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Die
Erfindung betrifft einen Analog/Digital-Wandler, insbesondere einen
Pipeline-Wandler mit Korrektur eines Umschaltfehlers und eines Verstärkungsfehlers
seines digitalen Ausgangswertes.
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Analog/Digital-Wandler
dienen zur Umsetzung eines analogen Eingangssignals in ein digitales
Ausgangssignal. Die Analog/Digital-Wandlung erfolgt in der Regel
durch Vergleich eines unbekannten Analogsignals mit einem bekannten
Referenzwert. Für
die Analog/Digital-Wandlung gibt es eine Reihe unterschiedlicher Wandlungsverfahren,
bei denen entweder das Analogsignal verstärkt, d.h. mit einem vorgegebenen
Gewichtungsfaktor multipliziert, oder das Referenzsignal geteilt,
d.h. mit einem vorgegebenen Gewichtungsfaktor geteilt wird.
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Die
Patentschrift
DE 102
55 354 B3 der Anmelderin beschreibt einen Analog/Digital-Wandler,
welcher eine Kalibriereinrichtung aufweist, mit der ein Umschaltfehler
berechenbar ist, der sich aus den Signalverstärkungsdifferenzen der DAC-Stufen
des Wandlers ergibt. Des Weiteren ist ein Verstärkungsfehler innerhalb jeder
Wandlerstufe bekannt. Dieser Verstärkungsfehler ergibt sich aus
der Differenz der tatsächlichen
Verstärkung
des Verstärker
der Wandlerstufe und der idealen Verstärkung des Verstärkers, welche
dem jeweiligen Bitgewicht der entsprechenden Wandlerstufe entspricht.
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Eine
Implementierung des oben bezeichneten Analog/Digital-Wandlers ist kostenintensiv,
da für
die ständige
Berechnung des Umschaltfehlers und des Verstärkungsfehlers eine komplexe
Logikschaltung vorzusehen wäre.
Nachteiligerweise würden
solche Berechnungen jeweils viel Zeit in Anspruch nehmen, so dass bei
erforderlichen hohen Wandlergeschwindigkeiten eine Echtzeitfähigkeit
des Systems nicht mehr gewährleistet
werden könnte.
Außerdem
wäre zur
Ansteuerung der DAC-Kondensatoren für deren Kalibrierung ein teurer
Multiplexer vorzusehen.
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Die
Druckschrift
US 6,255,970
B1 beschreibt einen Analog/Digital-Wandler, bei dem in
einem Speicher Korrekturwerte oder Summenkorrekturwerte abgelegt
werden. Die Korrekturwerte bzw. Summenkorrekturwerte werden mit
dem digitalen Wandlerausgangswert verknüpft.
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Die
Druckschrift
US 4,399,426 zeigt
einen Analog-/Digital-Wandler
mit Speicherung von Korrekturwerten und Summenkorrekturwerten, bei
dem die Erzeugung des korrigierten Wertes durch Summation im analogen
Signalpfad erfolgt und der korrigierte Ausgangswert mittels des
Registers SAR ausgelesen werden kann.
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Weiterhin
beschreiben die Druckschriften
US 6,232,898 B1 und
US 5,047,772 Analog-/Digital-Wandler,
bei welchen Korrekturwerte in Speichern abgelegt werden.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kostengünstigen
Analog/Digital-Wandler bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Analog/Digital-Wandler
bereitzustellen, der einen korrigierten Ausgangswert bereitstellt,
bei welchem der Umschaltfehler und der Verstärkungsfehler korrigiert sind.
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Erfindungsgemäß wird zumindest
eine der gestellten Aufgaben durch einen Analog/Digital-Wandler mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
der Verstärkungsfehler
und der Umschaltfehler als solche nicht differenziert betrachtet,
sondern es wird ein tatsächlicher
Gewichtungswert verwendet, welcher beide Fehler beinhaltet. Mittels
der Differenz zwi schen dem tatsächlichen
Gewichtungswert und dem idealen Gewichtungswert der Wandlerstufe
wird für
jede Kondensatoreinheit der Wandlerstufe ein Gewichtungskorrekturwert
bereitgestellt. Vorteilhafterweise wird der berechnete Gewichtungskorrekturwert
für jede
Kondensatoreinheit in dem ersten Speicher gespeichert, so dass dieser
für alle
nachfolgenden Zeitpunkte bereitsteht. Vorteilhafterweise wird die Generierung
des korregierten Ausgangswertes des zweiten Speichers beschleunigt,
der für
jeden digitalen Wandlerausgangswert einen Summengewichtungskorrekturwert
bereitstellt. Somit muss der jeweilige Summengewichtungskorrekturwert
nicht immer neu berechnet werden.
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Vorteilhafterweise
ist durch das Vorsehen des ersten und des zweiten Speichers eine
echtzeitfähige Wandelgeschwindigkeit
mit einer Korrektur des Umschaltfehlers und des Verstärkungsfehlers
gewährleistet.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung entspricht der Gewichtungskorrekturwert
einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Gewichtungswert und
einem idealen Gewichtungswert der Wandlerstufe.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine erste Summationsvorrichtung
vorgesehen, welche die digitalen Wandlerausgangswerte der Wandlerstufen
zu einem digitalen Ausgangswert addiert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest eine der
Wandlerstufen auf:
- – eine Sample & Hold-Schaltung
zum Abtasten des analogen Eingangssignals;
- – eine
Komparatoreinheit, welche das analoge Eingangssignal mit einem Referenzwert
zum Erzeugen des digitalen Wandlerausgangswerts vergleicht;
- – einen
Digital/Analog-Wandler, welcher den digitalen Wandlerausgangswert
mittels der Kondensatoreinheiten in ein analoges DA-Wandlerausgangssignal
umwandelt;
- – eine
Subtraktionsvorrichtung, welche das von dem Digital/Analog-Wandler
abgegebene, analoge DA-Wandlerausgangssignal
von dem abgetasteten Eingangssignal subtrahiert; und
- – eine
Verstärkungsvorrichtung,
welche das von der Subtraktionsvorrichtung ausgegebene Ausgangssignal mit
einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor
zur Ausbildung des analogen Ausgangssignals verstärkt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung codiert die Komparatoreinheit
den digitalen Wandlerausgangswert gemäß eines Thermometercodes.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die Kondensatoreinheiten
jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Einheitskondensatoren auf.
Vorteilhafterweise wird durch die Verwendung von Einheitskondensatoren
die Herstellung des Analog/Digital-Wandlers als integrierte Schaltung
vereinfacht und damit kostengünstiger.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der tatsächliche Gewichtungswert durch
das mit dem tatsächlichen
Verstärkungsfaktor
der Verstärkungsvorrichtung
verstärkte
DA-Wandlerausgangssignal ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein Zufallsgenerator vorgesehen,
welcher einen Zufallswert generiert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen,
welche jeweils einen Gewichtungskorrekturwert eines Einheitskondensators
mittels des Zufallswertes, der in den Signalpfad des Analog/Digital-Wandlers
eingespeist wird, kalibriert und den jeweiligen, in dem ersten Speicher
gespeicherten zugehörigen
Gewichtungskorrekturwert des Einheitskondensators mittels des kalibrierten
Gewichtungskorrekturwertes aktualisiert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Zählvorrichtung vorgesehen, welche
jeweils einen Zeiger bereitstellt, der dem von der Steuervorrichtung
zu kalibrierenden Einheitskondensator eindeutig zugeordnet ist,
wobei die Zählvorrichtung
den Zeiger zusammen mit dem Zufallssignal in den Signalpfad des Analog/Digital-Wandlers
einspeist und der Steuervorrichtung eingangsseitig bereitstellt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung aktualisiert die Steuervorrichtung
den in dem ersten Speicher gespeicherten Gewichtungskorrekturwert
des aktuell zu kalibrierenden Einheitskondensators mittels des eingangsseitig
empfangenen Zeigers und des kalibrierten Gewichtungskorrekturwertes.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung generiert die Steuervorrichtung
den kalibrierten Gewichtungskorrekturwert des Einheitskondensators,
der jeweils durch den aktuellen Zeiger festgelegt ist, mittels des
Zufallswertes und des digitalen Ausgangswertes.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung empfängt der erste Speicher den
aktuellen Zeiger von der Steuervorrichtung und stellt den Gewichtungskorrekturwert
für den
jeweiligen Einheitskondensator bereit, auf den der empfangene aktuelle
Zeiger zeigt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine zweite Verschiebevorrichtung
vorgesehen, welche zur Ausbildung eines vervielfachten Zufallswertes
den aktuellen Zufallswert verdoppelt, wobei die Vervielfachung üblicherweise
einer binären
Gewichtung entspricht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Verknüpfungsvorrichtung
eine zweite Summationsvorrichtung auf, welche den Summengewichtungskorrekturwert
und den verdoppelten Wandlerausgangswert addiert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Verknüpfungsvorrichtung
eine erste Subtraktionsvorrichtung auf, welche den verdoppelten
Zufallswert von der Summe des Summengewichtungskorrekturwertes und
des verdoppelten Wandlerausgangswerts subtrahiert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Multiplikationsvorrichtung
vorgesehen, welche den von dem ersten Speicher bereitgestellten
Gewichtungskorrekturwert mit dem Zufallswert des Zufallsgenerators
multipliziert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Verknüpfungsvorrichtung
eine zweite Subtraktionsvorrichtung auf, welche den mit dem Zufallswert
multiplizierten Gewichtungskorrekturwert der Multiplikationsvorrichtung
von der Differenz zwischen der Summe des Summengewichtungskorrekturwertes und
des verdoppelten Wandlerausgangswerts und des verdoppelten Zufallwertes
subtrahiert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Digital/Analog-Wandler
einen Kalibrierungskondensator zur Kalibrierung der Gewichtungskorrekturwerte
der Einheitskondensatoren der Kondensatoreinheiten auf, welcher
selbst als ein Einheitskondensator ausgebildet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung speichert der erste Speicher
die Gewichtungskorrekturwerte der Einheitskondensatoren der Kondensatoreinheiten
entsprechend der Thermometercodierung des digitalen Ausgangswertes
nachfolgend dem Gewichtungskorrekturwert des Kalibrierungskondensators geordnet
ab.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung speichert der zweite Speicher
die Summengewichtungskorrekturwerte der Kondensatoreinheiten entsprechend
der Thermometercodierung des digitalen Ausgangswertes nachfolgend
dem Summengewichtungskorrekturwert des Kalibrierungskondensators
geordnet ab, wobei jeder Summengewichtungskorrekturwert durch die
Summe der Gewichtungskorrekturwerte der entsprechenden Kondensatoreinheit
und des vorgeordneten Summengewichtungskorrekturwertes ausgebildet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind mindestens zwei Wandlerstufen
vorgesehen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Analog/Digital-Wandler
volldifferentiell aufgebaut.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Speicher und der
zweite Speicher jeweils als ein RAM-Speicher ausgebildet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Analog/Digital-Wandlers;
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2 ein
schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer Wandlerstufe gemäß 1;
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3 ein
schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des ersten Speichers gemäß 1;
und
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4 ein
schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des zweiten Speichers gemäß 1.
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In
allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Signale – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
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1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Analog/Digital-Wandlers 1.
Beispielsweise weist der erfindungsgemäße Analog/Digital-Wandler 1 vier
Wandlerstufen 21–24 auf.
Die erste Wandlerstufe 21 stellt für ein empfangenes analoges
Eingangssignal ain einen digitalen Wandlerausgangswert dig1 und
ein verstärktes,
mit einem Gewichtungswert tatG gewichtetes, abgetastetes analoges
Ausgangssignal out1 bereit. Für jede
Wandlerstufe 21–24 ist
eine Korrekturvorrichtung 3 vorgesehen.
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In 1 ist
nur die Korrekturvorrichtung 3 für die erste Wandlerstufe 21 dargestellt.
Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
sind die Korrekturvorrichtungen für die übrigen Wandlerstufen 22–24 nicht
abgebildet.
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Die
Korrekturvorrichtung 3 weist einen ersten Speicher 31,
einen zweiten Speicher 32, eine erste Verschiebevorrichtung 33 und
eine Verknüpfungsvorrichtung 4 auf.
Der erste Speicher 31 stellt für eine jede Kondensatoreinheit
K1-K16 (vergleiche 3) der Wandlerstufe 21,
deren addierte Ausgangswerte den digitalen Wandlerausgangswert dig1
ausbilden, zumindest einen Gewichtungskorrekturwert Gkor bereit,
der einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Gewichtungswert tatG
und einem idealen Gewichtungswert idG der Wandlerstufe 21 entspricht. Gkor = tatG – idG (1)
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Der
zweite Speicher 32 stellt für jeden digitalen Wandlerausgangswert
dig1 einen Summengewichtungskorrekturwert ΣG bereit, der einer Summe der
Gewichtungskorrekturwerte Gkor der Kondensatoreinheiten K1-K16 entspricht,
die mittels des jeweiligen Wandlerausgangswertes dig1 angesteuert
werden (vergleiche 4).
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Die
erste Verschiebevorrichtung 33 verdoppelt den digitalen
Wandlerausgangswert dig1 zur Ausbildung eines ideal gewichteten
digitalen Wandlerausgangswerts 2dig1. Eine ideale Bitgewichtung
um den Faktor 2 entspricht im Binären einer Verschiebung des
digitalen Wandlerausgangswerts dig1 um eine Bitstelle nach links.
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Die
Verknüpfungsvorrichtung 4 verknüpft den
Summengewichtungskorrekturwert ΣG
und den verdoppelten digitalen Wandlerausgangswert 2dig1 zu einem
korregierten Ausgangswert KW.
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Mittels
des erfindungsgemäßen korrigierten
Ausgangswertes KW wird der digitale Ausgangwert dout um den Verstärkungsfehler
und um den Umschaltfehler korrigiert.
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Vorzugsweise
weist der Analog/Digital-Wandler 1 eine erste Summationsvorrichtung 13 auf,
welche die digitalen Wandlerausgangswerte dig1-dig4 der Wandlerstufen 21–24 zu
dem digitalen Ausgangswert dout addiert.
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Vorzugsweise
weist der Analog/Digital-Wandler 1 auch einen Zufallsgenerator 11 auf,
welcher einen digitalen Zufallswert PSR generiert.
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Weiter
ist vorzugsweise eine Steuervorrichtung 10 vorgesehen,
welche jeweils einen Gewichtungskorrekturwert Gkor eines Einheitskondensators
C0-C64 (vergleiche 3) mittels des Zufallswertes
PSR, der in den Signalpfad des Analog/Digital-Wandlers 1 eingespeist wird,
kalibriert und den jeweiligen, in dem ersten Speicher 31 gespeicherten
zugehörigen
Gewichtungskorrekturwert Gkor des Einheitskondensators C0-C64 mittels
des kalibrierten Gewichtungskorrekturwertes kalGkor aktualisiert.
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Außerdem weist
vorzugsweise der erfindungsgemäße Analog/Digital-Wandler 1 eine
Zählvorrichtung 12 auf,
die jeweils einen Zeiger Z bereitstellt, der eindeutig dem von der
Steuervorrichtung 10 zu kalibrierenden Einheitskondensator
C0-C64 zugeordnet ist. Die Zählvorrichtung 12 speist
den Zeiger Z zusammen mit dem Zufallssignal PSR in den Signalpfad
des Analog/Digital-Wandlers 1 bzw. in die erste Wandlerstufe 21 ein.
Des Weiteren stellt die Zählvorrichtung 12 den
Zeiger Z der Steuervorrichtung 10 eingangsseitig bereit.
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Vorzugsweise
aktualisiert die Steuervorrichtung 10 den in dem ersten
Speicher 31 gespeicherten Gewichtungskorrekturwert Gkor
des aktuell zu kalibrierenden Einheitskondensators C0- C64 mittels des eingangsseitig
empfangenen Zeigers Z und des kalibrierten Gewichtungskorrekturwertes
kalGkor.
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Beispielsweise
generiert die Steuervorrichtung 10 den kalibrierten Gewichtungskorrekturwert
kalGkor des Einheitskondensators C0-C64, der jeweils durch den aktuellen
Zeiger Z festgelegt ist, mittels des Zufallswertes PSR und des digitalen
Ausgangswertes dout.
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Der
erste Speicher 31 empfängt
ebenfalls den aktuellen Zeiger Z von der Steuervorrichtung 10 und stellt
den Gewichtungskorrekturwert Gkor(Z) für den jeweiligen Einheitskondensator
C0-C64 bereit, auf
den der empfangene aktuelle Zeiger Z zeigt.
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Außerdem ist
vorzugsweise eine zweite Verschiebevorrichtung 34 vorgesehen,
welche zur Ausbildung eines verdoppelten Zufallswertes 2PSR den
aktuellen Zufallswert PSR verdoppelt, wobei die Verdoppelung einer
Multiplikation mit dem idealen Gewichtungswert idG entspricht. Der
ideale Gewichtungswert idG ist vorzugsweise 2 und die zweite Verschiebevorrichtung 34 verdoppelt
den aktuellen Zufallswert PSR durch ein Verschieben um eine Bitstelle
nach links.
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Die
Verknüpfungsvorrichtung 4 weist
vorzugsweise eine zweite Summationsvorrichtung 14 auf,
welche den Summengewichtungskorrekturwert ΣG und den verdoppelten Wandlerausgangswert
2dig1 addiert. Weiter weist die Verknüpfungsvorrichtung 4 vorzugsweise
eine erste Subtraktionsvorrichtung 15 auf, welche den verdoppelten
Zufallswert 2PSR von der Summe des Summengewichtungskorrekturwertes ΣG und des verdoppelten
Wandlerausgangswerts 2dig1 subtrahiert.
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Vorzugsweise
weist der Analog/Digital-Wandler 1 weiter eine Multiplikationsvorrichtung 21 auf,
die den von dem ersten Speicher 31 bereitgestellten Gewichtungskorrekturwert
Gkor(Z) mit dem Zufallswert PSR des Zufallsgenerators 11 multipliziert.
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Die
Verknüpfungsvorrichtung 4 beinhaltet
vorzugsweise auch eine zweite Subtraktionsvorrichtung 16, welche
den mit dem Zufallswert PSR multiplizierten Gewichtungskorrekturwert
Gkor(Z) der Multiplikationsvorrichtung 21 von der Differenz
zwischen der Summe des Summengewichtungskorrekturwertes ΣG und des
verdoppelten Wandlerausgangswerts 2dig1 und des verdoppelten Zufallswertes
2PSR subtrahiert.
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Die
dritte Verschiebevorrichtung 17 und die vierte Verschiebevorrichtung 18 verdoppeln
den binären Wert
des digitalen Wandlerausgangswerts dig2 der zweiten Wandlerstufe 22 beziehungsweise
den digitalen Wert des digitalen Wandlerausgangswerts dig3 der dritten
Wandlerstufe 23. Die dritte und vierte Summationsvorrichtung 19 und 20 addieren
die verdoppelten Wandlerausgangswerte dig2 und dig3 und den Wandlerausgangswert
dig4 zum digitalen Wandlerausgangswert dout des Analog/Digital-Wandlers 1.
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Vorzugsweise
sind mindestens zwei Wandlerstufen 21, 22 vorgesehen
und der Analog/Digital-Wandler 1 ist volldifferentiell
aufgebaut.
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2 stellt
ein schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer Wandlerstufe gemäß 1 dar.
Gemäß 2 ist
die erste Wandlerstufe 21 der 1 abgebildet.
Für die
weiteren Wandlerstufen 22–24 gilt allerdings
Analoges. Die erste Wandlerstufe 21 weist eine Sample & Hold-Schaltung 5,
eine Komparatoreinheit 6, einen Digital/Analog-Wandler 7,
eine Subtraktionsvorrichtung 8 und eine Verstärkungsvorrichtung 9 auf.
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Die
Sample & Hold-Schaltung 5 tastet
das analoge Eingangssignal ain ab und stellt damit ein abgetastetes
analoges Eingangssignal a bereit.
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Die
Komparatoreinheit 6 vergleicht das analoge Eingangssignal
ain mit einem Referenzwert Ref zum Erzeugen des digitalen Wandlerausgangswerts
dig1. Der Digital/Analog-Wandler 7 wandelt den digitalen Wandlerausgangswert
dig1 mittels der Kondensatoreinheiten K1-K16 (siehe 3 und 4)
in ein analoges DR-Wandlerausgangssignal BS.
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Der
Parameter b bezeichnet die Anzahl der Komparatoren der Komparatoreinheit.
b ist beispielsweise 16.
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Vorzugsweise
weist der Digital/Analog-Wandler 7 einen Kalibrierungskondensator
C0 zur Berechnung der Gewichtungskorrekturwerte Gkor der Einheitskondensatoren
C1-C64 der Kondensatoreinheiten K1-K64 auf (nicht gezeigt), der
als ein Einheitskondensator ausgebildet ist.
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Die
Subtraktionsvorrichtung 8 subtrahiert das von dem Digital/Analog-Wandler 7 abgegebene
analoge DA-Wandlerausgangssignal
BS von dem abgetasteten Eingangssignal a. Die Verstärkungsvorrichtung 9 verstärkt das
von der Subtraktionsvorrichtung 8 ausgegebene Ausgangssignal
mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor
V', welcher dem
realen Verstärkungsfaktor
der Verstärkungsvorrichtung 9 entspricht,
zur Ausbildung des analogen Ausgangssignals out1.
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Vorzugsweise
kodiert die Komparatoreinheit 6 den digitalen Wandlerausgangswert
dig1 gemäß eines Thermometercodes
und die Kondensatoreinheiten K1-K6 weisen jeweils eine vorbestimmte
Anzahl von Einheitskondensatoren C1-C64 auf. Damit vereinfacht sich
die Herstellung der Kondensatoreinheiten und des Kalibrierungskondensators
erheblich.
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Der
tatsächliche
Gewichtungswert tatG wird durch das mit dem tatsächlichen Verstärkungsfaktor
V' der Verstärkungsvorrichtung 9 verstärkte analoge
DA-Wandlerausgangssignal BS ausgebildet (siehe Gleichung 5).
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Wie
oben ausgeführt,
entspricht der Gewichtungskorrekturwert Gkor der Differenz zwischen
dem tatsächlichen
Gewichtungswert tatG und dem idealen Gewichtungswert idG. Gkor = tatG – idG (1)
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Ist
beispielsweise der ideale Gewichtungswert gleich 2, so ergibt sich
aus den obigen Gleichungen (1) und (5) die unten stehende Gleichung
für den
Gewichtungskorrekturwert Gkor:
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3 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des ersten Speichers 31 gemäß 1.
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Die
Kondensatoreinheiten K1-K16 weisen jeweils eine vorbestimmte Anzahl
von Einheitskondensatoren C1-C64 auf. Beispielsweise weist jede
Kondensatoreinheit K1-K16 vier Einheitskondensatoren C1-C64 auf.
Demnach weist die erste Kondensatoreinheit K1 die Einheitskondensatoren
C1, C2, C3, C4 auf. Der Einheitskondensator C0 stellt den Kalibrierungskondensator
dar.
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Der
erste Speicher 31 speichert die Gewichtungskorrekturwerte
Gkor1-Gkor64 der Einheitskondensatoren C1-C64 der Kondensa toreinheiten
K1-K16 entsprechend der Thermometercodierung des digitalen Ausgangswertes
dig1 nachfolgend dem Gewichtungskorrekturwert Gkor0 des Kalibrierungskondensators
C0 geordnet ab.
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In
4 ist
ein schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des zweiten Speichers
32 gemäß
1 abgebildet.
Der zweite Speicher
32 speichert die Summengewichtungskorrekturwerte ΣG1-ΣG16 der Kondensatoreinheiten
K1-K16 entsprechend der Thermometercodierung des digitalen Ausgangswertes
dig1 nachfolgend dem Summengewichtungskorrekturwert ΣG0 des Kalibrierungskondensators
C0 geordnet ab. Dabei ist jeder Summengewichtungskorrekturwert ΣG1-ΣG16 durch
die Summe der Gewichtungskorrekturwerte Gkor1-Gkor64 der entsprechenden
Kondensatoreinheit K1-K16 und des vorgeordneten Summengewichtungskorrekturwertes ΣG0-ΣG15 ausgebildet.
Beispielsweise ist der Summengewichtungskorrekturwert ΣG2 der zweiten
Kondensatoreinheit K2 ausgebildet durch die Summe
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Vorzugsweise
sind der erste Speicher 31 und der zweite Speicher 32 jeweils
als ein RAM-Speicher ausgebildet.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar. Beispielsweise ist die Anordnung der Gewichtungskorrekturwerte
in dem ersten Speicher gemäß der Thermometercodierung
nur beispielhaft. Jede andere Codierung ist ebenfalls denkbar und
kann sich entsprechend dem jeweiligen Einsatzgebiet auch als vorteilhaft
erweisen. Des Weiteren ist die Anzahl der Wandlerstufen des Analog/Digital-Wandlers
beliebig und an die entsprechenden Rahmenbedingungen anpassbar.
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- 1
- Analog/Digital-Wandler
- 21
- erste
Wandlerstufe
- 22
- zweite
Wandlerstufe
- 23
- dritte
Wandlerstufe
- 24
- vierte
Wandlerstufe
- 3
- Korrekturvorrichtung
- 31
- erster
Speicher
- 32
- zweiter
Speicher
- 33
- erste
Verschiebevorrichtung
- 34
- zweite
Verschiebevorrichtung
- 4
- Verknüpfungsvorrichtung
- 5
- Sample & Hold-Schaltung
- 6
- Komparatoreinheit
- 7
- Digital/Analog-Wandler
- 8
- Subtraktionsvorrichtung
- 9
- Verstärkungsvorrichtung
- 10
- Steuervorrichtung
- 11
- Zufallsgenerator
- 12
- Zählvorrichtung
- 13
- erste
Summationsvorrichtung
- 14
- zweite
Summationsvorrichtung
- 15
- erste
Subtraktionsvorrichtung
- 16
- zweite
Subtraktionsvorrichtung
- 17
- dritte
Verschiebevorrichtung
- 18
- vierte
Verschiebevorrichtung
- 19
- dritte
Summationsvorrichtung
- 20
- vierte
Summationsvorrichtung
- ain
- analoges
Eingangssignal
- a
- abgetastetes
analoges Eingangssignal
- b
- Anzahl
der Komparatoren der Komparatoreinheit
- BS
- analoges
DA-Wandlerausgangssignal
- C0
- Kalibrierungskondensator
- C1-C64
- Einheitskondensator
- dig1
- digitaler
Wandlerausgangswert der ersten Wandler
-
- stufe
- dig2
- digitaler
Wandlerausgangswert der zweiten Wandler
-
- stufe
- dig3
- digitaler
Wandlerausgangswert der dritten Wandler
-
- stufe
- dig4
- digitaler
Wandlerausgangswert der vierten Wandler
-
- stufe
- dout
- digitaler
Ausgangswert
- Gkor
- Gewichtungskorrekturwert
- Gkor0
- Gewichtungskorrekturwert
des Kalibrierungskondensa
-
- tors
- Gkor1-Gkor64
- Gewichtungskorrekturwert
des entsprechenden Einheitskondensators
- ΣG
- Summengewichtungskorrekturwert
- ΣG0
- Summengewichtungskorrekturwert
des Kalibrierungskondensators
- ΣG1-ΣG16
- Summengewichtungskorrekturwert
der entsprechenden
-
- Kondensatoreinheit
- idG
- idealer
Gewichtungswert
- K1-K16
- Kondensatoreinheit
- kalGkor
- kalibrierter
Gewichtungskorrekturwert
- KW
- korregierter
Ausgangswert
- out1
- analoges
Ausgangssignal der ersten Wandlerstufe
- out2
- analoges
Ausgangssignal der zweiten Wandlerstufe
- out3
- analoges
Ausgangssignal der dritten Wandlerstufe
- PSR
- Zufallswert
- 2PSR
- verdoppelter
Zufallswert
- Ref
- Referenzwert
- tatG
- tatsächlicher
Gewichtungswert
- V'
- tatsächlicher
Verstärkungsfaktor
