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Kurzfassung
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Es wird ein Digital-Analog-Wandler mit einem R-2R-Leiternetzwerk und
einem logischen Schalternetzwerk vorgeschlagen, bei welchem zur Verbesserung der
Auflösung am Knotenpunkt für das werthöchste Bit im R-2R-Netzwerk als Abschluß eine
Stufe zur Stromauskopplung angeschlossen wird.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Digital-Analog-Wandler
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein solcher Digital-Analog-Wandler ist aus
der deutschen Offenlegungsschrift 2 146 119 bekannt. Die Auskopplung derartiger
Digital-Analog-Wandler zuf Erhalt einer Analogspannung ist jedoch bei höheren Umwandlungsgeschwindigkeiten
problematisch. Aus der Zeitschrift Elektronik", 1976, Heft 1, Seiten 77 und 78,
ist es bekannt, zur Auskopplung den Knotenpunkt für das werthöchste Bit in einem
R-2R-Leiternetzwerk mit einem Widerstand abzuschlie-Ben und die analoge Spannung
über einen Operationsverstärker abzugreifen. Zur Vermeidung von Umwandlungsfehlern
soll der Operationsverstärker einen hochohmigen Eingangswiderstand aufweisen und
für höhere Umwandlungsgeschwindigkeiten breitbandig sein. Diese Forderungen widersprechen
einander, so daß die Umwandlungsgeschwindigkeit bekannter Digital-Analog-Wandler
für digitale Signale hoher Bitraten relativ gering ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Digital-Analog-Wandler
nach der eingangs genannten Art anzugeben, welcher in sehr schneller Folge parallel
eintreffende Digitalwerte eines digitalen Signals in ein entsprechendes analoges
Signal fehlerfrei umwandelt.
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Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Digital-Analog-Wandler
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß nunmehr
auch höherfrequen:e digitale Signale analog-gewandelt werden können. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, daß aufwendige Maßnahmen zur Beseitigung kurzer Störimpulse
(Deglitching), die bisher beim Ubergang von einem Digitalwert auf einem anderen
Digitalwert entstehen, entfallen können.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgestellten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Digital-Analog-Wandlers
möglich.
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Zeichnung Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im
folgenden mit einem Ausführungsbeispiel in einer Zeichnung anhand von Figuren beschrieben
und erläutert. Von den Figuren zeigen: Fig.1 einen schematischen Aufbau eines bekannten
Digital-Analog-Wandlers, Fig.2 einen Digital-Analog-Wandler nach der Erfindung und
Fig.3 eine Stufe zur Stromauskopplung
Beschreibung der Erfindung
Die Fig.1 zeigt den schematischen Aufbau eines bekannten Digital-Analog-Wandlers
mit einem R-2R-Widerstand-Leiternetzwerk. Das R-2R-Leiternetzwerk ist so ausgelegt,
daß für jedes Bit im Digitalwort eines digitalen Signals ein Widerstand R und ein
Widerstand 2R vorzusehen ist. Die Widerstände R liegen in den Längszweigen des R-2R-Leiternetzwerkes
und die Widerstände 2R in den Querzweigen. Eine Umwandlung des digitalen Signals
in ein analoges Signal erfolgt in bekannter Weise durch eine Gewichtung von Strömen
in dem R-2R-Leiternetzwerk. Dabei werden den Knotenpunkten in dem R-2R-Leiternetzwerk
entsprechend der Wertigkeit der Bits in dem digitalen Wort des anliegenden digitalen
Signals Ströme Io - 1n über Stromschalter (nicht gezeichnet) zugeführt. Der in jeden
Knotenpunkt 1 bis n-1 fließende Strom wird gedrittelt, weil von jedem Knotenpunkt
aus nach allen drei Richtungen der Wert der Impedanz gleich 2R beträgt, wenn die
abschließenden Endwiderstände gleich R sind. Der in die Knotenpunkte o und n fließende
Strom wird dagegen im Verhältnis 2:1 aufgeteilt. Eine Auskopplung des R-2R-Leiternetzwerkes
erfolgte bisher dadurch, daß am Knotenpunkt für das werthöchste Bit (WHB) im R-2R-Leiternetzwerk
ein Abschlußwiderstand Ra angeschlossen ist und die an diesem Knotenpunkt liegende
Spannung mit einem Operationsverstärker OP abgegriffen wird.
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Wie eingangs erwähnt, ist diese Art der Auskopplung des analogen Signals
bei höherer Umwandlungsgeschwindigkeit problematisch, weil die an den Operationsverstärker
OP zu stellenden Forderungen hinsichtlich Hochohmigkeit und Breitbandigkeit widersprüchlich
sind.
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In der Fig.2 ist ein Digital-Analog-Wandler gemäß der Erfindung dargestellt.
Im oberen Teil der Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandlers
ist das R-2R-Widerstands-Leiternetzwerk gezeichnet. An die Knotenpunkte des R-2RLeiternetzwerkes
sind Stromschalter 10, 1', 1", 1n 1 und 1n angeschlossen. Jeder der Stromschalter
besteht aus zwei emittergekoppelten Transistoren 2 und 3, in deren gemeinsamer Emitterzuleitung
eine mit einem Transistor 4 und einem Widerstand 5 aufgebaute Konstantstromquelle
liegt. Die auch als Stromverteilungschaltung bezeichneten Stromschalter werden von
ECL-Flipflops 6 gesteuert.
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ECL-Flipflops enthalten emittergekoppelte Stufen in sogenannter ungesättigter
Logik. Da Logikbausteine in ECL-Technik nicht ohne weiteres von digitalen Signalen
einer TTL-Logik ansteuerbar sind, können TTL-ECL-Konverter 7 vorgesehen werden,
welche digitale Signale mit TTL-Pegel an den Klemmen 80 bis 8n in ECL-Pegel für
die ECL-Flipflops 6 umwandeln. ECL-Fliflops und TTL-ECL-Konverter sind beispielsweise
aus dem VALVO-Handbuch "Signetics Integrierte Schaltungen 1976" bekannt.
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An einem Knotenpunkt für das werthöchste Bit WHB (Klemme 9) im R-2R-Leiternetzwerk
des erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandlers wird das Digital-Analog-gewandelte
Signal mit einer Stufe 10 zur Stromauskopplung ausgekoppelt. Gegenüber dem in der
Fig.1 dargestellten Digital-Analog-Wandler entfällt bei dem erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandler
der Abschlußwiderstand Ra Es läßt sich mathemaitsch nachweisen, daß durch eine Stromauskopplung
das Digital-Analog-gewandelte Signal nicht nur nicht verfälscht, sondern auch mit
einer größeren Stromamplitude an der Klemme 9 abnehmbar ist, da eine Stromverteilung
über den Abschlußwiderstand Ra entfällt.
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In dem Ausführungsbeispiel der Fig.2 besteht die Stufe 10 zur Stromauskopplung
aus einem Transitor 11 in Basisgrundschaltung. Die Emitterelektrode des Transistors
11 ist mit er Klemme 9 verbunden; ferner liegt die Emitterelektrode über einen Widerstand
12 an einem negativen Potential. Die Basiselektrode liegt in diesem Ausführungsbeispiel
am Abgriff eines aus Widerständen 13'und 13"gebildeten Spannungsteilers. Die Kollektorelektrode
des Transistors 11 ist über einen Lastwiderstand 14 mit einem positiven Potential
verbunden. Da durch den fehlenden Abschlußwiderstand Ra ein größerer Strom an der
Klemme 9 abgreifbar ist, kann über die Emitter-Kollektor-Strecke und den Lastwiderstand
14 ein entsprechend größerer Strom geführt werden. Dies führt an der Kollektorelektrode
(Klemme 15) zu einer größeren Spannungsamplitude - selbst wenn der Lastwiderstand
14 gleich dem Abschlußwiderstand R gewählt würde - des so erhaltenen Strom-Spannungs-gewandelten
Signals Etwaige Wandluntsfehler im werthöchsten Bit können durch einen Feinabgleich
in der Stromverteilungsschaltung 10 vollständig korrigiert werden. Ein Feinabgleich
kann beispielsweise in der Schaltsignalzuführung zur Basiselektrode des Transistors
20 mit einem Trimmpotentiometer 18 erfolgen. Bei einem anderen Feinabgleich wird
die Größe des Emitterwiderstandes 5° durch die Parallelschaltung eines Trimmpotentiometers
19 beeinfluß.
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Dadurch wird der Ausgangsstrom der Konstantstromquelle verändert.
Die in Abhängigkeit vom Strom sich einstellende Spannung über den Widerständen 5°
und 19 wird mit einer Referenzspannung, die mittels einer temperaturstabilen Zener
Diode 20 und einen Widerstand 21 abgeleitet wird, in einem Operationsverstärker
22 zur Ableitung einer Regelspannung für die B asiselektroden der Transistoren 40
- 4n der Konstandstromquellen verglichen. Durch diese Maßnahme wird erreicht,
daß
wärmeabhängige Stromänderungen in den einzelnen Stromübernahmeschaltungen 1" bis
1n gleich bewertet und damit Wandlungsfehler vermieden werden.
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Die Fig.3 zeigt eine Variante der Stufe 10 zur Stromauskopplung. Dabei
sind Bestandteile gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen. Anstelle
des Emitterwiderstandes tritt bei dieser Variante eine Stromquelle 23,um den Innenwiderstand
dieser Basisgrundschaltung weiter abzusenken.
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