DD264100A1

DD264100A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT IN AN ANALOG DIGITAL TRANSFER

Info

Publication number: DD264100A1
Application number: DD30631587A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Fiegenbaum; Roland Hopstock
Original assignee: Erfurt Mikroelektronik
Priority date: 1987-08-25
Filing date: 1987-08-25
Publication date: 1989-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung in einem Analog-Digital(AD)-Umsetzer mit Offsetspannungskorrektur und beinhaltet zielgemaess die Verringerung von aus dem Offsetstrom resultierenden Umsetzungsfehlern und aufgabengemaess eine Schaltungsanordnung mit reduziertem Offsetstrom. Erfindungsgemaess ist einem als Elektrometerverstaerker gegengekoppelten Verstaerker (6) eine Korrekturanordnung (5) vorangestellt, ein interner AD-Umsetzer (8) mit einem Umsetzungsrechner (8) nachgesetzt und weiterhin eine verschiebbare Stromversorgung (32) zugeordnet. Zwischen einem Korrekturausgang (24) des internen AD-Umsetzers (8) und einem Steuereingang (21) des Verstaerkers (6) sind ein Korrekturrechner (11) - mit zwei Teilspeichern (29, 29) fuer Korrekturdigitalwerte und interner Differenzbildung werden -, eine Uebertragungsanordnung (30) und ein auf die verschiebbare Stromversorgung (32) bezogener DA-Umsetzer (10) angeordnet. Die Korrekturdigitalwerte werden in Phasen der Spannungskorrektur (Offsetspannung) und Stromkorrektur (Offsetstrom Io) - jeweils mit unterschiedlichem Korrekturquellwiderstand innerhalb der Korrekturanordnung (5) - ermittelt. Im Ergebnis der Korrektur wird der Offsetstrom (Io) betraechtlich verringert, vor allem bei akkumulierender Korrekturrechnung. Es ist zweckmaessig, die Aufgaben des Korrekturrechners (11) im Umsetzungsrechner (8) auszufuehren. Die Erfindung ist in Geraeten der digitalen Messtechnik, der BMSR-Technik und in digitalen Texteinrichtungen anwendbar. Fig. 1The invention relates to a circuit arrangement in an analog-to-digital (AD) converter with offset voltage correction and includes the reduction of offset errors resulting from the offset current and, according to the object, a circuit arrangement with reduced offset current. According to the invention, a correction arrangement (5) is preceded by an amplifier (6) fed back as an electrometer amplifier, an internal AD converter (8) is set with a conversion computer (8) and furthermore assigned a displaceable power supply (32). Between a correction output (24) of the internal AD converter (8) and a control input (21) of the amplifier (6) are a correction computer (11) - with two partial memories (29, 29) for correction digital values and internal difference formation -, a Uebertragungsanordnung (30) and arranged on the displaceable power supply (32) DA converter (10). The correction digital values are determined in phases of the voltage correction (offset voltage) and current correction (offset current Io), each with different correction source resistance within the correction arrangement (5). As a result of the correction, the offset current (Io) is significantly reduced, especially when accumulating correction calculation. It is expedient to carry out the tasks of the correction computer (11) in the conversion computer (8). The invention is applicable to digital metrology, BMSR, and digital text equipment. Fig. 1

Description

Title of the invention

Schaltungsanordnung in einem Analog-Digital-UmsetzerCircuit arrangement in an analog-to-digital converter

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung in einem Analog-Digital (AD)-Umsetzer und ist vor allem in Geräten und Baugruppen der digitalen Meßtechnik, der BMSR-Technik und in digitalen Testeinrichtungen anwendbar.The invention relates to a circuit arrangement in an analog-to-digital (AD) converter and is particularly applicable in devices and assemblies of digital measurement technology, the BMSR technology and in digital test equipment.

Characteristic of the known state of the art

Schaltungsanordnungen zur Analog-Digital(AD)-Umsetzung weisen typische Umsetzungsfehler auf, die insbesondere bei Anwendungen zur Lösung von Problemen der digitalen Meßtechnik störend in Erscheinung treten (G. Sahner, Digitale Meßverfahren, VEB Verlag Technik, Berlin, 1979). Eine wesentliche Quelle solcher Umsetzungsfehler sind dabei die normierenden bzw. wandelnden Eingangsschaltungen vor der eigentlichen AD-Umsetzung, wie Verstärker oder Analoggrößen-Spannungs/StromwandlerCircuit arrangements for analog-to-digital (AD) conversion exhibit typical conversion errors which are particularly troublesome in applications for solving problems in digital measurement technology (G. Sahner, Digitale Messverfahren, VEB Verlag Technik, Berlin, 1979). An essential source of such conversion errors are the normalizing or converting input circuits before the actual AD conversion, such as amplifiers or analog-size voltage / current transformers

Ausgehend von einer linearen AD-Umset&ungskennlinie ist es bekannt, solche Umsetzungsfehler mittels analoger oder digitaler Korrekturschritte zu beheben, vor allem zur Offset- und Steilheitskorrektur, beispielsweise gemäß EP 00 05 999 (H03k 13/02) bzw. in W. Fiegenbaum, Präzisions-A-D- und Präzisions-D-A-Umsetzer, radio-fernsehen-elektronik, 30 (1981), H.7, S. 416-4-21, H.3, S. 517-522. Speichernde analoge oder (digital-analog umsetzende) digitale Korrekturmittel wirken dabei bestehenden Abweichungen von geeigneten Re''erenawerten entgegen und bewahren eine Korrekturgröße bis zum nächsten Korrekturvergleich. Digital rechnende Korrekturmittel korrigieren dagegen die Ausgabe der mittels unkorrigierter AD-Umsetzung erhaltenen digitalen Meßwerte, beispielsweise unter Einbezug eines geräteinternen Steuerrechners, beispielsweise gemäß DE 30 29 932 (G01R 19/25) bzw. in A. Gookin, A Fast-Reating, High-Resolation Voltmeter that CaIi- Starting from a linear AD conversion characteristic, it is known to correct such conversion errors by means of analog or digital correction steps, in particular for offset and slope correction, for example according to EP 00 05 999 (H03k 13/02) or in W. Fiegenbaum, Präzisions- bzw. AD and precision DA converter, radio television electronics, 30 (1981), H.7, pp. 416-4-21, H.3, pp. 517-522. Storing analogue or (digital-analogue) digital correction means counteract existing deviations from suitable residual values and preserve a correction variable until the next correction comparison. On the other hand, digitally calculating correction means correct the output of the digital measured values obtained by means of uncorrected AD conversion, for example with reference to a device-internal control computer, for example according to DE 30 29 932 (G01R 19/25) or A. Gookin, A Fast-Reating, High- Resolation Voltmeter that CaIi-

brates Itself Automatically, Hewlett-Packard-Jorunal, 1977, H.2, S. 11-19).Brates Itself Automatically, Hewlett-Packard-Jorunal, 1977, H.2, pp. 11-19).

Die Korrekturerfordernisse für AD-Umsetzer werden beim Einsatz rückkoppelnder DA-Umsetzer verändert , aber nicht behoben (W. Fiegenbaum, PrÜzisions-A-D- Umsetzer mit interner Selbsteichung, radio-fernsehen-elektronik, 32 (1983), ΗΛ, S, 220-226). Auch meßgrößenwandelnde Eingangsschaltungen von digitalen Vielfachmeßgeräten (Multimeter), die beispielsweise neben Gleichspannungen auch Widerstände, Widerstandsverhältnisse, Ströme oder Wechselspannungen messen, bedürfen mindestens der wiederholten Nullpunktkorrektur. Diese Notwendigkeit besteht auch weiterhin, wenn integrierte Schaltkreise mit interner automatischer Offsefckorrektur (die die Integrierbarkeit begünstigt) zum Einsatz kommen, jetzt vor allem zur Korrektur von Nullpunktfehlern verstärkender bzw. wandelnder Eingangsschaltungen im Ausgabedigitalwert, u.a. DE 33 26 204 (GO1R 19/25) bzw. in Digitalvoltmeter Typ 1006, Gerätebechreibung, VEB Mikroelektronik "Karl Marx" Erfurt, 1986).The correction requirements for AD converters are changed when using feedback DA converters, but not corrected (W. Fiegenbaum, precision AD converter with internal self-calibration, radio-television electronics, 32 (1983), ΗΛ, S, 220-226 ). Also measuring variable-converting input circuits of digital Mehrfachmeßgeräten (multimeter), which measure, for example, in addition to DC voltages and resistors, resistance ratios, currents or AC voltages require at least the repeated zero point correction. This need continues to exist even when integrated circuits with internal automatic offset correction (which favors integrability) are now used, above all, to correct zero-point errors of amplifying input circuits in the output digital value, i.a. DE 33 26 204 (GO1R 19/25) or in digital voltmeter type 1006, device description, VEB microelectronics "Karl Marx" Erfurt, 1986).

Zu den charakteristischen Randbedingungen bei der Realisierung solcher digitalen Meßgeräte, vor allem mit zunehmender technischer Qualität für Anforderungen der Präzisionsmeßtechnik, (oft mit integrierender AD-Umsetzung)« gehört die Forderung nach sehr hohem Eingangsv/iderstand und extrem geringem Offsetstrom. Davon hängen beispielsweise der erreichbare Meßumfang und die Meßfehler in entscheidendem Maße ab, sowohl für die Spannungsmessung als auch für die Messung von Widerständen, Widerstandsverhältnissen und Strömen. Schaltungstechnische Maßnahmen zur Realisierung hochohmiger Eingangaschaltungen sind bekannt. Sie bestehen - mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen - vor allem darin, entweder einen wegen der hohen Gleichtaktaussteuerung aufwendigen Elektrometerverstärker oder einei. störanfälligen, die Meßquelle in seine Gegenkopplung einbeziehenden Potentiometerverstärker vorzusehen, jeweils mit präzisierter Verstärkung in mehreren Bereichen, geringen Werten des Offsetstromes und der (korrigierbaren) Offsetspannung usw.The characteristic boundary conditions in the realization of such digital measuring instruments, especially with increasing technical quality for requirements of Präzisionsmeßtechnik, (often with integrating AD conversion) «include the demand for very high input impedance and extremely low offset current. For example, the achievable measuring range and the measuring errors depend to a great extent on this, both for the voltage measurement and for the measurement of resistances, resistance ratios and currents. Circuit engineering measures for the realization of high-impedance input circuits are known. They consist - with different advantages and disadvantages - especially in either a consuming because of the high common mode output electrometer amplifier or eini. susceptible to interference, to include the measuring source in its negative feedback involving potentiometer amplifier, each with precise gain in several areas, low values of the offset current and the (correctable) offset voltage, etc.

Extrem hohe (differentielle) Eingangswiderstände und geringeExtremely high (differential) input resistances and low

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Offsetströme sind zwar Ira allgemeinen zugleich zu fordern und zu erwarten, jedoch bedürfen die (differentiell) hoohohinig genannten Eingangsverstärker hinsichtlich eines gleichseitig sehr niedrigen Offsetjtrcmes nooh besonderer schaltimgstechnischer Vorkehrungen. Lazu gehören beispielsweise sehr hohe Gegenkopp- " lung (offene Kreisverstärkung) auch im empfindlichsten Bereich, nachgeführte Potentiallinien am Eingang, einstellbare Symmetrierung bei Chopperverstärker^ Einsatz von FeldeffekttransistorenAlthough offset currents are at the same time to be demanded and expected from Ira, the (differential) hoohohinig input amplifiers require a very low offset jitter in order to avoid special circuitry-related provisions. For example, very high countercoupling (open loop gain) even in the most sensitive range, tracked potential lines at the input, adjustable symmetrization in chopper amplifiers, use of field effect transistors

usw., wobei letztere die Nullpunktkonstanz urd Empfindlichkeit (auch mit Korrektur!» orkehrungen) beeinträchtigen und eine eingangsseitige Schutzbcechaltung nahezu ausschließen (bzw. als Fehlerquelle einfügen).etc., whereby the latter affect the zero constancy and sensitivity (even with corrections!) and almost preclude (or insert as a source of error) an input protective circuit.

In komplexen Testeinrichtungen für digitale Schaltkreise und Baugruppen haben DC-Meßeinrichtungen die Aufgabe, sowohl mittels DA-Umsetzer eine große Anzahl pegelmäßig veränderbarer Reforenz- und Versorgungsspannungen bzw. Ströme bereitzustellen als auch eine Vielzahl von Reaktionen des Mefsobjektes mittels 3ehr vieler - oder wenigstens mehrerer zentralör und den vielen Meßpunkten zuschaltbarer - Meßeinrichtungen zu messen und auszuwerten. Die messende AD-Umsetzung (vor allem für Spannungen, Ströme und Widerstände) hat dabei die ungleich schwierigere Aufgabe und bedarf dringend auch solcher AD-Umsetzungseigenschaften (SIngangswiderstand, Offsetstrora, mindestens Nullpunktkorrektur), wie sie eingangs für elektronische Meßgeräte (beispielsweise Multimeter) genannt worden sind. Die Qualitätsparameter der testerinternen AD-Umsetzer bestimmen die Testqualität für DC-Parameter, vor allem auch hinsichtlich eines möglichst geringen Offsetstrorafehlers. Die Schaltungstechnik für testerinterne AD-Umsetzer stimmt weitgehend mit der digitaler Meßgeräte überein, wobei Forderungen nach Präzision und hoher Umsetzungsrate teilweise mittels verschiedener AD-Umsetzertypen realisiert werden. Es ist in kostengünstigeren Geräten der digitalen Servicemeßtechnik, d.h. 'bei höheren zulässigen Meßfehlern, reduzierter Empfindlichkeit, eingeschränktem Meßumfang, fehlendem Gexäteinter-face usw. , auch teilweise üblich - vor allem unter Einbezug von Wechselspannungsmessungen - (beispielsweise Digitalmultimeter DM11 (TR-1677), UVR, Gerätebeschreibung, 1986) und auch inIn complex test facilities for digital circuits and assemblies, DC measuring devices have the task of providing a large number of level-variable refection and supply voltages or currents both by means of DA converters, as well as a multiplicity of reactions of the object by means of many or more central and The many measuring points switchable - measuring devices to measure and evaluate. The measuring AD conversion (especially for voltages, currents and resistances) has the much more difficult task and desperately also requires such AD conversion properties (insertion resistance, offset current, at least zero-point correction), as initially mentioned for electronic measuring devices (for example multimeters) are. The quality parameters of the test-internal AD converter determine the test quality for DC parameters, above all with regard to the lowest possible offset current error. The circuit technology for test-internal AD converter largely coincides with the digital measuring instruments, whereby demands for precision and high conversion rate are partly realized by means of different AD converter types. It is in lower cost digital service metering devices, i. 'at higher allowable measurement errors, reduced sensitivity, limited Meßumfangse, missing Gexeteinter-face, etc., also partially common - especially with the inclusion of AC voltage measurements - (for example DM11 digital multimeter (TR-1677), UVR, device description, 1986) and also in

- Zj. —- year -

Testeinrichtungen nutzbar, daß zwischen den Eingangsanschlüssen von AD-Umsetzern (Spannungsmessern) ein sehr großer, bekannter Widerstand wirksam ist (etwa 1 M Ä» oder 10 MiSi , auch als Spannungsteiler, mit kapazitivem Anteil). Sein Fehlereinfluß kann in die Fehlerbetrachtung begrenzt einbezogen werden, schließt jedoch auch mit interner Offsetspannungskorrektur hochohmige Quellen von genauen Messungen aus. Sein eigener Einfluß, beispielsweise schon chne Eingangsspannung, erfordert geradezu einen extrem geringen Offsetstrom des nachfolgenden Verstärkers, wodurch - neben dem geringen Eingangswiderstand - auch nur ungünstige Empfindlichkeitswerte erreichbar sindTest equipment available that between the input terminals of AD converters (voltmeters) a very large, known resistance is effective (about 1 M Ä »or 10 MiSi, as a voltage divider, with capacitive component). Its error influence can be limited to the error consideration, but it also eliminates high impedance sources of accurate measurements with internal offset voltage correction. Its own influence, for example already chne input voltage, almost requires an extremely low offset current of the subsequent amplifier, which - in addition to the low input resistance - even unfavorable sensitivity values can be achieved

Die Schaltungsanordnungen zur hochauflösenden AD-Umsetzung mit Korrektur der Offsetspannung nach dem bekannten Stand der Technik weisen selbst bei (differentiell) hochohmigem Eingang den Nachteil eines vergleichsweise großen, zudem auch thermischen und zeitlichen Schwankungen unterworfenen Offsetstromes auf. Die Anwendung von .Feldeffekttransistoren beeinträchtigt dagegen die erreichbare Empfindlichkeit und Kurzzeitstabilität sowie die Möglichkeit einer zerstörungsverhindernden Schutzbeschaltung. The circuit arrangements for high-resolution AD conversion with correction of the offset voltage according to the known state of the art have the disadvantage of a comparatively large offset current, which is also subjected to thermal and temporal fluctuations, even with (differential) high-impedance input. The use of .Feldeffekttransistoren on the other hand affects the achievable sensitivity and short-term stability and the possibility of a nondestructive protective circuit.

Ziel der Erfindung* Object of the invention *

Es ist das Ziel der Erfindung, in AD-Umsetzern mit Offsetspannungskorrektur die Nachteile der Schaltungsanordnungen nach dem bekannten Stand der Technik hinsichtlich des störenden Offsetstromes zu vermeiden bzw. zu verringern.It is the object of the invention, in AD converters with offset voltage correction, to avoid or reduce the disadvantages of the prior art circuit arrangements with regard to the disturbing offset current.

Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung in einem AD-Umsetzer mit Offsetspannungskorrektur zu schaffen, die eine Verringerung des Offsetstromes herbeiführt.The object of the invention is to provide a circuit arrangement in an AD converter with offset voltage correction, which brings about a reduction of the offset current.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Schaltungsanordnung in einem AD-Umsetzer mit einem Eingangsansohluß und einem Jezugsanschluß, einem Ele':trometerverstärker, einer vorangestellten Korrekturanordnung und einem nachgesetzten internen AD-Umsetzer, einer versohiebbaren Stromversorgung und Sohaltungsmitteln zur analogwert bezogenen Korrektur der Digitalwertausgabe - mindestens bezüglich des Spannungsoffsets - unter Einbezug eines Urasetzungsreohners sowie mit einer die AD-Umsetzung unterbrechenden Phase der Spannungskorrektur dadurch gelöst, daß während einer zusätzliche Phase der (Offset-) Stromkorrektur gegenüber der Phase der Spannungskorrektur innerhalb der Korrikturanordnung - zwisohen einem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers und dem Bezugsanschluß der Schaltungsanordnung - ein veränderter Korrekturquellwiderstand v/irksam geschaltet ist. Zwischen einem Korrekturausgang des internen AD-Umsetzers und einem Steuereingang des Verstärkers sind ein Korrekturrechner mit einem ersten und zweiten Teilspeicher - für Korrekturdigitalwerte zur Spannungs- bzw. Stromoffsetkorrektur -, eine isolierende Übertragungsanordnung und ein Digital-Analog (DA)-Umsetzer vorzugsweise in dieser Reihenfolge angeordnet. Innerhalb des Korrekturrechners wird die Differenz der gespeicherten Korrekturdigitalwerte gebildet. Der DA-Umsetzer ist potentialmäßig auf einen Ausgang der mit der Eingangsspannung direkt oder indirekt verschiebbaren Stromversorgung bezogen.This object is achieved by means of a circuit arrangement in an AD converter with a Eingangsansohluß and a Jezugsanschluß, a Ele ': trometer amplifier, a prefixed correction arrangement and a post-internal AD converter, a versohiebbaren power supply and Sohaltungsmitteln for analog value related correction of the digital value output - at least the voltage offset - including a Urasetzungsreohners and with the AD conversion interrupting phase of the voltage correction achieved in that during an additional phase of (offset) current correction to the phase of the voltage correction within the Korrikturanordnung - zwisohen a non-inverting input of the amplifier and the reference terminal the circuit arrangement - a changed correction source resistance v / is activated. Between a correction output of the internal AD converter and a control input of the amplifier, a correction computer with a first and second partial memory - for correction digital values for voltage offset - an insulating transfer device and a digital-to-analogue (DA) converter are preferably in this order arranged. Within the correction computer, the difference of the stored correction digital values is formed. The DA converter is related in terms of potential to an output of the input voltage directly or indirectly displaceable power supply.

Es ist vorteilhaft, daß die Verstärkung des mittels eines (regenkopplungsteilers gegengekoppelten Verstärkers für einander zugeordnete Phasen der Spannungs- und Stromkorrektur gleich bemessen ist.It is advantageous that the gain of the counter-coupled by means of a (rain coupling divider amplifier for mutually associated phases of the voltage and current correction is the same.

Es ist av.ch vorteilhaft, daß innerhalb des Korrekturrechners Schaltungsmittel zur Akkumulation der Korrekturwertdiff'erenz angeordnet sind.It is advantageous for av.ch that circuit means for accumulating the correction value difference be arranged within the correction computer.

Es ist besonders vorteilhaft, daß anstelle des Korrekturrechners gleichartige - oder in gleicher Punktion be-It is particularly advantageous that instead of the correction computer, similar or identical punctuation is used.

2*541 OO2 * 541 OO

anspruohbare — Schaltungsmittel innerhalb des Umsetsungs— reohners angeordnet und wenigstens zeitweilig beansprucht sind.activatable - circuit means are arranged within the Umsetsungs- Reohners and at least temporarily claimed.

Eo ist "weokraäßig, daß innerhalb der Korrekturanordnung der Korrekturquellwiderstand während der Phase der Stromkorrektur gegenüber jenem während der Phase der Spannungskorrektur wesentlich größer und vorzugsweise mittels einer reihenschaltung aus einem ersten, während der Spannungskorrektur beanspruchten Widerstand und einem zweiten Widerstand realisiert ist.Eo is "weokraäßig that within the correction arrangement, the correction source resistance during the phase of the current correction over that during the phase of the voltage correction substantially larger, and preferably by means of a series connection of a first, during the voltage correction claimed resistor and a second resistor is realized.

Es ist auch zweckmäßig, daß die Phase der Stromkorrektur zeitlich nach jener der Spannungskorrektur - vorzugsweise unmittelbar anschließend und mindestens im empfindlichsten Meßbereich - mittels genannter und weiterer geeigneter Schaltungsraittel realisiert ist.It is also expedient that the phase of the current correction is realized after that of the voltage correction - preferably immediately thereafter and at least in the most sensitive measuring range - by means of said and further suitable circuit means.

Es ist vorteilhaft, daß der Eingang der verschiebbaren Sbromversorgung an einem invertierenden Eingang des Verstärkers oder an einem Punkt gleichen Potentials innerhalb des Verstärkers oder danach angeschlossen istIt is advantageous that the input of the slidable Sbrom supply is connected to an inverting input of the amplifier or at a point of equal potential within the amplifier or thereafter

Die Korrekturanordnung vermittelt für den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers während der AD-Urasetzung eine Verbindung mit dem Eingangsanschluß (im allgemeinen über einen Schutzwiderstand) und während der Korrekturphasen über unterschiedliche Korrekturquellwiderstände eine Verbindung mit dem Bezugsansciiluß der Schaltungsanordnung. Die Elektrometerverstärkung wird durch einen zwischen dem Verstärkerausgang und dem Bezugsanschluß der Schaltungsanordnung (und des internen AD-Umsetzers) angeordneten Gegenkopplungsteiler, dessen Abgriff mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist, bestimmt. Die Betriebs- bzw. Bezugsspannungen des DA-Umsetzers und des Verstärkers ·- wenigstens seines eingangsseitigen Schaltungsteiles - folgen über die verschiebbare Stromversorgung der Eingangsspannung direkt bzw. mit konstantem Versatz. Ein Anschluß des Verschiebeeinganges d<?r verschiebbaren Stromversorgung parallel zum nichtinvertierenden The correction arrangement provides a connection to the input terminal (generally via a protective resistor) for the non-inverting input of the amplifier during AD assertion and a connection to the reference terminal of the circuitry during the correction phases via different correction source resistances. The electrometer gain is determined by a negative feedback divider disposed between the amplifier output and the reference terminal of the circuitry (and the internal AD converter), the tap of which is connected to the inverting input of the amplifier. The operating or reference voltages of the DA converter and the amplifier · - at least its input-side circuit part - follow over the displaceable power supply of the input voltage directly or with a constant offset. A connection of the displacement input d for the displaceable power supply parallel to the non-inverting

2 Ä 41 OO2 Ä 41 OO

Eingang des Verstärkers würde den Offsetstrom der Gesamtoohaltung stark erhöhen.Input of the amplifier would greatly increase the offset current of Gesamtoohaltung.

Für den AD-^setzer (digitaler Spannungsmesser) ist eine Spannungskjrrektu.r - mindestens bezüglich der Offsetspannung - innerhalb des Auagabedigitalwertes mit Hilfe des TJrasetaungsrechners vorgesehen. Der Umsetzungsrechner ist der internen AD-^TJmsetzung nachgeordnet und kann auoh mit weiteren Aufgaben, beispielsweise dci- Ablaufsteuerung, betraut sein. Der bereiohsabhängig gegengekoppelte Verstärker bringt die zu messende Eingangsspannung in den normierter» Umsetzungsbereich des internen AD-UrasetzersFor the AD setter (digital voltmeter), a voltage correction is provided within the average digital value with the aid of the TJ ripple calculator, at least with respect to the offset voltage. The conversion computer is subordinate to the internal AD- ^T implementation and can also be entrusted with further tasks, for example, scheduling. The frequency-dependent negative feedback amplifier brings the input voltage to be measured into the normalized »conversion range of the internal AD master

Ein nicht vernachlässigbarer Offsetstrora des Verstärkers ergibt sowohl über dem (nicht bekannten) Innenwiderstand der Meßquelle als auch über einen ggf. in der Korrekturanordnung befindlichen Schutzwiderstand zu Spannungsabfällen, die (unbekannte) Umsetzungsfehler nach sich ziehen und von der (Offset-) Spannungskorrektur nicht erfaßt werden. A non-negligible offset current of the amplifier results in voltage drops across both the (unknown) internal resistance of the measurement source and a protective resistor, which may be present in the correction arrangement, which cause (unknown) conversion errors and are not detected by the (offset) voltage correction ,

Zur Verringerung des Offsetstroraes werden die während der (möglichst aufeinanderfolgenden) Phasen der (Offset-) oparinunga— und (Offäel—)—Sfcr^mkoirökLur erittittölten ΚΰΓ-rekturdigitalwerte in zugeordneten Teilspeichern hinterlegt und voneinander subtrahiert. Die erhaltene Korrekturwertdifferens wirkt nach der potentialüberbrückenden Übertragungsanordnung über den DA-Umsetzer und den Steuereingang des Verstärkers dem bestehenden Offsetstrora entgegen. Akkumulation (Summierung) der Korrekturwerbdifferenz bedarf keiner linearen Steuerkennlinie und ergibt geringste (Reat-) Offsetströme. Ein wesentlich höherer Korrekturquellwiderstand innerhalb der Korrekturanordnung während der Phase der Stromkorrektur erhöht die dann wirksame Korrekturauflösung nahezu ohne eigenen Quantisierungsfehleranteil .In order to reduce the offset current, the digital correction values which are oiled during the (as far as possible successive) phases of the (offset) oparinunga and (offset) filter steps are stored in assigned partial memories and subtracted from one another. The correction value difference obtained counteracts the existing offset current by the potential-bridging transmission arrangement via the DA converter and the control input of the amplifier. Accumulation (summation) of the Korrekturwerbdifferenz requires no linear control characteristic and results in lowest (Reat-) offset currents. A significantly higher correction source resistance within the correction arrangement during the phase of the current correction increases the then effective correction resolution almost without its own quantization error component.

Ein stark verringerter Offsetstrom läßt auch einen größeren Schutzwiderstand (Vorwiderstand) zu, was bei Übersteuerung geringere Erwärmung und Thermospannungen - alsA greatly reduced offset current also allows for a larger protective resistor (series resistor), resulting in lower heating and thermal voltages in the event of overshoot

weitere, vorübergehende Fehlerquellen der AD-Umsetzung ermöglicht.further, temporary sources of error of the AD implementation allows.

Zweokmäßig ist eine serielle Datenübertragung Innerhalb der Ubertragungsanordnung.Zweokmäßig is a serial data transmission within the Ubertragungsanordnung.

Es ist auoh zweokmäßig, daß der Steuereingang des Verstärkers ein Stromsteuereingang und diesem eine zur DA-Umsetzung digital ansteuerbare Stromquelle vorangestellt ist.It is also two-pronged that the control input of the amplifier is preceded by a current control input and a current source that can be digitally controlled for DA conversion.

Es ist vorteilhaft, daß die zur Korrektur von Fehlern aus dem Offsetstrom des Verstärkers genannten ßchaltungs- und/oder rechenteohnisohen Mittel vollständig oder teilweise in solchen AD-Umsetzern angeordnet bzw. realisiert sind, in denen der Verstärker verstärkender Beetandteil eines dem internen AD-Ümsetzer vorangestellten Analoggrößenwandlers für von einer Gleiohspannung abweichende Meßgrößen ist, vorzugsweise zur zuschaltbaren Widerstandsoder Strommessung.It is advantageous that the switching and / or computing means referred to for correcting errors from the offset current of the amplifier are fully or partially implemented in such AD converters in which the amplifier amplifies the patch portion of the internal AD translator Analog-size converter for deviating from a Gleiohspannung measured variables, preferably for switchable resistance or current measurement.

Der Vorteil der erfindungs^omäßen Schaltungsanordnung in einem AB-Umsetzer besteht in der Gebrauchswertsteigerung, vor allem in einer Verringerung des Offsetstromes und darüber auch - wegen der Realisierbarkeit eines größeren Schutzwiderstandes - in der Reduzierung vorübergehender, übersteuerungsbedingter Thermospannungen als Fehlerquellen der AD-Umsetzung. Die erfindungsgemäße Lösung ist auoh auf AD-Umsetzer mit eingangsseitigem Analoggrößenwandler, u.a. bestehend aus einem Elektrometervorstärker, übertragbar.The advantage of the circuit arrangement according to the invention in an AB converter is the increase in utility, above all in a reduction in the offset current and, because of the feasibility of a larger protective resistor, in the reduction of transient, overdrive-induced thermoelectric voltages as sources of error for AD conversion. The inventive solution is auoh on AD converter with input-side analog variable converter, u.a. consisting of a Elektrometervorstärker, transferable.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below. In the accompanying drawing show:

Fig. 1: das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung, Fig. 2: eine ausführlichere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.Fig. 1: the block diagram of the solution according to the invention, Fig. 2: a more detailed circuit arrangement according to the invention.

Das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung in einem Analog-Digital (AD)-Umsetzer nach Fig. 1 enthält eine zwi-The block diagram of the circuit arrangement in an analog-to-digital (AD) converter according to FIG. 1 contains a

264ί 00 264 ί 00

sohen einem Eingangsansohluß 3 und einem Bezugsanschluß 4 der Schaltungsanordnung angeschlossene und mit einer Eingangsspannung Ue gespeiste Korrekturanordnung 5, der aus-These are connected to an input feed 3 and a reference terminal 4 of the circuit arrangement and are supplied with an input voltage Ue.

gangsseitig ein niohtinvertierender Eingang 20 des Verstärkers 6 nachgesetzt ist. Ein zwischen dem Ausgang des Verstärkers 6 und dem Bezugsansohluß 4 angeordneter Gegenkopplungsteiler 7 ist bezüglich seines Abgriffes mit einem invertierenden Eingang 19 de3 Verstärkers 6 und mit dem Eingang einer verschiebbaren Stromversorgung 32 verbunden. Ein interner AD-Umsetzer 8, der einen Umsetzungsrechner 8' aufweist, ist mit seinem Eingang 23 am Ausgang des Ver-• stärkers 6, mit seinem Bezugseingang am Bezugsanschluß 4 und vorzugsweise zugleich an einem internen Bezugspotential 22, mit seinem Dätenausgang an einer Ausgabeeinrichtung 9 (beispielsweise einer Anzeige) und mit seinem Korrekturausgang 24 an einem Eingang 25 eines Korrekturrechners 11 angeschlossen.on the output side a niohtinvertierender input 20 of the amplifier 6 is nachsetzt. A negative feedback divider 7, which is arranged between the output of the amplifier 6 and the reference sink 4, is connected with respect to its tap to an inverting input 19 of the amplifier 6 and to the input of a displaceable power supply 32. An internal AD converter 8, which has a conversion computer 8 ', with its input 23 at the output of the amplifier 6, with its reference input at the reference terminal 4 and preferably at the same time at an internal reference potential 22, with its output at an output device 9 (For example, a display) and its correction output 24 connected to an input 25 of a correction computer 11.

Der Korrekturrechner 11 enthält eingangsseitig einen ersten (29') und einen zweiten (29") Teilspeicher und speist ausgangsseitig über eine isolierende Übertragungsanordnung 30 einen Digital-Analog (DA)-Umsetzer 10. Letzterer ist bezüglich seines Betriebsspannung.tanschlusses 34 auf einen Ausgang der verschiebbaren Stromversorgung 32 bezogen. Er steuert ausgangsseitig über einen Steuereingang 21 einen Offsetstrom Io des Verstärkers 6, der mindestens bezüglich seiner Eingangsschaltung über einen Betriebsspannungsanschluß 33 ebenfalls mit der verschiebbaren Stromversorgung 32 verbunden ist. Eine punktiert angedeutete Nachführverbindung 35 umgibt zur Erlangung hoher Eingangsimpedanzen die eingangsseitigen Zuführungen des Verstärkers 6 und der Kcrrekturanordnung 5 mit einem niederohmig bereitgestellten Schirmpotential, das eine konstante - möglichst geringe - Abweichung von der Eingangsspannung Ue aufweist. Während der eigentlichen AD-Umsetzung (Messen der Eingangsspannung Ue) realisiert die Korrekturanordnung 5 eine Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß 3 und dem nicht-The correction computer 11 contains on the input side a first (29 ') and a second (29 ") partial memory and feeds the output side via an insulating transmission device 30 a digital-to-analog (DA) converter 10. The latter is with respect to its Betriebsspannung.tanschlusses 34 to an output of displaceable power supply 32. On the output side, it controls via a control input 21 an offset current Io of the amplifier 6, which is also connected to the displaceable power supply 32 via an operating voltage connection 33, at least with respect to its input circuit 32. A tracking connection indicated by a dotted line surrounds the input-side feeders to obtain high input impedances the amplifier 6 and the Kcrrekturanordnung 5 with a low-impedance provided shielding potential, which has a constant - the smallest possible - deviation from the input voltage Ue. During the actual AD conversion (measuring the input voltage Ue) the correction arrangement 5 implements a connection between the input terminal 3 and the non-terminal

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invertierenden Eingang 20 des Verstärkers 6, und in den EingangsansohluJJ 3 fließt der Offsetstrora Io des Verstärkers 6. Mit Hilfe des Gegenkopplungsteilers 7 werden die Meßbereiche eingestellt, da bzw. wenn der interne AD-Umsetzer 8 immer den gleichen Aussteuerbereioh aufweist. Vom Ergebnis der AD-TJmsetzung wird mit Hilfe des Umsetzungsreohners 8¹ ein vorher - in einer Phase der' (Offset-) Spannungskorrektur - ermittelter (Offset-) Digitalwert subtrahiert.inverting input 20 of the amplifier 6, and in the EingangsansohluJJ 3 flows the Offsetstrora Io of the amplifier 6. With the aid of the negative feedback divider 7, the measuring ranges are set, or if the internal AD converter 8 always has the same Aussteuerbereioh. From the result of the AD-TJmsetzung a previously - in a phase of '(offset) voltage correction - determined (offset) digital value is subtracted using the Umsetzungsreohners 8 ¹ .

Während der Phase der Spannungskorrektur realisiert die Korrekturanordnung 5 eine Verbindung des niohtinvertieren-) den Verstärkereinganges 20 mit dem Bezugsansohluß A. Der dabei wirksame Korrekturquellwiderstand ist zweokniäßigerweise gleioh dem Vorwiderstand (Schutzwiderstand gegen Übersteuerungssohäden) während der AD-Umsetzung, damit sich die jeweiligen Spaunungsabfälle infolge des Offsetstromes Io im Ausgabedigitalwert weitgehend aufhebenDuring the phase of the voltage correction, the correction assembly 5 implements a connection of the noninverting amplifier input 20 to the reference output A. The effective correction source resistance is two times the series resistor (protective resistor against overdrive) during the AD conversion to allow the respective desiccation drops to occur Offset current Io in the output digital value largely cancel

Während der Phase der (Offset-) Stromkorrektur wird innerhalb der Korrekturanordnung 5 ein anderer - zweckmäßigerweise wesentlich größerer - Korrekturquellwiderstand wirksam. Der dann am Differenzausgang 24 des internen AD-Umsetzers 8 erhaltene Korrekturdigitalwert gelangt in den zweiten Teilspeicher 29" des Korrekturrechners 11, dessen erster Teilspeicher (29¹) bereits den Korrekturdigitalwert aus der Phase der (Offset-) Spannungskorrektur erhalten hat. Die innerhalb des Korrekturreohners gebildete und sinnvollerweise von Korrektur zu Korrektur akkumulierte (aufsummierte) Korrekturwertdifferenz wirkt schließlich potentialmäßig verschoben und DA-gewandelt - über den Steuereingang 21 dem jeweils nach bestehenden Offsetstrom Io des Verstärkers 6 entgegen.During the (offset) current correction phase, another correction source resistance becomes effective within the correction arrangement 5 - expediently much larger. The correction digital value then obtained at the differential output 24 of the internal AD converter 8 passes into the second partial memory 29 "of the correction computer 11 whose first partial memory (29 ¹ ) has already received the correction digital value from the phase of the (offset) voltage correction formed and usefully accumulated from correction to correction (accumulated) correction value difference finally acts potentially shifted and DA-converted - via the control input 21 to the respective existing offset current Io of the amplifier 6 against.

Der so stark verringerte Offbetstrora Io führt weder über einem relativ großen (unbekannten) Innenwiderstand einer am Eingaiigsanschluß 3 angeschlossenen tdeßspannungsquelle noch über dem Vorwiderstand (innerhalb der Korrekturanordnung 5) zu einem nennenswerten Spannungsabfall, d.h. zuThe so much reduced Offbetstrora Io leads neither to a relatively large (unknown) internal resistance of tdeßspannungsquelle connected to the Eingaiigsanschluß 3 still above the series resistor (within the correction device 5) to a significant voltage drop, i. to

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ebenfalls verringerten offsetstrorabedingten Umsetzungs-(und Spannungskorrektur-) fehlem. Somit ist weiterhin ein größerer Vorwiderstand zulässig, voraus sioh bei Übersteuerung ein geringerer Leistungsurasatz und darüber anschließend eino geringere (vorübergehende) Therraospannungsdifferenz - als übersteuerungsbedingter Urasetzungsfehler - ergibt.also reduced offset-stream-related conversion (and stress correction) errors. Thus, a larger series resistor is still allowed, before sioh overdriven a lesser Leistungsurasatz and then eino lower (temporary) Therrauspannungsdifferenz - as overdrive caused Urasetzungsfehler - results.

In der detaillierteren Sohaltungsanorndung nach Fig. 2 ist zwischen dem Eingangsanschluß 3 (einem High-Anschluß Hi) und dem Bezugsanschluß 4 (einem Low-Anschluß Lo) der Schaltungsanordnung eine Spannungsquelle 1 für eine Meßspannung Ux und mit einem Innenwiderstand 2 angeschlossen. Innerhalb der Korrekturanordnung 5 ist der nlohtinvertierende Eingang 20 des Verstärkers 6 bezüglich des Eingangsansohlusses 3 über einen Vorwiderstand 17 und einen ersten Schalter 18 und bezüglich des Bezugsanschlusses 4 über eine Widerstandsanordnung 12 und einen zweiten (15) oder einen dritten (16) Schalter angeschlossen. Die Widerstandsanordnung 12 enthält einen ersten, zwischen dem invertierenden Eingang 20 des Verstärkers 6 und dem zweiten Schalter" 15 angeschlossenen Widerstand 13 und einen zweiten, zwischen dem zweiten 0 5) und dritten (16) Schalter angeordneten Widerstand 14 mit einem parallelen Kon- , densator 14'.In the more detailed Sohaltungsanorndung of Fig. 2 is connected between the input terminal 3 (a high terminal Hi) and the reference terminal 4 (a low terminal Lo) of the circuit a voltage source 1 for a measuring voltage Ux and with an internal resistance 2. Within the correction assembly 5, the nolhtinvertierende input 20 of the amplifier 6 is connected to the Eingangsansohlusses 3 via a series resistor 17 and a first switch 18 and with respect to the reference terminal 4 via a resistor assembly 12 and a second (15) or a third (16) switch. The resistor assembly 12 comprises a first, between the inverting input 20 of the amplifier 6 and the second switch "15 connected resistor 13 and a second, arranged between the second 0 5) and third (16) switches resistor 14 to a parallel con-, capacitor 14 '.

Der Korrekturrechner 11 in Fig. 2 weist eingangsseitig einen Speicher 29 mit den beiden Teilspeichern 29 ' und 29" auf, an die sich eir. Differenzbildner 28 anschließt. Ein nachfolgender Summierer 27 ist mit seinem weiteren Eingang am Summierausgang und ausgangsseitig weiterhin an einem Ausgang 26 des Korrekturreohners 11 angeschlossen.The correction computer 11 in Fig. 2 has on the input side a memory 29 with the two partial memories 29 'and 29 ", which is adjoined by a differential generator 28. A subsequent summer 27 continues with its further input at the summing output and on the output side at an output 26 the correction roamer 11 connected.

Einer verschiebbaren Stromversorgung 32 ist zur Impedanzwandlung ein als Elektrometerverstärker völlig gegengekoppelter Nachführverstärker 31 der Verstärkung eins vorangestellt, dessen Ausgang auch die Nachführverbindung 35 treibt.A displaceable power supply 32 is preceded for impedance conversion as an electrometer amplifier completely counter-coupled tracking amplifier 31 of the gain one, whose output also drives the tracking connection 35.

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Eine Ausgangsspannung Ua des Verstärkers 6 gelangt in den internen AD-Uraeetzer 8 und fällt über dem Gegenkopplungsteiler 7 ab.An output voltage Ua of the amplifier 6 enters the internal AD master 8 and drops over the negative feedback divider 7.

Aus Fig. 2 wird der Umsetzungsfehler infolge des Offsetstromes Io wird dessen Spannungsabfall über dem Inrienwiderstand 2 und dem Schutzwiderstand (Vorwiderstand 17) verdeutlicht, ebenso das Bestreben nach Gleichheit des Vorwiderstandes 17 und des ersten Widerstandes 13 (Kompensation bei Spannungskorrektur) sowie nach einem großen zweiten Widerstand 14, der eine hohe Auflösung des Offsetstrorafehlers während der Phase der Stromkorrektur (und dafür einen geringen Quantisiervngsanteil im Ergebnis) ergibt. Der Kondensator 14' reduziert StörungenFrom Fig. 2, the conversion error due to the offset current Io whose voltage drop across the Inrienwiderstand 2 and the protective resistor (series resistor 17) illustrates, as well as the desire for equality of the series resistor 17 and the first resistor 13 (compensation for voltage correction) and after a large second Resistor 14, which gives a high resolution of the offset current error during the current correction phase (and a small amount of quantization in the result). The capacitor 14 'reduces noise

Für die Widerstandskonfiguration (Korrekturquellwiderstände) in der Widerstandsanordnung sind mehrers Varianten möglich, die nur über beide Schalter (15 bzw. 16) unterschiedliche Korrekturquellwiderstände ergeben bis hin zu einem Ersatz des zweiten Widerstandes 14 durch einen Kondensator . For the resistance configuration (correction source resistances) in the resistor arrangement, several variants are possible, which result in different correction source resistances only via both switches (15 or 16) up to a replacement of the second resistor 14 by a capacitor.

Es ist naheliegend, den Korrekturrechner 11 anordnungsoder/und funktionsraäßig mit Schaltungsmitteln innerhalb des Urasetzungsreohners 8' zu realisieren. Dann ist der Korrekturausgang 24 (mit veränderter Eigenschaft) direkt an der Übertragungsanordnung 30 anzuschließenIt is obvious that the correction computer 11 can be realized in an orderly and / or functionally fashion with circuit means within the basic setting roaster 8 '. Then the correction output 24 (with a different property) is to be connected directly to the transmission arrangement 30

Bei Präzisions-AD-Umsetzern übliche schaltungs- und verfabrensraäßige Vorkehrungen zur Störunterdrückung, wie eingangsseitige Tiefpaßsiebung und integrierende AD-Umsetzung mit Netzsynchronisation der Taktfrequenz, werden von dem erfindungsgemäßen Lösungsgedanken nicht beeinträchtigt. In precision AD converters usual circuit and Verfabrensraäßige precautions for noise suppression, such as input-side low-pass filtering and integrating AD conversion with mains synchronization of the clock frequency, are not affected by the inventive solution ideas.

Claims

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claims

Circuit arrangement in an analog-to-digital (AD) converter with an input sink and a reference terminal, a Elektroreeterverstärker, a leading correction arrangement and a post-AD supercharacter, a displaceable power supply and Sohaltungsraitteln for analog value-related correction of the digital value output - at least with respect to the voltage offset - with inclusion a conversion calculator and a phase of voltage correction interrupting the AD conversion, characterized in that during an additional phase of the (offset) current correction to the phase of the voltage correction within the correction arrangement (5) - between a noninverting input (20) of the amplifier ( 6) and the reference terminal (4) of the circuit arrangement - an altered correction source resistance is effectively switched, that between a correction output (24) of the internal AD converter (8) and a control input (21) of the amplifier (6) a correction computer (11) having a first (29 ') and second (29 ") partial memory - for correction digital values for Spannungsbzw. Current offset correction -, an insulating transfer device (30) and a digital-to-analog (DA) converter (10) are preferably arranged in this order that within the correction computer (11) the difference of the stored correction digital values is formed and that the DA converter potential to an output of the input voltage (Ue) directly or indirectly displaceable power supply (32) is related.

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the gain of means of a negative feedback divider (7) counter-coupled amplifier (6) for

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-Inconnected phases of the Spannu.igs- and current correction is the same size.

3. Circuit arrangement according to one of Ansprüohe 1 to 2, characterized in that within the correction computer (11) circuit means for accumulating the correction value difference are arranged.

4. Circuit arrangement according to one of claims 1 bif 3, characterized in that instead of the correction computer (11) similar - or claimable in the same function - Schaltungsiaittel within dea Umsetzungsreohners (8 ') arranged and least' are temporarily claimed.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that within the correction arrangement (5) the correction source resistance during the phase of the current correction relative to that during the phase of the voltage correction substantially larger and preferably by means of a Piedrhenschaltung from a first, during the stress correction claimed Resistor 13 and a second resistor (14) is realized.

6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the phase of the current correction time after that of the voltage correction - preferably immediately thereafter and at least in the most sensitive range - realized by means of said and further suitable circuit means.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the input of the displaceable power supply (32) at an inverting input (19) de3 amplifier (6) or at one point

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same potential within the amplifier (6) or danaoh is connected.

8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7> characterized by serial data transmission within the transmission arrangement (30).

9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the control input (21) of the amplifier (6) is a current control input and this is preceded by a digitally controllable DA conversion current source.

10.Circuitry according to one of claims 1 to 9, characterized in that the correction of errors from the offset current (Io) of the amplifier (6) mentioned circuit una / or computational means completely or partially arranged in such AD primaries or in which the amplifier (6) is an amplifying component of an analog-to-digital converter preceding the internal AD converter (8) for a measured variable deviating from a direct voltage, preferably for switchable resistance or current measurement.

For this 2 pages drawings.

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