DE2719471A1

DE2719471A1 - Zweistufiger kapazitiver analog- digital- und digital-analogwandler

Info

Publication number: DE2719471A1
Application number: DE19772719471
Authority: DE
Inventors: Yen Sung Yee
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-05-10
Filing date: 1977-05-02
Publication date: 1977-12-01
Also published as: FR2351544A1; US4077035A; FR2351544B1; CA1091352A; GB1518482A; IT1113584B; JPS52136552A

Description

271947

Böblingen, 25. April 1977 heb-pi

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen d. Anmelderin: YO 975 062

Vertreter:

Patentanwalt Dipl.-Ing. H. E. Böhmer 7030 Böblingen

Bezeichnung:

Zweistufiger kapazitiver Analog-Digital- und Digital-Analogwandler

709fHfi/0785

Zweistufiger kapazitiver Analog-Digital- und Digital-Analogic andler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zweistufen kapazitiven Analog-Digital- bzw. Digital-Analogwandler mit binär gewichteten Kapazitäten und insbesondere eine Schaltungsanordnung mit zwei gleichartig aufgebauten Stufen von gewichteten Kapazitäten, die über einen Koppelkondensator miteinander verbunden sind und in Kombination mit einem Rückopplungsverstärker arbeiten.

Beschreibung des Standes der Technik

Die am 17. Juni 1975 ausgegebene US-Patentschrift 3 890 610 mit dem Titel "High Precision Digital-To-Analog Converters" betrifft einen Digital-Analogwandler mit in einer Reihe von Leiternetzwerken angeordneten Widerständen, die den Binärziffern entsprechen, in Kombination mit einem Rückkopplungsverstärker, der als niedrige Impedanz wirkt.

Die am 17. September 1974 ausgegebene US-Patentschrift 3 611 356 mit dem Titel "Digital-to-Analog Translator" und die am 17. September 1974 ausgegebene US-Patentschrift 3 836 906 mit dem Titel "Digital-To-Analog Converter Circuit" sind Beispiele von Schaltungen, die gewichtete Kapazitäten benutzen.

Weiterhin sind noch folgende Veröffentlichungen zum Stand der Technik von Interesse:

US-Patentschrift 3 651 518

US-Patentschrift 3 665 458

US-Patentschrift 3 906 488.

Keine dieser Druckschriften offenbart einen zweistufigen mit gewichteten Kapazitäten gemäß den Prinzipien der Erfindung

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aufgebauten Digital-Analogwandler.
Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung 1st es, eine neuartige, genauer arbeitende und leichter herstellbare Schaltunganordnung fUr Analog-Digital- und Digital-Analogwandler aus einem zweistufigen Kapazitätsnetzwerk zu schaffen, dessen beide Stufen über einen Koppelkondensator miteinander verbunden sind. Dabei soll außerdem ein invertierender Rückkopplungsverstärker eingesetzt werden. Vorzugsweise soll dabei ein Digital-Analog- und ein Analog-Digitalwandler mit einem Kapazitätsnetzwerk geschaffen werden, bei welchem die Größe der Kapazitäten für digitale Signale mit einer Länge von η Bit zwischen 1 und 2 ⁽ⁿ' ' variiert, wobei die für die Kapazitäten erforderliche Fläche wesentlich verringert ist.

Insbesondere soll diese neue Schaltungsanordnung für Digital-Analog- bzw. Analog-Digitalwandler unter Verwendung von monolithischer Metall-Oxid-Siliziumtechnik hergestellt werden, wodurch die Auswirkungen parasitärer Kapazitäten beseitigt werden. Dadurch soll es möglich sein, die Digital-Analog- und Analog-Digitalwander mit hoher Geschwindigkeit bipolar zu betreiben, wobei kein Trimmen erforderlich ist.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Im einzelnen beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind den ebenfalls beigefügten Patentansprüchen Im einzelnen zu entnehmen.

In den Zeichnungen zeigt:

^10975062

Flg. 1 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäß aufgebauten Schaltung, die sich als Digital-Analogwandler einsetzen läßt und

Fig. 2 schematisch ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung in einer Kombination als Analog-Digitalwandler.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Digital-Analogwandler dargestellt. Die Schaltung enthält ein zweistufiges Kapazitätsnetzwerk, deren Stufen aus gleichartigen Bauelementen aufgebaut sind. Die erste Stufe enthält die Kondensatoren 10, 12, 14, 16, 18 und 20, die jeweils an einer Seite über Schalter 22, 24, 26, 28, 30 bzw. 32 angeschlosssen sind. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es möglich ist, die Schaltung unter Verwendung monolithischer Metall-Oxid-Siliziumtechnik herzustellen und in diesen Fällen sind die Diffusionsplatten (D*) der Kondensatoren 10 bis 20 über die Schalter 22 bis 32 angeschlossen. Die andere Seite jedes der Kondensatoren 10 bis 20 ist gemeinsam an einen Koppelkondensator 34 angeschlossen.

In gleicher Weise besteht die zweite Stufe des Netzwerkes aus den Kondensatoren 36, 38, 40, 42, 44 und 46, die an den Schaltern 48, 50, 52, 54, 56 bzw. 58 angeschlossen sind. Die Kondensatoren 36, 38, 40, 42, 44 und 46 sind gemeinsam an der Diffusionsplatte (D*) des Kondensators 34 und am Eingang eines Verstärkers 62 mit hohem Verstärkungsgrad angeschlossen.

Die Schalter 22 bis 32 und 48 bis 58 sind dabei so angeordnet, daß die Diffusionsplatten der Kondensatoren 10 bis 20 und 36

bis 46 in einer Schalterstellung an einer Bezugsspannungsquelle V. und in einer zweiten Schalterstellung an Erdpotential 60 angeschlossen sind.

^{Y0 975} °" 7096^/0785

Die Schalter 22 bis 32 und 48 bis 58 zeigen dabei symbolisch eine einfache Möglichkeit für eine Anzeige eines digitalen Signals durch Schalterstellungen an. In der Praxis wird dieses Digitalsignal natürlich elektronisch sein, und diese Schalter sind Feldeffekttransistoren und können beispielsweise innerhalb einer integrierten Schaltung in MOS-Technik aufgebaut sein.

Der Verstärker 62 ist als invertierender Verstärker geschaltet und weist einen Rückkopplungskondensator 64 auf, dessen durch Diffusion erzeugter Beleg am Eingang des Verstärkers angeschlossen ist. Ein Schalter 66 liegt parallel zu dem Kondensator 64, und der andere Eingang des Verstärkers 62 ist an Erdpotential angeschlossen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 62 wird mit V bezeichnet.

In Fig. 1 ist jeder Binärposition eines aus η Bit bestehenden umzusetzenden digitalen Wortes ein Schalter zugeordnet, daher ist im vorliegenden Beispiel η = 12. Normalerweise erstreckt sich in einem mit digital gewichteten Widerständen oder Kondensatoren aufgebauten Wandlerschaltung der Wertebereich für die Widerstände oder Kondensatoren bei η Bit von 1 bis 2ⁿ~ . In der vorliegenden Erfindung geht der Kapazitätsbereich von ; 1 bis 2*ⁿ' , wodurch die Auflösung der Schaltung verbessert! und die für die Kondensatoren auf dem Siliziumplättchen be- ! nötigte Fläche wesentlich verringert wird. Wenn somit die j

Kapazitäten 10 und 36 den Wert C haben, dann nimmt die Kapa- j zität der übrigen Kondensatoren in jedem Netzwerk in ganz- j zahlig gebrochenen Werten C/2, C/4, C/8 usw. bis auf i _c/2 (n/2-1) _{ώ( was} ^ vorliegenden Beispiel C/2⁵ = C/32 ist. Der Kondensator 64 hat einen Wert von 2C und der Koppelkondensator 34 einen Wert von C/32.

Im Betrieb wird zunächst der Schalter 66 geschlossen und entlädt damit den Kondensator 64, so daß während eines Umwand-

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lungszyklus keine Restladung vorhanden 1st, wobei während eines Umwandlungszyklus dieser Schalter geöffnet ist. Wenn der Schalter 66 geschlossen ist, dann sind alle Schalter 22 bis und 48 bis 58 an der Bezugsspannung V. angeschlossen. Damit liegt am Beginn eines Umwandlungszyklus auf dem oberen Beleg des Kondensators 36 für das höchstwertige Bit (Kondensator 20 ist die Kapazität für das kleinstwertige Bit) eine Ladung von Q = V. χ C. Auf dem oberen Beleg des Kondensators 38 liegt eine Ladung von Q/2, auf dem oberen Beleg des Kondensators 40 liegt eine Ladung von Q/4 usw. bis herunter zum Kondensator 46 auf dessen oberen Beleg eine Ladung von +Q/32 liegt.

Zu diesem Zeitpunkt ist es wichtig, darauf hinzuweisen, daß die andere Seite jedes der Kondensatoren 36, 38, 40, 42, 44 und 46 an einem gemeinsamen Knotenpunkt am Eingang des Verstärkers 62 angeschlossen ist und daß das Potential dieses Knotenpunktes sich nicht ändert und fest auf Null gehalten wird. Die Ausgangsspannung V ist dann gleich der über den Kondensator 64 übertragenen Ladung Q, dividiert durch den Wert 2C des Kondensators 64. Damit wird aber V₉ gleich Q übertra-

gen/2C, und die übertragene Ladung ist dabei die Ladung jedes der Kondensatoren 36 bis 46, die übertragen wird, wenn die zugehörigen Schalter von der Bezugsspannung auf Erdpotential 60 umgeschaltet werden.

Wenn beispielsweise der Schalter 48 von der Bezugsspannung ^Vbez ^nacn Erdpotential umgeschaltet wird, dann wird für die durch Schalter 48 dargestellte höchstwertige Bitposition die Ladung Q - V, χ C über den Kondensator 64 übertragen, und es wird V_a = +Q/2C = V₁₃₆₂ χ C/2C = V_bez/2. j

Wird der Schalter 50 vom V_faez nach Masse umgeschaltet, dann ist die übertragene Ladung Q = V. χ C/2 und V = V, χ

JDGZ £1 D6Z

C/2 χ 1/2C = Vj₃₆₂/⁴* ^In gleicher Weise wird beim Umlegen des

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Schalters 52 vom V. nach Masse die Ladung Q = V χ C/4 übertragen und V_& wird gleich Vj₃₆₅₅ χ C/4 χ 1/2C ■ V_bez/8.

Wenn in gleicher Weise die übrigen Schalter 54, 56 und 58 einzeln von Bezugspotential V, nach Erdpotential 60 umgeschaltet werden, dann werden am Ausgang des Verstärkers 62 entsprechende Werte von V gleich ^vv>_ez/16» ^Vbez^² ^¹**

V /64 erzeugt. Bei Digital-Analogwandlern bekannter Bauart werden mit fortschreitender Annäherung weitere Schritte

V. /128, ^VKe_Z/²⁵⁶» ^Vbez^^{512 usw}* ^durch entsprechende Auswahl der Kondensatoren dazu proportionaler Größe in der Weise erzeugt, daß der gesamte Bereich der ausgewählten Kondensatoren bei η = 12 von 1 bis 2ⁿ oder in 12 Schritten sich von 1 auf 2048 erstreckt. In der vorliegenden Erfindung werden das 7. bis 12. Bit unter Verwendung einer zweiten kapazitiven Stufe dargestellt, bei der die Größe der einzelnen Kondensatoren sich wiederum im Bereich zwischen 1 und 2ⁿ' ~ bewegt, d.h. im Beispiel der Fig. 1 mit C, C/2, C/4, C/8, C/16 und C/32 für die Kondensatoren 10, 12, 14, 16, 18 und 20. Dies bedeutet, daß bei Umschaltung des Schalters 22 von

V nach Masse die übertragene Ladung die gleiche sein muß

als wenn der Kondensator 10 anstelle von C den Wert C/64 hätte, um damit einen Wert der Ausgangsspannung von ^Va ^{= V}bez ^{x C}^^{64 x 1}^^{20 = V}bez^^{128 2U erzeu}9^en·

Dies wird aufgrund der Tatsache erreicht, daß der Eingangsknotenpunkt des Verstärkers 62 an Erdpotential festgehalten ist und sein Potential nicht verändert. Damit haben aber die !Kondensatoren der rechtsliegenden Stufe keine Einwirkung auf 'die Kondensatoren der linken Stufe. Wenn daher Schalter 22 vom Bezugspotential nach Erdpotential umgeschaltet wird, dann wird ein Spannungssprung AV erzeugt und über den Kondensator C34 übertragen. Außerdem liegt der Kondensator 34 parallel zum Kondensator 20 und erzeugt damit eine resultie-

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rende Kapazität von C/16, die außerdem parallel zum Kondensator 18 liegt und damit eine resultierende Kapazität von C/8 ergibt, die wiederum parallel zum Kondensator C16 eine resultierende Kapazität von C/4 ergibt, die wiederum zum Kondensator 14 parallel liegt und damit eine resultierende Kapazität C/2 liefert, die parallel zum Kondensator 12 eine Kapazität C ergibt, die parallel zum Kondensator 10 eine Kapazität von 2C liefert.

Wenn dann der Schalter 22 von Bezugspotential V. nach Erde umgeschaltet wird, dann beträgt die über Kondensator 34 liegende Spannung AV gleich V, χ C/2C. AV wird damit gleich

V, /2, was das gleiche ist wie V, χ C/64, wenn man die oez jDe ζ

über den Kondensator 64 übertragene Ladung betrachtet. Die am Ausgang des Verstärkers 62 auftretende Spannung V wird damit zu V_faez χ C/2C χ C/32 χ 1/2C = V^₂/128. Auf die gleiche Weise kann gezeigt werden, daß die Ausgangsspannung V , die dann erzeugt wird, wenn die Schalter 24, 26, 28, 30

und 32 jeweils für sich von V. nach Erdpotential umgeschaltet werden, zu V_bez/256, V_bez/512, V_bez/1O24, V_bez/2O48 und V_bez/4O96 wird.

Damit wird für jedes beliebige digitale Signal mit η Bit

(n = 12 in Fig. 1) eine Analogspannung dadurch erzeugt, daß

man das digitale Signal durch Umschalten der zugehörigen !Schalter 48 bis 58 und 22 bis 32 von V_bez nach Erdpotential

für 1-Bits und die den digitalen Nullen zugeordneten Schalter j auf Bezugspotential V_bez läßt, darstellt.

Diese Erläuterung läßt sich mathematisch ausdrücken wie folgt. Wenn das i-te Bit eine digitale 1 ist, dann wird der i-te Schalter nach Erdpotential umgeschaltet und der Verstärker j 62 integriert die auf die Einkopplung in seinen Eingangsknotenpunkt sich ergebende Ladung. Daraus ergibt ein positiver j Spannungssprung mit dem Wert V_ref(C/2ⁱ~¹) (1/2C) = V_bez 2¹

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bei V . Damit wird

el

12 .

^Va ⁼ Σ ^bi ^vbez^/2 wobei b_± - 1, digitale 1 ⁿ b. = O, digitale O

Aus der vorhergehenden Diskussion erkennt man, daß das zweistufige kapazitive Netzwerk ein digitales, aus η Bit bestehendes Signal in ein entsprechendes Analogsignal dadurch umwandelt, daß ein Gesamtnetzwerk von Kondensatoren benutzt wird, deren Wertebereich von 1 bis 2ⁿ'²"¹ statt von 1 bis 2ⁿ~¹ geht. In der besonders dargestellten Ausführungsform mit η = 12 geht der Kapazitätsbereich von 1 bis 32 statt von 1 bis 2048 (d.h. von C bis C/2048). Zusätzlich zu einem kleinerem Kapazitätsbereich, der eine erhöhte Genauigkeit liefert, wird auch die für die Kondensatoren benötigte Fläche verringert, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn der Wandler als integrierte Schaltung auf einem Halbleiterplättchen untergebracht werden soll.

Ferner enthalten diese Kondensatoren zwangsläufig ein durch Diffusion eingebrachten Kondensatorbeleg und die Verbindung dieses Kondensatorbeleges mit dem Substrat wirkt als Diode, die im wesentlichen eine nichtlineare Kapazität darstellt. Diese nichtlineare Kapazität wird durch eine parasitäre Kapazität 70 in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Da jedoch der Knotenpunkt, an dem die parasitäre Kapazität angekoppelt ist, potentialmäßig festliegt und nicht schwankt, hat diese parasitäre Kapazität keine Wirkung. Dies stellt einen weiteren wichtigen Vorteil der Erfindung dar.

Der Digital-Analogwandler, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben und dargestellt wurde, läßt sich auch als Baugruppe in einem Analog-Digitalwandlersystem gemäß Fig. 2 einsetzen. In Fig. 2 stellt dabei die Baugruppe 72 den in Fig. 1 dargestellten Digital-Analogwandler dar. Das Ausgangssignal

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V des Digital-Analogwandlers wird zusammen mit dem umzu-

wandelnden Analogsignal V einer Vergleichsstufe 74 zügeführt. Das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 74 wird einem 12-stufigen Speicherregister 76 zugeleitet, dessen einzelne Stufen jeweils mit den einzelnen Schaltern In dem Digital-Analogwandler 72 verbunden sind. Die Arbeitswelse des Speicherregisters 76 wird dabei durch eine Folge- und Taktgabelogik 78 gesteuert, die wiederum durch von dem Taktgenerator 80 kommende Systemtaktimpulse und durch einen Eingangsbefehl gesteuert wird.

Das in Fig. 2 gezeigte System arbeitet in einem binären Suchlauf. Zunächst wird der im Digital-Analogwandler 72 liegende Kondensator durch Schließen des Schalters 76 in seinen Ausgangs- oder Ruhezustand zurückgestellt, während alle digitalen Schalter 48 bis 58 und 22 bis 32 mit der Bezugsspannung V_bez verbunden werden. Anschließend werden alle Schalter 48 bis und 22 bis 32 wiederum mit Erdpotential 60 verbunden. Diese Umschaltung liefert am Ausgang des Verstärkers 62 und damit am Ausgang des Digital-Analogwandlers 72 in Fig. 2 ein Ausgangssignal V. . Anschließend wird der Schalter 48 für das höchstwertige Bit von Erdpotential auf Bezugspotential V, umgeschaltet. Dadurch wird eine negative Spannung -V, /2 erzeugt, die am Ausgang des Verstärkers 62 mit der Spannung ^Vbez ^{kombiniert und} ^am Ausgang des Digital-Analogwandlers 72 ein positives Ausgangspotential von V, /2 erzeugt, das in der Vergleichsstufe 44 mit dem eingangs zugeführten Analogsignal V verglichen wird. Das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 44 wird entweder positiv sein, wenn V größer ist als

Ji

V_bez/2 (d.h. ν_χ zwischen Vj^/2 und V_bez> oder negativ sein, was bedeutet, das V kleiner ist als V. /2, d.h., daß V

X J36Z X ι

zwischen Null und V, /2 liegt.

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- ψ-

Ist das Ausgangssignal des ersten Vergleichs positiv (+), dann wird der Schalter 48 wieder mit Erdpotential 60 verbunden, und der Schalter 50 für das nächstfolgende Bit wird auf V, umgelegt. Dadurch wird eine negative Spannung ~^vij_ez/4 erzeugt, die, am Ausgang des Verstärkers 62 kombiniert, ein positives Potential V. - ^v _bez/4 = ^V, /4 ²^^{1 Aus}9^an9 des Digital-Analogwandlers 72 erzeugt und dann für den zweiten Vergleich mit V benutzt wird.

War das Ausgangssignal des ersten Vergleichs negativ (-), dann wird der Schalter 48 in seiner Schaltstellung belassen, und der Schalter 50 für das nächst niedrigere Bit wird zum Anschluß an V. umgeschaltet. Dadurch entsteht eine negative Spannung "3V^ /4, die am Ausgang des Verstärkers 62, mit Vj₃₆₂ kombiniert, ein positives Potential von V_be2 -3V. /4 gleich V, /4 am Ausgang des Digital-Analogwandlers 72 erzeugt, das für den zweiten Vergleich benutzt wird.

Auf diese Weise wird eine Folge von Ausgangspotentialen am Ausgang des Digital-Analogwandlers 72 erzeugt, die der Folge ^Vbez^/2 i ^Vbez ^{/4 + V}bez^/8 ± ^Vbez^{/16 usw}* entspricht, und es werden solange Vergleiche durchgeführt, bis das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 74 Null ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Schalter 48 bis 58 und 22 bis 32, die mit Erdpotential 60 verbunden sind, digitale Einsen, und diejenigen, die mit V. verbunden sind, digitale Nullen darstellen, und die gesamte Anordnung der SchalterStellungen stellt dann 'eine digitale Darstellung des analogen Eingangssignal V dar.

Mit geringfügigen Abwandlungen kann der in Fig. 1 gezeigte Digital-Analogwandler in der in Fig. 2 gezeigten Schaltung

j als weiterer Analog-Digitalwandler eingesetzt werden, der auf eine andere Weise arbeitet. Eine Änderung bestünde bei-

!spielsweise darin, für jeden der Schalter 48 bis 58 und 22

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IS

bis 32 eine dritte Kontaktstellung vorzusehen, wobei jeder der dritten Kontakte mit dem eingangsseitig zugeführten Analogsignal ν_χ verbunden wäre. Die andere Änderung bestünde darin, die Eingangsleitung für die Vergleichsstufe 74 in Fig. 2 statt mit V , mit Erdpotential zu verbinden.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform besteht darin, daß zunächst alle Schalter 48 bis 58 und 22 bis 32 mit ν_χ verbunden sind und dann alle anschließend auf Erdpotential 60 umgeschaltet werden. Dadurch ergibt sich am Ausgang des Digital-Analogwandlers 72 ein positives Ausgangssignal V . Anschließend wird der Schalter 48 für das höchstwertige Bit auf V. umgelegt und erzeugt ein Potential von -V, /2, das in Kombination mit V am Ausgang des Digital-Analogwand-

Ji

lers 72 ein resultierendes Potential liefert, das entweder positiv (+) oder negativ (-) ist, abhängig vom jeweiligen Wert von V, in bezug auf V, /2 (d.h. entweder darüber oder

X JjGZ

darunter). Dieses Ausgangssignal des Digital-Analogwandlers 72 wird der Vergleichsstufe 74 zugeleitet, deren anderer Eingang auf Erdpotential liegt und die Vergleichsstufe 74 arbeitet nunmehr als Polaritätsdetektor.

Ist die Polarität positiv (+), dann ist dies eine Anzeige dafür, daß ν_χ zwischen V_bez/2 und V_bez liegt, und ist die Polarität negativ (-), so ist es eine Anzeige dafür, daß V zwischen V_fa /2 und Erdpotential liegt. Wird eine positive (+) Polarität festgestellt, wird der Schalter 48 auf Erdpotential umgelegt und der Schalter 50 für das nächste Bit wird auf

jV. umgeschaltet. Dadurch wird ein Potential vom -I erzeugt, das in Kombination mit V am Ausgang des Digital-

Ji

Analogwandlers 72 ein resultierendes Potential liefert, das entweder positiv (+) ist und damit anzeigt, daß V größer ist als ^3vw_ez/⁴# oder negativ (-), was anzeigt, daß V größer ist als V. /2 jedoch unterhalb 3ν^₂/4 liegt. Diese Bestimmung wird durch die Vergleichsstufe 74 vorgenommen.

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- yt -

Diese Folge wird solange fortgesetzt, bis V effektiv mit ^v _bez/2 ± ^vbez^/4 i ^Vbez^{/8 + V}bez^{/16 usw}* verglichen ist und bis das Ausgangssignal des Digital-Analogwandlers 72 Null ist. Die tatsächliche Stellung der Schalter 48 bis 58 und 22 bis 32 kennzeichnet die digitale Darstellung des eingangsseitig zugeführten Analogsignals V . Die mit Erdpotential verbundenen Schalter stellen die digitalen Einsen und die mit V, verbundenen Schalter die digitalen Nullen dar.

Im vorliegenden wurde eine neuartige Schaltung beschrieben, die für die Umwandlung von digital nach analog und von analog nach digital eingesetzt werden kann. Die Schaltung besteht aus zwei aus gewichteten Kapazitäten aufgebauten Netzwerken, die über einen Koppelkondensator an einem Knotenpunkt angeschlossen sind, der über einen Rückkopplungsverstärker an einem festen Potential angeschlossen ist. Wegen dieser Kombination ist der Wertebereich der für jedes Kondensatornetzwerk erforderlichen Gewichtungen kleiner als der Wertebereich, der bei einem einzigen Netzwerk erforderlich wäre. Durch dieses Merkmal der Erfindung wird die gesamte Kondensatoroberfläche beträchtlich verringert, was dann von ganz besonderer Bedeutung ist, wenn die Schaltung in MOS-Technik hergestellt wird.

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Lee

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Schaltungsanordnung zur Signalumwandlung mit einer Kette von Kondensatoren mit binär gewichteten Kapazitätswerten, welche wahlweise über einzeln zugeordnete Schalter anschaltbar sind sowie mit einem nachgeschalteten Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorkette aus zwei Teilketten mit je n/2 Kondensatoren besteht, deren Kapazitätswerte von C/2 bis C/2 abnehmende Werte aufweisen, wobei η eine ganze Zahl ist, daß ferner der Ausgangsverstärker (62) mit einem zwischen Eingang und Ausgang angeordneten Rückkopplungskondensator (64) versehen ist, daß ein Beleg aller Kondensatoren (36 - 46) der einen Teilkette an einem Knotenpunkt und damit am Eingang des Verstärkers (62) angeschlossen ist, daß ferner ein Beleg aller Kondensatoren (10 - 20) der zweiten Teilkette an einem zweiten Knotenpunkt angeschlossen ist, wobei die beiden Knotenpunkte über einen Koppelkondensator (34) miteinander gekoppelt sind, daß ferner η Schalter (22 32, 48 - 58) mit den anderen Belegen der Kondensatoren in der Weise verbunden sind, daß diese wahlweise entweder an mindestens ein oder ein zweites Bezugspotential (60) anschaltbar sind, so daß der Verstärker (62) den ersten Knotenpunkt konstant auf dem zweiten Bezugspotential (60) hält und die Schalter wahlweise zur Darstellung eines digitalen Signals zum Aufbauen von über die Kondensatoren führenden Stromkreisen an das erste Bezugspotential anschaltbar sind, woraus sich am Ausgang des Verstärkers ein der digitalen Signaldarstellung entsprechende Analogdarstellung (V )

el

ergibt.
2. Schaltunganordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (62) mit einer zweiten Eingangsklemme an dem zweiten Bezugspotential (60) angeschlossen ist.

^{Y0 975} °⁶² 709848/0785

ORIGINAL INSPECTED
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Rückkopplungskondensators (64) 2C beträgt und daß parallel zu diesem Kondensator ein Schalter (66) angeordnet ist.
4. Schaltunganordnung zur Signalumwandlung nach Anspruch

1 mit einer Analogsignalquelle mit einem Signalwandler gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Analogeingang (V ) und dem Digitalausgang (Va) des Signalwandlers (72) eine Vergleichsstufe (74) verbunden ist, die bei Vergleich der beiden Analogsignale miteinander ein entsprechendes Ausgangssignal liefert, daß an der Vergleichsstufe (74) zum Einspeichern des Vergleichssignals ein Speicherregister (76) angeschlossen ist, das außerdem mit den η Schaltern des Signalwandlers (72) für eine selektive Betätigung dieser Schalter gemäß dem Vergleichssignal zur wiederholten Erzeugung eines entsprechenden analogen Ausgangssignals am Ausgang des Verstärkers solange verbunden ist, bis das Vergleichssignal zu Null geworden ist, wobei dann die Einstellung der Schalter (22 - 32, 48 -58) die dem analogen Eingangssignal (V ) entsprechenden digitalen Zeichenfolge darstellt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Speicherregister eine Folge- und Taktgabelogik (78) angeschlossen ist, die durch einen Taktgenerator (80) angesteuert wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einer Analogsignalquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die η Schalter wahlweise an das erste Bezugspotential, an das zweite Bezugspotential (60) oder an das Analogeingangssignal anschaltbar sind, das ein Polaritätsdetektor an

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das zweite Bezugspotential und den Ausgang des Verstärkers (62) angeschlossen 1st und In Abhängigkeit von dessen Analogausgangssignal (V ) die Polarität

dieser Analogsignale erkennt und ein dieser Polarität entsprechendes Ausgangsslgnal liefert, daß an diesem Polaritätsdetektor ein Speicherregister (76) angeschlossen 1st, das außerdem noch mit den η Schaltern für eine selektive Betätigung dieser Schalter entsprechend dem Ausgangsslgnal des Polaritätsdetektors verbunden ist, und damit solange aufeinanderfolgende Analogausgangssignale des Verstärkers (62) erzeugt, bis das Ausgangssignal zu Null geworden ist, und die η Schalter in einer dem Analogeingangssignal entsprechenden digitalen Folge eingestellt sind.
7. Schaltunganordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherregister (76) mit einer Folge- und Taktgabelogik (78) verbunden ist, die durch einen Taktgenerator (80) gesteuert wird.

^{Y0 975 O62}