CH626202A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wiederholten Nacheichung und Genauigkeitsüberprüfung eines Analog-Digitalwandlers, mit eineim eine linear ansteigende, in ihrer Steilheit veränderbare Sägezahnspannung erzeugenden Sägezahngenerator, einem von einem Oszillator stammende Taktimpulse zählenden Zähler, einer bei Übereinstimmung einer Eingangsmessspannung mit der Sägezahnspannung durch Signalgabe die Auswertung des Zählerinhaltes ermöglichenden Vergleichsschaltung und mit mindestens einer Referenzspannungsquelle, die am Ende der Messphase mit der Sägezahnspannung verglichen wird.

Analog-Digitalwandler sind allgemein bekannt und sind beispielsweise in ihrem grundlegenden Aufbau beschrieben in dem Aufsatz «Die Grundlage digitaler Spannungsmesser» von Manfred Klose, veröffentlicht in der Zeitschrift «Elektronik», Jahrgang 1968, Heft 2 und Heft 4, jeweils auf den Seiten 37-40 und 117-120. Danach erfolgt die Analog-Digitalwandlung in der Weise, dass die Messspannung mit einer linearen oder trep-penförmig ansteigenden Referenzspannung verglichen und bei Messbeginn ein digitale Impulse zählendes Elemenjt, etwa eia elektronischer Zähler, angeworfen wird, der bei Gleichheit von Messspannung mit der sich ändernden Referenzspannung ausgelesen wird, wobei üblicherweise eine Vergleichs- oder Kom-paratorschaltung vorgesehen ist. Durch die Erfassung der bis zur Spannungsgleichheit eingelaufenen Zählimpulse gewinnt man ein digitales Mass für den zu messenden analogen Spannungswert der unbekannten Eingangsspannung. Nachteilig ist jedoch bei diesen grundlegenden Verfahren, dass sowohl Unge-nauigkeiten in der Erzeugung von linear ansteigenden Referenzspannungen, d. h. in deren Steilheit, als auch Frequenzänderungen des Oszillators als Messfehler in die Messung eingehen. Es ist daher erforderlich, die Frequenz des Oszillators auf die erzeugte Sägezahnspannung oder Referenzspannung zu beziehen und zu synchronisieren, damit überhaupt ein auswertbares Messergebnis erzielt werden kann, denn durch die den einzelnen Baukomponenten innewohnenden Fehler, beispielsweise das Driftverhalten von Verstärkern und Vergleichsschaltung kommen Fehler vor, denen durch entsprechende Nacheichung begegnet werden muss.

Aus der DE-OS 2108 329 ist ein Analog-Digitalwandler bekannt, bei dem die dort als Rampenspannung bezeichnete Sägezahnspannung zu vorgegebenen Zeitpunkten mit Referenzsignalen entgegengesetzter Polarität verglichen und ein Rückführschaltkreis vorgesehen ist, der auf den Oszillator arbeitet und diesen in seiner Frequenz so verstellt, dass Sägezahnspannung und Oszillatorfrequenz aneinander angeglichen werden bzw. dass die Impulszahl in einem Referenzzeitintervall bei einer vorgegebenen Zahl gehalten wird. Auf diese Weise vermeidet man Messfehler, die auf eine Frequenzänderung des Oszillators unabhängig von einer Steilheitsänderung der Sägezahnspannung zurückgeht.

Damit es gelingt, die Frequenz des Impulsgenerators auf

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die Steilheit der Sägezahnspannung zu beziehen, muss der Oszillator des Impulsgenerators spannungsgesteuert sein oder allgemein in seiner Frequenz beeinflusst werden können, so dass quarzgesteuerte Oszillatoren nicht verwendet werden können.

Bekannt ist weiterhin aus der DE-OS 2 164 227 ein Analog-Digitalwandler, der mit einer konstanten Zählfrequenz arbeitet und daher einen quarzgesteuerten Oszillator verwenden kann und bei dem dem Sägezahngenerator, der die dem Messwert entgegengeschaltete Rampenspannung erzeugt, eine analoge Speicherschaltung zugeordnet ist, die am Ende jedes Zählvorgangs bzw. am Ende der Messphase bei Abweichung des dann erreichten Sägezahnspannungspotentials von einer vorgegebenen Referenzspannung entsprechend in ihrer Ladung und damit ihrer Ausgangsspannung beeinflusst wird. Nachteilig ist jedoch insgesamt bei den bekannten Analog-Digitalwandlern, dass zwar Möglichkeiten zur Eichung vorgesehen sind, jedoch nicht festgestellt werden kann, ob zu einem gegebenen Zeitpunkt der Analog-Digitalwandler innerhalb eines noch tragbaren Toleranzbereiches in seiner Genauigkeit liegt oder unter Umständen völlig falsche Ausgangswerte anzeigt.

Da für besondere Anwendungsfälle, beispielsweise im Bereich des Abwiegens von Gütern dann, wenn allgemein elektronisch gearbeitet wird, eine Analog-Digitalwandlung höchster Präzision erforderlich ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nacheichung und Genauigkeitsüberprüfung bei einem Analog-Digitalwandler zu schaffen, welches sich einfach durchführen lässt und bei dem es möglich ist, den noch zulässigen Toleranzbereich vorzugeben und wiederholt zu ermitteln, ob der Analog-Digitalwandler sich innerhalb dieses Toleranzbereiches befindet.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Verfahren und besteht erfindungsgemäss darin, dass man die Sägezahnspannung nach Ende der Messphase weiterlaufen lässt und ihr gleichzeitig die Referenzspannung entgegenschaltet, dass ein Regelimpuls vorgegebener Dauer erzeugt und dass festgestellt wird, ob die Übereinstimmung der Referenzspannung mit der Sägezahnspannung zeitlich innerhalb der Regelimpulsdauer liegt.

Bei der Erfindung ist besonders vorteilhaft, dass es nicht erforderlich ist, zur Genauigkeitsüberprüfung eines Analog-Digitalwandlers dem Messeingang eine bekannte Eingangsspannung zuzuführen und das Ergebnis in der Weise auszuwerten, ob die möglicherweise vorhandenen Abweichungen noch innerhalb eines akzeptierbaren Toleranzbereiches liegen, sondern die Erfindung löst intern in Verbindung mit der jeweiligen, jeder Messphase folgenden Eichphase auch die Toleranzbereichsüberprüfung aus und benutzt dabei in vorteilhafter Weise die Bezugsspannungen, die dem Analog-Digitalwandler zur Eichung ohnehin zur Verfügung stehen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich zusammen mit weiteren Vorteilen der Erfindung der nachfolgenden Beschreibung entnehmen, in welcher anhand der Zeichnung Aufbau und Wirkungsweise einer beispielsweisen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert wird. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine, zum Teil detailliert ausgebildete Schaltungsanordnung eines Analog-Digitalwandlers, die die erfindungsge-mässe Genauigkeitsprüfung und Eichung umfasst und

Fig. 2 zeigt, ebenfalls als mögliches Ausführungsbeispiel, die bei dem Analog-Digitalwandler der Fig. 1 während Messphase und Eichphase auftretenden Spannungs- und Kurvenverläufe an verschiedenen Schaltungspunkten.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass sich die Anordnung besonders gut als Ergänzung und Verbesserung des in der DT-OS 2 164 227 beschriebenen Analog-Digitalwandlers eignet.

Bevor auf den eigentlichen Eichvorgang genauer eingegan-

626 202 v gen wird, erscheint es zum besseren Verständnis zweckmässig, den grundlegenden Aufbau und die grundlegende Wirkungsweise anhand der prinzipiellen Schaltungsdarstellung der Fig. 1 und der Funktionsverläufe der Fig. 2 im einzelnen kurz zu erläutern. Zunächst wird auf die Messphase eingegangen.

Zur Messung der unbekannten Spannung Ux, die auf beliebige Weise erzeugt werden kann und die als analoge Spannung der Eingangsklemme 1 der Schaltung der Fig. 1 zugeführt wird, wird der Schalter S3 geschlossen, so dass diese Spannung über einen Widerstand 2 zum Schaltungspunkt PI gelangt. Über den Widerstand 3 wird der unbekannten Messspannung Ux eine von einem Sägezahngenerator 4 erzeugte Sägezahnspannung entgegengeschaltet; der Sägezahngenerator 4 ist in üblicher Weise ein über einen Kondensator 5 rückgekoppelter Operationsverstärker und arbeitet als Integrator. Der Schaltungspunkt PI ist mit dem einen Eingang eines Vergleichers oder Komparators 6 verbunden, der entsprechend hoch empfindlich ausgebildet ist und die Koinzidenz der beiden am Schaltungspunkt PI anliegenden Spannungen mit hoher Genauigkeit feststellt.

Vor Beginn der Messphase wird zunächst der Sägezahngenerator 4 durch Schliessen des Schalters S5 mit einer Spannungsklemme geeigneten Vorzeichens verbunden und auf einen oberen Anschlag hochgefahren. Von diesem Anschlag integriert dann der Integrator 4 nach unten und erzeugt den in Fig. 2 mit Uc bezeichneten, strichpunktiert angegebenen Spannungsverlauf, der zwischen den beiden Bezugsspannungen +Uref und - Uref linear verläuft.

Zunächst erfolgt jedoch noch eine Festlegung des oberen Integratorspannungsausgangswertes und damit des Zeitpunktes, an welchem der zum Sägezahngenerator 4 parallel laufende Zähler seinen Zählvorgang beginnt. Der Vorwärts-Rück-wärtszähler 7 in Fig. 1 steht zu Beginn der Messphase auf seinem maximalen Zählerstandswert, den er in der vorhergehenden Messphase erreicht und in der darauffolgenden Eichphase beibehalten hat. Zur Festlegung des Zeitpunkts ti (effektiver Messphasenbeginn und Zählbeginn des Zählers 7) wird von einem in Fig. 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 8 bezeichneten Steuerwerk, welches neben den angegebenen Schaltungskomponenten noch weitere, einen geordneten Ablauf des Gesamtsystems bewirkende Schaltungskomponenten enthält, auf die jedoch nicht im einzelnen eingegangen zu werden braucht, der Schalter S5 wieder geöffnet und bei geöffneteifi Schalter S3 zunächst über den dann geschlossenen Schalter S2 die negative Referenzspannung -Uref über den Widerstand 2 der Integratorausgangsspannung entgegengeschaltet. Der Spannungsverlauf an Punkt P2 ist durch die jeweils zwischen zwei Strichen zwei Punkte aufweisende und mit UA in Fig. 2 bezeichnete Spannung gekennzeichnet; diese Spannung entspricht in der eigentlichen Messphase der unbekannten Messspannung Ux. Mit dicker Linie schwarz durchgezogen ist die am Schaltungspunkt PI anliegende Spannung Uv, die gleichzeitig die Eingangsspannung für den Komparator 6 darstellt. Wie ersichtlich, ist die negative Referenzspannung -Uref zunächst negativ kleiner als die von positiven Spannungswerten nach unten integrierende Sägezahnausgangsspannung Uc. Der Integrator oder Sägezahngenerator 4 läuft daher vom Zeitpunkt to bis zum Zeitpunkt ti, zu welchem Zeitpunkt die Eingangsspannung des Komparators 6 zu null wird. Dadurch ändert sich die Ausgangsspannung des Komparators und über die Leitung 10 gelangt ein entsprechender Befehl an das Steuerwerk 8, welches daraufhin mit Hilfe geläufiger Schaltungselemente, beispielsweise Kippschaltungen, Gatterschaltungen und dergleichen, auf die nicht weiter eingegangen zu werden braucht, und über die Leitung 11 die von einem Oszillator oder Taktgenerator 12 stammenden Zählimpulse freigibt und deren Zuführung über die Leitung 13 zum Vorwärts-Rückwärtszähler 7 veranlasst. Gleichzeitig wird zum Zeitpunkt ti der Schalter S2 wieder

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geöffnet und der Schalter S3 geschlossen, so dass die Spannung lung; ergibt sich eine Differenz, denn trifft der Komparator 6 am Schaltungspunkt P2 nunmehr den Wert der unbekannten Veranstaltungen, die Speicherschaltung 20 derart zu beeinflus-Messspannung Ux annimmt. sen, dass für den oder die nächsten Messzyklen durch Ände-

Wie aus dem Funktionsdiagramm der Fig. 2 ersichtlich, ist rung der gespeicherten, vom Sägezahngenerator 4 zu integrie-ein solcher Analog-Digitalwandler so ausgelegt, dass innerhalb 5 renden Spannung die Ausgangsspannung des Sägezahngenera-bestimmter Grenzen beliebige positive und negative unbe- tors 4 so angepast wird, dass keine Abweichung mehr festgekannte Eingangsspannungen gemessen werden können; es ist stellt werden kann.

selbstverständlich möglich, ein solches System auch so auszule- Dies bedeutet jedoch nicht, dass nicht eine Messung auch gen, dass beispielsweise nur positive Eingangsmessspannungen bei fehlender Übereinstimmung möglich ist, aber die Erfindung oder nur Eingangsmessspannungen gemessen werden, die nur io schlägt Massnahmen vor, wie eine einwandfreie Überprüfung um einen bestimmten Prozentwert negativ werden können. und Eichung eines solchen Analog-Digitalwandlers ohne grös-Ab dem Zeitpunkt ti laufen der Integrator 4 und der Zähler seren Aufwand möglich ist. An sich könnte - nicht im Rahmen 7 von ihren Extremwerten (d. h. vom Zählerstand nmax bzw. von der Erfindung - ein solcher Analog-Digitalwandler dadurch der der negativen Referenzspannung — Uref entgegengesetzt geeicht werden, dass man, beispielsweise in periodischen gleichen Ausgangsintegratorspannung Uc) rückwärts gegen 15 Abständen, als unbekannte Messspannung an der Eingangsnull, wobei der Zählerstand zu jedem Augenblick ein Mass für klemme 1 eine bekannte Referenzspannung aufschaltet, die die Ausgangspannung Uc des Sägezahngenerators 4 ist. Durch- dann ein ganz bestimmtes Ausgangszählersignal hervorrufen laufen Zähler 7 und Sägezahngenerator 4 den Wert null - was muss, welches nur innerhalb enger Toleranzen, beispielsweise dann der Fall ist, wenn dem Analog-Digitalwandler eine posi- jeweils zwei Zählschritte nach oben oder unten bei einem Zäh-tive unbekannte Eingangsmessspannung Ux zugeführt ist, denn, 20 lerstand von 10 000, hiervon abweichen darf. Eine verblüffende wie ersichtlich, ist bei negativen Messspannungswerten die Lösung einer solchen Nacheichung bei einem Ausführungsbei-Messspannung noch vor dem Zählerstand null entgegengesetzt spiel der Erfindung ergibt sich jedoch, wenn die ohnehin am identisch der Integratorausgangsspannung -, dann zählt der Ende jedes Messvorgangs vorgenommene Aufschaltung der Zähler 7 automatisch nunmehr aufwärts, wobei durch geeig- positiven Referenzspannung Uref (was der Nacheichung der nete Mittel, die das Durchlaufen des Zählerstands null feststel- 25 Speicherschaltung 20 dient) dazu ausgenutzt wird, gleichzeitig len, auch das Vorzeichen der Eingangsmessspannung ermittelt den Eichzustand des Analog-Digitalwandlers überhaupt und und angegeben werden kann. sein Genauigkeitsverhalten festzustellen.

Ist dann schliesslich zum Zeitpunkt u die Messspannung Ux Lässt man nämlich nach Erreichen des maximalen Zählerpositiv gleich der negativen Sägezahnspannung Uc, dann standes nmax die Integratorspannung, d. h. die Ausgangsspan-durchläuft die Eingangsspannung Uv des Komparators 6 den 30 nung des Sägezahngenerators 4 weiterlaufen und schaltet man Wert null und der Komparator veranlasst das Steuerwerk 8, zu diesem Zeitpunkt wie schon erwähnt, die Referenzspannung dass der momentane Zählerinhalt zu diesem Zeitpunkt auf den auf und gibt man gleichzeitig einen sich aus den Toleranzbedin-Speicher 7 übertragen wird, was durch einen geeigneten, vom gungen bestimmenden minimalen Zeitraum vor, innerhalb wel-Steuerwerk 8 erzeugten Schiebeimpuls auf der Leitung 15 chem Integrator- oder Sägezahngenerator-Ausgangsspannung geschehen kann. Im Speicher ergibt sich dann ein Zählerstand, 35 und Referenzspannung einander entgegengesetzt gleich sein der dem Wert der zu messenden Spannung Ux entspricht. müssen, dann ist sichergestellt, dass die Präzision des Systems Nach Übernahme des Zählerinhalts in den nachgeschalte- dann innerhalb des Toleranzbereiches liegt, wenn die Gleich-ten Speicher 16 laufen jedoch, wie Fig. 2 zeigt, unabhängig von heit von Referenzspannung und Integratorspannung im vorge-der Auslösung des Schiebeimpuls durch den Komparator 6 gebenen Zeitintervall liegt, dessen Dauer sich durch einen von Zähler und Integrator weiter, bis der Zähler seinen extremen 40 dem Steuerwerk 8 erzeugten Regelimpuls 22 bestimmt, der in Zählerstand nmax erreicht hat. Fig. 2 bezeichnet ist. Dieser Regelimpuls 22 kann mindestens Dieser maximale Zählerstand des Zählers 7 muss auf den mittelbar von der Frequenz des Taktgenerators 12 abgeleitet Wert der vom Sägezahngenerator 4 zu diesem Zeitpunkt sein, dessen Zählimpulsfolge streng proportional zum Anstieg erreichten Ausgangsspannung bezogen sein, denn nur wenn der Sägezahnspannung verlaufen muss. Diese Erzwingung der hier die Korrelation präzise aufrechterhalten bleibt und auch 45 Synchronität zwischen Oszillatorfrequenz des Taktgenerators nicht auswandert, ist die Genauigkeit der Analog-Digitalwand- (die ohne weiteres und mit bekannten Schaltungsanordnungen lung überhaupt gesichert. Der erreichte Endwert, der Integra- je nach Wunsch herabgesetzt werden kann) und dem Verlauf torausgangSspannung bestimmt sich jedoch durch die Span- der Sägezahnspannung ist der Hauptgrund für das Vorhanden-nung, die von einer mit dem Bezugszeichen 20 versehenen sein der Speicherschaltung 20 und die Verwendung der Speicherschaltung dem Sägezahngenerator 4 als zu integrie- 50 erwähnten Referenzspannungen. Durch die Eichphase am rende Eingangsspannung zugeführt wird. Je nach Grösse dieser Ende jedes Messvorganges wird die Sägezahnspannung oder zu integrierenden Spannung ergeben sich Steilheit und erreich- Rampenspannung der Oszillatorfreqenz angeglichen und in der ter Endwert der Sägezahngenerator-Ausgangsspannung und Eichphase wird auch in entsprechender Weise, wie weiter die Nacheichung bzw. Anpassung der Sägezahnspannung an unten noch ausführlich geschildert, auf die Speicherschaltung den Zählerstand erfolgt dann auch durch entsprechende Beein- 55 20 eingewirkt, die die von dem Sägezahngenerator 4 aufzuinte-flussung der Spannung in der Speicherschaltung 20. grierende Spannung bereitstellt.

Grundsätzlich leitet der Vorwärts-Rückwärtszähler 7 bei Es versteht sich, dass entgegen dem Kurvenverlauf der

Erreichen seines maximalen Zählerstandes die Eichphase ein, Fig. 2 die von dem Integrator erzeugte Sägezahnspannung die bei der Betrachtung der Erfindung von wesentlicher Bedeu- auch von unten nach oben ansteigend verlaufen kann; dies sind tung ist. Diese Eichung erfolgt dann allgemein so, dass, veran- 60 lediglich Umkehrungen der vorhandenen Schaltungsmöglich-lasst durch ein entsprechendes Ausgangssignal des Zählers 7, keiten. Auch die Ausübung der Schaltfunktionen vom Steuerweiches leicht durch Abnahme einer Spannung an der letzten werk 8, insbesondere in der Messphase (auf die Eichphase wird Zählerstelle gewonnen werden kann, zur Eichung dem beim gleich noch eingegangen) sind im einfachsten Fall durch gattermaximalen Zählerstand nmax erreichten Endwert der festgehal- gesteuerte Schaltungssysteme vorzunehmen.

tenen Ausgangsspannung des Sägezahngenerators 4 durch 65 Der Darstellung der Fig. 2 lässt sich entnehmen, dass der Schliessen des Schalters S1 die positive Referenzspannung Regelimpuls 22, dessen Dauer die Breite der noch akzeptierba-+Uref entgegengeschaltet wird. Stimmen diese Spannungen ren Toleranz bezüglich der Genauigkeit des Analog-Digital-überein, führt die Komparatormeldung zu keiner Nachrege- wandlers vorgibt, einen vergleichsweise sehr kurzen zeitlichen

Abstand zum Zeitpunkt t3 aufweist, zu welchem der Zähler 7 seinen maximalen Endstand erreicht und durch ein entsprechend gattergesteuertes Schaltsignal der Schalter S1 geschlossen und damit die positive Referenzspannung aufgeschaltet wird. Dieser zeitliche Abstand Ar ist zweckmässig, damit Einschwingvorgänge, die beim Aufschalten dieser Referenzspannung entstehen können, abgeklungen sind, bevor der Koinzidenzvergleich mit der Sägezahnspannung vorgenommen wird.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel für diesen wesentlichen Eichphasenabschnitt wird im folgenden im einzelnen erläutert; es versteht sich aber, dass die Erzeugung des Schalt- oder Regelimpulses 22 und die Abtastung der sich innerhalb des hierdurch vorgegebenen Zeitraums ändernden Spannungsver-hältnissefam Ausgang des Komparators 6 auch durch andere, geeignete Schaltmittel vorgenommen werden können.

Sobald der Zähler 7 seinen maximalen Endstand nmax erreicht hat, wird über die Leitung 22 dem Steuerwerk 8 ein entsprechender Impuls zugeleitet, der beispielsweise durch das Hochgehen auch der letzten Stelle des Zählers 7 erzeugt werden kann.

Dieser Impuls, der durch eine entsprechende Gattersteuerung auch die Zuführung weiterer Zählimpulse zum Zähler 7 unterbrechen kann, steuert eine bistabile Kippstufe 23 an, an deren Ausgang ein sogenannter ME (Messphase Ende) -Impuls erzeugt wird. Dieses ME-Signal gibt einen nachgeschalteten Taktgenerator 24 frei, der eine Anzahl von Zähltakten, beispielsweise 10 Zähltakte, an einen entschlüsselten Dekadenzähler 25 liefert. Bei einem solchen entschlüsselten Dekadenzähler kann es sich beispielsweise um einen sogenannten «Johnson»-Zähler handeln, der so verschlüsselt ist, dass im zyklischen Ablauf an beispielsweise zehn seiner Ausgangsanschlüsse jeweils für einen bestimmten Zeitraum hohes Potential bzw. der Zustand log 1 vorliegt. Ein von einem solchen entschlüsselten Dekadenzähler 25 zur Verfügung gestellter zeitlicher Ablauf wird ausgenutzt, um die einzelnen Schaltfunktionen zu erzeugen. Der erwähnte Schalt- oder Regelimpuls 22 wi'rd am Ausgang des UND-Gatters 26 erzeugt und gelangt auf ein nachgeschaltetes bistabiles Flip-Flop (D-Flip-Flop) 27 sowie am Eingang eines Schalters S6, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Feldeffekttransistor ausgebildet ist und den Ausgang des Komparators 6 mit dem Eingang 28 der Speicherschaltung 20 verbindet. Die Erzeugung des Regelimpulses 22 erfolgt durch Verknüpfung des zu einem geeigneten Zeitpunkt hochgehenden Ausgangssignals eines der Ausgänge des entschlüsselten Dekadenzählers 25 (hier abgenommen am Ausgang 0) mit dem Zähltakt des Taktgenerators 24. An sich ist diese Verknüpfung nicht unbedingt notwendig, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde sie deshalb gewählt, damit in Relation zu den anderen zeitlichen Abläufen die effektive Dauer des Regelimpulses 22 0,35 ms betragen soll. Diese Dauer lässt sich durch die angegebene Verknüpfung erreichen. Für den Fachmann versteht es sich aber, dass ein solcher Schaltimpuls durch geeignete Schaltmittel nach Erreichen eines maximalen Zählerstandes auch in anderer Weise erzeugt und ausgewertet werden kann.

Der Regelimpuls 22 geht auf den «D»-Eingang des Überwa-chungs-Flip-Flops 27, nachdem dieses durch die entschlüsselte Neun am Dekadenzähler 25 am Ende jeder Eichphase gesetzt worden ist. Andererseits ist der Komparator 6 so ausgebildet und lässt sich auch der Darstellung der Fig. 2 entnehmen, dass dieser sein Ausgangspotential dann, wenn die hinzugeführte Eingangsspannung den Nullpegel durchläuft, schlagartig ändert, beim Ausführungsbeispiel von einer negativen Spannung in eine entsprechende positive Spannung. Trifft nun dieser Änderungsimpuls in dem Zeitraum ein, während welchem vom Gatter 26 am Flip-Flop 27 der Schaltimpuls anliegt, dann wird der Schaltimpuls vom Flip-Flop 27 übernommen und es kommt zu einer Änderung des Ausgangspotentials des Flip-

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Flops 27, welches in entsprechender Weise ausgewertet wird und welches gleichzeitig angibt, dass Synchronisation des Analog-Digitalwandlers vorliegt, da die Sägezahnspannung nach Erreichen des maximalen Zählerstandes innerhalb eines vorgegebenen Toleranzzeitraums entgegengesetzt identisch zur aufgeschalteten Referenzspannung ist.

Die Auswertung der Umschaltung des Flip-Flops 27 kann in beliebiger Weise geschehen, beispielsweise bewirkt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Umschaltung das Leitendwerden eines nachgeschalteten Transistors 30, so dass eine über einen Widerstand 31 mit dem Kollektor des Transistors 30 verbundene Leuchtdiode 32 aufleuchtet und die einwandfreie Eichung und Betriebsbereitschaft das Geräts anzeigt. In entsprechender Weise lässt sich das Ausgangssignal weiter ausnutzen zur Sperrung des Betriebsablaufs oder der Messphase so lange, bis schliesslich Synchronisation erreicht ist und/oder zur Anzeige eines Überlast- bzw. nicht betriebsbereiten Zustands.

Im Idealfall durchläuft somit, wie Fig. 2 zeigt, die entgegengeschaltete Bezugsspannung +Uref den Regelpuls in dessen zeitlicher Mitte, was dadurch zum Ausdruck kommt, dass der Eingang des Komparators 6 während der ersten Hälfte des Regelimpulses 22 hoch und während der zweiten Hälfte niedrig liegt, mit einer entsprechenden, umgekehrten Potentialverteilung am Komparatorausgang, wobei jedoch der Komparator-ausgang beim Durchlaufen des eingangsmässigen Nullpotentials ausgangsmässig ein Sprungfunktionsverhalten zeigt.

Der Ausgang des Komparators 6 ist über die Verbindungsleitung 35 und den schon erwähnten Schalter S6 mit dem Eingang der Speicherschaltung 20 verbunden, die in vorteilhafter Weise als Integrator, bestehend aus einem Operationsverstärker mit einem über Eingang und Ausgang geschalteten Kondensator 36 ausgebildet ist. Liegt die Ausgangssprungfunktion oder der Umschaltzeitpunkt des Komparators 6 genau in der Mitte des Regelimpulses 22, der über die Leitung 37 auch den Schalter S6 steuert, der das Ausgangspotential des Komparators mit dem Eingang der Speicherschaltung 20 verbindet, dann ist ersichtlich, dass der Integrator die von ihm für den nachgeschalteten Sägezahngenerator 4 bereitgestellte Spannung nicht ändert, da er in gleichem Masse abwärts und aufwärts integriert hat. Verschiebt sich der Nulldurchgang des Komparators 6 innerhalb des vorgegebenen Toleranzzeitraums, dann ändert sich entsprechend (weil nunmehr entweder das negative oder das positive Potential am Eingang des integrierenden Speichers 20 länger anhält) in entsprechender Weise, und zwar um so stärker, je stärker der Nulldurchgang aus der Mitte der Regelsignaldauer herausverschoben ist. Dieser Schaltungsteil wirkt daher wie ein Proportionalregler und führt die Synchronisation und den Gleichlauf der den Analog-Digitalwandler bildenden Komponenten um so eher herbei, je stärker die jeweilige Abweichung ist. Liegt der Nulldurchgang dann ausserhalb des vorgegebenen Toleranzzeitraums (entsprechend Dauer des Regelimpulses 22), dann ist der Analog-Digitalwandler, wie beschrieben, nicht im Betrieb; er erreicht jedoch seine Betriebsbereitschaft innerhalb weniger Zyklen, und zwar nicht zuletzt wegen des Proportionalverhaltens beim Ausregeln der Abweichung. Zusammengefasst lässt sich feststellen, dass die Überwachung auf Einhaltung der Synchronisation und Eichung im wesentlichen digital erfolgt, während die Nachregelung und die Beeinflussung der Speicherschaltung 20 über eine Analogregelung durchgeführt wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erfolgt die Rücksetzung des ersten Flip-Flops 23 in der Schaltungsreihe durch den über die RC-Kombination 40,41 differenzierten Impuls am Ausgang der entschlüsselten Null des Dekadenzählers 35, wodurch das Flip-Flop 23 wieder auf die Stellung «Messen» umgeschaltet und die Eichphase beendet wird. In der Darstellung der Fig. 2 läuft die integrierte Ausgangsspannung

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des Sägezahngenerators 4 weiter, bis beispielsweise durch einen anderen Schaltimpuls die Schalter S5 und S3 geschlossen und damit wieder der eingangs schon erwähnte Potentialvertei-lungszustand wieder hergestellt wird. Unterhalb der Darstellung des Kurvenverlaufs der Fig. 2 sind noch einige Angaben 5 hinsichtlich der Schalterstellung der insgesamt vorhandenen Schalter SI bis S6 gemacht, es versteht sich, dass durch die restlichen Schalter, soweit erforderlich, durch entsprechende Halbleiterschaltelemente, beispielsweise Feldeffekttransistoren ersetzt werden können. Durch ein geeignetes Schaltsignal des 10 Steuerwerks 8 wird über einen Feldeffekttransistor 42 der Integrator in seine Startposition für die nächste Messphase gebracht. Dieses Schaltsignal kann beispielsweise durch Verbinden eines geeigneten, im geeigneten zeitlichen Rasterabstand liegenden Ausgangspotentials des entschlüsselten Deka- 15 denzählers 25 mit der Leitung 43 erfolgen, wie überhaupt die Ausgänge des entschlüsselten Dekadenzählers 25 auch für die Durchführung sonstiger erforderlicher Schaltfunktionen herangezogen werden können. Die Rückstellung des ersten Flip-Flops 23 auf die Position «Messen» führt ebenfalls zu einem 20 Ausgangssignal, welches durch den Pfeil 44 angedeutet ist und welches beispielsweise zur Durchführung entsprechender Schaltfunktionen, etwa Schliessen der Schalter S2 und S5, verwendet werden kann.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet eines solchen Analog- 25 Digitalwandlers liegt auf dem Gebiet des Wiegens; dabei wird der Eingangsklemme 1 eine unbekannte, einem unbekannten Gewicht proportionale Spannung zugeführt, und die Gewichtsanzeige kann mit hoher Präzision in Sekundenschnelle erfolgen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht dann darin, dass zur Gewichtsbestimmung eine Brückenschaltung verwendet wird, deren eines Glied beispielsweise über einen druckempfindlichen Sensor oder Widerstand verfügt und dem unbekannten Gewicht ausgesetzt wird. Speist man diese Brücke mit einer geeigneten Bezugsspannung, wobei beispielsweise die ohnehin schon vorhandene Referenzspannungen verwendet werden können, dann erhöht sich die Genauigkeit des Systems weiter, da die Referenzspannungen ja gleichzeitig auch der Eichung und Synchronisation dienen.

Schliesslich sei darauf hingewiesen, dass die in der Eichphase wirksam werdenden Schaltungskomponenten innerhalb des Steuerwerks 8 lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiel darstellen; so ist es beispielsweise denkbar, dass durch ein geeignetes, beispielsweise monostabiles Schaltungselement, welches nach Beendigung des Zähl vorgangs des Hauptzählers 7 angestossen wird, ein Impuls einstellbarer Länge erzeugt und einer Gatterschaltung zugeführt wird, deren anderer Eingang mit dem Ausgang des Komparators 6 verbunden ist, und die so ausgebildet ist, dass nur bei gleichzeitigem Vorliegen beider Impulse sonstige Schaltungsvorgänge veranlasst bzw. die Betriebssicherheit des Gerätes angezeigt wird.

2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

626202 ; PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur wiederholten Nacheichung und Genauigkeitsüberprüfung eines Analog-Digitalwandlers, mit einem eine linear ansteigende, in ihrer Steilheit veränderbare Sägezahnspannung erzeugenden Sägezahngenerator, einem von einem Oszillator stammende Taktimpulse zählenden Zähler, einer bei Übereinstimmung einer Eingangsmessspannung mit der Sägezahnspannung durch Signalgabe die Auswertung des Zählerinhaltes ermöglichenden Vergleichsschaltung und mit mindestens einer Referenzspannungsquelle, die am Ende der Messphase mit der Sägezahnspannung verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass man die Sägezahnspannung nach Ende der Messphase weiterlaufen lässt und ihr gleichzeitig die Referenzspannung entgegenschaltet, dass ein Regelimpuls vorgegebener Dauer erzeugt und dass festgestellt wird, ob die Übereinstimmung der Referenzspannung mit der Sägezahnspannung zeitlich innerhalb der Regelimpulsdauer liegt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zum Zeitpunkt der Identität von Sägezahnspannung und Referenzspannung die Ausgangsspannung der Vergleicherschaltung schlagartig ändert und während der Regelimpulsdauer einer integrierenden, das Eingangsspannungspotential für den Sägezahngenerator liefernden Speicherschaltung zugeführt wird, so dass die Nachregelung analog proportional erfolgt.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer vom Ablauf eines Zählers (7) gesteuerten Schaltungsanordnung (24,25,26) nach Ablauf der Messphase ein Regelimpuls vorgegebener Dauer erzeugt wird und dass mit einer Überwachungsschaltung dieser Regelimpuls und der bei Identität zwischen einer weiterlaufenden Sägezahnspannung und einer aufgeschalteten entgegengesetzten Referenzspannung entstehende Vergleicherausgangsimpuls empfangen wird, derart dass durch eine erst nach dem Ende des durch seine Dauer eine zeitliche Toleranz vorgebenden Regelimpulses auftretenden Identität ein Fehlen der Betriebsbereitschaft feststellbar und/oder auswertbar ist.

4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicherschaltung (20), die einem der Erzeugung der Sägezahnspannung dienenden Sägezahnspannung (4) zugeordnet ist, als Integrator ausgebildet ist und während der Dauer des Regelimpulses (22) über einen Schalter (S6) mit dem Ausgang einer der Erzeugung des Vergleicherausgangsimpul-ses dienenden Vergleichsschaltung (6) verbunden ist, derart dass die das vom Sägezahngenerator zu integrierende Signal erzeugende Speicherschaltung (20) einer analogen Proportionalregelung unterworfen ist.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein entschlüsselter Dekadenzähler (25) zur Erzeugung von die erforderlichen Schaltungsabläufe bestimmenden Zeitintervallen vorgesehen ist, dem eine bistabile Kippschaltung (27) nachgeschaltet ist, der einerseits der Regelimpuls (22) und andererseits der Vergleicherausgangsimpuls zugeführt wird, und die ihren Schaltzustand nur dann ändert, wenn der Vergleicherausgangsimpuls zeitlich während der vorgegebenen Dauer des Regelimpulses (22) auftritt.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Zähler (7) angestossenes Flip-Flop (23) vorgesehen ist, welches einen das Ende der Messphase anzeigenden Impuls (ME) erzeugt, der einem nachgeschalteten Taktgenerator (24) zuführbar ist, der seinerseits den entschlüsselten Dekadenzähler (25) zyklisch durch Zuführung von Zählimpulsen weiterschaltet.

7. Verfahren nach den Patentansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verknüpfung der dem Dekadenzähler (25) zugeführten Zählimpulse mit einem seiner Ausgangsimpulse über ein UND-Gatter (26) der Regelimpuls erzeugbar ist, der gleichzeitig dem als Feldeffekttransistor ausgebildeten Schalter (S6) zugeführt ist, der den Ausgang des Vergleichers (6) mit dem Eingang der integrierenden Speicherschaltung (20) verbindet.

8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ende der Messphase und der dem Vergleich der weiterlaufenden Sägezahnspannung mit der Referenzspannung dienenden Eichphasenteilzeit ein Speicherkondensator (5) des Sägezahngenerators (4) über einen vom Steuerwerk (8) beaufschlagten Halbleiterschalter (42) entladen wird.