DD131702B1

DD131702B1 - Schaltung mit einer vielzahl nebeneinander angeordneter stromgeneratoren

Info

Publication number: DD131702B1
Application number: DD19944477A
Authority: DD
Inventors: Klaus Storch
Original assignee: Klaus Storch
Priority date: 1977-06-13
Filing date: 1977-06-13
Publication date: 1980-02-13
Also published as: DE2824092A1; HU177837B; PL207591A1; FR2394847B1; FR2394847A1; DE2824092C2; SU949804A1; PL115695B1; DD131702A1

Description

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Klaus Storch TYP H. 03 K/199 444

E 571

IPK: E 03 K, 13/02 12.2.1978

Titel der Erfindung

Schaltung für Digital-Analog-Wandler mit, einer Vielzahl nebeneinander angeordneter- Stromgeneratoren:

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für Digital-Analoghandler mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Stromgeneratoren. Die Unterschiede in den Strömen, der einzelnen Stromgeneratoren sollen darum so klein wie möglich gehalten, werden. Weiter ist, ein hoher Innenwiderstand der Stromgeneratoren erwünscht.

Charakteristik' der bekannten technischen Lösungen

Es ist eine Schaltung mit einer Vielzahl identischer Transistoren in Emitterschaltung als Stromgeneratoren bekannt·, deren einer über die von einem Meßwiderstand abgegriffene Spannung und einem Operationsverstärker geregelt und die anderen über eine gemeinsame Bäsispotentialschiene ge-

steuert-werden (GB-PS 1.266.886}. Diese Lösung kann bei günstiger Anordnung der Transistoren zwar die T.emperaturdrift reduzieren, jedoch wird der jeweilige Absolutwert der Ströme von den Ugg-Toleranzen und Stromverstärkungsdifferenzen bestimmt. Eine Erweiterung auf eine Darlingtonschaltung vergrößert den Absolutfehler, der durch- Ug_E hervorgerufen wird und der bei mittleren Strömen beachtlich ist. Eine komplementäre Darlingtonschaltung verbessert diese Eigenschaft nur gering. Wird der beschriebene Nachteil durch- ausgewählte Transistoren- beseitigt, so bleibt der verhältnismäßig zu kleine Innenwiderstand der einfachen 'Stromquelle.

Es ist weiter denkbar, die Temperaturdrift: bei solchen: Schaltungen steuernd zu kompensieren, indem man der Temperatur als unabhängiger Variabler einen entsprechenden Referenzspannungsverlauf zuordnet. Dies ist nur bei kleinen, thermisch und im Temperaturfehlerverlauf streng indentischen Stromgenerator en;, aloo bei. monolithischen Schaltungen erfolgversprechend anwendbar.

Man kanni auch jeden einzelnen .Stromgenerator mit", einem Regelkreis versehen:: (radio, fernsehen, elektronik", 1977/8,' S« 266 ff.). Verwendet, man dazu einen.Operationsverstärker und hat dieser eine geringe Offsetspannung und eine ausreichende Verstärkung, so ist als Eauptnachteil nur der hohe Aufwand zu nennen. Wird ein einfacher Differenzverstärker benutzt, so ist die Genauigkeit: unter praktischen Betriebsbedingungen nicht hoch. Die Ursache ist eine durch Regelung entstehende Unsymmetrie der Differenzstufe, die als Pehlspannung auch wirksam ist, wenn, beide Transistoren absolut gleich sind.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, wenig aufwendige Schaltungen mit; einer Vielzahl identischer StrorageneratoreiL für Digital-Analog-Wandlung su schaffen.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der/ Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ströme einer· Vielzahl nebeneinander angeordneter identischer Stromgeneratoren, trotz der Streuung der Bauelementekenndaten durch Schaltungsmaßnahmen unter Nutzung der Tatsache, daß bei verschiedenen mikroelektronischen Technologien Relativfehler leichter als Absolutfehler beherrschbar sind, einander möglichst weit anzugleichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei Stromgeneratoren mit Meßwiderständen, an denen der jeweilige Strom als Spannung abgreifbar ist und mit Eingängen zur Steuerung dieses Stromes mittels einer Spannung dadurch gelöst, daß paarweise symmetrische Differenzverstärker vorgesehen: sind, wobei jeweils ein Eingang zweier benachbarter Differenzverstärker gemeinsam an einen Meßwiderstand und die jeweils zugehörigen: invertierenden Ausgänge gemeinsam an den Eingang des gleichen: Stromgenerators angeschlossen sind uiid daß eine Ringschaltung derart vorgesehen· ist, daß der erste und der letzte halbe der nebeneinander angeordneten Differenzverstärker zu einen komplettem symmetrischen¹. Differenzverstärker verbunden ist· Wesentlich für die Punktion dieser Schaltung ist, daß zunächst nicht mehr jeder Stromgenerator an die Referenzspannung angeschlossen ist und dabei die Fehler als absolutes Problem bei der Spannungs-Strom-Wandlung klein gehalten werden müssern, sondern, daß ein Strom jeweils mit, einem gleichberechtigten weiteren Strom verglichen und diose Differenz ausgeregelt wird. Wünscht man neben der Relativgenauigkeit einen stabilen- Absolutwert der Ströme, so genügt es wie üblich, einen Strom mit einem Referenzelement zu vergleichen. Der einzige dazu: benötigte Differenzverstärker muß einen ausreichend kleinen Input; Ria3-Strom haben, um die Symmetrie der Schaltung nicht zu störerb. Weitere Einzelheiten der Schaltung werden an Hand des Ausführungsbeispieles erläutert.

Ausführungsbeispiel

Die beigefügte Zeichnung stellt, eine Schaltung mit vier· erfindun^sgemäß nebeneinander angeordneten Stromgeneratoren dar, die aber, wie leicht einzusehen ist, ohne Einbuße an Genauigkeit beliebig erweitert werden kann. Die Stromgeneratoren; für die Ströme I_n о ··· I_n werden durch Darlington-Schaltungen von npn- Trans is tor en. TU .·· T-•- gebildet. Die Ströme I_n-O ··· I-, sind durch den Spannungsabfall an den

Widerständen R_c ... R_Q steuerbar und an den Meßwiderständen э · о

IL, .,,.'-IL als Spannung meßbar. Über die Differenzverstärker fg+To ··· ^8^+f&i werdem Regelkreise gebildet» die aber nicht in bezug auf eine Referenzspannung ausregeln, sondern die Stromdifferenz Jeweils zweier benachbarter Stromgeneratoren gegen Null gehen lassen". Da die Schaltung durch Verbindung der beiden, halben Differenzverstärker TU und 2?.. ringartig geschlossen ist, besteht eine regelnde Punktion zwischen allen Stroißgeneratoren mit der Tendenz, die Stromdifferenzen Null werden zu lassen. Die Differenzverstärker Τ₂ ^+Ϊ3 ··· ⁵8^+T1 werden dabei symmetrisch belastet, auch wenn 3ich die Betriebsspannung oder die Referenzspannung als Absolutwerte andern, solltem. Diese relative Übereinstimmung der Ströme wird durch, folgende Eigenschaften erreicht:

1. Strenge Symmetrie der Schaltung über alle Stromgenerator em mit Regelstufe.

2. Pur gleiche Widerstände R₁ bis R. würde die Stromdifferenz ZY/ischen 2 Stufen ohne die Differenzverstärker wie üblich durch die ü-^g-Differenzen der Darlingtonstufe bestimmt werden. Diese sind bei Nennstrom zu hoch. Durch die Differenzverstärker T₂ ⁺T¹O ··· ^з+^і fließt ein bedeutend geringerer Strom, wodurch ein kleiner Offsetfehler entsteht, über die Verstärkung, die im wesentlichen. durch die Widerstände Rc bis Rg bestimmt ist, wird dieser kleine Offsetfehler bis auf eine geringe Regelabweichung auf die Stromdifferenzen übertragen. Damit ist der Nachteil der Darlingt-onanordnung beseitigt und die große Stromverstärkung bsw, dor größere Innenwiders'oand können

genutzt: v/erden.

Durch die Verwendung von: npn-Transistoren ist die Schaltung integrationsfreudig außer den Meßwiderständen R^ bis R., die für höhere Genauigkeiten) sinnvoll in Dünnschichttjechnik realisiert werden können.

Hei geringeren Anforderungen an die Gleichheit der Ströme ist es möglich.·, unter Beibehaltung des Prinzips der gegenseitigen· Stabilisierung jeweils zwei Stromgeneratoren; in den Regelkreis eine Differenzverstärkers einzubeziehen.

Claims

Erfindung; sanspruch

Schaltung für Digital-Analog-Wandler mit; einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Stromgeneratoren: mit Meßwiderständen, an denen der jeweilige Strom abgreifbar ist und mit Eingängen zur Steuerung dieses Stromes mittels einer Spannung, gekennzeichnet dadurch, daß paarweise symmetrische Differenzverstärker (TU+T.,; T¹.+T₁-; dV+T,,; T₀+!,) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Eingang zweier benachbarter Differenzverstärker gemeinsam (Basis von T^T₂; ЗуьТ^; ...} an einen Meßwiderstand CR-, ϊ R₂I R->; R/) und die jeweils zugehörigen, invertierenden Ausgänge (Kollektor von ^+T₂; T₃H-T₄; .., ) gemeinsam an den Eingang (R₅; R₆; R^; Rg) des gleichen Stromgenerators ^(ТЭ^+Т1О^; ^іТ^іг' ^Ф13^+Т'і4^{; Т}15^+аг1б^ angeschlossen sind und daß eine Ringschaltung derart vorgesehen ist-, daß der erste (T₁) und der letzte halbe (Tg) der nebeneinander angeordneten Differenzverstärker δχχ einem kompletten* symmetrischen Differenzverstärker (T.,+I₈) verbunden ist.

Hierzu /j Seite Zeichnung