DD143992A2 - Ad-bzw.da-korrekturschaltung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Analog-Digital (AD) bzw. Digital-Anaiog (DA)-Korrektursehaltung für AD- bzw. DA-Umsetzer mit wiederholter interner Kennlinienkorrektur unter Verwendung mehrgliedriger ; Filter in Ausgestaltung der Erfindung nach PS 140 323. ihr Einsatz erfolgt in Geräten der elektronischen Meßtechnik. Ziel der Erfindung ist es, die Umsetzungseigenschaften zu verbessern. Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, die Korrekturverstärkung zu erhöhen und/oder die Einschwingzeit wesentlich zu «verringern. Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Korrekturkreis in einer modifizierten Zweistufen-Tast- und Halteschaiiung zur Einschwingbeschleunigung ein Überbrückungsschalter angeordnet ist. Der Überbrückungsschalter verbindet in ,Abhängigkeit von einem Amplitudendiskriminator den zweiten Haltekondensator der modifizierten Zweistufen-Tast- und Halteschaiiung mit einem Vorwiderstand, so daß bereichsweise eine schnellere Aufladung des Kondensators erfolgt. Vorteilhaft ist der Überbrückungsschalter mit spannungsabhängigen Bauelementen realisiert

Description

Titel der_ Erfindung

AD» bzw« DA-Korrektursohaltung

Anwe ndu_na8geb iet__d_er_ Erfindung

Die Erfindung betrifft eine AD (Analog-Digital)- bzw» DA (Digital~Analog)-Korrekturschaltung für AD- bzw* DA°Umsetzer mit wiederholter interner Korrektur der Umsetzungskennlinie unter Verwendung mehrgliedriger Filter in Ausgestaltung der Erfindung nach WP 140 323.

In der Schaltungsanordnung zur AD- bzw« DA-Korrektur naoh dem Hauptpatent ist die Aufgabe gelöst, eine hohe Korrekturverstärkung und/oder einen großen Korrektur-Bereich zu realisieren«

In dieser Schaltungsanordnung enthält der Korrekturkreis einen DA-Umsetzer, bestehend aus einem Pulslängen modulator und einem Pulslängendemodulator mit einem mehr-gliedrigen Tiefpaß am Ausgang sowie einem Steuereingang, einem Differenzverstärker, einer Zweistufen» Tast- und Halteschaltung mit einer Anpassungstufe und einem Vorwiderstand, der zwischen den Differenzier-

stä.rker und der Zweistufen-Tast«» und Haltesohaltung engeordnet ist« Die Schaltungsanordnung besteht weiter-» hin aus analogen und digitalen Referenzspannungsquellen, einem zentralen Zeitablaufgeber und bei AIMJmsetzern aus einer Digitalisierungsschaltung* Durch geeignete Verstärkerelemente und Korrekturdauerdimensionierung ist eine Korrekturschrittverstärkung um den Wert «-1, jedoch innerhalb des Breiches zwischen 0 und .-2 realisiert, wobei die fiktive Zeitkonstante, gebildet aus dem Vor~ widerstand und den zwei parallelgesohalteten Haltekondensatoren, wesentlich größer als die Korrekturdauer ist.

Der Hachteil der AD- bzw« DA»Korrektürschaltung nach dem Hauptpatent besteht darin, daß zugleich mit der Erhöhung der Korrekturverstärkung, insbesondere bei größerer Anfangsablage, eine längere Zeit bis zum Er« reichen des eingeschwungenen Zustandes benötigt wird« Ursache dafür ist die begrenzte Aussteuerbarkeit des am Vorwiderstand angeschlossenen Verstärkers zusammen mit der nur teilweisen Nachladung der Haltekondensatoren in jedem Korrekturschritt, so daß während eines solchen "Weit-ab Einsehwingvorganges" viele Korrekturschritte erforderlich sind, bis der eigentliche Korrekturbereich ohne Verstärkerübersteuerung erreicht ist« Die zunehmende Einschwingzeit begrenzt dadurch in Abhängigkeit vom jeweils zulässigen Wert der Aussteuerbarkeit die praktisch nutzbare Korrekturverstärkung und damit die ümsetzungsgenauigkeit« " .

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist es, die Genauigkeit der AD~ bzw» DA«»Umsetzung zu verbessern· -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Ausge» staltung der Erfindung nach WP ^40 323 eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, die erreichbare Korrekturverstärkung zu erhöhen und/oder die Einschwingzeit wesentlich zu verringern,,

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zur AD- bzw*. DA-Korrektur, bestehend aus einem internen DA-Umsetzer mit einem Pulslängenmodulator und einem nachfolgenden Pulslängendemodulator mit einem Tiefpaßfilter am Ausgang, dessen Umsetzungskennlinie über mindestens einen Steuereingang korrigierbar ist, einem Differenzverstärker, einer analogen und digitalen Referenzquelle, einer Zweistufen- Tast- und Halteschaltung, einem Analogumschalter, einem zentralen Zeitablaufgeber und einem Vorwiderstand in Ausgestaltung der Erfindung nach dem Hauptpatent zu schaffen, dadurch gelöst, daß im Korrekturkreis innerhalb einer modifizierten Zweistufen Tast- und Halteschaltung, die sich zwischen dem DA-Umsetser und dem Yorwiderstand befindet, zusätzlich ein überbrückungsschalter angeordnet ist, dessen erster Anschluß mit dem zweiten Schalter, dem zweiten Haltekondensator und der Anpassungsstufe und dessen zweiter Anschluß mit dem ersten Schalter und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter angeordneten Ladewiderstand verbunden istjund daß der Überbrückungsschalter von einem vorzugsweise symmetrischen Amplitudendiskrimi« tiator gesteuert wird, der eingangsseitig am Yorwiderstand angeschlossen ist_e

Es ist zweckmäßig, den Yorwiderstand so zu bemessen, daß bei geschlossenem Überbrückungsschalter keine Instabilität des Korrekturkreises auftritt«

Es ist zweckmäßig, daß der erste Schalter nur innerhalb und der zweite Schalter nur außerhalb der Korrektur«· phase geschlossen, ist«

Es ist zweckmäßig, daß die fiktive Zeitkonstante_g gebildet aus der Summe der Widerstandswerte des Vorwiderstandes und des Ladewiderstandes sowie der Summe der Kapazitätswerte der beiden Haltekondensatoren wesentlich größer als die Korrekturdauer ist«

Es ist zweckmäßig, daß innerhalb des Korrekturkreises, bestehend aus dem DA-Umsetzer, der modifizierten Zweistufsn-Taßt-und Halteschaltung, dem Vorwiderstand, einem Siebglied und dem Differenzverstärker, die Korrekturschrittverstärkung im Bereich zwischen 0 und »2, vorzugsweise bei -1 liegt_e -

Es ist zweckmäßig, den Überbrückungsschalter selbst aus-» θteuerungsabhängig auszuführen, vorzugsweise mit antiparallelen Dioden oder mit Z-Diodeh, so daß betragsmäßig oberhalb einer Spannungsschwelle Durchlässigkeit besteht· Dadurch kann der Amplitudendiskriminator entfallen*

Es ist'weiterhin zweckmäßig, zwischen dem Vorwiderstand und dem ersten Schalter einen Siebkondensator anzuschließen«

Es ist ferner zweckmäßig mehrere modifizierte Zweistufen·» last- und Halteschaltungen eingangsseitig parallel zu schalten« ':

Es ist schließlich zweckmäßig, bei großen Änderungen der Ausgangsspannung des Siebgliedes den Ladewiderstand wesentlich größer zu dimensionieren als den-· Vorwiderstand.

Die erfindungsgemäße.Schaltungsanordnung hat aufgrund der Maßnahmen zur Einschwingbeschleunigung gegenüber der Anordnung nach.dem Hauptpatent den Vorteil einer

wesentlich geringeren Einschwingseit und/oder einer höheren Korrekturverstärkung und einer damit verbesserten AD- bzwe DA-Umsetzunge Diese Vorteile sind mit sehr geringem zusätzlichen Aufwand realisierbar«

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei-. spiel näher erläutert werden«, In der zugehörigen Zeiehnng zeigen*

Pige 11 eine DA-Korrekturschaltung mit Einschwing- - beschleunigung _.

Fig# 2 j eine AD-Korrekturschaltung mit vereinfachter Einschwingbeschleunigung_β

In der Schaltungsanordnung nach Fig«, 1 wird über einen Eingang 1 ein digitaler Eingangswert D einem internen DA-Umsetzer 23» bestehend aus einem amplitudenstabili» sierten Pulslängenmodulator 2, einem Summationspunkt 4 mit einem Steuereingang 24 und einem Tiefpaßfilter 5» zugeführte Eine zum digitalen Eingangwert D₀ proportionale Ausgangsspannung U„ entsteht zwischen einem

Schaltungsausgang 7,der zugleich mit dem Ausgang des (Tiefpaßfilters 5 und einem Analogumschalter 9 verbunden ist j und einem Masseanschluß 6_β In einem'Differ©nzverstärker 10 wird^: während der Korrekturphase die Differenz zwischen der Ausgangsspannung U und einer Referenzspannung IL einer analogen Referenzquelle 8 verstärkt und gelangt danach in ein Siebglied 20« Gleichzeitig erhält der Pulslängenmodulator 2 aus einer digitalen Referenzquelle 3 eine digitale Referenzgröße D_x,, die über die Umsetsungskennlinie zur Referenzspannung proportional ist«

Während der Ifinsetzungsphase sind die Verstärkereingänge des Differenzverstärkers 10 verbundene Die Umschaltung erfolgt über den Analoguinschalter 9« Über einen Yorwiderstand 19 und eine modifizierte Zweistufen-Tast« und Halteschaltung 22, bestehend aus einem ersten Schalter 16, einem zweiten Schalter 14, einem zweiten Haltekondensator 12_S einem ersten Haltekondensator 13,- einem Ladewiderstand 15, einem Überbrückungsschalter 17 und einer Anpassungs« stufe 21, ist das Siebglied 20 mit dem Steuereingang 24 des Summationspunktes 7verbund©SsDer Überprückungsschalter 17 wird von einem vorzugsweise symmetrischen Amplitudendiskriminator 18» der eingangsseitig an dem Ausgang des Siebgliedes 20 und dem Yorwiderstand 19 · angeschlossen ist, gesteuert_s während der zeitliche Ablauf mit Hilfe der gestrichelt dargestellten Steuerleitungen; 25 von eines Zeitablaufgeber 11 gesteuert wird_e

Der erste Schalter 16 ist nur·, innerhalb und der zweite Schalter 14 ist nur außerhalb der Korrekturphase geschlossene Die aus der Widerstandssumme des Yorwiderstandes 19 und des Ladewiderstandes 15 sowie .der Kapazität ssumme des ersten und zweiten Haltekondensators 13 und 12 gebildete fiktive Zeitkonstante ist wesentlich größer als die Korrekturdauer, wobei die Korrektur·» schrittVerstärkung zwischen den Werten 0 und ~2₉vorzugsweise bei «1 liegt, · .

Der Überbrückungssclialter 17 wird nui> geschlossen, wenn--die Eingangsspannung des symmetrischen Amplituden·» diskriminators 18 während der Korrekturphase betragsmäßig einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Dann entsteht wegen, des gleichzeitig geschlossenen Schalters 16 eine Gegenkopplung, wenn der Yorwiderstand 19 und der si/eite Haltekondensator 12 so bemessen, sind, daß.die Stabilität gewahrt bleibte Der

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Ladewiderstand 15 ist wesentlich größer als der Vor*- widerstand 19* so daß bei großen Ausgangsspannungen des Siebgliedes 20 eine stark beschleunigte Aufladung des zweiten Haltekondensators über den Überbrückungsschalter 17 erfolgte Dadurch wird für den "Weit-ab linschwingvorgang" wesentlich weniger Zeit-benötigt · bzw. kann für eine gleiche Einschwingzeit eine wesentlich höhere Korrekturverstärkung ermöglicht werden als in der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent_e In der Höhe des Endzustands, wenn beispielsweise der Ausgang des Differenzverstärker 10 während der Korrekturphase nicht mehr übersteuert ist und der symmetrische Amplitudendiskriminator 18 nicht mehr anspricht, verläuft der Korrekturvorgang langsam und mit sehr hoher KorrekturverstÖTjkunge -

Die Schaltungsanordnung nach Fig_e 2 stellt gegenüber der nach Fig« 1 eine AJVKorrokturschaltung mit vereinfachter Einschwingbeschleunigung dar«Der zentrale Zeitablaufgeber 11 wurde aus Gründen der Übersicht in der Zeichnung weggelassen^ ist aber zur Funktion der Schaltungsanordnung erforderlich« In Fig« 2 sind nur die für den beschleunigten Korrekturvorgang wesentlichen De» teils eines Zweisyklus-AD-Umsetzers mit wiederholter interner Korrektur der Analog-Frequenz»Umsetzung unter Verwendung eines Integrators 37 dargestellt« Die digitale Eingangsgröße D ist das Digitalisierungsergebnis nach dem ersten Umsetzungszyklus geringer Umsetzungssteilheit<, In bekannten Anordnung und Wirkungsweise besteht der Integrator 37 aus einem Widerstand 29$ einem Integrationskondensator 3Oj einem Integratorverstärker 31$ einem Gegenkopplungswiderstand.33 und aus einem Gegenkopplungsschalter 3^-e Am invertierenden Eingang 32 des Integratorverstärkers 31 wird funktionsbedingt (Spannungs-Frequenz-Ümsetzung) ein zeitabhängiger Strom i (t) einem Anschluß 38 entnommene Am Ausgangsanschluß 35 des Integrators 37

weiterhin ein Hilf^verstärker 28 angeschlossen«, Eine zu digitalisierende Eingangs spannung U₁₅₁ an einem

Eingangeanschluß 26 gelangt während der Umsetzungsphase (in z?/ei Zyklen unterschiedlicher Umsetaungssteilheit) über den Analogumsehalter 9 sum Differenzverstärker 1O_C Im eingeschwungenen. Zustand des Korrekturkreises bildet der Vorwiderstand 19 .zusammen mit einem Siebkondensator jl6 ein zusätzliches Tiefpaßglied 39« Die Ausgänge des ersten und zweiten Schalters 16 und 14 sind durch sntiparallel geschaltete Dioden 27 verbunden« Diese übernehmen gegenüber der Schaltungsanordnung nach Pig« 1 zugleich die Funktion des symmetrischen Amplituden« diBkriminator3i8 und des Überbrückungsschalter^ 1?e Dadurch entsteht ein geringerer Schaltungsaufwand* Eine höhere Ansprechschwelle ist beispielsweise durch die Reihenschaltung mehrerer Dioden oder mittels Z^Dioden zu erreichen« Durch die Anordnung des Siebkondeneatörs 36 unmittelbar vor dem ersten Schalter 16 entsteht bei Durchlässigkeit der Dioden 27$ d.h«. während des "Weitet) Einschmngvorganges" mit Gegenkopplung_s kein zusätzliches Siebglied^sondern der zweite Haltekondensator 12 und der Siebkondensator 36 liegen dann parallel, BG daß mit dem Siebkondensator 36 keine erhöhte Gefahr äex Instabilität entsteht_ώ Nach Beendigung des "Weitab Einschwingvorganges" dient das Tief$aßgl'ied 39.zur Störbefreiung während der Peinkorrektur,,

Me erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besitzt gegenüber der Anordnung nach dem Hauptpatent den Vorteil einer wesentlich geringeren linschwingseit und/oder einer höheren Korrektlirverstärkung und einer damit verbesserten AB»» bzw*-.DA—Umsetzung· Diese Vorteile sind mit sehr geringe© -zusätzlichen Schaltungsaufwand erreichbar, im einfachsten Pail schon allein mit den Dioden 27 des Ladewiderstand 15«

Claims (1)

1. Z4B >5% ^Si S¹O 1 ü2S

   Erfindungsanspruch

   1«, AD- bzw« DA-Korrekturschaltung für Analog-Digital (AD)-bzw, Digital-Analog (DA)-Umsetzer mit wiederholter Kennlinienkorrektur, bestehend aus einem internen DA-Umsetzer mit einem Pulslangemaodulator und einem nachfolgenden Pulslängendemodulator mit einem Tiefpaßfilter am Ausgang, dessen Umsetzungskennlinie über mindestens einen Steuereingang korrigierbar ist, einem Differenzverstärker» einer analogen und digitalen Referenzquelle, einer Zweistufen- Tast- und Halteschaltung, einem Analogumschalter, einem zentralen Zeitablaufgeber und einem Vorwiderstand nach WP

   140 323 sowie bestehend„aus einem Amplitudendiskriminator, dadurch gekennzeichnet, daß im Korrekturkreis in einer modifizierten Zweistuferi-Tsst· Halteschaltung(22) zusätzlich ein Überbrückungsschalter(17)angeordnet ist, dessen erster Anschluß mit dem zweiten Schalter(14),dem zweiten .Haltekondensat or (12 )und der Anpassungsstufe(21) und dessen zweiter Anschluß mit dem ersten Schalter (16) und einem zwischen dem ersten Schalter (16) und dem zweiten Schalter (14) angeordneten Ladewiderstand (15) verbunden ist, und daß der Überbrückungsschalter (1?) von dem vorzugsweise symmetrischen Amplitudendis- kriminator (18) gesteuert ist_f der eingangsseitig an dem Vorwiderstand (19) engeschlossen ist.

   2_e SchaltuHgsanordnung naßh Punkt 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (19) so bemessen ist, daß bei geschlossenem Überbrüokuagsschalter (17) der Korrekturkreis stabil ist,

   3* Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erst© Schalter (16) nur innerhalb und der zweite Schalter (14) nur süßer·» halb dor Korrekturphase geschlossen ist«

   4_e Schaltungsanordnung nach .Punkt 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die fiktive Zeitkonstante, gebildet aus der Summe der Y/iderstandswerfce des Vorwiderstandes (19) und des. Ladewiderstandes (15) sowie der Summe der Kapazitätswerte der beiden Haltekondensatoren (12 und 13) wesentlich größer als die Korrekturdauer ist«

   5* Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 4_S dadurch gekennzeichnet ₉ daß innerhalb des Korrekturkreises, bestehend aus dem DA-Umsetzer (23)j der modifizierten Zweistufen- Tast*· und Halteschaltung (22), dem Vorwiderstand (19)» einem Siebglied (20) und dem Differenzverstärker (10)_fdie Korrekturkreisverstärkung O bis -2, vorzugsweise -1 beträgt«

   6« Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 5? dadurch gekennzeichnet j daß der Überbrückungsschalter (1?) selbst aussteueruiigsabhängig ausgeführt ist, vorzugsweise mit antiparallel geschalteten Dioden (27) oder mit Z-Dioden_ö . -

   Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet j daß zwischen dem Vorwiderstand (19) und dem ersten Schalter (16) ein Siebkondensator (36) angeordnet'istβ

   8_β. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 7? dadurch gekennzeichnet, daß mehrere modifizierte JS.we.istufen-lDast- und Halteschaltungen (22) eingangsseitig parallel geschaltet sind*

   9β Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet5 daß der Widerstandswert des Lade· Widerstandes ( 15) wesentlich größer als der des Vorwiderstandes (19) ist*

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