DE4130675A1 - Multiplizierender digital-analog-umsetzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen multiplizierenden Digital- Analog-Umsetzer mit einem R-2R-Kettennetzwerk, dessen Längswiderstände und dessen an den beiden Kettennetz­ werkenden liegenden Querwiderstände jeweils einen Wider­ standswert R und dessen übrige Querwiderstände einen doppelten Widerstandswert 2R aufweisen, wobei die den Längswiderständen abgewandten Enden der Querwiderstände mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt sind und die den Längswiderständen zugewandten Enden der Querwider­ stände Verbindungspunkte bilden.

Als multiplizierende Digital-Analog-Umsetzer werden solche Umsetzer bezeichnet, bei denen das analoge Ausgangssignal bezüglich seiner Amplitude abhängig ist von der Größe eines Stromes, der dem Umsetzer zugeführt wird. Dieser Strom wird bei einem Umsetzer mit einem R-2R-Kettennetz­ werk auf verschiedene Verbindungspunkte des Kettennetz­ werks geschaltet, wodurch in Abhängigkeit eines dem Umsetzer zugeführten und in den analogen Bereich umzu­ setzenden Digitalsignals am Ausgang entsprechende Spannungen bzw. Ströme auftreten. Wird nun dieser dem Digital-Analog-Umsetzer von außen zugeführte Strom zusätz­ lich in seiner Größe variiert, so wirkt sich dieses auch auf die Amplitude des Ausgangssignals des Umsetzers aus.

Derartige multiplizierende Digital-Analog-Umsetzer können also zur Amplitudeneinstellung eines Wechselstromsignals, das dem dem Umsetzer zugeführten Strom überlagert ist, eingesetzt werden. In Abhängigkeit des Digitalwortes wird dann auch die Amplitude dieses Wechselstromsignals ent­ sprechend der Zustände der Bits des Digitalwortes verändert. Darüber hinaus wird jedoch auch der Strom, dem der Wechselstrom überlagert ist, in Abhängigkeit der Zustände der Bits verändert. Es tritt also am Ausgang des Umsetzers nicht nur der in seiner Amplitude variierte Wechselstrom auf, sondern auch ein solcher Spannungs- bzw. Stromwert, der der Umsetzung des konstanten Stroms entsprechend der Zustände der Bits des Digitalwortes dem analogen Bereich entspricht. Dem Wechselstrom bzw. Spannungssignal am Ausgang des Umsetzers ist also gleichsam eine Art Gleichstrom bzw. Spannung überlagert. Dieses Signal wird im folgenden als Offset­ signal bezeichnet.

In vielen Anwendungsfällen sind die zeitlichen Änderungen derartiger Offsetsignale unerwünscht, da beispielsweise für die Einstellung eines Lautstärkesignals mittels eines solchen multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzers solche Spannungs- bzw. Stromsprünge unerwünscht sind, da sie hörbar werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den eingangs genannten multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Einstellung eines Wechselstrom- bzw. Spannungssignals möglich wird, wobei gegebenenfalls ein völliger oder auch teilweiser Potentialausgleich erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - das Kettennetzwerk für ein n-Bit breites, dem Umsetzer zugeführtes Digitalsignal (n + m) Verbindungspunkte aufweist, wobei n, m ganze natür­ liche Zahlen größer Null sind,
• - der Verbindungspunkt (n + m) das Ausgangssignal des Umsetzers liefert,
• - eine erste Stromspiegelanordnung vorgesehen ist, die einen konstanten ersten Strom liefert, der den Ver­ bindungspunkten (1 + m) bis (n + m) einzeln auf­ schaltbar ist, wobei das niedrigswertige Bit des Digitalsignals dem Verbindungspunkt (1 + m) und das höchstwertige Bit dem Verbindungspunkt (n + m) zugeordnet ist und wobei der erste Strom nur auf diejenigen Verbindungspunkte geschaltet wird, deren zugeordnetes Bit einen ersten Zustand hat, und
• - eine zweite Stromspiegelanordnung vorgesehen ist, die einen konstanten zweiten Strom liefert, welcher größer ist als derjenige der ersten Stromspiegel­ anordnung und der den Verbindungspunkten 1 bis n einzeln aufschaltbar ist, wobei das niedrigstwertige Bit dem Verbindungspunkt 1 und das höchstwertige Bit dem Verbindungspunkt n zugeordnet ist und wobei der zweite Strom nur auf diejenigen Verbindungspunkte geschaltet wird, deren zugeordnetes Bit einen zweiten Zustand hat.

Diese Maßnahmen gestatten es, mittels des Umsetzers ein ihm zugeführtes Wechselstromsignal bezüglich seiner Amplitude in Abhängigkeit des dem Umsetzer ebenfalls zugeführten Digitalsignals bezüglich seiner Amplitude ein­ zustellen. Dabei ist ein völliger Potentialausgleich möglich, d. h. das in seiner Amplitude eingestellte Wechselstromsignal erscheint im Ausgang, ohne durch sich in ihrer Größe ändernde Gleichanteile überlagert zu sein.

Wird dem Umsetzer ein n-Bit breites Digitalsignal zuge­ führt, in dessen Abhängigkeit das Wechselstromsignal bezüglich seiner Amplitude verändert werden soll, so sind für das Kettennetzwerk (n + m) Verbindungspunkte vorzu­ sehen, wobei (n + m) ganze natürliche Zahlen größer Null sind. Der Wert m kann im Prinzip frei gewählt werden, wird jedoch aus Gründen des möglichst geringen Aufwands der Schaltung gleich 1 oder gleich 2 gewählt werden.

Bei diesem Kettennetzwerk mit (n + m) Verbindungspunkten liefert der letzte Verbindungspunkt, also der Verbindungs­ punkt (n + m) des Ausgangssignals des Umsetzers.

Es sind zwei Stromspiegelanordnungen vorgesehen, welche jeweils einen konstanten Strom liefern. Die beiden Ströme haben verschiedene Größe und werden entsprechend der Wertigkeit der Bits nicht jeweils auf die gleichen Ver­ bindungspunkte geschaltet.

Weist das Kettennetzwerk (n + m) Verbindungspunkte auf, so ist der erste Strom einer ersten Stromspiegelanordnung auf die Verbindungspunkte (1 + m) bis (n + m) einzeln auf­ schaltbar. Dabei ist jedem Verbindungspunkt genau 1 Bit des Digitalsignals zugeordnet, und zwar in der Weise, daß dem Verbindungspunkt (1 + m) das niedrigstwertige Bit und dem Verbindungspunkt (n + m) das höchstwertige Bit zuge­ ordnet ist. Der erste Strom, den die erste Stromspiegel­ anordnung liefert, wird nun auf diejenigen Verbindungs­ punkte geschaltet, deren zugeordnetes Bit einen ersten Zustand hat, beispielsweise den Zustand high.

Die zweite der beiden Stromspiegelanordnungen liefert einen konstanten zweiten Strom, welcher größer ist als diejenige der ersten Stromspiegelanordnung. Dieser Strom ist auf die Verbindungspunkte 1 bis n einzeln aufschalt­ bar. Hier ist das niedrigstwertige Bit dem Verbindungs­ punkt 1 und das höchstwertige Bit dem Verbindungspunkt (n) zugeordnet. Auch dieser Strom wird in Abhängigkeit der Zustände der zugeordneten Bits dann auf den jeweils zu­ geordneten Verbindungspunkt geschaltet, wenn das zuge­ ordnete Bit einen zweiten Zustand hat, beispielsweise den Zustand low.

Im Ergebnis werden also die beiden Ströme, die die Strom­ spiegelanordnungen liefern, um (m) Verbindungspunkte ver­ setzt auf die (n + m) Verbindungspunkte geschaltet. Bei entsprechender Wahl der Größe des ersten und des zweiten Stromes und bei geeigneter Wahl der Zahl (m) kann damit erreicht werden, daß am Ausgang unabhängig vom Zustand der Bits des Digitalwortes bei konstantem ersten und konstantem zweiten Strom immer das gleiche Offsetsignal erscheint. Wird beispielsweise (m = 1) gewählt und der zweite Strom doppelt so groß gewählt wie der erste Strom, so ist diese Bedingung erfüllt. Dies rührt daher, daß beispielsweise dann, wenn das höchstwertige Bit des Digitalwortes High-Pegel hat, dem Verbindungspunkt Vm + 1 der erste Strom zugeführt wird. Hat das höchstwertige Bit des Digitalwortes dagegen den Wert low, so wird der zweite Strom dem Verbindungspunkt Vn zugeführt. Dieser Strom ist genau doppelt so groß wie der Strom I₁, wird jedoch durch das Kettennetzwerk halbiert, so daß am Ausgang nur der halbe Wert auftritt. Unabhängig von dem Zustand des höchstwertigen Bits tritt also am Ausgang immer das gleiche Offsetsignal auf. Entsprechendes gilt auch für die übrigen Bits des Digitalsignals.

Es kann nun also beispielsweise der Strom I₁ in seiner Größe verändert werden, was zur Folge hat, daß dieser vollständige Potentialausgleich nicht mehr stattfindet, so daß am Ausgang Stromwerte bzw. Spannungswerte auftreten, die in Abhängigkeit der Zustände der Bits des Digital­ wortes veränderbar sind.

Dieser Digital-Analog-Umsetzer ist also als multi­ plizierender Umsetzer einsetzbar, wobei ein teilweise oder vollständiger Potentialausgleich möglich ist.

Für praktische Anwendungen wird der Digital-Analog- Umsetzer im allgemeinen so ausgelegt sein, daß die beiden von den Stromspiegelanordnungen gelieferten Gleichströme konstante Werte haben. Es wird dann, wie nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, der von der ersten Stromspiegelanordnung gelieferte Gleichstrom von einem Wechselstrom überlagert, der in dem Ausgangssignal des Umsetzers mit in Abhängigkeit des Digitalsignals ver­ änderter Amplitude enthalten ist.

Soll diese Einstellung der Amplitude des Wechselstrom­ signals mit vollständigem Potentialausgleich erfolgen, d. h. soll das in seiner Amplitude eingestellte Signal am Ausgang des Umsetzers nicht von einem sich in Abhängigkeit der Zustände des Bits des Digitalsignals verändernden Gleichstromsignal überlagert sein, so ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß für diesen voll­ ständigen Potentialausgleich des Ausgangssignals der Wert des Stromes I₂ der zweiten Stromspiegelanordnung das (2·m)-fache des Wertes des Stromes I₁ der ersten Strom­ spiegelanordnung beträgt.

Damit gestattet der multiplizierende Digital-Analog- Umsetzer eine Einstellung der Amplitude des Wechselstrom­ signals ohne störende Nebeneffekte. Die Gesamtschaltung bleibt dabei gegenüber anderen Lösungen in ihrem Aufbau sehr einfach und hat darüber hinaus den Vorteil, relativ rauscharm zu sein.

Für gegebenenfalls gewünschten nur teilweisen Potential­ ausgleich besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Möglichkeit, den Wert des Stromes I₂ der zweiten Stromspiegelanordnung ungleich dem (2·m)-fachen des Wertes I₁ der ersten Stromspiegelanordnung zu wählen.

Für die meisten Anwendungsfälle ist es hinreichend, wie nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen ist, (m = 1) zu wählen. Es ist dann also ein Verbindungspunkt mehr in dem Kettennetzwerk vorgesehen als das Digitalwort Bits aufweist. In diesem Beispielsfalle ist für vollständigen Potentialausgleich der Strom I₂ doppelt so groß wie der Strom I₁ zu wählen. Die beiden Stromspiegelanordnungen sind so auszulegen, daß sie möglichst konstante und rauscharme Ströme liefern.

Dazu ist für die erste Stromspiegelanordnung vorgesehen, daß sie einen ersten Transistor, dessen Kollektor der Strom I₁ zugeführt wird, dessen Emitter, vorzugsweise über einen Widerstand, mit Bezugspotential verbunden ist und dessen Kollektor und Basis miteinander verbunden sind, und zweite Transistoren aufweist, von denen je einer jedem der Verbindungspunkte (1 + m) bis (n + m) zugeordnet ist und mit seinem Kollektor mit dem zugeordneten Verbindungspunkt und mit seinem Emitter, vorzugsweise über einen Wider­ stand, mit Bezugspotential verbunden ist, wobei die Basen der zweiten Transistoren mit der Basis des ersten Transistors verbunden sind.

Derjenige Strom, den die erste Stromspiegelanordnung liefert, nämlich der Strom I₁, wird dieser Anordnung von außen zugeführt und wird durch die verschiedenen Strom­ spiegel, die der erste Transistor mit dem zweiten Transistoren bildet, in konstanter Größe den zugeordneten Verbindungspunkten zugeführt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist für die zweite Stromspiegelanordnung vorgesehen, daß sie einen ersten Transistor, dessen Kollektor der Strom I₂ zugeführt wird, dessen Emitter, vorzugsweise über einen Widerstand, mit Bezugspotential verbunden ist, und einen zweiten Transistor aufweist, dessen Basis der Strom I₂ zugeführt wird, dessen Kollektor eine Versorgungsspannung zugeführt wird und dessen Emitter mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, und daß die zweite Strom­ spiegelanordnung n dritte Transistoren aufweist, von denen je einer jedem der Verbindungspunkte 1 bis n zugeordnet ist und mit seinem Kollektor dem zugeordneten Verbindungs­ punkt und mit seinem Emitter, vorzugsweise über einen Widerstand, mit Bezugspotential verbunden ist, wobei die Basen der dritten Transistoren mit der Basis des ersten Transistors über Widerstände R′1, R′2 bzw. R′3 verbunden sind.

Die zweite Stromspiegelanordnung ist ähnlich aufgebaut wie die erste, jedoch mit dem Unterschied, daß zusätzlich ein zweiter Transistor vorgesehen ist, welcher kollektorseitig mit einer Versorgungsspannung verbunden ist. Damit wird erreicht, daß bei relativ großem Strombedarf der Schaltung die Größe der auf die Verbindungspunkte geschalteten Ströme nahezu konstant bleibt.

Für diese beiden Stromspiegelanordnungen mit jeweils intern einigen Stromspiegelschaltungen ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß die Basen der dritten Transistoren der zweiten Stromspiegelanordnung über je einen zugeordneten Schalter auf Bezugspotential schaltbar sind, welche in Abhängigkeit des Zustands des jeweils zugeordneten Bits des Digitalsignals geschaltet wird, und daß die Ströme I₁ bzw. I₂ der beiden Strom­ spiegelanordnungen so gewählt werden, daß bei geöffnetem Schalter der jeweils zugeordnete zweite Transistor der ersten Stromspiegelschaltung sperrt und der jeweils zu­ geordnete dritte Transistor der zweiten Stromspiegel­ anordnung leitend geschaltet ist und daß bei geschlossenem Schalter der jeweils zugeordnete zweite Transistor der ersten Stromspiegelanordnung leitend geschaltet ist und der zugeordnete dritte Transistor der zweiten Strom­ spiegelanordnung sperrt.

Durch diese Verschaltung der beiden Stromspiegel­ anordnungen und die geeignete Wahl der Ströme I₁ bzw. I₂ der beiden Stromspiegelanordnungen genügt ein einfacher Schalter, der zwischen die Basis der dritten Transistoren der zweiten Stromspiegelanordnung und Bezugspotential geschaltet ist. Für jedes Bit des Digitalsignals bzw. für jeden dritten Transistor der zweiten Stromspiegelanordnung ist dann ein Schalter vorgesehen, der entsprechend dem Zustand des zugeordneten Bits geschaltet wird. Durch die Umschaltung dieses Schalters, der im Normalfall als elek­ tronischer Schalter ausgelegt sein wird, wird dann ent­ sprechend dem Zustand des zugeordneten Bits entweder der zugeordnete zweite Transistor der ersten Stromspiegel­ anordnung oder der zugeordnete dritte Transistor der zweiten Stromspiegelanordnung leitend geschaltet. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Ströme, die diese beiden Transistoren auf die Verbindungspunkte schalten, auf verschiedene Verbindungspunkte geschaltet werden, wie dies oben erläutert wurde. So wird beispielsweise in Abhängigkeit des Zustandes des höchstwertigen Bits der Strom der ersten Stromspiegelanordnung auf den Ver­ bindungspunkt Vn + m geschaltet, während der Strom der zweiten Stromspiegelanordnung in Abhängigkeit dieses Bits auf den Verbindungspunkt Vn geschaltet wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Ver­ wendung des Digital-Analog-Umsetzers für ein Audio- und/oder Video-Wiedergabegerät zur Beeinflussung der Amplitude eines dem ersten konstanten Strom überlagerten Analogsignals vor, insbesondere eines Lautstärke-, Kontrast- oder Farbsättigungssignals eines Farb­ fernsehgerätes. Da für den dem ersten Strom überlagerten Wechselstrom, der mittels des Umsetzers bezüglich seiner Amplitude einstellbar ist, ein vollständiger oder auch teilweiser Potentialausgleich möglich ist, ist ein Einsatz eines derartigen multiplizierenden Umsetzers für praktisch alle Audio- und/oder Videogeräte möglich. Insbesondere in einem Fernsehgerät sind eine Fülle von analogen Einstellwerten bezüglich ihrer Amplitude zu verändern, wobei teilweise vollständiger Potentialausgleich erwünscht ist. Dies gilt beispielsweise für Lautstärke- oder Kontrasteinstellung. Für andere Werte ist nur ein teil­ weiser Potentialausgleich gewünscht. Der erfindungsgemäße Umsetzer eignet sich also mit seiner einerseits multipli­ zierenden Eigenschaft und dem andererseits möglichen teil­ weisen oder vollständigen Potentialausgleich geradezu ideal für derartige Einsatzzwecke. Dabei ist sein Aufbau relativ einfach und das in seiner Amplitude einzustellende Signal wird mit relativ wenig Rauschen überlagert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt einen multiplizierenden Digital -Analog- Umsetzer, der für ein 3-Bit breites Digitalsignal ausge­ legt ist. Diese Ausgelegung wurde für eine möglichst über­ sichtliche Darstellung in der Figur gewählt, selbstver­ ständlich kann der Umsetzer beispielsweise auch für sechs, zehn oder mehr Bits des Digitalsignals ausgelegt sein.

Für den in der Figur dargestellten Umsetzer wurde der Wert (m = 1) gewählt, entsprechend weist ein in dem darge­ stellten Umsetzer vorgesehenes Kettennetzwerk (n + m = 3 + 1 = 4) Verbindungspunkte auf. Diese Ver­ bindungspunkte sind in der Figur mit V1, Vn-1, Vn und Vn + m bezeichnet. Die Verbindungspunkte werden jeweils durch Längswiderstände R verbunden. Es sind im übrigen Querwiderstände 2R vorgesehen, die auf eine Versorgungs­ spannung geführt sind. Die Querwiderstände an den beiden Enden des Kettennetzwerkes weisen einen Widerstandswert R auf. Der Verbindungspunkt Vn + m bildet den Ausgang des Umsetzers.

Durch die Wahl der Widerstandswerte der Widerstände des Kettennetzwerkes wird erreicht, daß ein beispielsweise gleichgroßer Strom, der den Verbindungspunkten zugeführt wird, für jeden Verbindungspunkt, der weiter von dem den Ausgang der Schaltung darstellenden Verbindungspunkt ent­ fernt liegt, jeweils an diesem Ausgang nur ein halb so großes Signal erzeugt.

Der Umsetzer weist ferner zwei Stromspiegelanordnungen auf, deren Ströme in Abhängigkeit der Zustände eines Digitalwortes auf die verschiedenen Verbindungspunkte geschaltet werden.

Ist eine erste Stromspiegelanordnung vorgesehen, welche einen ersten Transistor T01 aufweist, welchem kollektor­ seitig ein Strom I₁ zugeführt wird. Bei diesem Strom I₁ handelt es sich um einen konstanten Gleichstrom. Diesem konstanten Gleichstrom ist ein Wechselstrom I_AC überlagert.

Der erste Transistor T01 der ersten Stromspiegelanordnung ist emitterseitig über einen Widerstand Rx mit Bezugs­ potential verbunden. Die dem Kollektor zugeführten Ströme werden auch auf die Basis des Transistors T01 geführt, welche darüber hinaus mit den Basen weiterer Transistoren verbunden ist, die die zweiten Transistoren der Strom­ spiegelanordnung darstellen, und die in der Figur mit T1, T2 und T3 bezeichnet sind. Die Emitter der Transistoren T1, T2 bzw. T3 sind über Emitterwider­ stände Rx1, Rx2 bzw. Rx3 auf Bezugspotential geführt.

Der Kollektor des Transistors T1 ist auf den Verbindungs­ punkt Vn + m, der Kollektor des Transistors T2 auf den Verbindungspunkt Vn und der Kollektor des Transistors T3 auf den Verbindungspunkt Vn-1 geführt.

Wie nachfolgend noch weiter erläutert werden wird, ist dem Transistor T1 das höchstwertige Bit des Digitalsignals und dem Transistor T3 das niedrigstwertige Bit des Digital­ signals zugeordnet.

Die zweite Stromspiegelanordnung weist einen ersten Transistor T02 und einen zweiten Transistor T03 auf. Der Anordnung wird von außen ein konstanter Gleichstrom I₂ zugeführt, der auf den Kollektor des ersten Transistors T02 und die Basis des zweiten Transistors T03 geführt ist. Emitterseitig ist der erste Transistor T02 über einen Widerstand Rx auf Bezugspotential geführt. Der Emitter des zweiten Transistors T03 ist mit der Basis des ersten Transistors T02 verbunden. Der Kollektor des zweiten Transistors T03 ist auf eine Versorgungsspannung geführt.

Es sind ferner in der zweiten Stromspiegelanordnung dritte Transistoren T1′, T2′ und T3′ vorgesehen, welche basis­ seitig jeweils über einen Widerstand R′1, R′2 bzw. R′3 mit der Basis des ersten Transistors T02 verbunden sind. Diese Transistoren bilden zusammen mit dem ersten Transistor Stromspiegel. Die Basen der Transistoren T1′, T2′ bzw. T3′ sind jeweils über einen Schalter S1, S2 bzw. S3 auf Bezugspotential schaltbar. Diese Schalter sind den Bits des Digitalsignals zugeordnet und werden in dem einen Zustand des ihm jeweils zugeordneten Bits geöffnet und in dem anderen Zustand geschlossen.

Die Emitter der Transistoren T1′, T2′ bzw. T3′ sind mit den Emittern der jeweils zugeordneten Transistoren T1, T2 bzw. T3 verbunden.

Der Kollektor des Transistors T1′ ist mit dem Verbindungs­ punkt Vn, der Kollektor des Transistors T2′ mit den Ver­ bindungspunkten Vn-1 und der Kollektor des Transistors T3′ mit dem Verbindungspunkt V1 verbunden.

Den Transistoren T1 der ersten Stromspiegelanordnung und T1′ der zweiten Stromspiegelanordnung ist der Schalter S1 zugeordnet, welcher in Abhängigkeit des Zustandes des höchstwertigen Bits eines in der Figur nicht dargestellten Digitalsignals geschaltet wird. Das nächstniedrigstwertige Bit schaltet den Schalter S2, den die Transistoren T2 und T2′ zugeordnet sind. Das niedrigstwertige Bit des Digital­ signals bestimmt die Stellung des Schalters S3, dem die Transistoren T3 bzw. T3′ zugeführt sind.

Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die Schaltung einen vollständigen Potentialausgleich schaffen soll. Dafür ist in dem in der Figur dargestellten Beispiels­ falle, in dem der Wert der Zahl (m = 1) gewählt wurde, der Strom I₂ doppelt so groß zu wählen wie der Strom I₁. Wird zunächst davon ausgegangen, daß der Wechselstrom I_AC gleich Null ist, so erscheint am Ausgang des Umsetzers, der von dem Verbindungspunkt Vn + n gebildet wird, unabhängig von dem Zustand der Bits des Digitalsignals immer das gleiche Ausgangssignal, d. h. also ein Ausgangssignal mit konstantem Potential.

Dieser Zusammenhang kann anhand beispielsweise des höchst­ wertigen Bits erläutert werden:

Hat das höchstwertige Bit des Digitalsignals beispiels­ weise den Zustand high und ist bei diesem Zustand der zugeordnete Schalter S1 geschlossen, so sperrt der Transistor T1′ der zweiten Stromspiegelanordnung, d. h. er führt keinen Strom in seinem Kollektor. Gleichzeitig ist jedoch der Transistor T1 der ersten Stromspiegelanordnung leitend geschaltet, so daß in seinem Kollektor der Strom I₁ fließt, der auf dem Verbindungspunkt Vn + m geführt wird. Entsprechend diesem Strom erscheint also am Ausgang ein Potential. Hat das höchstwertige Bit dagegen den Zustand low und ist also der Schalter S1 geöffnet, so ist der Transistor T1′ der zweiten Stromspiegelanordnung leitend geschaltet und sein Kollektor führt den Strom I₂, der jedoch den Verbindungspunkt Vn zugeführt wird. Der erste Transistor T1 ist in diesem Falle sperrend geschaltet, und führt dem Verbindungspunkt Vm kein Strom zu. Der von dem Transistor T1′ der zweiten Stromspiegelanordnung auf dem Verbindungspunkt Vn geführte Strom I₂ ist zwar doppelt so groß wie der Strom I₁, wird jedoch durch das Kettennetzwerk entsprechend heruntergeteilt, so daß am Ausgang bzw. an dem Verbindungspunkt Vn + m das gleiche Ausgangssignal erscheint, wie in dem vorigen Fall, indem der Schalter S1 geschlossen und das zugeordnete Bit High-Pegel hatte. Es erscheint also am Ausgang des Umsetzers immer das gleiche Potential, welches unabhängig von dem Zustand des höchst­ wertigen Bits ist. Entsprechendes gilt in gleicher Weise für die übrige Schaltung, d. h. also für die übrigen Bits des Digitalsignals. Mit anderen Worten kann das Digital­ signal beliebige Werte annehmen, am Ausgang des Umsetzers wird immer das gleiche Potential erscheinen.

Diese Eigenschaft kann nun dazu eingesetzt werden, ein dem Umsetzer von außen zugeführtes Wechselstromsignal I_AC bezüglich seiner Amplitude zu verändern. Dieses Wechselstromsignal I_AC wird dem ersten Strom I₁ überlagert und wird also in Abhängigkeit der Zustände der Bits des Digitalsignals mittels der Transistoren T1, T2 und T3 auf die jeweiligen Verbindungspunkte geschaltet bzw. nicht geschaltet. In Abhängigkeit des Digitalwortes und damit der leitend bzw. nicht leitend geschalteten Transistoren T1 bis T3 wird das Wechselstromsignal auf verschiedene Verbindungspunkte des Kettennetzwerkes geschaltet und damit verschieden stark heruntergeteilt. Somit erscheint das Wechselstromsignal am Ausgang des Umsetzers mit in Abhängigkeit der Zustände der Bits des Digitalsignals veränderter Amplitude.

Diese Amplitudeneinstellung des Wechselstromsignals am Ausgang des Umsetzers geschieht dabei äußerst rauscharm und insbesondere ohne störende Nebeneffekte, d. h. also ohne Gleichspannungssprünge am Ausgang der Schaltung, welche bei konventionellen multiplizierenden digitalen Dialogumsetzern in Abhängigkeit der Zustände des Digital­ signals auftreten, da bei diesen konventionellen Umsetzern zusätzlich der Gleichstrom I₁ durch den Umsetzer umgesetzt wird und quasi als eine Art Gleichanteil am Ausgang er­ scheint.

Selbstverständlich ist es bei der erfindungsgemäßen Schaltung auch möglich, einen nicht vollständigen Potentialausgleich vorzunehmen, in dem in der Figur darge­ stellten Beispielsfalle also den Strom I₂ nicht gleich doppelt so groß zu wählen wie den Strom I₁. Dann ist am Ausgang des Umsetzers dem in seiner Amplitude einge­ stellten Wechselstromsignal zusätzlich ein Gleichstromsignal überlagert, welches in Abhängigkeit der Zustände der Bits verändert wird.

Allgemein gilt dabei, daß der Strom I₂ um so vieles größer sein muß als der Strom I₁, daß in Abhängigkeit der Schalter S1 bis S3 ein Umschalten zwischen den zuge­ ordneten Transistoren stattfinden kann. Für die Darstellung gemäß der Figur gilt dabei, daß gelten muß:
I₂·Rx < I₁·Rx + 100 mV.

Ist diese Bedingung erfüllt, so kann beispielsweise der Transistor T1′ bei geöffnetem Schalter S1 sicher durch­ schalten, wobei gleichzeitig der Transistor T1 gesperrt ist.

Claims (9)

1. Multiplizierender Digital-Analog-Umsetzer mit einem R-2R-Kettennetzwerk, dessen Längswiderstände und dessen an den beiden Kettennetzwerkenden liegenden Quer­ widerstände jeweils einen Widerstandswert R und dessen übrige Querwiderstände einen doppelten Widerstandswert 2R aufweisen, wobei die den Längswiderständen abgewandten Enden der Querwiderstände mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt sind und die den Längswiderständen zuge­ wandten Enden der Querwiderstände Verbindungspunkte bilden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Kettennetzwerk für ein n-Bit breites, dem Umsetzer zugeführtes Digitalsignal (n + m) Verbindungspunkte aufweist, wobei n, m ganze natür­ liche Zahlen größer Null sind,
• - der Verbindungspunkt (n + m) das Ausgangssignal des Umsetzers liefert,
• - eine erste Stromspiegelanordnung vorgesehen ist, die einen konstanten ersten Strom liefert, der den Ver­ bindungspunkten (1 + m) bis (n + m) einzeln auf­ schaltbar ist, wobei das niedrigstwertige Bit des Digitalsignals dem Verbindungspunkt (1 + m) und das höchstwertige Bit dem Verbindungspunkt (n + m) zugeordnet ist und wobei der erste Strom nur auf diejenigen Verbindungspunkte geschaltet wird, deren zugeordnetes Bit einen ersten Zustand hat, und
• - eine zweite Stromspiegelanordnung vorgesehen ist, die einen konstanten zweiten Strom liefert, welcher größer ist als derjenige der ersten Stromspiegel­ anordnung und der den Verbindungspunkten 1 bis n einzeln aufschaltbar ist, wobei das niedrigstwertige Bit dem Verbindungspunkt 1 und das höchstwertige Bit dem Verbindungspunkt n zugeordnet ist und wobei der zweite Strom nur auf diejenigen Verbindungspunkte geschaltet wird, deren zugeordnetes Bit einen zweiten Zustand hat.

2. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der ersten Strom­ spiegelanordnung gelieferte Strom von einem Wechselstrom überlagert ist, der in dem Ausgangssignal des Umsetzers mit in Abhängigkeit des Digitalsignals veränderter Amplitude enthalten ist.

3. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für vollständigen Potential­ ausgleich des Ausgangssignals der Wert des Stromes I₂ der zweiten Stromspiegelanordnung das (2·m)-fache des Wertes des Stromes I₁ der ersten Stromspiegelanordnung beträgt.

4. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für nur teilweisen Potential­ ausgleich der Wert des Stromes I₂ der zweiten Strom­ spiegelanordnung ungleich dem (2·m)-fachen des Wertes I₁ der ersten Stromspiegelanordnung ist.

5. Digital-Analog-Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß m = 1 gewählt wird.

6. Digital-Analog-Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromspiegel­ anordnung einen ersten Transistor (T01), dessen Kollektor der Strom I₁ zugeführt wird, dessen Emitter, vorzugsweise über einen Widerstand (Rx), mit Bezugspotential verbunden ist und dessen Kollektor und Basis miteinander verbunden sind, und n zweite Transistoren (T1, T2, T3) aufweist, von denen je einer je einem Verbindungspunkte (1 + m) bis (m + m) zugeordnet ist und mit seinem Kollektor mit dem zugeordneten Verbindungspunkt (Vn + m, Vn, Vn-1) und mit seinem Emitter, vorzugsweise über einen Widerstand (Rx1, Rx2, Rx3), mit Bezugspotential verbunden ist, wobei die Basen der zweiten Transistoren (T1, T2, T3) mit der Basis des ersten Transistors (T01) verbunden sind.

7. Nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromspiegel­ anordnung einen ersten Transistor (T02), dessen Kollektor der Strom I₂ zugeführt wird, dessen Emitter, vorzugsweise über einen Widerstand (Rx) mit Bezugspotential verbunden ist, und einen zweiten Transistor (T02) aufweist, dessen Basis der Strom I₂ zugeführt wird, dessen Kollektor eine Versorgungsspannung zugeführt wird und dessen Emitter mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, und daß die zweite Stromspiegelanordnung n dritte Transis­ toren (T1′, T2′, T3′) aufweist, von denen je einer je einem der Verbindungspunkte 1 bis n zugeordnet ist und mit seinem Kollektor dem zugeordneten Verbindungspunkt (Vn, Vn-1, V2) und mit seinem Emitter, vorzugsweise über einen Widerstand (Rx1, Rx2, Rx3), mit Bezugspotential verbunden ist, wobei die Basen der dritten Transistoren (T1′, T2′, T3′) über je einen Widerstand (R′1, R′2, R′3) mit der Basis des ersten Transistors (T02) verbunden sind.

8. Digital-Analog-Umsetzer nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der dritten Transistoren (T1′, T2′, T3′) der zweiten Stromspiegel­ anordnung über je einen zugeordneten Schalter (S1, S2, S3) auf Bezugspotential schaltbar sind, welche in Abhängigkeit des Zustands des jeweils zugeordneten Bits des Digital­ signals geschaltet wird, und daß die Ströme I₁ bzw. I₂ der beiden Stromspiegelanordnungen so gewählt werden, daß bei geöffnetem Schalter (S1, S2, S3) der jeweils zugeordnete zweite Transistor (T1, T2, T3) der ersten Stromspiegel­ schaltung sperrt und der jeweils zugeordnete dritte Transistor (T1′, T2′, T3′) der zweiten Stromspiegel­ anordnung leitend geschaltet ist und daß bei geschlossenem Schalter (S1, S2, S3) der jeweils zugeordnete zweite Transistor (T1, T2, T3) der ersten Stromspiegel­ anordnung leitend geschaltet ist und der zugeordnete dritte Transistor (T1′, T2′, T3′) der zweiten Strom­ spiegelanordnung sperrt.

9. Verwendung des Digital-Analog-Umsetzers nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für ein Audio- und/oder Video- Wiedergabegerät zur Beeinflussung der Amplitude eines dem ersten konstanten Strom überlagerten Analogsignals, insbesondere eines Lautstärke-, Kontrast- oder Farb­ sättigungssignals eines Farbfernsehgerätes.