DD204593A1 - TWO SIDES AD CONVERTER - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zweiflanken-(Dual-slope)-AD-Umsetzer zur integrierenden AD-Umsetzung. Ziel ist es, den Einfluss unvollkommener Widerstandseigenschaften zu reduzieren. Die Aufgabe, einen Zweiflanken-AD-Umsetzer hoher Genauigkeit ohne dominierende Widerstaende zu schaffen,wird dadurch geloest, dass die Aufintegrationszeit (TI) proportional zur primaeren Referenzspannung (Uz) ist,dass die zur Abintegration verwendete Referenzspannung (UR) gleich der primaeren Referenzspannung (Uz) ist, dass fuer eine digitale Referenzanpassung in einer digitalen Referenzquelle (30) ein Referenzdigitalwert (DR) gespeichert und die Dauer der Aufintegrationszeit durch die Feststellung der Gleichheit des Zaehlerinhalts des Vorwaertszaehlers (23) mit dem Referenzdigitalwert (DR) mittels einer Aequivalenzschaltung (34) bestimmt wird und dass der Referenzdigitalwert (DR) zahlenmaessig gleich der primaeren Referenzspannung (Uz) ist. Die erfinderische Loesung ist vorzugsweise in Geraeten der elektronischen Messtechnik oder der BMSR-Technik anwendbar.The invention relates to a dual-slope AD converter for integrating AD conversion. The aim is to reduce the influence of imperfect resistance properties. The object of providing a high precision two-flank AD-converter without dominating resistors is achieved by the integration time (TI) being proportional to the primary reference voltage (Uz) such that the reference voltage (UR) used for the integration is equal to the primary reference voltage (UR). Uz) is that for a digital reference adjustment in a digital reference source (30) a reference digital value (DR) stored and the duration of Aufintegrationszeit by determining the equality of the Zaehlerinhalts the Vorwaertszaehlers (23) with the reference digital value (DR) by means of an equivalent circuit (34 ) and that the reference digital value (DR) is numerically equal to the primary reference voltage (Uz). The inventive solution is preferably applicable in devices of electronic metrology or the BMSR technique.
Description
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Titel der Erfindung Zweiflanken-AD-Umsetzer Title of the invention Two-flank AD converter
Die Erfindung betrifft einen Zweiflanken-AD-Umsetzer (Dual-slope-AD-Umsetzer) zur integrierenden Analog-Digital-Umsetzung* Sie ist beispielsweise in Geräten der elektronischen Meßtechnik oder der BMSR-Technik anwendbar.The invention relates to a two-flank AD converter (dual-slope AD converter) for integrating analog-to-digital conversion. It can be used, for example, in devices of the electronic measuring technology or the BMSR technology.
In bekannten Zweiflanken-(Dual-slope)-AD-Umsetzern zur integrierenden AD-Umsetzung, vor allem als Digitalvoltmeter mit Störunterdrückung zur Gleichspannungsmessung realisiert, u.a. DE-OS 1 935 124 (21e-19/26), sind einem Integrator ein Komparator, eine Torschaltung und ein Ergebniszähler mit Anzeige nachgesetzt. Der zeitliche Ablauf wird mittels einer Steuerschaltung koordiniert und ist von einer Taktfrequenz abgeleitet· Während der eigentlichen Integrationszeit liegt die umzusetzende Analoggröße (Spannung) am Eingang des am Beginn entladenen Integrators. Die während dieser Zeit aufgenommene Ladung ist zum Analogwert (zur Spannung) am Eingang proportional. Daher ist auch die Dauer derIn known Zweflank (dual-slope) AD converters for integrating AD implementation, especially as a digital voltmeter with interference suppression realized for DC voltage measurement, u.a. DE-OS 1 935 124 (21e-19/26), an integrator, a comparator, a gate circuit and a result counter with display are nachgesetzt. The time sequence is coordinated by means of a control circuit and is derived from a clock frequency. During the actual integration time, the analog variable (voltage) to be converted lies at the input of the integrally discharged integrator. The charge taken during this time is proportional to the analog value (to the voltage) at the input. Therefore, the duration of the
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Abintegration mit einer konstanten analogen Referenzgröße (Referenzspannung), die gleich dem Bereichsendwert der umzusetzenden Analoggröße (Spannung) und von entgegengesetzteer Polarität ist, zum Betrag dieser eingangsseitigen Analoggrb'ße (Spannung) proportional· Die Dauer der Abintegration wird in einem Zeitintervallmesser, bestehend aus Tor- und Zählschaltung mit Taktgeber, als Äquivalent für die analoge Eingangsgröße ermittelt und angezeigt· Da sowohl die Toröffnungsdauer und die Zählfrequenz als auch die Auf- und die Abintegrationszeit vom gleichen Taktgenerator abgeleitet werden, entsteht diesbezüglich kein Umsetzungsfehler· Ebenso wird der Umsetzungsfehler dadurch gering gehalten, daß innerhalb des Integrators für die Eingangsgröße und die Referenzgröße die gleiche Bewertungsschaltung (Integrator) zur Anwendung kommt, d.h. der gleiche Integratorvorwiderstand für die Spannungsmessung. Differenzen der Schalterdurchlaßwiderstände lassen sich durch feineinstellung verringern, so daß die Umsetzungssteilheit bei vernachlässigbarem STullpunktfehler theoretisch nahezu ausschließlich von der Referenzgröße, die gleich der maximalen umzusetzenden Eingangsgröße (Bereichsendwert) ist, abhängt·Abintegration with a constant analogue reference (reference voltage) equal to the full scale value of the analogue quantity to be converted (voltage) and of opposite polarity proportional to the magnitude of this input analogue voltage (voltage) · The duration of the integration is measured in a time interval meter consisting of gate and counting circuit with clock, as the equivalent of the analog input value determined and displayed. Since both the gate opening time and the counting frequency and the up and the Abintegrationszeit are derived from the same clock generator, there is no implementation error in this regard · Similarly, the implementation error is kept low, that the same evaluation circuit (integrator) is used within the integrator for the input variable and the reference variable, ie the same integrator resistor for voltage measurement. Differences in the switching-through resistances can be reduced by fine adjustment, so that the conversion steepness with negligible zero-point error theoretically depends almost exclusively on the reference variable, which is equal to the maximum input variable to be converted (full-scale value).
nachteilig ist der große Einfluß unvollkommener Widerstandseigenschaften (Temperaturkoeffizient, Alterung) für die Bereitstellung der Referenzgröße (-spannung) als Bereichsendwert aus der primären Referenzgröße (-spannung), die unmittelbar an einem primären Referenzbauelement (beispielsweise eine Referenz-Z-Diode) entsteht, auf die Genauigkeit der AD-Umsetzung.A disadvantage is the great influence of imperfect resistance properties (temperature coefficient, aging) for the provision of the reference variable (voltage) as a final value of the primary reference value (voltage), which arises directly on a primary reference component (for example, a reference Zener diode) the accuracy of the AD implementation.
Ziel der Erfindung ist es, bei der Zweiflanken-AD-Ums.etzung den Einfluß unvollkommener Widerstandseigenschaften zu reduzieren.The aim of the invention is to reduce the influence of imperfect resistance properties in the two-flank AD conversion.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zweiflanken-AD-Umsetzer zu schaffen, in dem bezüglich der Umsetzungsgenauigkeit dominierende Widerstände nicht erforderlich sind·The object of the invention is to provide a two-flank AD converter in which dominant resistances with respect to the conversion accuracy are not required.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe durch einen Zweiflanken-AD-Umsetzer, bestehend aus einer Integrator/ Komparatorschaltung, einem Analogumschalter mit einem Eingangsschalter und einem Referenzschalter, einer analogen Referenzquelle, einem Taktgenerator, einer Steuerschaltung und einem Vorwärtszähler, gegebenenfalls mit nachgesetzter Anzeige, und ferner charakterisiert durch eine Aufintegrationszeit und eine Abintegrationszeit gelöst· Dabei ist eine am Referenzschalter angeschlossene Referenzspannung, die an einem Ausgang der analogen Referenzquelle meßbar ist, gleich einer primären Referenzspannung,die unmittelbar an einem primären Referenzbauelement meßbar ist· Ein Zähleingang des VorwärtsZählers ist disjunktiv über eine erste Torschaltung mit einem ersten Ausgang der Steuerschaltung zur Steuerung der Aufintegrationszeit und über eine zweite Torschaltung mit einem zweiten Ausgang der Steuerschaltung zur Steuerung der Abintegrationszeit sowie mit einem Komparatorausgang der integrator/Komparatoranordnung verbunden, wobei beide Torschaltungen an dem Taktgenerator angeschlossen sind. Der Vorwärtszähler ist über seinen Rücksetzeingang mit einem dritten Ausgang der Steuerschaltung verbunden. Eine eingangsseitig sowohl an einem Datenausgang des Vorwärtszählers als auch an einem Referenzausgang einer digitalen Referenzquelle, deren Referenzdigitalwert zahlenmäßig gleich dem Spannungswert der primären Referenzspannung ist, angeschlossene Äquivalenzschaltung ist hinsichtlich ihres Initialausgangs mit einem S teuer eingang der Steuerschaltung, verbunden,.According to the invention by a two-flank AD converter, consisting of an integrator / comparator, an analogue switch with an input switch and a reference switch, an analog reference source, a clock generator, a control circuit and an up counter, optionally with a secondary display, and further characterized by an integration time and an integration time are achieved. A reference voltage connected to the reference switch which is measurable at an output of the analogue reference source is equal to a primary reference voltage measurable directly at a primary reference component a first output of the control circuit for controlling the Aufintegrationszeit and a second gate circuit having a second output of the control circuit for controlling the Abintegrationszeit and a comparator output d he integrator / comparator connected, both gate circuits are connected to the clock generator. The up counter is connected via its reset input to a third output of the control circuit. An input side connected both at a data output of the forward counter and at a reference output of a digital reference source, the reference digital value numerically equal to the voltage value of the primary reference voltage, connected equivalent circuit is in terms of their initial output with a S expensive input of the control circuit connected.
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Es ist zweckmäßig, als digitale Referenzquelle einen programmierbaren integrierten Pestwertspeicher anzuordnen.It is expedient to arrange a programmable integrated Pestwertspeicher as a digital reference source.
Durch die Anpassung des Referenzdigitalwertes und damit - bei konstanter Taktfrequenz - der Aufintegrations· "zeit an den unmittelbaren Zahlenwert der primären Referenzspannung entsteht in der analogen Referenzquelle keine widerstandsabhängige Beeinträchtigung der Referenzspannung und damit der Umsetzungskennlinie des Zweiflanken-AD-Umsetzers« Dazu wird der Vorwärtszähler vor Beginn der Aufintegrationszeit zurückgesetzt. Die Aufintegrationszeit wird in dem Moment beendet, wenn die Gleichheit des Vorwärtszählerstandes und des Referenzdigitalwertes über den Initialausgang der äquivalenzschal tung an die Steuerschaltung signalisiert wird· Nach dem erneuten Rücksetzen des Vorwärtszählers beginnt die Abintegrationszeit, deren Dauer von der Ladung des Integrators und damit vom Mittelwert der Eingangsspannung während der Aufintegratiohszeit abhängig jst und die bei völliger Integratorentladung durch eine Signalspannung am Komparatorausgang beendet wird.By adapting the reference digital value and thus - at a constant clock frequency - the Aufintegrations · "time to the immediate numerical value of the primary reference voltage produced in the analog reference source no resistance-dependent impairment of the reference voltage and thus the Umsetzungskennlinie the two-flank AD converter« For this purpose, the up counter The integration time is terminated at the moment when the equality of the up-counter reading and the reference digital value is signaled to the control circuit via the initial output of the equivalent circuit. · After the resetting of the up-counter, the time-out begins, the duration of which depends on the charge of the integrator and thus dependent on the average value of the input voltage during the Aufintegratiohszeit jst and is terminated at complete integrator discharge by a signal voltage at the comparator output.
Die erfindungsgemäße Lösung für einen Zweiflanken-AD-Umsetzer hat den Vorteil hoher, von Widerstandseigenschaften unbeeinflußter Umsetzungsgenauigkeit bei geringem Schaltungsaufwand·The solution according to the invention for a two-flank AD converter has the advantage of high conversion accuracy, which is uninfluenced by resistance properties, with little circuit complexity.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung zur Zweiflanken-AD-Umsetzung als Blockschaltbild.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows an advantageous embodiment of the solution according to the invention for two-flank AD conversion as a block diagram.
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Zwischen einem Schaltungseingang 1 für eine Ein-, gangsspannnng TJx and einem Eingang 5 einer Integrator/Komparatoranordnung 4 ist ein Eingangsschalter 3, der über eine erste Steuerleitung 10 von einem ersten Ausgang 13 einer Steuerschaltung 11 gesteuert wird, angeordnet. Ein Referenzschalter 7 verbindet - gesteuert über eine zweite Steuerleitung 19 vom Ausgang eines UED-Gatters 18 - den Integratoreingang 5 mit einem Ausgang 8 für eine Referenzspannung UR einer analogen Referenzquelle 9» Die Integrator/Komparatoranordnung 4 ist - ebenso wie die analoge Referenzquelle 9 - mit dem an einem Bezugsanschluß 2 angeschlossenen Massepotential verbunden. Die Referenzspannung UR am Referenzausgang 8 ist gleich einer primären Referenzspannung Uz, beispielsweise einer hochkonstanten Z-Diodenspannung, innerhalb der analogen Referenzquelle 9· Während einer Aufintegrationszeit TI ist der Eingangsschalter 3 und während einer Abintegrationszeit ist der Referenzschalter 7 geschlossen und der jeweils andere geöffnet· Between a circuit input 1 for an input voltage TJx and an input 5 of an integrator / comparator arrangement 4, an input switch 3, which is controlled by a first control line 10 from a first output 13 of a control circuit 11, is arranged. A reference switch 7 connects - controlled by a second control line 19 from the output of a UED gate 18 - the integrator 5 to an output 8 for a reference voltage UR an analog reference source 9 »The integrator / comparator 4 is - as well as the analog reference source 9 - with connected to the ground terminal connected to a reference potential 2. The reference voltage UR at the reference output 8 is equal to a primary reference voltage Uz, such as a high-constant Z-diode voltage, within the analog reference source 9. During an integration time TI, the input switch 3 is and during an integration time the reference switch 7 is closed and the other one is opened.
Zwischen einem Ecmpar atorausgang 6 zur Abgabe einer Komparatorspannung UK und einem Schaltungsausgang 32 zur Abgabe eines zur Eingangsspannung Uz proportionalen Ausgangsdigitalwertes Da ist eine zweite - während der Abintegrationszeit geöffnete - Torschaltung 21 mit einem nachfolgend über ein ODER-Gatter 22 und einem Zähleingang 24 angeschlossenen Vorwärtszähler 23» dessen Datenausgang 28 mit dem Schaltungsausgang 32 verbunden ist, angeordnet. Die zweite Torschaltung 21 ist eingangsseitig weiterhin mit einem Ausgang 17 zur Abgabe einer Taktfrequenz fo eines Taktgenerators 16 und mit einem zweiten Ausgang 12 der Steuerschaltung 11 zur Begrenzung auf eine maximale Abintegrationszeit Tm verbunden. Eine ausgangsseitig mit dem ODER-Gatter 22 verbundene. ; erste Torschaltung. 20 ist ein-, gangsseitig am ersten Ausgang 13 der SteuerschaltungBetween a Ecmpar atorausgang 6 for outputting a comparator voltage UK and a circuit output 32 for delivering an input voltage Uz proportional output digital value Da is a second - during the Abintegrationszeit open - gate 21 with a subsequent via an OR gate 22 and a counting input 24 connected upstream counter 23rd »Whose data output 28 is connected to the circuit output 32, arranged. The second gate 21 is on the input side further connected to an output 17 for outputting a clock frequency fo of a clock generator 16 and to a second output 12 of the control circuit 11 for limiting to a maximum Abintegrationszeit Tm. An output side connected to the OR gate 22. ; first gate switching. 20 is on, side of the first output 13 of the control circuit
und am Taktausgang 17 angeschlossen. Das UID-Gatter ist eingangsseitig mit dem Xomparatorausgang 6 und dem zweiten Ausgang 12 verbunden.and connected to the clock output 17. The UID gate is connected on the input side to the comparator output 6 and the second output 12.
Eine Äquivalenzschaltung 34 ist eingangsseitig über einen ersten Eingang 26 mit dem Schaltungsausgang 32 sowie über einen zweiten Eingang 27 mit einem Referenzausgang einer digitalen Referenzquelle 30 zur Abgabe eines Referenzdigitalwertes DR und ausgangsseitig über einen Initialausgang 29 zur Abgabe eines Initialimpulses I mit einem Steuereingang 15 der Steuerschaltung 11 verbunden· Ein dritter Ausgang 35 der Steuerschaltung zur Abgabe eines Rücksetzimpulses R ist an einem Rücksetzeingang 25 des VorwärtsZählers 23 angeschlossen. Der zeitliche Ablauf erfolgt infolge der Verbindung eines Takteinganges 14 der Steuerschaltung 11 mit dem Taktgenerator 16 taktsynchron. Am Schaltungsausgang 32 ist eine Anzeige 33 angeschlossen.An equivalent circuit 34 is the input side via a first input 26 to the circuit output 32 and via a second input 27 to a reference output of a digital reference source 30 for outputting a reference digital value DR and the output side via an initial output 29 for delivering an initial pulse I with a control input 15 of the control circuit 11th A third output 35 of the control circuit for outputting a reset pulse R is connected to a reset input 25 of the forward counter 23. The timing is due to the connection of a clock input 14 of the control circuit 11 with the clock generator 16 isochronous. At the circuit output 32, a display 33 is connected.
Während der Aufintegrationszeit TI lädt die Eingangs-. spannung Ux den Integrator auf. Anschließend hängt die Abintegrationszeit, während der mit der Referenzspannung UE entladen wird und die beim Mulldurchgang der Integratoraufladung - signalisiert von der Komparatorspannung UK - beendet ist, vom Ausmaß der Aufladung und damit vom zeitlichen Mittelwert der Eingangsspannung Ux während der Aufintegrationszeit TI ab» Die Abintegrationszeit wird in Form einer Zeit- · intervallmessung mit dem Zählerstand des Vorwärtszählers 23 als Ergebnis gemessen»During the integration time TI loads the input. voltage Ux on the integrator. Subsequently, the deconvolution time, while being discharged with the reference voltage UE and terminated at the gullet crossing of the integrator charging signaled by the comparator voltage UK, depends on the amount of charge and thus on the time average of the input voltage Ux during the integration time TI measured in the form of a time interval measurement with the count of the forward counter 23 as the result »
Vor Beginn der Aufintegrationszeit TI wird der Vorwärtszähler 23 mittels eines Rücksetzioipulses R zurückgesetzt. Während der Aufintegrationszeit TI gelangen solange Taktimpulse über die erste Torschaltung 20 und das ODER-Gatter 22 in den Zähleingang 24 bis der Vorwärtszähler 23 an seinem Datenausgang 28 einenBefore the start of the integration time TI, the up-counter 23 is reset by means of a reset pulse R. During the integration time TI, clock pulses pass via the first gate circuit 20 and the OR gate 22 into the counting input 24 to the forward counter 23 at its data output 28
Digitalwert erreicht, der gleich dem Referenzdigitalwert DR ist. Diese Gleichheit löst in der Äquivalenzschaltung 34 einen Initialimpuls I aus, der die Aufintegrationszeit TI über die Steuerschaltung 11 beendet« Vor Beginn der Abintegrationszeit ist der Vorwärtszähler 23 ebenfalls zurückgesetzt. Daran schließt sich die zur Eingangsspannung Ux proportionale Abintegrationszeit - begrenzt auf den Maximalwert Tm für eine Mindest-AD-Umsetz - folge - an^ in der die Taktimpulse über die zweite Torschaltung 21 und das ODER-Gatter 22 in den Zähleingang 24 gelangen und an deren Ende - gegeben durch einen Sprung der Komparatorspannung UK - im Vorwärtszähler 23 das AD-Umsetzungsergebnis steht und als Ausgangsdigitalwert Da abgegeben und in die Anzeige 33 übernommen wird. Eine erneute Umsetzung beginnt wieder mit dem Anfangsrücksetzen des VorwärtsZählers 23.Digital value equal to the reference digital value DR. This equality triggers an initial pulse I in the equivalent circuit 34, which terminates the integration time TI via the control circuit 11. Before the start of the integration time, the forward counter 23 is also reset. This is followed by the integration voltage proportional to the input voltage Ux - limited to the maximum value Tm for a minimum AD conversion sequence - at which the clock pulses arrive via the second gate circuit 21 and the OR gate 22 in the counting input 24 and at their End - given by a jump of the comparator voltage UK - in the forward counter 23, the AD conversion result is and outputs as output digital value Da and is applied to the display 33. Re-conversion starts again with the initial reset of the up-counter 23.
Bei konstanter Taktfrequenz fο ist die Aufintegrationszeit TI unmittelbar zur primären Referenzspannung Uz proportional. Dazu ist der Referenzdigitalwert DR mehrstellig an den Zahlenwert der primären Referenzspannung Uz anzupassen, beispielsweise mittels eines programmierbaren Pestwertspeicher (PROM) als digitale Referenzquelle 30. Mit an sich bekannten Maßnahmen des Zeitintervallvergleichs, die durch Veränderung der Taktfrequenz fo sichern, daß die Aufintegrationszeit TI ein Vielfaches einer Periodendauer der Netzfrequenz wird, wird die Aufintegrationszeit TI konstant gehalten und die Taktfrequenz fo wird infolge der digitalen Referenzanpassung zur primären Referenzspannung Uz proportional.At a constant clock frequency fo, the integration time TI is directly proportional to the primary reference voltage Uz. For this purpose, the reference digital value DR is to be adjusted in several digits to the numerical value of the primary reference voltage Uz, for example by means of a programmable plotting value memory (PROM) as a digital reference source 30. With known measures of time interval comparison, which ensure by changing the clock frequency fo that the integration time TI is a multiple a period of the mains frequency, the integration time TI is kept constant and the clock frequency fo becomes proportional to the primary reference voltage Uz due to the digital reference adjustment.
Maßnahmen zur Zweiflanken-AD-Umsetzung bipolarer Eingangsspannungen mit Ausgabe des Betrages des Ausgangsdigitalwertes Da und der Polarität sind hinlänglich bekannt und unmittelbar auf die erfindungsgemäße Lösung anwendbar; beispielsweise durch zwei entgegengesetzt gerichtete.Referenzspannungen, zwei Komparatoren, eine Zählrichtungsumschaltuhg für den Vor-Rückwartszähler beim imlldurchgang usw.Measures for two-flank AD conversion of bipolar input voltages with output of the magnitude of the output digital value Da and the polarity are well known and directly applicable to the solution according to the invention; for example, by two oppositely directed reference voltages, two comparators, one count direction switch for the up / down counter at imlldurchgang, etc.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD23863982A DD204593A1 (en) | 1982-04-01 | 1982-04-01 | TWO SIDES AD CONVERTER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD23863982A DD204593A1 (en) | 1982-04-01 | 1982-04-01 | TWO SIDES AD CONVERTER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DD204593A1 true DD204593A1 (en) | 1983-11-30 |
Family
ID=5537629
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DD23863982A DD204593A1 (en) | 1982-04-01 | 1982-04-01 | TWO SIDES AD CONVERTER |
Country Status (1)
Country | Link |
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DD (1) | DD204593A1 (en) |
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1982
- 1982-04-01 DD DD23863982A patent/DD204593A1/en not_active IP Right Cessation
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