NL8502510A - Analoog-digitaalomzetschakeling. - Google Patents

Description

PHN 11.488 1 % N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Analoog-digitaalomzetschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een analoog-digitaal omzetschakeling bevattende een spanningsdeler met aftakkingen die elk verbonden zijn met een ingang van een vergelijkingsschakeling van een aantal vergelijkingsschakelingen waarvan de verdere ingangen onderling 5 zijn verbonden, waarbij telkens eenzelfde aantal aftakkingen van de spanningsdeler een groep vormen terwijl van opeenvolgende groepen van aftakkingen de aftakking met hetzelfde rangnummer is verbonden met een ingang van een vergelijkingsschakeling van een groep van vergelijkingsschakelingen die elk een paar in tegengestelde zin werkzame 10 uitgangen hebben met onderlinge verbindingen tussen in tegengestelde zin werkzame uitgangen van opeenvolgende vergelijkingsschakelingen van die groep.

Een analoog-digitaalomzetschakeling van de bovengenoemde soort is bekend uit IEEE International Solid-State circuits conference, 15 Digest of technical papers, February 1984, pagina's 294-295. Van elke vergelijkingstrap van een groep zijn daarbij de beide uitgangen verbonden met de beide in tegengestelde zin werkzame uitgangen van de opvolgende vergelijkingstrap van die groep. Een dergelijke analoog-digitaalomzetschakeling is geschikt voor het omzetten van signalen met 20 grote bandbreedte zoals bijvoorbeeld videosignalen waarvan digitale signaalmonsters met een hoge bemonsteringsfrequentie moeten worden verkregen.

De uitvinding heeft ten doel een analoog-digitaalomzetschakeling te verschaffen met verbeterde eigenschappen.

25 Een analoog-digitaalomzétschakeling van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding heeft daarom tot kenmerk, dat van elke vergelijkingsschakeling van een groep slechts één uitgang met slechts één in tegengestelde zin werkzame uitgang van de volgende vergelijkingsschakeling van de groep is verbonden terwijl van de zo 30 verkregen uitgangen van een groep de oneven uitgangen elk zijn verbonden met één van de bases van een eerste groep transistors met doorverbonden emitters die aan een eerste ingang van een

Ss 32 δ 10 PHN 11.488 2 verschilversterker liggen en de even uitgangen elk zijn verbonden met één van de bases van een tweede groep transistors met doorverbonden emitters die aan een tweede ingang van de verschilversterker liggen.

Door deze maatregel wordt de capaciteit per 5 verbindingspunt van de uitgangen van opvolgende vergelijkingstrappen verminderd en wordt voorkomen dat de totaalstroom van alle vergelijkingstrappen per groep door eenzelfde belastingsweerstand kan vloeien.

De uitvinding zal nu aan de hand van de tekening worden 10 toegelicht.

In de tekening illustreert

Figuur 1 met een beknopt blokschema een vereenvoudigde analoog-digitaalomzetschakeling volgens de uitvinding en

Figuur 2 met een principeschema een deel van een 15 vereenvoudige analoog-digitaalomzetschakeling volgens de uitvinding.

De analoog-digitaalomzetschakeling van figuur 1 heeft een zestiental, van 1 tot en met 16 genummerde vergelijkingsschakelingen waarvan de bovenste ingangen zijn verbonden met een ingang 17 van de schakeling waaraan een om te zetten signaal kan worden toegevoerd.

20 De onderste ingang van elke vergelijkingsschakeling ligt aan een in volgorde met de nummering van de vergelijkingsschakelingen corresponderende aftakking van een aan een referentiespanning Vref liggende spanningsdeler 19. Er zijn vier groepen van vier aftakkingen in dit duidelijkheidshalve eenvoudig gehouden geval. De eerste aftakking 25 van de opeenvolgende groepen van aftakkingen ligt aan de onderste ingang van de opeenvolgende vergelijkingsschakelingen 1 respektievelijk 5, 9, 13 die een eerste groep vormen. De tweede aftakking van de opeenvolgende groepen van aftakkingen ligt aan de onderste ingang van de opvolgende vergelijkingsschakelingen 2 respektievelijk 6, 10, 14 die een tweede 30 groep vormen. De derde aftakking van de opeenvolgende groepen van aftakkingen ligt aan de onderste ingang van de opeenvolgende vergelijkingsschakelingen 3 respektievelijk 7, 11, 15 die een derde groep vormen en de vierde aftakking van de opeenvolgende groepen van aftakkingen is verbonden met de onderste ingang van de opeenvolgende 35 vergelijkingsschakelingen 4 respektievelijk 8, 12, 16 die een vierde groep vormen.

Elke vergelijkingsschakeling heeft een bovenste en een @302510 » PHN 11.488 3 onderste uitgang die in tegengestelde zin werkzaam zijn dat wil zeggen als zijn bovenste ingang een hogere potentiaal krijgt toegevoerd dan zijn onderste wordt zijn bovenste uitgang hoog ten opzichte van zijn onderste en omgekeerd als zijn bovenste ingang een lagere potentiaal 5 krijgt toegevoerd dan zijn onderste wordt zijn onderste uitgang hoog ten opzichte van zijn bovenste. Dit geldt als de uitgangen van de vergelijkingsschakelingen niet met elkaar zouden zijn verbonden op de manier zoals verderop is aangegeven.

In de eerste respektievelijk tweede, derde en vierde 10 groep van vergelijkingsschakelingen 1, 5, 9, 13 respektievelijk 2, 6, 10, 14; 3, 7, 11, 15 en 4, 8, 12, 16 zijn de bovenste uitgangen van de vergelijkingsschakelingen 1, 5, 9 respektievelijk 2, 6, 10; 3, 7, 11 en 4, 8, 12 doorverbonden met de in tegengestelde zin werkzame onderste uitgangen van de volgende vergelijkingsschakelingen 5, 9, 13 15 respektievelijk 6, 10, 14; 7, 11, 15 en 8, 12, 16.

Per groep van vergelijkingsschakelingen zijn nu vijf uitgangen verkregen waarvan de oneven uitgangen elk zijn verbonden met één van de bases van een drietal transistors 21, 23, 24 respektievelijk 25, 27, 28; 29, 31, 32 en 33, 35, 36 waarvan de emitters 20 onderling zijn verbonden en aan een eerste ingang 37 respektievelijk 39, 41 en 43 van een verschilversterker 45 respektievelijk 47, 49 en 51 liggen en aan een stroombron 53 respektievelijk 55, 57 en 59. De even uitgangen zijn elk verbonden met één van de bases van een paar transistors 61, 63; 65, 67; 69, 71 en 73,75 waarvan de emitters 25 onderling zijn verbonden en aan een tweede ingang 77 respektievelijk 79, 81 en 83 van de verschilversterker 45 respektievelijk 47, 49 en 51 liggen en aan een stroombron 85 respektievelijk 87, 89 en 91.

Een uitgang 93 respektievelijk 95, 97 en 99 van de verschilversterker 45 respektievelijk 47, 49 en 51 is verbonden met een 30 code-omzetter 101 die de signalen verkregen van deze uitgangen en van een tweetal uitgangen 103 en 105 van een tweetal grofvergelijkingsschakelingen 107 en 109 omzet in een vierbitscode die aan een uitgangscombinatie 111 van de code-omzetter 101 wordt afgegeven.

De grofvergelijkingsschakelingen 107 en 109 detekteren 35 niveauoverschrijdingen van het aan de onderste ingangen ervan toegevoerde om te zetten signaal ten opzichte van de niveau's aan de tweede aftakking in de tweede respektievelijk de vierde groep van :502510 --_-i PHN 11.488 4 aftakkingen van de spanningsdeler 19.

De code-omzetter 101 kan verder schakelingen bevatten zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4 456 904 (PHN 9925) om uit combinaties van uitgangssignalen van grof- en 5 fijnvergelijkingsschakelingen foutloze digitale bitinformatie te verkrijgen.

Bij een verandering van de spanning aan de ingang 17 van de schakeling vanaf een minimum tot aan een maximum omzetbare waarde worden de uitgangssignalen aan de uitgangen 93 respektievelijk 95, 97 en 10 99 van de verschilversterkers 45 respektievelijk 47, 49 en 51 bij overschrijding van de niveau's aan de opeenvolgende aftakkingen van de spanningsdeler 19 als aangegeven in de volgende tabel, zoals verderop nog zal worden uitgelegd.

15 Spanning aan de Signaalwaarde aan de uitgang ingang 17 93 95 97 99 nul 0 0 0 0 > aftakking 1 1000 20 > aftakking 2 1100 > aftakking 3 1110 > aftakking 4 11.11 > aftakking 5 0111 > aftakking 6 0011 25 > aftakking 7 0001 > aftakking 8 0000 > aftakking 9 1000 > aftakking 10 1100 > aftakking 11 1110 30 > aftakking 12 1111 > aftakking 13 0111 > aftakking 14 00 1 1 > aftakking 15 0001 > aftakking 16 0000

Hieruit blijkt dat er acht mogelijke bitcombinaties met vier groepen van vergelijkingsschakelingen kunnen worden verkregen die 85 02 5 1 0 35

Cs.

PHN 11.488 5 dus drie bits van het uitgangssignaal van de code-omzetter 101 kunnen leveren, het vierde bit wordt verkregen met behulp van de vergelijkingsschakelingen 107 en 109,

In het algemeen kunnen dus met 2n groepen van 2m 5 vergelijkingsschakelingen en een spanningsdeler met 2^n aftakkingen (n+1J fijnbits worden verkregen en moeten (m-1) grofbits met behulp van grofvergelijkingsschakelingen worden gemaakt waarvoor bijvoorbeeld 2a“1 grofvergelijkingsschakelingen gebruikt kunnen worden.

Aan de hand van figuur 2, waarin overeenkomstige delen 10 dezelfde verwijzingscijfers hebben als in figuur 1, zal nu de werking van een groep vergelijkingsschakelingen worden nagegaan. Gekozen is de eerste groep met de vergelijkingsschakelingen respektievelijk 1, 5, 9 en 13. Deze bevatten elk een transistorpaar 113, 115 respektievelijk 117, 119; 121, 125 en 127, 129. De emitters van deze paren liggen aan een 15 stroombron 131 respektievelijk 133, 135 en 137. De collectors van de transistors 113 respektievelijk 115, 117, 119, 121, 125, 127 en 129 liggen via een weerstand 139 respektievelijk 141, 143, 145, 147, 151 en 153 aan een positieve spanning. Deze weerstanden hebben allen dezelfde waarde behalve de weerstanden 139 en 153 waarvan de waarde de helft is 20 van die van de andere.'

De bases van de transistors 113, 117, 121 en 127 liggen aan de signaalingang 17, die van de transistors 115 respektievelijk 119, 125 en 129 aan de eerste respektievelijk vijfde, negende en dertiende aftakking op de spanningsdeler 19.

25 De collectors van de transistors 115 en 117 zijn met elkaar verbonden evenals die van de transistors 119 en 121 en die van de transistors 125 en 127.

De basis van de transistor 21 respektievelijk 23, 24, 61 en 63 ligt aan de collector van de transistor 139 respektievelijk 121, 30 129, 117 en 127.

De verschilversterker 45 heeft een transistorpaar 155, 157 waarvan de emitters met een stroombron 159 zijn verbonden, de collectors via een weerstand 161, 163 aan een positieve spanning liggen en de bases aan de ingangen 77 en 37 van de verschilversterker 45 35 waarvan de uitgang 93 is verbonden met de collector van de transistor 157.

De collectorweerstanden 139, 141, 143, 145, 147, 149, 8502510 PHN 11.488 6 151, 153 van de transistors 114, 113, 115, 117, 119, 121, 125, 127, 129 zijn zo groot dat wanneer de stroom van een van de stroombronnen 131, 133, 135, 137 er door gaat de spanning aan de betreffende collector laag is. Als deze stroom door de parallelschakeling van de weerstanden 141 en 5 143, 145 en 147 of 149 en 151 gaat, is de spanning aan de betreffende collectors op een niveau tussen het lage niveau en de voedingsspanning.

De emitters van de groep transistors 21, 23, 24 nemen het hoogste niveau aan van de met de bases verbonden collectors. Dit geldt ook voor de groep transistors 61, 63.

10 Aan de hand van de nu volgende tabel wordt nu nagegaan hoe de spanningsverdeling op verschillende punten van de schakeling is. Hierbij wordt voor een voedingsspanningsniveau de letter H, voor een laag niveau de letter L gebruikt.

15 Ingang’17 = Collector Ingang Uitgang

Bases 113, 117, 121, 127 113 117 121 127 129 37 77 93

< 1e aftakking H L LLLHL L

> 1e aftakking L H LLLLH H

20 > 5e aftakking L L HLLHL L

> 9e aftakking L L LHLLH H

> 11e aftakking- L L LLHHL L

Wanneer ook voor de andere groepen vergelijkings-25 schakelingen eenzelfde tabel wordt opgezet kan uit deze tabellen de bij figuur 1 gegeven tabel worden samengesteld.

Duidelijkheidshalve zijn de parallelschakelingen van collectorweerstanden 141 en 143, 145 en 147, 149 en 151 als afzonderlijke weerstanden getekend. In het algemeen zullen deze 30 vanzelfsprekend vervangen worden door een enkele weerstand van de halve waarde.

Als een groot aantal vergelijkingsschakelingen voor de grofbits worden toegepast, kunnen deze vanzelfsprekend op overeenkomstige wijze gegroepeerd en verbonden worden als hierboven werd 35 aangegeven voor de vergelijkingsschakelingen voor de fijnbits.

8502510

Claims (1)

1. PHN 11.488 7 Analoog-digitaalomzetschakeling bevattende een spanningsdeler met aftakkingen die elk verbonden zijn met een ingang van een vergelijkingsschakeling van een aantal vergelijkingsschakelingen waarvan de verdere ingangen onderling zijn verbonden, waarbij telkens 5 eenzelfde aantal aftakkingen van de spanningsdeler een groep vormen terwijl van opeenvolgende groepen van aftakkingen de aftakking met hetzelfde rangnummer is verbonden met een ingang van een vergelijkingsschakeling van een groep van vergelijkingsschakelingen die elk een paar in tegengestelde zin werkzame uitgang hebben met 10 onderlinge verbindingen tussen in tegengestelde zin werkzame uitgangen van opeenvolgende vergelijkingsschakelingen van die groep, met het kenmerk, dat van elke vergelijkingsschakeling (15, 9, 13) van een groep slechts één uitgang (collector 115 respektievelijk 119, 125) met slechts één in tegengestelde zin werkzame uitgang (collector 117 15 respektievelijk 121, 127) van de volgende vergelijkingsschakeling van de groep is verbonden terwijl van de zo verkregen uitgangen van een groep de oneven uitgangen (collector 113, 119, 129) elk zijn verbonden met één van de bases van een eerste groep transistors (21, 23, 24) met doorverbonden emitters die aan een eerste ingang (37) van een 20 verschilversterker (45) liggen en de even uitgangen (collector 115, 125. elk zijn verbonden met één van de bases van een tweede groep transistors (61, 63) met doorverbonden emitters die aan een tweede ingang (77) van de verschilversterker (45) liggen (figuur 2). S3 0 2 5 1 0