NL8500086A

NL8500086A - Digitaal-analoog omzetter.

Info

Publication number: NL8500086A
Application number: NL8500086A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-01-16
Filing date: 1985-01-16
Publication date: 1986-08-18
Also published as: DE3576259D1; SG88290G; JPS61191125A; JPH0652873B2; EP0188021B1; EP0188021A1; KR860006169A; CN1003340B; US4712091A; KR930009435B1; CA1275737C; CN86100158A

Description

*>···% PHN 11.256 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Digitaal-analoog omzetter.

De uitvinding heeft betrekking op een digitaal-analoog omzetter voor het cmzetten van een digitale ingangscode in een analoge uitgangsstrocm bevattende: - een referentiestrcombron voor het leveren van een referentiestrocm, 5 - een referentietransistor die met de referentiestroombron is ge koppeld, - een aantal eerste stroornbrontransistors, waarvan de bases zijn gekoppeld met de basis van de referentietransistor en waarvan de stromen elk een gegeven sterkteverhouding bezit-10 ten met de stroom die de referentietransistor voert, - en een aan het aantal eerste stroornbrontransistors gelijk aantal eerste schakelinrichtingen, waarbij elke schakelinrichting afhankelijk van de digitale ingangscode de stroom van een bijbehorende stroombrontrans istor naar een saimeerpunt, waaraan de analoge uit-15 gangsstroom wordt verkregen of naar een punt van constante potentiaal schakelt.

Een dergelijke digitaal-analoog omzetter is algemeen toepasbaar en kan in het bijzonder worden toegepast bij het aansturen van de zogenaamde radiële motor in een compact-disc speler.

20 Een dergelijke digitaal-analoog omzetter is bijvoorbeeld be kend uit het Amerikaanse cctrooischrift 3,940,760. Hierbij vormen de uitgangsstrcmen van de stroornbrontransistors een binair gewogen reeks van stromen, waarbij elk van deze stromen een gegeven sterktever houding bezit met de stroom van de referentietransistor. Aan deze transistor 25 wordt de referentiestrocm van een referentiestroombron toegevoerd.

Door een negatieve terugkoppeling tussen de kollektor en basis wordt de basisspanning zo ingesteld, dat de kollektorstrocm van de referentietransistor nagenoeg gelijk is aan de referentiestrocm. Het aantal benodigde stroornbrontransistors wordt bepaald door de verhouding van 30 de kleinste en grootste stroom, die de digitaal-analoog omzetter moet kunnen leveren. De uitgangsstromen van de stroornbrontransistors worden door middel van schakelaars, die worden bestuurd door de digitale ingangscode, ofwel naar de uitgang van de digitaal-analoog omzetter 8500086 1 w PHN 11.256 2 gestuurd ofwel naar een punt van vaste potentiaal afgevoerd.

Een bezwaar van deze bekende digitaal-analoog omzetter is, dat indien deze meesttijds een relatief kleine uitgangsstrocm moet leveren, de uitgangsstromen van de strocmbrontransistors die de rela-5 tief grote stromen leveren, naar het punt van vaste potentiaal worden afgevoerd, hetgeen een aanzienlijk vermogensverlies tot gevolg heeft.

Een dergelijke situatie doet zich bijvoorbeeld voor in een compact-disc speler. Hierin is de lasereenheid, waarmee een compact-disc wordt uitgelezen, gemonteerd op een arm, die door een motor volgens 10 een radiële boog over de corrpact-disc wordt bewogen. De stuurstrocm voor deze motor wordt geleverd door een digitaal-analoog omzetter. Bij het uitlezen van het spiraalvormige spoor op een ccmpact-disc is een relatief kleine stuurstrocm voor de motor nodig. Indien echter snel van het ene naar het andere spoor op de compact-disc gesprongen moet worden, 15 is een relatief grote stuurstrocm voor de motor vereist. Daar het gewone spoorvolgen de meest optredende toestand is, behoeft de digitaal-analoog omzetter het merendeel van de tijd slechts een kleine stroom te leveren.

Het is dan ook het doel van de uitvinding een digitaal-ana-20 loog cmzetter aan te geven, die bij hetzelfde uitgangsstrocmbereik een kleinere dissipatie dan de bekende digitaal-analoog omzetter vertoont.

Een digitaal-analoog omzetter van een in de aanhef genoemde soort wordt volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de digitaal-analoog omzetter is voorzien van een stuurinrichting, die de stroom welke 25 referentietransistor voert, tussen een eerste waarde van de digitale ingangscode, die overeenkomt met de minimale analoge uitgangsstrocm en een tweede waarde van de digitale ingangscode, die overeenkomt met de maximale analoge uitgangsstrocm, stapsgewijze van een fractie tot nagenoeg de volledige referentiestrocm van de referentiestroambron laat 30 toenemen.

De uitvinding is gebaseerd op het volgende inzicht. Daar de uitgangsstromen van de stroombrontransistors een vaste stroomsterkte-verhouding met de stroom van de referentietransistor bezitten, zijn deze uitgangsstromen in het geval de referentietransistor een fractie 35 van de referentiestroom voert, eenzelfde fractie kleiner dan in het geval de referentietransistor de volledige referentiestroom voert.

Door over het bereik van het digitale ingangssignaal de stroom die referentietransistor voert, stapsgewijze te laten toenemen, neemt ook 8500086 PHN 11.256 3 het bereik van de uitgangsstroom van de digitaal-analoog omzetter stapsgewijze toe. Cttdat de strocmbrontransistors alleen de stromen leveren, die bij een bepaald deelbereik behoren, behoeven de stromen van de daarop volgende grotere deelbereiken niet meer te worden opge-5 wekt, zodat deze stromen ook niet meer nutteloos worden afgevoerd. Hierdoor wordt het vermogensverlies sterk verlaagd en dus het rendement van de digitaal-analoog omzetter verhoogd.

Een uitvoeringsvorm van een digitaal-analoog omzetter volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de stuurinrichting voor 10 elke stap is voorzien van een tweede s trocmbrontrans is tor, waarvan de basis is gekoppeld met de basis van de referentietransistor en waarvan de stroom een gegeven sterkteverhouding bezit met de stroom die de referentietransistor voert en welke stuurrichting voorts voor elke tweede stroombrontransistor is voorzien van een tweede schakelinrichting, 15 welke de bijbehorende tweede stroombrontransistor met de referentie-strocmhron of met een punt van vaste potentiaal verbindt. Indien een tweede stroombrontransistor met de referentiestrocmbron is gekoppeld, neemt deze een deel van de referentiestroom op, zodat de referentietransistor slechts een fractie van de referentiestroom voert. Door nu 20 stapsgewijze steeds minder tweede strocmbrontransistors met de referen-tiestrccmbron te koppelen, neemt de stroom van de referentietransistor stapsgewijze tot de volledige referentiestroom toe.

Indien een tweede stroombrontransistor niet met de referentiestrocmbron is gekoppeld, kan de uitgangsstroom ervan naar de voeding 25 worden afgevoerd. Een verdere verbetering van het rendement van de digitaal-analoog omzetter wordt verkregen, indien deze volgens een verdere uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt, doordat de tweede schakelin-richting van tenminste één tweede stroombrontransistor de betreffende tweede stroombrontransistor met de referentiestrocmbron of net een 3g eerste stroombrontransistor verbindt.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening, waarin: figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een digitaal-analoog omzetter volgens de uitvinding toont, 35 figuur 2 een tweede uitvoeringsvorm van een digitaal-analoog 1 omzetter volgens de uitvinding toont, en figuur 3 een derde uitvoeringsvorm van een digitaal-analoog omzetter volgens de uitvinding toont.

3500036 _ _ i PHN 11.256 4

In figuur 1 een is een eerste uitvoeringsvorm van een digi-taal-analoog omzetter volgens de uitvinding weergegeven, aan de hand waarvan het principe van de uitvinding zal worden verklaard. De digitaal-analoog omzetter bevat een referentiestroombron 2, die een referentie-g stroom Ire£ levert. Een referentietransistor is met zijn emitter met het negatieve voedingsaansluitpunt 10 verbonden. Tussen de kollek-tor en basis van transistor is een tegenkoppeling aangebracht, die gevormd wordt door de bas is-emitterovergang van een transistor T2, waarvan de kollektor met het positieve voedingsaansluitpunt 20 is verbonden.

1Q Door deze tegenkoppeling wordt de basis-emitterspanning van transistor T.j zo geregeld, dat de kollektorstroom gelijk is aan de aan deze transistor toegevoerde stroom 1^. De digitaal-analoog omzetter bevat verder een aantal eerste stroombrontransistors T^, en T,., waarvan de basis-emitterwegen parallel geschakeld zijn aan de basis-emitterweg van 15 transistor . De emitteroppervlakken van deze transistors zijn volgens een binaire reeks geschaald, waarbij het emitteroppervlak van transistor gelijk is aan dat van transistor . De stromen Ig, 1^ en Ig van de transistors Tg, T^ en Tg zijn in dat geval dan gelijk aan respectievelijk I-j, 211 en 41^. De uitgangsstrocm Ig van strocmbrontransistor 2Q Tg wordt toegevoerd aan een schakelinrichting 3.1, die gevormd door twee als verschilpaar geschakelde transistors Tg ^ en T^ ^. De kollektor van transistor Tg ^ is met de uitgang 15 van digitaal-analoog omzetter verbonden, terwijl de kollektor van transistor T-, ^ net het positieve voedingsaansluitpunt 20 is verbonden. De stroombrontransistors 2g T^ en Tg zijn respectievelijk verbonden met schakelaars 3.2 en 3.3, die met transistors T6 2' T7 2 en transistors Tg g en T^ op dezelfde wijze zijn opgebouwd als de schakelaar 3.1. De bases van de transistors T_, ^, T_, 2 en T^ g zijn verbonden met een aansluitpunt 14, dat een referen-tiespanning voert. De bases van de transistors T,. ., Ί, „en T, _ zijn res-3(J pectievelijk verbonden met de ingangen 11, 12 -en 13. Aan deze ingangen worden de bits van het digitale ingangssignaal toegevoerd. Is de met de ene waarde van een bit overeenkomende spanning aan een ingang groter dan de referentiespanning op de aansluiting 14 dan wordt de uitgangsstrocm van de betreffende strocmbrontransistor naar de positieve voedings-35 aansluiting 20 af gevoerd, terwijl in het geval de met de andere waarde van de bit overeenkomende spanning kleiner is dan de referentiespanning op aansluiting 14 de uitgangsstrocm van de betreffende stroombrontransis-tor naar de uitgang 15 van de digitaal-analoog omzetter wordt geschakeld.

8 5 0 o Ö 3 6 PHN 11.256 5

De digitaal-analoog omzetter is voorts voorzien van een stuurinrichting 30, die een tweede stroambrontransistor Tg bevat, waarvan de basis-emitterovergang parallel aan die van transistor is geschakeld. Het emitteroppervlak van transistor Tg verhoudt zich tot dat 5 van transistor T^ als 7:1, zodat de uitgangsstrcom Ig gelijk is aan 711. Met transistor Tg is een schakelaar 4 verbonden, die wordt gevormd door een verschilpaar met transistors T^ en T^. De basis van transistor T.jQ is met de referentie-ingang 14 en de basis van transistor T^ is met een stuuringang 16 verbonden. De kollektor van transistor Tg is 1Q met het positieve voedingsaansluitpunt 20 verbonden, terwijl de kollektor van transistor T^Q met de referentiestroonbron 2 is verbonden.

De werking van de schakeling is als volgt. Is het stuursignaal op de ingang 16 van de stuurinrichting 30 laag ten opzichte van de referentiespanning cp de basis van transistor T^q, dan is de kollektor 15 van transistor Tg met de referentiestroonbron 2 verbonden. De stroon Io = 71. wordt dan aan de referentiestroonbron 2 onttrokken, zodat 8 1 -j de referentietransistor T^ een stroom 1^ = -g- Iref voert. De uitgangs- stremen van de streonbrontransistors T_, T. en T_ zijn dan gelijk aan 1 2 J 5 4 respectievelijk Ig = g- Iref, 1^ = g- Iref en Ig = -g- Iref. De uitgangs-20 stroom van de digitaal-analoog omzetter kan daardoor in stappen van "8 ^ref toenemen van 0 tot en met 7/8 lre£· Indien het stuursignaal op de ingang 16 hoog is ten opzichte van de referentiespanning cp de basis van transistor T^Q dan wordt de stroom Ig via transistor Tg naar het positieve voedingsaansluitpunt 20 afgevoerd. De referentietransistor 25 T^ voert dan een stroom 1^ = Iref * De uitgangsstremen van de stroom-transistors Tg, T^ en Tg zijn in dat geval gelijk aan respectievelijk Ig = Iref, I4 = 2 Iref en Ig = 4 Iref· De uitgangsstrcom van de digitaal-analoog omzetter kan dan in stappen van I^^ toenemen van 0 tot en met 7 Iref» Doordat in het bereik van 0 tot en met 7/8 1^ de 30 stromen van het bereik van Irgf tot en met 7 Iref niet meer worden opgewekt en ongebruikt worden af gevoerd, wordt een sterk verbeterd rendement verkregen. j

Een tweede uitvoeringsvorm van een digitaal-analoog omzetter wordt toegelicht aan de hand van figuur 2, waarin gelijke onderdelen 3g met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 1 zijn aangegeven. De omzetter verschilt net die van figuur 1 daarin, dat de stuurinrichting 30 naast de stroambrontransistor TQ een tweede stroombrontransistor T.. bevat,waarvan de basis-emitterovergang weer parallel aan die van tran- 85 0 0 0 3 6 9 PHN 11.256 6 sistor is geschakeld. Het emitteroppervlak van transistor verhoudt zich tot dat van transistor als 56 : 1, zodat de uitgangsstrocm van deze transistor gelijk is aan 1^ = 56 . De tran sistor kan door middel van een schakelaar 5 met transistors en 5 roet het positieve voedingsaansluitpunt 20 worden verbonden, indien de spanning op de stuuringang 17 hoger is dan de referentiespanning op de basis 14 van transistor en kan met de referentiestrocmbron 2 worden verbonden, indien de spanning op de stuuringang 17 lager is dan de referentiespanning op de basis 14. Met deze digitaal-analoog 10 omzetter wordt het uitgangsstroombereik in twee stappen vergroot. Indien de strocmbrontransistors Tg en met de referentiestrocmbron 2 zijn verbonden, dan voert de referentietransistor een stroom 1^ = 1/64 . Iref De uitgangsstromen van de transistors T^, en zijn dan gelijk aan respectievelijk Ig = 1/64 1^^, 1^ = 2/64 Iref en Ig = 15 4/64 Ire£. Het uitgangsstroombereik van de cmzetter loopt dan in stappen van 1/64 1^^. van 0 tot en met 7/64 1^^. Is alleen strocm- brontransistor TQ met de referentiestroombron 2 verbonden dan voert ° 1 transistor een stroom 1^ = g· I ^ en in het geval de stromen Ig en 1^ beide naar de positieve voedingslijn 20 worden afgevoerd, dan voert 20 de transistor een stroom 1^ = !ref· Het uitgangsstroombereik verloopt in deze gevallen zoals bij de omzetter van figuur 1 is beschreven.

Een derde uitvoeringsvorm van een digitaal-analoog omzetter wordt toegelicht aan de hand van figuur 3, waarin gelijke onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 1 zijn weergegeven.

25 De omzetter verschilt met die van figuur 1 daarin, dat de stroom I0

O

van transistor Tg via transistor niet met de positieve voedingslijn 20 maar met de uitgang van stroombrontransistor Tg wordt verbonden. In het geval de stroombrontransistor Tg via transistor T^g met de referentiestroombron 2 is verbonden, voert de referentietransistor 3Q T^ een stroom I-j = g1 Iref r zodat het uitgangsstroombereik van de omzetter weer in stappen van 1/8 I ^ van 0 tot en met 7/8 . loopt.

Is de stroombrontransistor T0 via transistor Tn met transistor T_ ver- o y j bonden dan voert transistor T^ de volledige referentiestroom I Aan de schakelaar 3.1 wordt dan een totale stroom 8 . !ref toegevoerd.

35 De uitgangsstroom van de omzetter kan dan in stappen van I ^ toenemen van 2 . Iref tot en met 14 . 1^. Doordat de stroom Ig van strocmbron-transistor Tg niet meer naar de positieve voedingsspanningslijn 20 wordt afgevoerd in het geval deze transistor Tg niet met referentie- 8*00088 * PHN 11.256 7 strocmfcransistor 2 is verbonden, wordt het rendement van omzetter nog verder verhoogd.

De uitvinding is niet beperkt tot bovenbeschreven uitvoeringsvormen. Zo kan de strocmsterkteverhouding tussen de stroambrontransis-5 tors en de referentietrans istor ook worden ingesteld door in de emitter-leiding van deze transistors opgencmen weerstanden. Het is ook mogelijk de emitters van de eerste strocmbrontrans istors met een zogenaamde R-2R netwerk te verbinden. De schakelaars waarmee de stromen van de stroom-brontransistoren worden geschakeld, kunnen ook op elke andere wijze dan 10 de getoonde zijn opgebouwd. Verder kan de terugkoppeling tussen de kol-lektor en basis van transistor in plaats van met transistor ook op andere wijze, bijvoorbeeld met een operationele versterker, worden uitgevoerd.

15 20 j i j i 25 30 35 8 TT Λ ƒ» Λ Λ ,* ΰ \j U U 3 ο

Claims

1. Digitaal-analoog omzetter voor het omzetten van een digitale ingangscode in een analoge uitgangsstroon bevattende - een referent iestroombron voor het leveren van een referentiestrocm, - een referentietransistor die met de referentiestrcombron is gekoppeld, - een aantal eerste stroombrontransistors, 5 waarvan de bases zijn gekoppeld met de basis van de referentietransistor en waarvan de stromen elk een gegeven sterkteverhouding bezitten met de stroom die de referentietransistor voert, - en een aan het aantal eerste stroombrontransistors gelijk aantal eerste schakelinrichtingen, waarbij elke schakelinrichting afhankelijk van de digitale ingangscode de stroom van een bijbehorende stroombron-transistor naar een saimeerpunt, waaraan de analoge uitgangsstroom wordt verkregen of naar een punt van constante potentiaal schakelt, met het kenmerk, dat de digitaal-analoog omzetter is voorzien van een stuurinrichting, die de stroom welke referentietransistor voert, tussen een eerste waarde van de digitale ingangscode, die overeenkomt met de minimale analoge uitgangsstroom en een tweede waarde van de digitale ingangscode, die overeenkomt met de maximale analoge uitgangsstroom, stapsgewijze van een fractie tot nagenoeg de volledige referentie-stroom van de referentiestrocmbron laat toenemen. 20

2. Digitaal-analoog omzetter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stuurinrichting voor elke stap is voorzien van een tweede strocmbrontransistor, waarvan de basis is gekoppeld met de basis van de referentietransistor en waarvan de stroom een gegeven sterkteverhouding bezit met de stroom die de referentietransistor voert en welke 25 stuurinrichting voorts voor elke tweede stroombrontransistor is voorzien van een tweede schakelinrichting, welke de bijbehorende tweede stroombrontransistor met de referentiestroombron of met een punt van vaste potentiaal verbindt.

3. Digitaal-analoog omzetter volgens conclusie 2, met het kenmerk, 30 dat de tweede schakelinrichting van tenminste een tweede stroombrontransistor de betreffende tweede strocmbrontransistor net de referentiestrocmbron of met een eerste stroombrontransistor verbindt. 8500086 35