專利名稱:數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種數(shù)-模轉(zhuǎn)換器。用于將數(shù)字輸入代碼轉(zhuǎn)換成模擬輸出電流。它包括一個基準電流源，用來提供基準電流，一個連接在基準電流源上的基準晶體管，一組第一電流源晶體管，它們的基極都連接在基準晶體管的基極上。而且每個晶體管的集-射極電流都和基準晶體管的集-射極電流成某個設(shè)定的比率。
一組第一開關(guān)裝置，其數(shù)目等于第一電流源晶體管的數(shù)目。根據(jù)數(shù)字輸入代碼這些裝置中的每個開關(guān)都能夠把與它連接的電流源晶體管的電流轉(zhuǎn)換到一個求和的點(模擬輸出電流就是在這一點得到的);或者轉(zhuǎn)換到一個具有恒定電位的點。
這樣的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器適于各種用途，尤其有可能用于高密度磁盤中去控制徑向電機。
這種類型的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器已為人所知，美國書3，940，760中提到的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器就是一例。在該專利中描述的轉(zhuǎn)換器中，電流源晶體管的輸出電流構(gòu)成二進制權(quán)的電流系列，這些電流各自與來自基準晶體管的電流成設(shè)定的比率。該基準晶體管接收來自基準電流源的基準電流。利用集電極和基極之間的負反饋，使基極電壓得到控制，用這樣一種方法以致基準晶體管的集電極電流大體上等于基準電流。電流源晶體管的數(shù)量是根據(jù)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器能提供的最小電流和最大電流之間的比率來確定的。而電流源晶體管的輸出電流空間是加到數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的輸出端，還是泄放到具有恒定電位的點上，這要由數(shù)字輸入代碼所控制的開關(guān)來確定。
這種已知的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的缺點在于，如果它主要是必須提供較小的輸出電流，那么提供較大電流的電流源晶體管的輸出電流將泄放到恒定電位的點，這造成相當大的功率損耗。
這種情況出現(xiàn)在諸如高密度磁盤中，這種磁盤依靠激光裝置讀出盤上的信息，而激光裝置安裝在一個臂上，這個臂借助于電機沿徑向弧形在高密度磁盤上方移動，該電機的控制電流就是由一個數(shù)-模轉(zhuǎn)換器提供的。當在高密度磁盤的螺旋形磁道上讀信息時，只需要較小的電流來控制電機。但是當在高密度磁盤上快速地從一個磁道跳到另一個磁道時，就需用較大的電流去控制電機。因為在大多數(shù)情況下發(fā)生的是正常的尋道方式，因而數(shù)-模轉(zhuǎn)換器在大多數(shù)時間只需提供小的電流。
因此，本發(fā)明的目的是提供一個數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，對于相同的輸出電流范圍而言，它的功耗要比已知的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器小。
根據(jù)本發(fā)明，一種在本文開始的段落中說明過的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，其特征在于這種數(shù)-模轉(zhuǎn)換器包含一種控制裝置，它使得基準晶體管中集電極-發(fā)射極電流從來自基準電流源的基準電流的一部分按步進方式增加到大體上等于總的基準電流的值。即其值在數(shù)字輸入代碼的第一個值-相當于最小模擬輸出電流，和數(shù)字輸入代碼的第二個值相當于最大的模擬輸出電流-之間變化。
本發(fā)明是基于對下述事實的認識，即由于電流源晶體管的輸出電流與基準晶體管的電流成固定的比率，因此，當基準晶體管中的電流是基準電流的一部分時，電流源晶體管的輸出電流按相同的比例比基準晶體管載流總的基準電流時的電流小。隨著基準晶體管中的電流在整個數(shù)字輸入代碼的范圍內(nèi)以步進方式增加，數(shù)-模轉(zhuǎn)換器輸出電流的值也步進地增加。當電流源晶體管僅提供一個特定的低值的電流時，就不再需要產(chǎn)生緊接在后面高于該值的那些電流，因此也不需要泄放，于是，電源的功耗顯著減少，因此，數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的效率得到相應(yīng)的增加。
本發(fā)明的一個實施例的特征在于對于每一級而言，控制裝置包括一個第二電流源晶體管，該管的基極連接到基準晶體管的基極;該管的電流與基準晶體管的電流成設(shè)定的比率。控制裝置還包括用于第二電流源晶體管的第二開關(guān)裝置。該開關(guān)裝置把已連結(jié)的第二電流源晶體管接到基準電流源或接到一個具有固定電位的點。如果第二電流源晶體管被接到基準電流源，它就會泄流部分基準電流，所以在基準晶體管中的電流僅是基準電流的一部分。隨著被連接到基準電流源的第二電流源晶體管數(shù)目的逐步減少，在基準晶體管中的電流就會逐步增加到總的基準電流值。
如果第二電流源晶體管沒有連接到基準電流源，那么它的輸出電流就能夠泄漏到電源中去。
如果按照本發(fā)明的另一個實施例，還可以使得數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的效率進一步提高。它的特征在于至少有一個第二電流源晶體管的第二開關(guān)裝置把有關(guān)的第二電流源晶體管連到基準電流源或者連到第一電流源晶體管。
作為例子現(xiàn)參照附圖，對本發(fā)明的幾個實施例予以較詳細說明。
圖1示出了按本發(fā)明第一個實施例的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器。
圖2示出了按本發(fā)明第二個實施例的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器。
圖3示出了按本發(fā)明第三個實施例的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器。
圖1示出了按本發(fā)明第一個實施例的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，借助于它來解釋本發(fā)明的原理。該數(shù)-模轉(zhuǎn)換器包含有基準電流源2，它提供基準電流Iref?；鶞示w管T1具有連接到電源負端10發(fā)射極。晶體管T1的集電極和基極之間的負反饋是由晶體管T2的基-射結(jié)來提供的。晶體管T2的集電極連接到電源正端20。借助于負反饋去控制晶體管T1的基-射極電壓，使得集電極電流等于加到這只晶體管的電流I1。該數(shù)-模轉(zhuǎn)換器還包括有一組第一電流源晶體管T3、T4和T5，它們的基-射極回路與晶體管T1的基-射極回路并聯(lián)。這些晶體管的發(fā)射結(jié)面積是按二進制權(quán)來定標的。而且晶體管T3的發(fā)射結(jié)面積就等于晶體管T1的發(fā)射結(jié)面積。于是來自晶體管T3，T4和T5的電流I3，I4和I5就分別地等于I1;2I1和4I1。電流源晶體管T3的輸出電流I3加到開關(guān)裝置3·1上。該開關(guān)裝置包括裝成差分對管的兩只晶體管T6·1和T7·1，晶體管T7·1的集電極連接到數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的輸出端15，晶體管T6·1的集電極連接到電源正端20。電流源晶體管T4和T5分別連接到由晶體管T6·2和T7·2組成的開關(guān)3·2及由晶體管T6·3和T7·3組成的開關(guān)3·3上，其連接方式與開關(guān)3·1是一樣的。晶體管T7·1，T7·2和T7·3的基極都連接到基準電壓的輸出端14上。晶體管T6·1，T6·2和T6·3的基極連接到輸入端11，12和13上。數(shù)字輸入信號的數(shù)位就加在這些輸入端上。如果在一個輸入端上加上的相應(yīng)于1位數(shù)值的電壓是大于在基準電壓輸出端14上的基準電壓，則對應(yīng)于該位的電流源晶體管的輸出電流就將泄流到電源正端20去，如果相應(yīng)于另一個位-值的輸入電壓小于在14端上的基準電壓值，則對應(yīng)于該位的電流源晶體管的輸出電流將被接通到數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的輸出端。
該數(shù)-模轉(zhuǎn)換器還包括控制裝置30。該裝置包括第二電流源晶體管T8，其基-射結(jié)并聯(lián)于晶體管T1基射結(jié)。晶體管T8的發(fā)射結(jié)面積和晶體管T1發(fā)射結(jié)面積之比為7∶1，因此，晶體T8的輸出電流等于7I1。晶體管T8連接到由差分對管T9和T10組成的開關(guān)4上。晶體管T10的基極連接到基準電壓輸入端14上;晶體管T9的基極連接到控制輸入端16上、并且晶體管T9的集電極連接到電源正端20上，晶體管T10連接到基準電流源2上。
電路2作原理如下控制裝置30的輸入端16上的控制信號是靠邏輯電路從數(shù)字輸入字而得來的(該邏輯電路在圖上未畫出)。如果數(shù)字輸入字的三個最高有效位都為零，則邏輯電路將對輸入端16產(chǎn)生一個控制信號。該控制信號低于加在晶體管T10基極上的基準電壓。在這種情況下，數(shù)字輸入字的三個最低有效位將加到輸入端11，12和13上。如果三個最高有效位中有一個變成了1，則邏輯電路將對控制輸入端16產(chǎn)生一個控制信號，該控制信號等于加在晶體管T10基極上的基準電壓。于是，數(shù)字輸入字中最高有效的三位就加到了輸入端11，12和13上。如果加在控制裝置30的輸入端16上的輸入信號小于加在晶體管T10基極上的基準電壓，則晶體管T8的集電極將被連接到基準電流源2。于是從基準電流源2取得電流I8＝7I1，因此，基準晶體管T1載流I1＝1/8Iref，電流源晶體管T3，T4和T5的輸出電流分別為I3＝1/8Iref，I4＝2/8 Iref，I5＝4/8 Iref。因此，數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的輸出電流能夠以1/8 Iref的步距從零增加到7/8 Iref。如果加在輸入端16上的控制信號是高于加在晶體管T10基極上的基準電壓，則電流I8將經(jīng)過晶體管T9泄流到電源正端20。此時基準晶體管T1載流I1＝Iref。電流源晶體管T3，T4和T5的輸出電流就分別為I3＝Iref，I4＝2Iref和I5＝4Iref。而數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的輸出電流此時能夠按Iref的步距從零增加到7Iref。就像從零變化到7/8 Iref的范圍一樣，從Iref變化到7Iref的電流，如果沒有被利用的話，既不會產(chǎn)生也不會被耗散，在實際上改善了效率。
現(xiàn)參照圖2說明本發(fā)明第二個實施例的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，在該圖中完成同樣功能的部分，采用與圖1一致的參考號碼。該轉(zhuǎn)換器與圖1所示的轉(zhuǎn)換器不同的地方在于控制裝置30包括一個第二電流源晶體管T11，它的基-射結(jié)與晶體管T1和電流源晶體管T8的基-射結(jié)并聯(lián)。晶體管T11的發(fā)射結(jié)面積和晶體T1發(fā)射結(jié)面積之比為56∶1，因此晶體管T11的輸出電流I11＝56I1。利用晶體管T12和T13組成的開關(guān)5，晶體管T11在控制輸入端17上的電壓高于加在晶體管T1基極上的基準電壓時，被接通到電源正端20;如果加在控制輸入端17上的電壓低于基極14上的基準電壓，則晶體管T11也能夠被接到基準電流源2。采用這種數(shù)-模轉(zhuǎn)換器輸出電流的值，可以按三種步距來增加，即，如果電流源晶體管T8和T11都連接到基準電流源2時，則在基準晶體管T1中的電流I1將為I1＝1/64Iref。于是晶體管T3、T4和T5的輸出電流將分別為I3＝1/64 Iref;I4＝2/64 Iref和I5＝4/64 Iref。此時轉(zhuǎn)換器輸出電流的值按步距為1/64 Iref從零變化到7/64 Iref。如果僅僅只有電流源晶體管T8被連接到基準電源2，則晶體管T1將載流I1＝1/8 Iref。以及如果電流I8和電流I11都泄流到電源正端20，則晶體管T1的電流將為I1＝Iref。于是輸出電流的值就像圖1所示的轉(zhuǎn)換器的情況一樣。
現(xiàn)將參照圖3說明本發(fā)明的第三個實施例。圖中完成相同功能的部份采用與圖1一致的參考號碼。該轉(zhuǎn)換器與圖1所示轉(zhuǎn)換器不同之處在于，來自晶體管T8的電流I8不轉(zhuǎn)送到電源的正端20，而是通過晶體管T9轉(zhuǎn)送到電流源晶體管T3的輸出端。如果電流源晶體管T8通過晶體管T10被接基準電流源2，那么在基準晶體管T1中的電流I1將為I1＝1/8 Iref，因此，轉(zhuǎn)換器輸出電流的值再次以步距為1/8 Iref從零變化到7/8 Iref。如果電流源晶體管T8通過晶體管T9接到晶體管T3上，則晶體管T1將載流總的基準電流Iref。于是8Iref的總電流將加到開關(guān)3·1上。這時轉(zhuǎn)換器的輸出電流能夠以2Iref的步距從2Iref增加到14Iref。如果晶體管T8不接到基準電流源2上，當來自電流源晶體管T8的電流I8不再泄流到電源正端20時，轉(zhuǎn)換器的效率甚至可進一步提高。
本發(fā)明并不局限于上述的實施例，例如電流源晶體管和基準晶體管電流之間的比率，可以用排列在這些晶體管發(fā)射極線路中的電阻來調(diào)節(jié)。或者，第一電流源晶體管的發(fā)射結(jié)可以連接在R-2R網(wǎng)絡(luò)上。另外，還可以用任何別的方法來組成開關(guān)，用它們來轉(zhuǎn)換來自電流源晶體管的電流。而且，晶體管T1的集電極和基極之間利用晶體管T2來獲得的負反饋也可用別的方法來得到，例如使用運稱放大器。
權(quán)利要求
1.一種用于將數(shù)字輸入代碼轉(zhuǎn)換成模擬輸出電流的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，它包括基準電流源，用來提供基準電流，連接在基準電流源上的基準晶體管，一組第一電流源晶體管，它們的基極接到基準晶體管的基極上，每一晶體管的集-射極電流都與基準晶體管的集-射極電流成一設(shè)定的比率，一組與第一電流源晶體管數(shù)目相等的第一開關(guān)裝置，根據(jù)數(shù)字輸入代碼，這些裝置中的每一個開關(guān)都能夠把與它連接的電流源晶體管的電流轉(zhuǎn)換到一個求和的點(模擬輸出電流就是在這一點得到的)；或者轉(zhuǎn)換到一個具有恒定電位的點。其特征在于數(shù)-模轉(zhuǎn)換器包含一種控制裝置，它使得基準晶體管中集電極-發(fā)射極電流從來自基準電流源的基準電流的一部分按步進方式增加到大體上等于總的基準電流的值。即其值在數(shù)字輸入代碼的第一個值-相當于最小模擬輸出電流，和數(shù)字輸入代碼的第二個值-相當于最大模擬輸出電流之間變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，其特征在于對于每一級而言，控制裝置包括第二電流源晶體管，它的基極連接到基準晶體管的基極上，它的電流與基準晶體管的電流成一設(shè)定的比率?？刂蒲b置還包括第二開關(guān)裝置，用于每一個第二電流源晶體管，該開關(guān)裝置把與它相連接的電流源晶體管連接到基準電流源，或者連接到具有固定電位的點上。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，至少有一個第二電流源晶體管的第二開關(guān)裝置把相應(yīng)的第二電流源晶體管接到基準電流源，或者接到第一電流源晶體管中的一個晶體管上。
專利摘要
第一電流源晶體管的電流構(gòu)成一個二進制權(quán)的電流系列，系列中每一個電流值與加到基準晶體管的電流成設(shè)定的比率，加到基準晶體管的電流是基準電流的一部分。第一電流晶體管的電流根據(jù)數(shù)字輸入代碼的值，隨著基準晶體管電流按進步方式增加而增加。而加到基準晶體管的電流是從總的基準電流的部分值，增加到總的基準電流值的。
文檔編號H03M1/00GK86100158SQ86100158
公開日1986年7月16日 申請日期1986年1月14日
發(fā)明者弗朗西斯卡斯·安德里安納斯·科尼, 斯厄斯·瑪麗馬·斯庫夫斯, 蒂納斯·佩特魯斯·馬麗亞·比爾霍夫, 喬布·弗朗西斯卡斯·佩特魯斯·范米爾, 艾伯特·亨德里卡斯·斯隆普 申請人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan