DD266455A1

DD266455A1 - Schaltungsanordnung zum digitalen einstellen vom daempfung und verstaerkung eines pegelwandlers

Info

Publication number: DD266455A1
Application number: DD30963487A
Authority: DD
Inventors: Christian Buettner; Erich Schubert
Original assignee: Nachrichten Elektronik Zft
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1989-03-29

Abstract

Die Schaltungsanordnung ist vorgesehen fuer rechnergesteuerte Messgeraete zum Einstellen unterschiedlich hoher Signalpegel. Unter Verwendung eines rueckgekoppelten Operationsverstaerkers und eines im Einkopplungszweig des Operationsverstaerkers geschalteten mit m-Steuereingaengen ausgeruesteten multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers, der eine Stromschalteranordnung und Widerstandsnetzwerke enthaelt und der mehrere Stromausgaenge aufweist, ist ein weiterer Operationsverstaerker so angeordnet, dass sein Ausgang an den Referenzspannungseingang des Digital-Analog-Wandlers geschaltet ist und dass sein invertierender Eingang im Einkopplungszweig mit einem Stromausgang des Digital-Analog-Wandlers verbunden ist. Fig. 2

Description

Dabei soll von einem rückgekoppelten ersten Operationsverstärker ausgegangen werden, boi dem im Einkopplungszwoig oin mit m-Steuerolngängon ausgerüsteter multiplizierender Digital-Analog-Wandler angeordnet ist, der eine Schaltoranordnung und Widerstandsnetzwerke enthält und der mehrere Stromausgänge aufweist.

Diosd Aiifgabo wird orfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Referenzspannungseingang des Analog-Dlgital-Wandlers an don Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers geschaltet ist und daß ein Stromausgang des Digital-Anaolg-Wandlers mit dem im Einkopplungczvvtiig liegenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers verbunden ist.

Bei Verwendung eines Digital-Analog-Wandlors mit R-2 R-Widorstandsnetzwerk und mit mindestens zwei Stromausgängen und eines mit einem Widerstand gegengekoppelten ersten Operationsverstärkers ist der eine Stromeusgang an den invertierenden ⁿ Eingang des ersten Operationsverstärkers und der andere Stromausgang an den invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers parallnl zu seinem Einkopplungswiderstand geschaltet.

Mittels eines Registers mit nepierendem und nicht negiorondom Ausgang, das zum Zwischenspeichern einer digitalen Stellgröße dient, wird eine ? jllgrößo in negierter oder nicht negierter Form den m-digitalen Steuereingängen der Stromschalteranordnung dus Digital-Analog-Wandlers zugeführt, so daß der Digital-Analog-Wandlor als Stellglied die das Übertragungsverhalten der Operationsverstärker beeinflussenden Ströme an seinen Stromausgüngen einstellt. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird erreicht, daß nur mit oiner Baugruppo bei gleicher Hardware das digitale Einstellen sowohl der Vorstärkung als auch der Dämpfung durchgeführt wird. Die Schaltungsanordnung zeichnet sich durch einen geringen Schaltungsaufwand aus, und sie verkürzt die Meßzeit durch Vereinfachung des Abgleichvorganges bei der Inbetriebnahme in einem Meßcomputersystem. Sie realisiert einen weitestgehend linearen Einstellbereich für den logarithmischen Wert der Verstärkung beziehungsweise Dämpfung, wobei die durch die Hardware bedingten Einstellfohlor softwnreseitig korrigiert werden und bei der sich Poramoterstreuungen der Schaltelemente dos multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers, insbesondere die Nichtlinearitäten bei Verwendung eines R-2R-Widerstandsnetzwerkos in der Schaltungsanordnung komponsieren. Die Schaltungsanordnung besitzt mehrere Freiheitsgrade für das Impendanzniveau. So ist beispielsweise durch Veränderung des Widorstnndsverhältnisses von Einkopplungswiderstand zu Gegenkopplungswiderstand der entsprechenden Operationsverstärker die Einstellkennlinie des Pegelwandlers in Richtung positiver und negativer dB-Worto verschiebbar und damit auch anderen Betriebsfällen durch einfaches Umschalten anpaßbar. In vorteilhafter Weise können für unterschiedliche Meßaufgaben mehrere derartige Pegelwandler im Parallelbetrieb zweikanalig gleichlaufend oder zweikanalig reziprok zueinander bei negiertem binärem Steuerwort der Stellgröße oder im Serienbetrieb einkanalig beispielsweise zur Verdopplung des Einstellbereiches arbeiten.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild eines Pegelwandlers zum Einstellen von Dämpfung und Verstärkung, Fig.2: eine ausgeführte Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1,

Fig.3: Signalpegeldiagramme des Pegelwandlers gemäß Fig. 1 und Fig. 2,

Fig.4: LSB-Auflösungsdiagrammezum Pegelwandler gemäß Hy. 1 und F!g.2.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 enthält der Pogelwandler einen ersten Operationsverstärker OV1, einen zweiten Operationsverstärker 0V2, einem mit zwei Stromausgängen ausgerüsteten multiplizierenden Digital-Analog-Wandler mDA mit einem m-stelligen Register zum Zwischenspeichern eines digitalen linstellwortes N, sowie den Rückkopplungswiderstand R2 und den Einkopplungswiderstand R1. Der Einkopplungswiderstand R1 bildet den analogen Signaleingang des Pegelwendlers und ist an den invertierenden Eingang des zweiton Operationsverstärkers 0V2 geschaltet. Parallel an den invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 0V2 ist über einen Stromausgang A einer Stromschalteranordnung SA dos multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers mDA, der ein R-2 R-Widerstandsnetzwerk enthält, ein Teil des R-2 R-Widerstandsnetzwerkes geschaltet. Ein weiterer Stromausgang des multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers mDA ist mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OV1 verbunden, in dessen Rückführungszweig der Rückkopplungswiderstand R 2 liegt. Der Referenzspannungseingang RE des multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers mDA ist mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 0V2 verbunden. An den nicht invertierenden Eingang des ersten und zweiten Operationsverstärkers OV1; OV 2 ist jeweils gegen Schaltungsmasse ein weiterer Widerstand R geschaltet. Übor den Einkopplungswiderstand R1 wird die Eingangsspannung U₆ eingekoppelt, über den Ausgang des e,3ten Operationsverstärkers OV1 die Ausgangsspannung U, dos Pegelwandlers ausgekoppelt.

Die Fui .ktion der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 bis Fig.4 ist folgende.

Mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellter Registers mit negierendem und nicht negierendem Ausgang, das zum Zwischenspeichern einer digitalen Stellgröße dient, wird eine Stellgröße, das digitale Einstellwort N, in negierter oder nicht negierter Form den m-digitalen Steueroingängen der Stromsihalteranordnung SA des multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers mDA zugeführt, so riaß der mu'tiplizlerendo Digitai-Analog-Wandler mDA als Stellglied einen Strom 11 und einen Strom 12 an seinen Stromausgängen einstellt. Der zweite Operationsverstärker 0V2 treibt bei anliegender Eingangsspannung U₀ einen Strom I3, der in den Referenzspannungseingang RE des multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers niL>. fließt. Dor Strom 11, der in den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OV1 fließt, stellt stets die Differenz des Eingiingsstromes 13 zum Ausgangsstrom 12, der dom oroten Operationsverstärker OV1 über einer durch das digitale Einstoll wort N eingestellten Teil den R-2 R-Widerstandsnetzwerkes über einen Rückkopplungezwoiy zugeführt wird, dar. Ausschließlich durch Veränderung des digitalen Einstellwortes N werden unterschiedliche Dämpfungs- und Verstärkungsfaktoren in einem weiten Bereich erreicht. In Abhängigkeit vom digitalen Einstellwort N besitzt die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ein Übertragungsverhalten gemäß

V(N)/dB = 20Ig (M/N- 1) + 20lgR2/R1

-3- 266

Hierbei bedeuten V (N) der vom digitalen Einstellwort abhängige Verstärkungs- beziehungsweise Dämpfungswort der Scheitungsanordnung, wc bei das m-stolllfjo digitale Einstellwort N den Bereich von M ganzzahligen Werten erfoßt, Π 2 dor Rückkopplungs- und R1 der Einkopplungswlderstand der ansprechenden Operationsverstärker OV1; OV2 ist. Bei gleichen Widerstandswerten von Einkopplungs- und Rückkopplungswiderstand R1; R 2 orgeben sich die Fälle:

v> !Verstärkung	N<M/2	V(I) =	m*6dB
v= 1 Durchgang	N = M/2	ν (M/2) =	OdO
v<1 Dämpfung	N>M/2	V(M-D=	-m^#6dB

Mit einem 10-Bit-mDA-Wandler läßt sich folglich der Bereich von -6OdB...QdB...6OdB elnotellen. Begrenzt man diesen Stellumfang, so lassen sich «ehr hohe Einstellinearität, Einstellgenauigkelt und LSB-Auflfisung orzlolon, Fig.4:

mDA-Wandler Stellumfang in dB ausgenutzter Bereich von N 1/2 LSB-Auflösung

worst case

12Bit +10...-1O 52% 0,005dB

+ 15...-16 70% 0,003dB

+20...-2O 82% 0,01 dB

+30...-3O 94% 0,03 dB

In Fig. 3 ist die Verstärkung in dB in Abhängigkeit vom Stellwort N in Abhängigkeit vom Widerstandsverhältnis des Rückkopplungs- zum Einkopplungswidorstand R 2/R1 dargestellt. Man erkennt, daß eine Verschiebung der Stollkennlinie durch Widerstandsumschaltung zu posit'ven und negativen dB-Werte hin orrelnht wird. Damit läßt sich für den Pegelwandler eine Bereichsumschaltung einfach realisieren.

In vorteilhafter Weise können für unterschiedliche Meßaufgaben zwei derartige Pegelwandler für drei Betriebsarten so geschaltot werden, daß in einer Betriebsart „Zweikanaliger paralleler Betrieb" beide Pegolwandler über das gleiche digitale Einstüllwort N eingestellt wet den, um so in Verbindung mit einem zweikanaiigen AD- Wandlor die digitale Signalverarbeitung in einem Mikrocomputer zu ermöglichen; daß in einer Betriebsart „Einkanallger paralleler Reziprokbetrieb" ein Pegelwandler über das digitale Einstellwort M auf eine bostimmte Dämfpung eingestellt wird, während der zweite Pegelwandler mit dem zu N komplementären digitalem Einstellwort, das der Einfachheit nur negiert wird, auf den der Dämpfung genau entgegengesetzten Verstärkungswort eingestellt wird, so daß unabhängig vom Ausgangspegel eines DA-Wandlere eines Meßsystems der Pegel für das Moßobjokt entsprechend der jeweiligen Aufgat d über das Einstelhvort N digital einstellbar ist und daß in einer weiteren Betriebsart „Einkanallger serieller Betrieb" beide Pegelwt ndler über das gleiche digitale Steuerwort N angesteuert werden und in Kaskade angeordnet sind, so daß sich mit einem m-ste.ligen digitalen Einstellwort N in dieser Betriebsart der erzielbare Stollumfang vordoppeln läßt, Die Kaskadierung ist empfangsseitig dann erforderlich, wenn sehr geringe Eingangspogel an einen AD Wandler eines Meßcomputers angepaßt werden sollen. Analoges gilt auch für die Dämpfung eines Signals auf der Sendeseito.

Die Schaltungsanordnung besitzt zwoi Freihoitsgrado für das Impedanzniveau. Durch Veränderung des Widerstandsverhältnisses von Einkopplungs· zu Rückkopplunguwiderstand R1/R2 ist die Einstollkennlinio des Pegelwandlers verschiebbar und damit auch anderen Betriebsfällen durch einfache Umschaltung anpaßbar. Der zweite Freiheitsgrad ist dee Wider3tandsverhältnis der externen Widerstände zum Widerstand dos mDA-Wandlers Rdau. Bestes Dynamikverhalten und damit den größten Aussteuerbereich des Pegelwar.dlors wird erreicht, wenn die Widerstandswerte von Einkopplungs- und Rückkoppiungswiderstand R1; R 2 gleich groß sind und diese den zweifachen Widerstandswen des Widerstandes des mDA-Wandlers Rdau aufweisen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum digitalen Einstellen von Dämpfung und Verstärkung eines Pegolwandlers, mit einem rückgekoppelten ersten Operationsverstärker, bei dem im Einkopplungszweig ein multiplizierender Digital-Analog-Wandler angeordnet ist, der eine Stromschalteranordnung mit m-digitalen Steuereingängen und Widerstandsnetzworke enthält und der mehrere Stromausgänge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspannungseingang (RE) des Analog-Digital-Wandlers (mDA) an den Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers (OV2) geschaltet ist und daß ein Stromausgang (A) des Digital-Analofy-Wandlers mit dem im Einkopplungszweig liegenden Eingang des zweiten Operavionsverstärkers (0V2) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der multiplizierende Digital-Analog-Wandler (mDA) ein R-2 R-Widerstandsnetzwerk enthält und mindestens zwei Stromausgänge aufweist und daß der eine Stromausgang in den invertierenden Eingang des über einen Widerstand (R2) gegengokoppelten ersten Operationsverstärkers (OV1) geschaltet ist und daß der andere Stromausgang (A) an den invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers (0V2) parallel zu seinem Einkopplungswiderstand (R 1) geschaltet ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum digitalen Einstellen von Dämpfung und Ven tärkung eines Pegelwandlers. Ein dorartiger Pegelwandler findet in der rechnergestützten Meß-, Steuer- und Regelungstechnil Anwendung, wo sendeseitig zwischen DA-Wandler und Meßobjekt und empfangsseitig zwischen Meßobjekt und AD-Wandler ein universelles Einstellen von Signalpegeln sowohl in Richtung positiver als auch negativer dB-Werte erforderlich ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind Schallungsanordnungen bekannt, bei denen entweder nur der Verstärkungsfaktor oder nur der Dämpfungsfaktor über einen multiplizierenden Digital-Analog-Wandler einstellbar sind, vgl. Analog Devices, Data-Aquisition, Datablock 1982, vol. 1 Integrated Circuits, pp. 10-97, Norwood, USA, Box 280 und Kühnel, Claus, AD- und DA-Umsotzer, electronica Heft 232. Im ersten Fall liegt der mDA-Wandler im Rückkopplungszweig eines Operationsverstärkers, während im zweiten Falle der mDA-Wandlor im Einkopplungszweig des Operationsverstärkers liegt. Ein universelles Einstollen von Signalpegeln mit entsprechender Genauigkeit bei Anwendung beider Schaltungsancrdnungen ist nur mit erhöhtem Schaltungsaufwand möglich.

Ferner ist eine programmierbare Verstärkeranordnung vorgeschlagen worden, bei der im Signalweg eines in bekannter Weise mit einom ersten und einem zweiten Digital-Analog-Wandler beschalteten Operationsverstärkers Fejtverstärkerblöcke liegen, bei der entsprechende Signaleingänge und Signalausgänge eines Analog-Multiplexers mit entsprechenden Eingängen und Ausgängen der Festverstärkerblöcke verbunden sind. Die Anwendung von zwei multiplizierenden Digitnl-Analog-Wandlern dient in dieser Schaltungsanordnung dem Ziel, für die digital einstellbaren Verstärkungsfaktoren eine hör j Auflösung im '

Einstellboreich zu erzielen, vgl. WP H 03 G/293021.7. Der Abgleich auf die geforderten Vorstärkungsfaktoren erfolgt hardwareseitig durch wechselseitiges Ausmessen des Ein- und Ausgangspegels dur Verstärkerbaugruppe und anschließender Veränderung des Inhalts der Nur-Lese-Speicher. Er ist für jede weitere Verstärkerbaugruppe zu wiederholen, da die zu verändernden Inhalte der Nur-Lese-Speicher baugruppenspezifisch sind. Die genaue Einstellung der fein gestuften Verstärkungsfaktoren ist somit nur d"rch ein manuell aufwendigen baugruppenspezifischen und iterativen Abgleichvorgang erzielbar. Außerdem ist ein Einstellen des Signalpegels mit dieser Verstärkerbaugruppe nur in Richtung positiver dB-Werte ausreichend genau möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Abgleichvorgang zu vereinfachen, don Schaltiingsaufwand zu senken, sowie den Einstellbereich des Signalpegels zu erweitern.

Darlegung des Wer,enn der Erfindung

Der Erfindung Nagt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit. nur einer Baugruppe bei gleicher Hardware über einen digitalen Einstellwert sowohl eine präzise Verstärkungseinstellung als auch eine präzise Dämpfungseinstellung erfolgt.