JPS6238894B2 - - Google Patents

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JPS6238894B2
JPS6238894B2 JP61031749A JP3174986A JPS6238894B2 JP S6238894 B2 JPS6238894 B2 JP S6238894B2 JP 61031749 A JP61031749 A JP 61031749A JP 3174986 A JP3174986 A JP 3174986A JP S6238894 B2 JPS6238894 B2 JP S6238894B2
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JP61031749A
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Hooru Burookau Adorian
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Analog Devices Inc
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Publication date
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Publication of JPS61210723A publication Critical patent/JPS61210723A/ja
Publication of JPS6238894B2 publication Critical patent/JPS6238894B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is DC
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26—Current mirrors
    • G05F3/265—Current mirrors using bipolar transistors only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0602—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic
    • H03M1/0604—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic at one point, i.e. by adjusting a single reference value, e.g. bias or gain error
    • H03M1/0607—Offset or drift compensation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデジタル−アナログ変換器に関し、更
に詳しくいえば２進重みづけパターンのような所
定の重みづけパターンに従つて異なるレベルの電
流が流れるように構成された複数の電流源トラン
ジスタを具備する形式のデジタル−アナログ変換
器に関するものである。
デジタル−アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換
器と書く）は、一般に、所定の重みづけパターン
に従つて種々のレベルの電流を発生するように構
成された複数個の電流源トランジスタと、デジタ
ル入力信号により選択的に作動させられて、前記
電流をアナログ出力信号に組合わせる複数個のス
イツチとで構成されている。そのようなＤ／Ａ変
換器の例が米国特許第3685045号、第3747088号に
示されている。これらのＤ／Ａ変換器において
は、電流源トランジスタが、そのトランジスタが
流すべき電流を決定する抵抗重みづけ回路網に接
続される。また、これらの変換器は前記電流源ト
ランジスタのために適切なベース電圧を設定する
ための制御回路も使用し、全ての電流源トランジ
スタはこの同じベース電圧でドライブされる。
このようなＤ／Ａ変換器においては、電流源ト
ランジスタの各エミツタに等しい電圧を印加する
ことが望ましい。その理由は、そのようにする
と、各エミツタがそれに接続された抵抗に、重み
をつけられた電流を流すことができるからであ
る。各電流源トランジスタのエミツタ電圧が等し
くないと、デジタル入力信号の各ビツトに対する
電流は適切な比とならない。更に、エミツタ電圧
の差の中には温度ドリフトも含まれており、出力
には温度に関係する誤差も生ずる。初期誤差は抵
抗値を調節すればなくすることができるが、温度
ドリフトによる誤差は補正できない。
エミツタ電圧を等しくする１つの技術は、米国
特許第3747088号に示されているように、全ての
電流源トランジスタが同じ電流密度で動作し、し
たがつて同じベース・エミツタ間電圧と、同じ温
度特性を持つようにエミツタの面積を定めること
である。このようにすれば、全ての電流源トラン
ジスタは共通したベース電圧で動作することにな
るので、温度変化があつてもエミツタ電圧は等し
い。そしてＤ／Ａ変換器における電流は通常２進
重みづけパターンをもつているので、エミツタ面
積も２進重みづけにしなければならない。米国特
許第3747088号に示されているように、電流源を
「カツドスイツチ」と呼ばれている独立した４ビ
ツトモジユールに分けると、エミツタ面積８：
４：２：１の比に対する必要がある。これには全
部で15単位のエミツタ面積を必要とすることにな
り、集積回路においてチツプ面積のかなりの部分
をとることになる。
Ｄ／Ａ変換器は固体素子を利用することによつ
て進歩したが、より小さいチツプ面積で、しかも
かなりの性能を変換器に対する需要が以前として
存在する。提案されている１つの技術として、エ
ミツタ面積が等しい電流源トランジスタを使用す
ることと、これらのトランジスタのベース間に一
定の電圧オフセツトを直列にかけることが提案さ
れている。これらの固定オフセツト電圧は、互い
に続いているトランジスタの２対１の電流密度比
のために、ほぼベース・エミツタ間電圧差になる
ように選択される。この提案に含まれる問題は、
種々の電流密度で動作するために生ずるベース・
エミツタ間電圧の差が絶対温度の関数であること
である。したがつて、一定電圧オフセツトは温度
特性が悪く、とくに、電流源トランジスタにかか
る電圧が小さな値でドライブされる多重Ｄ／Ａ変
換器の場合に温度特性が悪い。
したがつて、本発明の目的は、エミツタが一様
な寸法を持ち、したがつて種々の電流密度で動作
する電流源トランジスタに等しくて安定なエミツ
タ電圧を与えることができる改良したＤ／Ａ変換
器を提供することである。
本発明の別の目的は、Ｄ／Ａ変換器用に開発さ
れている入力回路、出力転換回路等も使用できる
ようにして、電流源トランジスタの温度特性の良
いＤ／Ａ変換器を提供することである。
本発明の更に別の目的は、普通のIC作製技術
を用いて、妥当なコストで製作できるＤ／Ａ変換
器を提供することである。
以下に詳細に説明する本発明の好適な実施例に
おいては、デジタル入力信号のビツトの位によつ
て重みづけされた種々のレベルの「ビツト」出力
電流が流れる複数個の電流源トランジスタが一様
なエミツタ面積を有していて、種々のレベルの電
流が流れた時に種々の電流密度で動作しこのため
にベース・エミツタ間電圧が異なるように構成さ
れているＤ／Ａ変換器が説明されている。そして
互いに続いている電流源トランジスタのベースの
間には抵抗Ｒが接続され、また互いに続いている
電流源トランジスタのベース・エミツタ間の電圧
の差に対応しかつ絶対温度に比例する電圧を前記
抵抗の端子間に発生させる装置が設けられる。そ
うすれば、互いに続いている電流源トランジスタ
のエミツタ電圧は等しくなりかつ温度に対して安
定となつて、Ｄ／Ａ変換器内の重みをつけられた
電流のレベルは正確となり、このために正確なデ
ジタル−アナログ変換を行える。この電圧発生装
置は、本発明の一実施例では、互いに続いている
電流源トランジスタの電流密度の比と同じ比率、
たとえば２：１のエミツタ面積比を有する第１と
第２のトランジスタと、これらの第１と第２のト
ランジスタに等しい値の電流を強制的に流させ
て、種々の電流密度に対応する種々のベース・エ
ミツタ間電圧を発生させる装置とで構成される。
第１と第２のトランジスタのエミツタの間に接続
され、一方のトランジスタを流れる電流を流す抵
抗のような素子が、電流源トランジスタのベー
ス・エミツタ間電圧の差に応答して、この電圧の
温度により変化する差に対応する電流を発生す
る。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
第１図は本発明に従つて構成された８ビツト２
進集積回路化デジタル−アナログ変換器DA１を
示す。そのＤ／Ａ変換器は複数の電流源トランジ
スタ１０．１〜１０．８を有する。これらのトラ
ンジスタは、それらのトランジスタのエミツタに
接続される抵抗重みづけ回路網１２により決定さ
れる２進重みづけパターンに従つて種々のレベル
の電流を流すように構成されている。第１図に示
す抵抗重みづけ回路網１２ははしご形回路網であ
つて、はしご形回路網中の各電流源トランジスタ
の電流レベルを、前段の電流源トランジスタの電
流レベルの半分にセツトする。８番目の電流源ト
ランジスタ１０．８の電流レベルに整合された別
のトランジスタ１１が、はしご形回路網を適切に
終わらせるために設けられる。
トランジスタ１０．１〜１０．８には選択的に
作動可能な同一のスイツチング素子１４．１〜１
４．８（そのうちの１個だけ詳しく図示してあ
る）が接続される。これらのスイツチング素子
は、それぞれの論理信号入力端子１６．１〜１
６．８に加えられるデジタル論理信号により制御
できる。各スイツチング素子は出力電流加算母線
１８と、アース線２０とのどちらかに電流源トラ
ンジスタを流れる電流を切り替える。スイツチン
グ素子は、1974年９月12日付で出願した未決の米
国特許出願第505477号において詳しく説明されて
いるように、いずれに切り替わる場合でも定速か
つ急速にトランジスタ１０．１〜１０．８のコレ
クタを一定電位にする。簡単に説明すると、スイ
ツチング素子１４はトランジスタ４０と、電流設
定抵抗４２と、トランジスタ３６Ａ，３６Ｂ，６
４Ａ，６４Ｂと、抵抗５６Ａ，５６Ｂとで構成さ
れる。抵抗４２は正電源線４４とトランジスタ４
０との間に接続され、トランジスタ４０のベース
がベース電圧線４６に接続されて、この回路が
0.5AMの電流I0を生ずる定電流源として機能す
る。PNPトランジスタ３６Ａ，３６Ｂは第１差動
対３８を構成する。この第１差動対は入力端子１
６を介してトランジスタ３６Ａのベースに加えら
れる論理信号の電圧値と、しきい値電圧線５０か
らトランジスタ３６Ｂのベースに加えられる一定
電圧値とによつて、電流I0をトランジスタ３６Ａ
か３６Ｂのいずれかに流す。この一定電圧は、使
用されている特定の論理信号（たとえばTTLま
たはCMOSロジツク）の要求に合致するような値
であつて、しきい値電圧回路５２により発され
る。トランジスタ３６Ａ，３６Ｂのコレクタは抵
抗５６Ａ，５６Ｂをそれぞれ介してバイアス電圧
線５８に接続される。バイアス電圧線５８の電圧
はバイアス発生回路６０により一定に保たれる。
整合されたトランジスタ６４Ａ，６４Ｂより成る
第２の差動対６２は、抵抗５６Ａ，５６Ｂの端子
間電圧により制御され、第２差動対６２中のトラ
ンジスタは、端子１６に加えられた信号に応じて
どちらかが導通状態となり、電流源トランジスタ
１０からの電流を出力電流加算母線１８またはア
ース線２０のいずれかへ流す。
第１図に示すように、上位３桁のビツトに対応
する電流源トランジスタ１０．１，１０．２，１
０．３のエミツタ面積は４：２：１で、電流密度
は一様になるようにされている。トランジスタ１
０．１〜１０．３のベースは互いに直結され、ベ
ース電圧制御回路２５の出力端子に接続されてい
る共通ベース線２４から電圧が供給される。制御
回路２５は演算増幅器２６を含む。この増幅器は
直列接続された基準トランジスタ２８，３０を流
れる電流を、基準電圧電源３２と基準抵抗３４と
により発生された一定の基準電流と比較し、基準
トランジスタ３０のベース電圧を調節してトラン
ジスタ３０を流れる電流を一定に保つ。基準トラ
ンジスタ３０のベース電圧の調節は電流源トラン
ジスタ１０．１〜１０．３を流れる電流を一定に
保つ。第１図の変換器DA１は電源３２の基準電
圧を被乗数値の１つとして変えることにより、乗
算変換器として機能できる。この場合には、乗数
はデジタル入力数である。基準電圧の大きさは、
全てのビツト電流の大きさを制御する。その理由
は、ビツト電流が抵抗３４を流れる基準電流によ
つて変るように、増幅器２６が共通ベース線２４
の電圧を決めるからである。
本発明においては、電流源トランジスタ１０．
３〜１０．８は等しい導電面積のエミツタを有
し、しかもそれらのトランジスタを流れる電流が
２進重みづけパターンとなつているから、それら
のトランジスタが種々のレベルの電流を流してい
る時には、種々の電流密度と、種々のベース・エ
ミツタ間電圧ＶBEで作動している。本発明によれ
ば、互いに続いている電流源トランジスタ１０．
３〜１０．８のベースは抵抗Ｒ（たとえば150オ
ーム）を介して接続され、トランジスタ１０．８
のベースには電流供給線７１を介して電流発生器
７０が接続されている。そして直列に接続された
抵抗Ｒを通じて電流ＩTを流して、各抵抗Ｒの端
子間に電圧ΔＶBEを発生させる。この電圧ΔＶBE
は、２対１の電流密度で動作させられる互いに続
いている電流源トランジスタのベース・エミツタ
間電圧の差に対応し、絶対温度とともに変化す
る。その結果、トランジスタ１０．３〜１０．８
のエミツタ電圧は互いに等しくなるとともに、ト
ランジスタ１０．１，１０．２のエミツタ電圧に
も等しくなる。更に、抵抗Ｒを流れる電流ＩTは
絶対温度とともに変化するから、この抵抗Ｒの端
子間に生ずる電圧降下ΔＶBEは、ベース・エミツ
タ間の電圧ＶBEの温度による変化を補正し、エミ
ツタ電圧は温度に対して安定となり、変換器の重
みづけられた電流のレベルを正確にして、正確な
デジタル−アナログ交換を行わせる。
次に、電流発生器７０について説明する。この
電流発生器７０はトランジスタ１０．８のベース
に接続されている電流供給線７１と、負電源線７
２との間に接続されている。NPNトランジスタ
７４，７６はそれらのベースが互いに直結され、
エミツタ面積は１：２の比率で定められ、トラン
ジスタ７４，７６に等しい電流を流してやるよう
に構成される。これらの電流は加算点８０で加え
合わされる。2Rの抵抗値（300オーム）を有する
抵抗８２が、トランジスタ７４と７６のエミツタ
の間に接続され、低い電流密度で動作しているト
ランジスタ７６を通じて加算点８０まで電流を流
させる。トランジスタ７４，７６のベース・エミ
ツタ間電圧の差ΔＶBEがエミツタ抵抗８２の端子
間に現れ、その抵抗にΔＶBE／2Rの電流を流さ
せる。回路の反対側ではトランジスタ７４に等し
い電流が流れるから、和電流ＩTは次式で与えら
れる。
ＩT＝ΔＶBE／Ｒ 電流ＩTが電流源トランジスタ１０．３〜１
０．８の間に接続されている抵抗Ｒを通じて流れ
ると、各抵抗Ｒの端子間に電圧ＩT×Ｒ＝ΔＶBE
が生ずる。この電圧は２：１の電流密度比に関連
する希望のベース・エミツタ間の電圧の差であ
る。この電圧は次式に従い、トランジスタ７４，
７６の絶対温度に比例する。
ΔＶBE＝ｋＴ／ｑln2 ここで、Ｔはトランジスタ７４，７６の絶対温
度であるが、電流源トランジスタ１０の絶対温度
もこの値に近いと見てよい。ｋはボルツマンの定
数、ｑは電子の負荷の絶対値である。
トランジスタ７４，７６は等しい電流を流させ
るトランジスタ回路７８は、トランジスタ７４，
７６との相補形のトランジスタ８４，８６の平衡
対により構成される。トランジスタ８４，８６の
エミツタは互いに接続されるとともに電流供給線
７１に接続され、ベースは互いに直結され、コレ
クタはトランジスタ７４，７６のコレクタにそれ
ぞれ接続される。第１図に示すように、トランジ
スタ８６及び７４のベースとコレクタとは互いに
接続される。このような回路構成はカレントミラ
ーとして機能し、トランジスタ７６のコレクタ電
流がトランジスタ７４のコレクタ電流よりも小さ
いときには、ループを再生状態にして、両方のコ
レクタ電流が等しくなるまで増加する。
電流発生器７０は安定な「オフ」状態を持つか
ら、再生動作が開始するように、トランジスタに
電流を流させるスタート回路８８が設けられる。
スタート回路８８はピンチ・オフ抵抗９０を有
し、このピンチ・オフ抵抗９０はトランジスタ７
４，７６のベースに接続され、かつコレクタとベ
ースが短絡されたNPNトランジスタ９２のベー
スからエミツタへの回路を介して負電源線７２に
接続される。スタート回路８８には約３マイクロ
アンペアの電流が流れて再生動作が開始される。
電流ＩTの典型的な値は約0.12ｍＡである。これ
はスタート回路８８を流れる電流からは大きな影
響は受けない。
ベース間抵抗Ｒを流れる電流は、電流ＩTに電
流源トランジスタ１０．４〜１０．８のベース電
流が加え合わされるので、上位のビツトで最も影
響を受ける。しかし、これらのベース電流の影響
は小さく、ベース間抵抗Ｒの抵抗値を上位ビツト
の近くで少し小さくするように調節することによ
り補正できる。補償を行う１つの方法はベース間
抵抗Ｒに並列にピンチ・オフ抵抗を使用すること
である。ピンチ・オフ抵抗の抵抗値は直流電流増
幅率ｈFEに比例し、したがつてベース電流補償の
ために使うことができる。
第２図はべつの電流発生器１００を示す。これ
は電流発生器７０と同様に、絶対温度に比例して
変化する電流ＩTを発生するもので、エミツタの
面積比が１：２の第１の第２のトランジスタ７
４，７６と、抵抗値が2Rのエミツタ抵抗８２を
有する。再生的に結合されたトランジスタ回路１
０２によつてトランジスタ７４，７６に等しい電
流が流される。トランジスタ１０２は電流発生器
７０内のトランジスタ回路７８よりも、等しい電
流を流させる動作をより正確に行う。トランジス
タ回路１０２は平衡のとれた第１のNPNトラン
ジスタ対１０４，１０６と、平衡のとれた第２の
PNPトランジスタ対１０８，１１０と平衡のとれ
た第３のPNPトランジスタ対１１２，１１４とか
らなる。トランジスタ１１２，１１４のエミツタ
は電流供給線７１に接続され、三対のトランジス
タは図示のように再生的に結合されて、回路の両
側辺に流れる電流が等しくなるようにさせる。ス
タート電流はFET１１６により供給される。
FET１１６のゲートは負電源線７２に接続さ
れ、ソースとドレインはトランジスタ１０４のコ
レクタとエミツタにそれぞれ接続される。FET
１１６を流れる電流は回路をスタートさせるとき
には十分大きいが、回路が再生動作をひとたび開
始したときにはその動作に影響を及ぼさないよう
に十分に小さい。電流発生器１００は、 ＩT＝ΔＶＢＥ／Ｒ＝ＫＴ／ｑln2 で与えられる電流ＩTを供給する。電流発生器１
００により発生される電流は絶対温度に正確に比
例するから、Ｄ／Ａ変換器は良好な温度特性をも
つ。
したがつて、電流発生器７０，１００とベース
間抵抗Ｒを用いることにより、電流源トランジス
タ１０．３〜１０．８のように一様なエミツタ面
積を有するトランジスタを、温度ドリフトに起因
する誤差が生じることなしに、デジタル−アナロ
グ変換器で効果的に使用できることになる。これ
を行う手段は、スイツチング素子１４、ベース電
圧制御回路２５と完全に両立し、更に一部にエミ
ツタ面積の異なる電流源トランジスタ１０．１〜
１０．３が使われていてもよいので、Ｄ／Ａ変換
器にとつて非常に有効である。本発明に従えば、
いくつかの、あるいは全ての電流源トランジスタ
は一様なエミツタ面積を持つたものにすることが
できるから、Ｄ／Ａ変換器に必要なICチツプの
面積を大幅に節約できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるデジタル−アナログ変換
器の回路図、第２図は本発明によるＤ／Ａ変換器
に組み込まれる別の電流発生器の回路である。 なお図面に用いた符号において、１０……電流
源トランジスタ、１２……抵抗重みづけ回路網、
１４……スイツチング素子、１６……論理信号入
力端子、１８……出力電流加算母線、２０……ア
ース線、２５……ベース電圧制御回路、７０，１
００……電流発生器、７１……電流供給線であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の重みづけパターンに従つて異なるレベ
    ルの電流が流れるように構成されている複数の電
    流源トランジスタを具備する型式のデジタル−ア
    ナログ変換器において、 前記異なるレベルの電流が流れる時に異なる電
    流密度で動作しこのために異なるベース・エミツ
    タ電圧で動作するように構成されている複数の電
    流源トランジスタと、 互いに続いている前記電流源トランジスタのベ
    ースの間に接続されている抵抗手段と、 互いに続いている前記電流源トランジスタのベ
    ース・エミツタ間の電圧の差に対応しかつ絶対温
    度によつて変化する電圧を前記抵抗手段に発生さ
    せるための手段とを夫々具備し、 これによつて、互いに続いている前記電流源ト
    ランジスタの各エミツタ電圧をそれぞれ等しくし
    かつ温度に対して安定させ、これによつて、重み
    づけされた電流のレベルを正確にして正確なデジ
    タル−アナログ変換を行うようにしたことを特徴
    とするデジタル−アナログ変換器。 ２ 複数個の論理信号入力端子１６と、「ビツ
    ト」出力電流が流れる複数個の電流源トランジス
    タ１０と、 前記複数個の論理信号入力端子１６からの論理
    信号の論理値によつて、前記電流源トランジスタ
    １０に流れる前記「ビツト」出力電流を出力電流
    加算母線１８に流すか、アース線２０に流すかの
    どちらかに切り替える複数個のスイツチング素子
    １４と、 前記複数個の電流源トランジスタ１０のベース
    間をビツトの位の順に次々に接続する複数個の抵
    抗Ｒと、 出力端子が、前記複数個の電流源トランジスタ
    １０のうち最上位のビツトの「ビツト」出力電流
    が流れる電流源トランジスタ１０．３のベースに
    接続されて、前記複数個の電流源トランジスタ１
    ０にベース電圧を供給するベース電圧制御回路２
    ５と、 前記複数個の電流源トランジスタ１０のエミツ
    タに接続されて、これらの電流源トランジスタ１
    ０に流れる前記「ビツト」出力電流の値をビツト
    の位によつて重みづける抵抗重みづけ回路網１２
    と、 前記複数個の電流源トランジスタ１０のうち最
    下位のビツトの「ビツト」出力電流が流れる電流
    源トランジスタ１０．８のベースに電流供給線７
    １を介して接続されて、前記複数個の電流源トラ
    ンジスタ１０のベース間に接続された前記抵抗Ｒ
    に、前記複数個の電流源トランジスタ１０の絶対
    温度に比例する電流ＩTを流し、前記抵抗Ｒの端
    子間に電圧ΔＶBEを発生させ、前記複数個の電流
    源トランジスタ１０のベース・エミツタ間の電圧
    ＶBEの温度による変化を補正し、エミツタ電圧を
    安定させて、前記「ビツト」出力電流を温度に対
    して安定する電流発生器７０，１００とをそれぞ
    れ具備する特許請求の範囲第１項記載のデジタル
    −アナログ変換器。
JP61031749A 1975-03-21 1986-02-15 デジタル‐アナログ変換器 Granted JPS61210723A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US560954 1975-03-21
US05/560,954 US3940760A (en) 1975-03-21 1975-03-21 Digital-to-analog converter with current source transistors operated accurately at different current densities

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61210723A JPS61210723A (ja) 1986-09-18
JPS6238894B2 true JPS6238894B2 (ja) 1987-08-20

Family

ID=24240053

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