Der DAC08 ist ein weit verbreiteter 8Bit-Digital-Analog-Wandler. Die Spannungsversorgung darf zwischen +/-4,5V und +/-18V liegen. Auch der differentielle Stromausgang kann mit Spannungen zwischen -10V und +18V umgehen. Das Datenblatt gibt eine Genauigkeit von +/-1LSB und eine Einschwingzeit von 85ns an. Der vorliegende DAC08 wurde von Raytheon gefertigt.
Der Schaltplan im Datenblatt zeigt die grundsätzliche Funktion des DAC08. Den
Kern des Digital-Analog-Wandlers bilden acht Stromsenken, die mit einer
R2R-Widerstandskette arbeiten. Eine von außen anzulegende Referenzspannung
erzeugt über einen Operationsverstärker und einen Referenzpfad den Referenzstrom
für die Stromsenken.
Die digitalen Eingangssignale werden aufbereitet und
steuern dann Umschalter, die die Ströme der Stromsenken einem der
differentiellen Ausgänge zuordnen.
Die Abmessungen des Dies betragen 2,45mm x 1,86mm.
Die Zahlenfolge 4808 in der unteren rechten Ecke könnte eine interne Bezeichnung sein.
Die Bondpads und die Schaltungsteile lassen sich relativ gut ihren Funktionen zuordnen. Der Operationsverstärker, der den Referenzstrom für den Digital-Analog-Wandler regelt, befindet sich in der rechten oberen Ecke (hellbraun). Die Referenzstromerzeugung selbst erfolgt im linken Bereich (lila). Darauf folgen die acht Stromsenken, mit ihren entsprechend abgestuften Stromwerten (hellblau). Unter den Stromsenken befinden sich die Umschalter (rot), die die Stromwerte entweder zum Ausgang "Iout" oder zum Ausgang "Iout inv" leiten. Gesteuert werden die Umschalter vom gelben Schaltungsteil, der die digitalen Eingangssignale verarbeitet. Die Schaltung in der oberen linken Ecke (schwarz) stellt den Arbeitspunkt der gelben Schaltung ein und kontrolliert so die Schaltschwelle der digitalen Signale. Die Schaltschwelle lässt sich über das Bondpad Vlc justieren.
Jedes Eingangssignal steuert eine Art Differenzverstärker (grün/rot), der aus zwei Transistoren besteht. An einem Transistor liegt das im linken oberen Bereich des Dies generierte Potential an, das die Schaltschwelle bestimmt. Am zweiten Transistor liegt das digitale Eingangssignal an. Jeweils zwei Eingänge arbeiten auf eine Stromsenke (blau).
Oberhalb der Eingangssignalaufbereitung befinden sich die acht Umschalter, die den Strom der einzelnen DAC-Stufen entweder zum nicht-invertierten Ausgang (unten) oder zum invertierten Ausgang (oben) leiten.
Bei den ersten vier Bit ist schön zu sehen, dass die Transistorflächen mit sinkenden Stromwerten kleiner werden, so dass die Stromdichten und die Eigenschaften der Transistoren einigermaßen gleich bleiben. Beim niederwertigsten Bit ganz rechts sind den Umschalttransistoren zusätzliche als Dioden verschaltete Transistoren parallel geschaltet.
Die Stromerzeugung erfolgt über eine Reihe relativ großer Widerstände und darunter platzierten Transistoren. Die Transistorfläche sinkt mit den Strömen von links nach rechts bis zum Stromwert für das vierte Bit (lila/grün/rot). Mit dem gelben Schaltungsteil ist deutlich ein Bruch der Reihe zu erkennen. Dahinter erfolgt eine weitere Abstufung der Transistorfläche (blau/lila).
Die Referenzstromerzeugung erfolgt nicht ganz so wie im Datenblatt dargestellt. Der Emitterwiderstand beträgt den Flächen nach zu schließen nicht 1kΩ, sondern 500Ω. Die Stromsenken der ersten vier Bits sind dann so aufgebaut wie im Schaltplan dargestellt.
Die Ströme der Bits fünf bis acht basieren auf dem gelben Schaltungsteil (Q4x), der die Stromsenke des vierten Bits dupliziert. Über die Widerstände R6 und R7 teilt sich der Strom auf, so dass sich im Widerstand R6 direkt der Strom des fünften Bits ergibt. Der Darlington-Transistor Q5a/Q5 sorgt dafür, dass der Ausgangsstrom möglichst unabhängig vom Potential am Ausgang und an der Basis des Darlington-Transistors ist.
Der Strom I5, der durch den Widerstand R7 fließt, wird über die Transistoren Q6, Q7 und Q7x weiter aufgeteilt. Der Verzicht auf die Darlington-Konfiguration bei den Transistoren Q7 und Q7x sorgt anscheinend dafür, dass sich ein Stromverteilung von 2:1:1 ergibt. Der Transistor Q6 führt dann entsprechend wie gewünscht den halben Strom des Transistors Q5. Der als Diode verschaltete Transistor Qx stellt die Basisversorgung für die Transistoren Q7 und Q7x dar.
Der Transistor Q7 leitet wie beschrieben direkt den für das Bit 7 benötigten Strom. Q7x würde ohne weitere Maßnahmen den selben Strom führen. Da die Anforderungen an das niederwertigste Bit am geringsten sind, reichte es hier die Umschaltlogik leicht zu modifizieren, um den Stromwert zu halbieren. Normalerweise befinden sich in der Umschaltlogik zwei Transistoren. Im Fall des Bit 7 sind das die Transistoren Q7x und Q7y. Beim Bit 8 befindet sich parallel zu den Transistoren Q8x und Q8y jeweils ein als Diode verschalteter Transistor (D1/D2). Der Stromfluss über diese Dioden halbiert den Strom durch den zugehörigen Transistor, so dass sich der gewünschte Stromwert für das Bit 8 ergibt.
