt, und einen Wi­ derstand mit relativ geringem Wert, sowie abstimmbare erste und zweite Verstärkungsausgleichswiderstände, die jeweils zwischen den Bit-Strombestimmungswiderstand und den Emitter der Stromquellentransistoren des ersten und des zweiten in­ ternen DAU-Schaltungsteils geschaltet sind, die diesem Bit entsprechen. Die Bitumschaltstufen beinhalten jeweils einen ersten und einen zweiten MOSFET, wobei die Gateelektrode des ersten MOSFET so angeschlossen ist, daß sie ein Bitumschalt­ signal abhängig vom Zustand des entsprechenden Bits eines digitalen Datenworts und des Vorzeichenbits des aktuellen Eingangsworts empfängt, wobei die Source mit dem Kollektor des Stromquellentransistors verbunden ist, und wobei die Drainelektrode mit einer Stromsummierleitung verbunden ist. Die Gateelektrode des zweiten MOSFET ist so angeschlossen, daß sie den logischen Komplementärwert des Bitumschaltsig­ nals empfängt, wobei die Sourceelektrode mit dem Kollektor des Stromquellentransistors verbunden ist, und wobei der Drain mit einer Bitstrom-Leckageleitung verbunden ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen vorzeichenempfindlichen DAU.

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild, das zwei typische Bitschaltungen des ersten und des zweiten internen DAU- Schaltungsteils veranschaulicht, die sich beim bevorzugten Ausführungsbeispiel für jedes Bit in denselben Bit-Strombe­ stimmungswiderstand teilen.

Fig. 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Ausgleichs der Verstärkungen des internen ersten und zweiten DAU-Schal­ tungsteils in Fig. 2, zum Vermeiden einer harmonischen Ver­ zerrung analoger Ausgangssignale, wie sie auf ein digitales Eingangssignal hin erzeugt werden.

Fig. 4 ist ein Schaltbild interner Bitschaltungen eines her­ kömmlichen vorzeichensensitiven DAU.

Fig. 1 zeigt einen vorzeichensensitiven DAU 10. Ein digita­ les Eingangswort mit 20 Bit wird an einen Vorzeichencodeum­ setzer 31 gelegt. Das digitale Eingangswort beinhaltet ein Vorzeichenbit, dem ein Datenfeld mit einem 19-Bit-Datenwort folgt. Die Vorzeichencodeumsetzerschaltung 31 wandelt die verschiedenen 19 Bits des Eingangsdatenworts in 39 Bitum­ schaltsignale um, von denen 20 durch einen Bus 35A an Ein­ gänge eines 19-Bit-Signalspeichers 32A gelegt werden und die anderen 19 Bitumschaltsignale durch einen Bus 35B den Ein­ gängen eines 19-Bit-Signalspeichers 32B zugeführt werden. Der Signalspeicher 32A ist in Fig. 1 als "Signalspeicher für den DAUA" bezeichnet, und der Signalspeicher 32B ist als "Signalspeicher für den DAUB" bezeichnet. (Die 20 Bitum­ schaltsignale auf dem Bus 35A beinhalten 19 Bitumschaltsig­ nale zuzüglich eines Vorzeichenbitsignals, wie unter 35A und 32A in Fig. 1 dargestellt).

Der Signalspeicher 32A erzeugt Bitumschalt-Eingangssignale auf 40 Ausgangsleitungen 34A, die mit den Gateelektroden verschiedener Bitumschalt-MOSFETs im Schaltungsteil DAUA ei­ ner vorzeichensensitiven DAU-Schaltung 33 verbunden sind. Auf ähnliche Weise erzeugt der Signalspeicher 32B Bitum­ schaltsignale auf 38 Bitumschalt-Auswahlleitungen 34B, die an die Gateelektroden der verschiedenen Bitumschalt-MOSFETs im internen Schaltungsteil DAUB der vorzeichensensitiven DAU-Schaltung 33 gelegt werden. Das Ausgangssignal der vor­ zeichensensitiven DAU-Schaltung 33 ist ein in der Leitung 14 fließender Strom I_OUT wie in Fig. 1 dargestellt.

Die Vorzeichencode-Umsetzerschaltung 31 beinhaltet einen ROM, der die in der Tabelle 1 dargestellte Eingangscode-Um­ setzerinformation beinhaltet. In Tabelle 1 zeigt die linke Spalte die möglichen Werte für die ersten sechs höchstsigni­ fikanten Bits des oben angegebenen 20-Bit-Eingangsdaten­ worts. Diese Werte reichen von der größten positiven Zahl 111111 über den Vorzeichenwechsel-Nullpunkt (BPZ = bipolar zero crossing point) 100000 bis zur größten negativen Zahl 000000. Das erste (linke) Bit jeder der Zahlen in Tabelle 1 ist das Vorzeichenbit, so daß alle Zahlen im oberen Teil der linken Spalte positive Zahlen sind und alle Zahlen im unte­ ren Teil der linken Spalte negative Zahlen sind. Die darge­ stellte Reihenfolge ist diejenige aufsteigender Binärzahlen von der größten negativen Zahl 000000 bis zur größten posi­ tiven Zahl 111111.

Tabelle 1

Die mittlere Spalte von Tabelle 1 zeigt die Bitumschaltsig­ nale, wie sie von der Vorzeichencode-Umsetzerschaltung 31 erzeugt werden und durch die 20 Busleitungen 35A und die nichtinvertierenden Ausgänge der zugehörigen Signalspeicher 32A in Fig. 1 den in Fig. 2 dargestellten Gateelektroden der verschiedenen Stromschalter-MOSFETs für das linke Bit zuge­ führt werden, wie dem MOSFET 15 des DAUA. Jeder Signalspei­ cher im Block 32A weist auch einen invertierenden oder Kom­ plementärausgang auf, der mit der Gateelektrode eines zuge­ hörigen rechten MOSFET verbunden ist, wie mit dem MOSFET 16 in Fig. 2. (Dem Fachmann ist es bekannt, daß für jeden Bit­ schalter die Gateelektroden seiner zwei MOSFETs auf komple­ mentären logischen Pegeln stehen, so daß der eine der Bitum­ schalt-MOSFETs ein- und der andere ausgeschaltet ist).

Auf ähnliche Weise zeigt die rechte Spalte in Tabelle 1 die Bitumschaltsignale, wie sie von der Vorzeichencode-Umsetzer­ schaltung 31 erzeugt werden und über die 19 Busleiter 35B und die nichtinvertierenden Ausgänge der 19 Signalspeicher 32B in Fig. 1 an die in Fig. 2 dargestellten Gateelektroden der Stromschalter-MOSFETs für das linke Bit zugeführt- wer­ den, wie dem MOSFET 19 des DAUB. Jeder Signalspeicher im Block 32B weist auch einen invertierenden oder Komplementär­ ausgang auf, der mit der Gateelektrode eines zugehörigen rechten MOSFET verbunden ist, wie des MOSFET 20 des DAUB in Fig. 2.

In Fig. 2 sind die interne Bitumschaltstufe und die zugehö­ rige Bitstromquelle für zwei der 19 Bits in der vorzeichen­ sensitiven DAU-Schaltung 33 von Fig. 1 dargestellt. Gestri­ chelte Linien 11 und 12 umgeben die Bitumschaltstufe sowohl des DAUA als auch des DAUB für das höchstsignifikante Bit, d. h. für das "Bit 1" des 19-Bit-Eingangsdatenworts, das im digitalen 20-Bit-Eingangswort enthalten ist, wobei das Bit 1 (MSB) des digitalen 20-Bit-Eingangswortes das Vorzeichenbit ist. Gestrichelte Linien 11A und 12A zeigen die entsprechen­ de Bitumschaltstufe für das geringstsignifikante Bit 19 der digitalen 19-Bit-Eingangszahl. Die Bitumschaltstufen für die anderen 17 Bits des 19-Bit-Eingangsdatenworts sind ähnlich. Die Bitumschaltstufe für das Bit 1 des DAUA beinhaltet n-Ka­ nal-Bitumschalt-MOSFETs 15 und 16, deren Sourceelektroden gemeinsam mit dem Kollektor eines npn-Stromquellentransi­ stors 17 verbunden sind. Die Gateelektrode des MOSFET 15 ist mit einer der Leitungen 34A in Fig. 1 verbunden, und zwar mit derjenigen vom Signalspeicher im Block 32A in Fig. 1, der dem Bit 1 entspricht. Der logisch komplementäre Ausgang desselben Signalspeichers ist mit der Gateelektrode 25 des n-Kanal-MOSFET 16 verbunden.

Die Drainelektrode des MOSFET 15 ist mit der Stromsummier­ leitung 14 verbunden. Die Drainelektrode des MOSFET 16 ist mit der elektrisch mit Masse verbundenen Bitstrom-"Leckage"- Leitung verbunden. Die Basiselektrode des npn-Stromquellen­ transistors 17 erhält die Spannung V_BIAS, und seine Emitter­ elektrode ist mit einer Elektrode eines laserabstimmbaren Verstärkungsausgleichswiderstands 27 aus Nichrom verbunden, dessen anderer Anschluß über eine Leitung 21 mit einer Elek­ trode eines laserabstimmbaren, binärgewichtenden Bit-Strom­ bestimmungswiderstandes 30 aus Nichrom verbunden ist. Der untere Anschluß des Bit-Strombestimmungswiderstandes 30 ist an die Spannung -V_CC angeschlossen.

Die Sourceelektroden von n-Kanal-Bitumschalt-MOSFETs 19 und 20 für das Bit 1 des DAUB sind miteinander verbunden und an den Kollektor eines npn-Stromquellentransistors 21 ange­ schlossen, dessen Basis die Spannung V_BIAS zugeführt wird. Die Drainelektroden der MOSFETs 19 und 20 sind mit der Stromsummierleitung 14 bzw. der Stromleckageleitung 13 ver­ bunden. Die Gateelektroden 26 und 29 der MOSFETs 19 und 20 sind mit einem Paar Leitungen 34B in Fig. 1 verbunden, die das Ausgangssignal und das komplementäre Ausgangssignal ei­ nes zugehörigen Signalspeichers in der Signalspeicherschal­ tung 32B erhalten. Der Emitter des Stromquellentransistors 21 ist mit einem laserabstimmbaren Verstärkungsausgleichwi­ derstand 28 verbunden, dessen unterer Anschluß über eine Leitung 21 mit einem binärgewichtenden Bit-Strombestimmungs­ widerstand 30 verbunden ist.

Die Struktur des Bitschalters und der Bit-Strombestimmungs­ schaltung für jedes der restlichen 18 Bits der Schaltungs­ teile DAUA und DAUB des vorzeichensensitiven DAUC ist im we­ sentlichen dieselbe wie für das Bit 1, wobei die Bit-Strom­ bestimmungswiderstände, wie der Widerstand 30, binär im Ver­ hältnis zueinander auf herkömmliche Weise gewichtet sind.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung teilen sich die bei­ den internen Schaltungsteile DAUA und DAUB der Bitumschalt­ stufe für jedes Bit in denselben binärgewichtenden Bit- Strombestimmungswiderstand. Z.B. teilen sich für das Bit 1 die Bitschalter 15, 16 des DAUA und die Bitschalter 19, 20 des DAUB in denselben binärgewichtenden Bit-Strombestim­ mungswiderstand 30. Es wird auf den Gegensatz von Fig. 2 in bezug auf die bekannte Schaltung von Fig. 4 hingewiesen, in der die Bitschalter 15, 16 nur mit dem Bit-Strombestimmungs­ widerstand 270 des Schaltungsteils DAUA verbunden sind, und bei der (für dasselbe Bit) die Bitschalter 19, 20 mit einem getrennten, binärgewichtenden Bit-Strombestimmungswiderstand 280 verbunden sind, der wahrscheinlich in einem wesentlich anderen Bereich des integrierten Schaltungschips angeordnet ist als der Bit-Strombestimmungswiderstand 270.

Es ist zu beachten, wenn derselbe Strom durch die Stromsum­ mierleitung 14 von Fig. 2 fließt, wie durch dieselbe Leitung 14 in Fig. 4 für ein entsprechendes Bit, der Widerstands­ wert des Bit-Strombestimmungswiderstandes 30 in Fig. 2 halb so groß sein kann wie der Widerstandswert jeder der Bit- Strombestimmungswiderstände 270 und 280 in Fig. 4. Dies gilt, da in Fig. 2 die Bitumschaltströme für die beiden Schaltungsteile DAUA und DAUB durch denselben Bit-Strombe­ stimmungswiderstand 30 fließen, wohingegen in Fig. 4 ein ge­ trennter Bitstrom durch jeden der Bit-Strombestimmungswider­ stände 270 und 280 fließt.

Ferner sind in der Schaltung von Fig. 2 nur halb so viele Bit-Strombestimmungswiderstände, wie der Widerstand 30, er­ forderlich, wie bei der bekannten Schaltung von Fig. 4. Dem­ gemäß ist die für die binärgewichtenden Bit-Strombestim­ mungswiderstände erforderliche Fläche des integrierten Schaltungschips beim erfindungsgemäßen Aufbau von Fig. 2 un­ gefähr nur ein Viertel der Chipfläche, wie sie für die Bit- Strombestimmungswiderstände, wie die Widerstände 270 und 280, von Fig. 4 erforderlich ist.

Gemäß Fig. 2 werden der Verstärkungsausgleichswiderstand 27 für den DAUA und der Verstärkungsausgleichswiderstand 28 für den DAUB für das Bit 1 während der Herstellung der inte­ grierten Schaltung mit einem Laser abgestimmt, um die Ver­ stärkungen für das Bit 1 im DAUA und im DAUB zur Überein­ stimmung zu bringen. Der Bit-Strombestimmungswiderstand 30 wird mit einem Laser abgestimmt, um dafür zu sorgen, daß das Bit 1 in richtiger Weise zum binärgewichteten Strom I_OUT des vorzeichensensitiven DAU 10 beiträgt. Das Abstimmen des ein­ zigen Bit-Strombestimmungswiderstandes 30 sorgt für ein Ein­ stellen der Bitgewichtung für dieses Bit sowohl für den DAU als auch den DAUB.

In Fig. 2 sind die Widerstandswerte der Verstärkungsaus­ gleichswiderstände 27 und 28 klein im Vergleich zum Wider­ standswert des Bit-Strombestimmungswiderstandes 30. Ein bei­ spielhafter Wert für den Bit-Strombestimmungswiderstand 30 ist 5,5 Kiloohm, wohingegen die Nennwerte der Verstärkungs­ ausgleichswiderstände 27 und 28 ungefähr 3,1 Kiloohm sind.

Um das Erfordernis für ein Ausgleichen der Verstärkungen der Schaltungsteile DAUA und DAUB zum Verringern harmonischer Verzerrungen besser zu verstehen, ist es von Hilfe auf die Fig. 3 Bezug zu nehmen, in der der analoge Ausgangsstrom I_OUT über der Zeit aufgetragen ist. Eine gestrichelte 41 re­ präsentiert ein ideales sinusförmiges Signal, wie es dann wiedergegeben wird, wenn der Wert des digitalen 20-Bit-Ein­ gangsworts vom bipolaren Nullwert (BPZ) I₀ zum maximalen po­ sitiven Wert +I_MAX erhöht wird, dann über den BPZ-Wert zum maximalen negativen Wert -I_MAX verringert wird und dann wie­ der auf den bipolaren Nullpegel I₀ erhöht wird. Der positive und der negative Abschnitt des sinusförmigen Signalzuges 41 sind symmetrisch, so daß keine harmonische Verzerrung ent­ halten ist.

Wenn die Verstärkungen der Schaltungsteile DAUA und DAUB nicht genau gleich sind, stimmt die Signalform des Ausgangs­ stroms I_OUT nicht genau mit der Form des idealen Signalver­ laufs 41 überein. Wenn z. B. die Verstärkung des Schaltungs­ teils DAUB etwas zu klein und die Verstärkung des Schal­ tungsteils DAUA etwas zu groß ist, tritt eine verzerrte Si­ nuswelle auf, wie sie in Fig. 3 mit einer ausgezogenen Linie durch den Signalverlauf 40 für I_OUT dargestellt ist, der harmonische Verzerrungen in beträchtlichem Ausmaß enthält.

Gemäß der Erfindung wird ein Bit des DAUA eingeschaltet, um mit seinem Bitstrom zum Strom I_OUT in der Stromsummierlei­ tung 14 beizutragen, und das entsprechende Bit des DAUB wird ausgeschaltet, um mit seinem Bitstrom zum Strom auf der Stromleckageleitung 13 beizutragen. Der Strom I_OUT wird un­ ter diesen Bedingungen gemessen. Dann wird das Bit des DAUB eingeschaltet und das Bit des DAUA wird ausgeschaltet und der Strom I_OUT wird, erneut gemessen. Wenn der Absolutwert der ersten Messung von I_OUT den zweiten überschreitet, weist der Verstärkungsausgleichwiderstand 27 einen zu geringen Wert auf und er wird mit einem Laser abgestimmt, um den Wert des Stroms I_OUT bei eingeschaltetem DAUA und ausgeschaltetem DAUB zu erniedrigen, um Übereinstimmung mit der zweiten Mes­ sung des Stroms I_OUT zu erzielen. Wenn der Absolutwert der zweiten Messung von I_OUT den ersten Wert überschreitet, ist der Widerstandswert des Verstärkungsausgleichwiderstandes 28 zu niedrig und er wird mit einem Laser abgestimmt, um seinen Widerstandswert und demgemäß den Wert von I_OUT bei einge­ schaltetem DAUB und ausgeschaltetem DAUA zu erhöhen, um Übereinstimmung mit der ersten Messung von I_OUT zu erzielen. Nachdem dieser "Verstärkungsausgleich" abgeschlossen ist, wird der Bit-Strombestimmungswiderstand 30 mit einem Laser so abgestimmt, daß die Summe der Absolutwerte von I_OUT bei eingeschaltetem DAUA und ausgeschaltetem DAUB sowie von I_OUT bei eingeschaltetem DAUB und ausgeschaltetem DAUA mit dem gewünschten binärgewichteten Strom für dieses Bit überein­ stimmen, wie er erzielt würde, wenn getrennte Bit-Strombe­ stimmungswiderstände 270 und 280 wie in Fig. 4 statt dessen benutzt würden. Der Verstärkungsausgleichwiderstand 28 und der Bit-Strombestimmungswiderstand 30 werden nach Bedarf mit einem Laser abgestimmt, um dafür zu sorgen, daß der obere Abschnitt des Signalzuges 40 des Stroms I_OUT mit dem oberen Abschnitt des idealen Signalverlaufs 41 übereinstimmt. Der Verstärkungsausgleichwiderstand 27 und der Bit-Strombestim­ mungswiderstand 30 werden nach Bedarf mit einem Laser abge­ stimmt, um dafür zu sorgen, daß der untere Abschnitt des Signalverlaufs 40 des Stroms I_OUT mit dem unteren Abschnitt des idealen Signalverlaufs 41 übereinstimmt.

Der Betrieb des modifizierten, vorzeichenempfindlichen DAU 10 kann ferner unter Bezugnahme auf Tabelle 1, Fig. 1 und Fig. 3 verstanden werden.

Gemäß Tabelle 1 werden für den Wertebereich des digitalen 20-Bit-Eingangsworts (mit dem Vorzeichenbit und dem 19-Bit- Eingangsdatenwort) von 100000 bis 111111 die Bits des DAUA durch die Vorzeichencode-Umsetzerschaltung 31 auf den Wert 11111 zuzüglich eines zusätzlichen Stroms für das LSB 1 ein­ gestellt, wie er von einer zusätzlichen LSB-Stromschaltung 37 in Fig. 2 erzeugt wird, wenn das Vorzeichenbit "1" ist.

Für denselben Wertebereich wird das digitale 19-Bit-Ein­ gangswort über die Vorzeichencode-Umsetzerschaltung 31, den Bus 35B, den DAUB-Signalspeicher 32B und den Bus 34B dem DAUB zugeführt, um den oberen Abschnitt des Signalverlaufs 40 für den Strom I_OUT in Fig. 4 zu erzeugen. Die 14 weniger signifikanten Bits des digitalen 20-Bit-Eingangsdatenworts und die restlichen entsprechenden Bits in den Schaltungstei­ len DAUA und DAUB werden gemäß einem entsprechenden Muster verarbeitet, was jedoch für eine bessere Veranschaulichung in Tabelle 1 nicht dargestellt ist.

Für negative Werte des digitalen Eingangswortes, bei denen das Vorzeichenbit "0" ist, zeigt Tabelle 1, daß die entspre­ chenden Bits des DAUA alle zwischen "0" und "1" durchlaufen, um die Änderung von I_OUT für den unteren oder "negativen" Abschnitt des Signalzuges 40 von I_OUT in Fig. 3 zu erzeugen, also unterhalb des bipolaren Nulldurchgangspegels I₀. Für denselben Bereich des digitalen Eingangswortes ist der Schaltungsteil DAUB völlig abgeschaltet, wie dies durch die Werte "0" in der unteren Hälfte der rechten Spalte in Tabel­ le 1 dargestellt ist. Die 14 weniger signifikanten Bits des negativen digitalen Eingangswortes sind in Tabelle 1 eben­ falls nicht dargestellt, folgen jedoch einem ähnlichen Mu­ ster.

Wenn alle DAUA-Verstärkungsausgleichwiderstände, wie der Wi­ derstand 27, und alle DAUB-Verstärkungsausgleichwiderstände, wie der Widerstand 28, während der Herstellung mit einem La­ ser abgestimmt werden, um zu gewährleisten, daß für jedes Bit gleiche Bitströme durch die Schaltungsteile DAUA und DAUB fließen, dann stimmt der obere Abschnitt des Signalver­ laufs 40 von I_OUT in Fig. 3 mit dem idealen Signalverlauf 41 für 19 Bits in Fig. 3 überein, und I_OUT enthält demgemäß nur sehr wenig harmonische Verzerrung.

Ferner wird dieser Vorteil auch mit wesentlich weniger zeit­ aufwendiger Laserabstimmarbeit als bei der bekannten Schal­ tung von Fig. 4 erzielt. Die für die gewichtenden Bit-Strom­ bestimmungswiderstände, wie den Widerstand 30 erforderliche Chipfläche wird ungefähr um den Faktor 4 verringert, was zu wesentlich geringeren Herstellkosten führt.

Es ist zu beachten, daß der Verstärkungsausgleich zwischen den Schaltungsteilen DAUA und DAUB durch das Einstellen von Metalleitungen erzielt werden könnte, um einzelne Emitterbe­ reiche der Transistoren 17 und 21 abzuklemmen, um dadurch deren V_BE-Spannungen zur Übereinstimmung zu bringen. Es könnten auch abstimmbare Nebenschluß-Stromquellenschaltungen mit den Emittern der Transistoren 17 bzw. 21 verbunden sein, um die V_BE-Spannungen der Transistoren 17 und 21 zur Über­ einstimmung zu bringen und dadurch die Verstärkungen des DAUA und des DAUB auszugleichen.

Claims (8)

1. Vorzeichensensitiver DAU (33), der ein Eingangswort empfängt, das ein Vorzeichenbit und ein digitales Datenwort umfaßt, mit:

• a) einer ersten internen DAU-Schaltung mit einer ersten An­ zahl von Bitumschaltstufen (11, 12), die auf das Eingangs­ wort ansprechen, wobei jede Bitumschaltstufe mit einem ent­ sprechenden Stromquellentransistor (17) verbunden ist, und mit einer zweiten internen DAU-Schaltung mit der ersten An­ zahl von Bitumschaltstufen (11A, 12A), die auf das Eingangs­ wort ansprechen, wobei jede Bitumschaltstufe der zweiten in­ ternen DAU-Schaltung mit einem zugehörigen Stromquellentran­ sistor (21) verbunden ist; und
• b) einer ersten Anzahl binärgewichtender Bit-Strombestim­ mungs-Widerstandsschaltungen (30), die jeweils einem Bit des digitalen Datenworts entsprechen, wobei jede Bit-Strombe­ stimmungs-Wiederstandsschaltung (30) zwischen eine Bezugs­ spannungsleitung (-V_CC) und die Emitter der Stromquellen­ transistoren (17, 21) der ersten internen DAU-Schaltung und der zweiten internen DAU-Schaltung, die diesem Bit entspre­ chen, geschaltet ist.

2. Vorzeichensensitiver DAU nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch eine Decodierschaltung (31), die eine erste Code­ gruppe zum Umsetzen jedes der möglichen Werte des Eingangs­ wortes in Bitumschalteingangssignale (35A) für jede der Bit­ umschaltstufen der ersten internen DAU-Schaltung, und eine zweite Codegruppe aufweist, zum Umsetzen jedes der möglichen Werte des Eingangswortes in Bitumschalteingangssignale (35B) für jede der Bitumschaltstufen der zweiten internen DAU- Schaltung.

3. Vorzeichensensitiver DAU nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Bit-Strombestimmungs-Widerstands­ schaltung (30) einen Bit-Strombestimmungswiderstand (30) mit relativ hohem Widerstandswert, der hauptsächlich den Bit­ strom für die zugehörige Bitumschaltstufe festlegt, und ei­ nen ersten und einen zweiten Verstärkungsausgleichwiderstand (27, 28) mit relativ geringem Widerstandswert aufweist, die jeweils zwischen ein Ende des Bit-Strombestimmungswiderstan­ des und den Emitter des Stromquellentransistors (15, 16, 19, 20) der ersten bzw. zweiten internen DAU-Schaltung, die die­ sem Bit entsprechen, geschaltet sind.

4. Vorzeichensensitiver DAU nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in jeder Bitstromschaltung der Bit-Strom­ bestimmungswiderstand (30) und der erste sowie der zweite Verstärkungsausgleichwiderstand (27, 28) laserabstimmbare Nichrom-Widerstände sind.

5. Vorzeichensensitiver DAU nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede der Bitumschaltstufen einen ersten MOSFET (15) und einen zweiten MOSFET (16) aufweist, wobei die Gateelektrode des ersten MOSFET (15) so angeschlossen ist, daß sie ein Bitumschaltsignal abhängig vom Zustand des entsprechenden Bits eines digitalen Eingangsworts sowie das Vorzeichenbit des aktuellen Eingangsworts empfängt, wobei die Source mit dem Kollektor des Stromquellentransistors (17) verbunden ist, und wobei die Drainelektrode mit einer Stromsummierungsleitung (14) verbunden ist, wobei der zweite MOSFET eine Gateelektrode aufweist, die so angeschlossen ist, daß sie den logischen Komplementärwert des Bitumschalt­ signals empfängt, wobei die Sourceelektrode mit dem Kollek­ tor des Stromquellentransistors verbunden ist und der Drain mit einer Bitstrom-Leckageleitung (13) verbunden ist.

6. Vorzeichensensitiver DAU nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für alle positiven Werte des Eingangswor­ tes alle Bitumschaltstufen (11, 11A) der ersten DAU-Schal­ tung so geschaltet werden, daß sie Werte "1" liefern und da­ durch einen entsprechenden bipolaren Ausgangsstrompegel für den Wert null in die Summierleitung (14) liefern, und eine hilfsweise LSB-Bit-Stromschaltung (37) so umgeschaltet wird, daß sie dafür sorgt, daß ein zusätzlicher LSB-Strom in die Summierleitung (14) fließt, und eine Änderung des digitalen Datenworts eine entsprechende Änderung im Bitstrom hervor­ ruft, wie er durch die zweite DAU-Schaltung (12, 12A) auf die Stromsummierleitung (14) geschaltet wird, und dadurch entsprechende Änderungen im Gesamtstrom (I_OUT) erzeugt, wie er durch die Summierleitung (14) fließt, und daß für alle negativen Werte des Eingangswortes alle Bitumschaltstufen der zweiten DAU-Schaltung (12, 12A) auf null geschaltet wer­ den, um die entsprechenden Bitströme auf die Bit-Stromlecka­ geleitung (13) zu schalten, und daß eine Änderung des digi­ talen Datenwertes entsprechende Änderungen in den Bitum­ schaltstufen der ersten DAU-Schaltung hervorruft, um ent­ sprechende binärgewichtete Bitströme auf die Stromsummier­ leitung zu schalten, was eine entsprechende Änderung im Aus­ gangsstrom unterhalb des bipolaren Nullwertes erzeugt.

7. Verfahren zum Betreiben eines DAU mit einer ersten in­ ternen DAU-Schaltung (DAUA) und einer zweiten DAU-Schaltung (DAUB), die beide auf ein Eingangswort mit einem Vorzeichen­ bit und einer ersten Anzahl von Datenbits ansprechen, Bit­ schaltstufen (11, 11A) entsprechend der ersten Anzahl, mit entsprechenden Stromquellentransistoren (17) in der ersten internen DAU-Schaltung, Bitschaltstufen (12, 12A) der ersten Anzahl, mit entsprechenden Stromquellentransistoren (21) in der zweiten internen DAU-Schaltung, binärgewichteten Bit- Strombestimmungswiderständen (30) entsprechend der ersten Anzahl, und mit einer zweiten Anzahl von Verstärkungsaus­ gleichwiderständen (27, 28), wobei die zweite Anzahl dem Doppelten der ersten Anzahl entspricht, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

• a) betreffend die erste DAU-Schaltung (DAUA) wird der Emit­ ter des Stromquellentransistors für jedes Bit mit einem er­ sten Anschluß eines entsprechenden binärgewichtenden Bit- Strombestimmungswiderstands (30) durch den zugehörigen Ver­ stärkungsausgleichwiderstand (27) verbunden, und betreffend die zweite DAU-Schaltung (DAUB) wird der Emitter des Strom­ quellentransistors (21) jedes Bits mit dem ersten Anschluß eines zugehörigen binärgewichtenden Bit-Strombestimmungswi­ derstandes (30) über einen anderen, entsprechenden Verstär­ kungsausgleichwiderstand (28) verbunden, wobei der zweite Anschluß jedes Bit-Strombestimmungswiderstandes mit einer zweiten Bezugsspannungsleitung (-V_CC) verbunden ist; und
• b) Anlegen einer Vorspannung (V_BIAS) an den jeweiligen Ba­ sisanschluß jedes der Stromquellentransistoren (17, 21), um dafür zu sorgen, daß binärgewichtete Bitströme durch die Bit-Strombestimmungswiderstände fließen, wobei die Verstär­ kungsausgleichwiderstände so eingestellt sind, daß sie aus­ geglichene Verstärkungen für die erste und die zweite DAU- Schaltung liefern;
• c) wodurch gleiche Bitströme durch entsprechende Bitum­ schaltstufen der ersten und der zweiten internen DAU-Schal­ tung fließen, trotz Unterschieden in den Basis/Emitter-Span­ nungen der Stromquellentransistoren.

8. Verfahren zum Betreiben eines DAU, der ein Eingangswort mit einem Vorzeichenbit und einer ersten Anzahl von Daten­ bits in ein analoges Signal umwandelt, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

• a) Bereitstellen einer ersten und einer zweiten internen DAU-Schaltung (DAUA, DAUB) mit Bitumschaltstufen (11, 11A, 12, 12A) in jeweils der ersten Anzahl;
• b) gemeinsames Nutzen von Strömen durch jeden von binärge­ wichtenden Bit-Strombestimmungswiderständen (30), die mit der ersten Anzahl vorhanden sind, durch eine zugehörige Bit­ umschaltstufe (11) der ersten internen DAU-Schaltungen und einer zugehörigen Bitumschaltstufe (12) der zweiten internen DAU-Schaltungen; und
• c) Ausgleichen von Teilen der Ströme durch jeden Bit-Strom­ bestimmungswiderstand (30) für die zugehörigen Bitumschalt­ stufen für die gemeinsam genutzten Ströme in gleicher Weise durch einen ersten und einen zweiten Verstärkungsausgleich­ widerstand (27, 28), die diesen Bit-Strombestimmungswider­ stand mit der entsprechenden Bitumschaltstufe (11, 12) der ersten und der zweiten internen DAU-Schaltung verbinden.