DE1205137B - Analog-Digital-Umsetzer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/00

Nummer: 1205137

Aktenzeichen: O 7247 VIII a/21 al

Anmeldetag: 19. Februar 1960

Auslegetag: 18. November 1965

Die Erfindung bezieht sich auf Analog-Digital-Umsetzer, die in datenverarbeitenden Systemen verwendet werden, um eine digitale Darstellung von in Analogform gegebenen Größen zu erhalten.

Bei den herkömmlichen Analog-Digital-Umsetzern wird eine bekannte Bezugsgröße veränderlichen Digitalwertes mittels eines geeigneten !Comparators mit der zu verwandelnden Analoggröße verglichen. Wenn der Komparator die Übereinstimmung der zwei Größen anzeigt, ergibt sich der Digitalwert der Analoggröße aus dem abgelesenen Digitalwert der Bezugsgröße. Die Bezugsgröße wird dabei über ein geeignetes Summiernetzwerk von einem elektronischen Impulszähler geliefert, der mit einer Folge von Zählimpulsen so lange beaufschlagt wird, bis die schrittweise veränderliche Bezugsgröße den Momentanwert der Analoggröße erreicht. In diesem Augenblick hält ein vom Komparator erzeugtes Signal den Zähler an, dessen Anzeige den Digitalwert der Analoggröße darstellt.

Ein bekannter Umsetzer verwendet einen Magnetkernkomparator, auf den die Analoggröße und die Bezugsgröße als entgegengesetzte magnetomotorische Kräfte wirken und bei dem die Magnetkerne mit einem Wechselstromsignal erregt werden, das einen symmetrischen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn sich die beiden Größen ausgleichen. Auf die Asymmetrie ansprechende Mittel veranlassen dabei den Zähler, im Sinne der Wiederherstellung des Symmetriezustandes zu arbeiten. Diese Komparatoren erfordem empfindliche Asymmetriedetektoren und komplizierte Schaltungen für den Betrieb des Zählers.

Ein anderer bekannter Umsetzer enthält einen Satz von bistabilen Magnetkernen mit annähernd rechteckiger Hysteresiskurve. Jeder Magnetkern trägt eine Wicklung, die vom Analogstrom durchflossen wird und die bei jedem Kern eine verschiedene Windungszahl aufweist, sowie eine Abfragewicklung, die mit allen Kernen verkettet ist und von einer Folge von Impulsen durchflossen wird, die der magnetomotorisehen Kraft des Analogstromes entgegengesetzt sind. Dadurch wird für jeden Wert des Analogstromes nur einer der Kerne wiederholt umgeschaltet, so daß er durch seine Stellung im Satz den gesuchten Wert anzeigt. Dieser Umsetzer erfordert Impulse mit genau abgeglichenen Amplitudenwerten und liefert keine Ausgangssignale, die ohne weiteres für datenverarbeitende Systeme verwendbar sind. Außerdem können nur so viele Werte des Analogstromes angezeigt werden, wie Kerne vorhanden sind.

Schließlich wird die Arbeitsweise der erwähnten Umsetzertypen durch die Unbeständigkeit der ma-Analog-Digital-Umsetzer

Anmelder:

Ing. C. Olivetti & C, S. p. A., Ivrea (Italien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

Berlin 33, Podbielskiallee 68

Beanspruchte Priorität:

Italien vom 20. Februar 1959 (2838)

gnetischen Eigenschaften der verwendeten Kernmateriale beeinträchtigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.

Der Umsetzer, bei dem eine bekannte Bezugsgröße von veränderlichem Digitalwert und die zu verwandelnde Analoggröße als entgegengesetzte magnetomotorische Kräfte in einem Magnetkernkomparator verglichen werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kräfte auf einen an sich bekannten bistabilen Magnetkern wirken, dessen Umschaltung durch eine an sich bekannte Ableseeinrichtung zur Anzeige der Übereinstimmung der zwei Größen herangezogen wird.

Der Umsetzer wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben; es zeigt

F i g. 1 die Blockschaltung des Analog-Digital-Umsetzers,

Fig. 2 bis 4 die Detailschaltungen einiger der Elemente des Wandlers nach Fig. 1.

In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Binärzähler, der z. B. aus einer Kette von sieben Flip-Flops besteht, von denen jedes eine Ausgangsleitung 2 besitzt. Der Zähler 1 wird über die Leitung 3 mit Zählimpulsen gespeist. Eine Folge von 128 Impulsen bringt den Zähler hintereinander in alle seine möglichen Stellungen, so daß er der Reihe nach die Binärwerte aller Dezimalzahlen von 0 bis 127 liefert.

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Jedes Flip-Flop liefert in seiner Stellung »1« an lung IO erzeugte magnetomotorische Kraft gerade

seine Ausgangsleitung 2 einen Stromwert, der von ausgleicht.

der Stellung des Flip-Flops in der Zählkette abhängt. Eine Einheit der magnetomotorischen Kraft wird

Wenn also z. B. das erste Flip-Flop einen Strom von zweckmäßig gleich dem doppelten oder dreifachen

einer Stromeinheit liefert, so liefert das zweite zwei 5 Wert der Koerzitivkraft des Magnetkerns 9 gewählt.

Stromeinheiten, das dritte vier Einheiten und so Die Arbeitsweise des Analog-Digital-Umsetzers

weiter bis zum siebten Flip-Flop, das 64 Einheiten wird nun an Hand eines Abfragezyklus beschrieben,

liefert. Es wird angenommen, daß sich der Kern 9 nor-

Die sieben Ausgangsleitungen 2 des Zählers 1 sind malerweise im Zustand »0« befindet und daß die mit der Eingangsleitung 4 eines Komparators 5 der- io Analoggröße eine magnetomotorische Kraft erzeugt, art verbunden, daß der Eingangsstrom bei 4 gleich deren Wert zwischen 2 und 3 Einheiten liegt. Da zu der Summe aller an den Ausgangsleitungen der Anfang keine andere Windung erregt ist, wird der sieben Flip-Flops erzeugten Ströme ist. Es wird da- Kern im Normalzustand »0« gehalten,
durch unter der Steuerung des Zählers an der Ein- Nach Nullstellung des Zählers 1 wird ein Startgangsleitung 4 ein schrittweise veränderlicher Strom 15 signal in den Eingang 22 gegeben, wodurch die erzeugt, dessen Größe ein Maß für den Zählerstand Summentore 7 und 17 geöffnet werden,
ist und der somit eine veränderliche Bezugsgröße Der erste Zählimpuls, der vom Generator 6 erdarstellt, deren aufeinanderfolgende Digitalwerte zeugt wird, läßt den Zähler 1 auf »eins« springen dem Zählerstand entsprechen und daher bekannt und erregt damit die erste Ausgangsleitung 2, wosind. 20 durch die Wicklung 10 eine magnetomotorische

Ein geeigneter Impulsgenerator 6 liefert der Ein- Kraft entsprechend einer Einheit erzeugt. Da diese

gangsleitung 3 des Zählers 1 die Zählimpulse. Zwi- Kraft nicht die der Analoggröße übersteigt, bleibt

sehen dem Generator 6 und dem Zähler 1 ist ein der Kern im Zustande »0«.

Summentor 7 angeordnet. Des weiteren kann der Derselbe vom Generator 6 erzeugte und vom Ver-

Zähler 1 durch einen Impuls an der Eingangsleitung 8 25 zögerungsglied 18 verzögerte Zählimpuls erregt nun

auf Null gestellt werden. den Impulsgenerator 16, der seinerseits einen Impuls

Der Komparator 5 besteht aus einem Magnet- zur Erregung der Abfragewicklung 15 erzeugt. Da

kern 9 aus Material mit annähernd rechteckiger sich der Kern im Zustande »0« befindet, schaltet die

Hysteresiskurve, der als bistabiles Element von so erzeugte magnetomotorische Kraft den Kern nicht

einem Zustand »0« auf einen Zustand »1« und um- 30 um, und in der Ausgangswicklung 19 wird daher kein

gekehrt umgeschaltet werden kann. Ausgangsimpuls induziert.

Der Kern 9 ist mit vier Wicklungen 10, 11, 15, 19 Der zweite Zählimpuls läßt den Zähler 1 um eine magnetisch verkettet. Die Wicklung 10 ist mit der Einheit weiterspringen, wodurch an Stelle der ersten Ausgangsleitung 4 des Zählers 1 verbunden und wird Ausgangsleitung 2 die zweite Ausgangsleitung 2 ersomit durch den Bezugsstrom gespeist. Die Wick- 35 regt wird. Die Wicklung 10 erzeugt nun eine malung 11 ist mit der Ausgangsleitung 12 eines Strom- gnetomotorische Kraft entsprechend zwei Einheiten, generators 13 verbunden. Dieser liefert einen Aus- Da auch diese Kraft nicht die von der Analoggröße gangsstrom, der ein Maß für die in seine Eingangs- erzeugte magnetomotorische Kraft übersteigt, bleibt leitung 14 gespeiste Analoggröße darstellt und der der Kern immer noch im Zustand »0«, weshalb auch durch die Wicklung 11 den Kern 9 beispielsweise auf 40 der nächste Abfrageimpuls keinen Ausgangsimpuls den Zustand »0« vormagnetisiert. Die Wicklung 15 in der Wicklung 19 erzeugt.

wird periodisch durch Abfrageimpulse erregt, die von Der dritte Zählimpuls läßt den Zähler 1 um eine einem Impulsgenerator 16 erzeugt werden, der über weitere Einheit vorwärts springen, wodurch die erste ein Verzögerungsglied 18 und ein Summentor 17 Ausgangsleitung 2 wieder erregt wird und die Erdurch die vom Generator 6 erzeugten Zählimpulse 45 regung der zweiten Ausgangsleitung bestehen bleibt; gesteuert wird. Jeder Zählimpuls, der in die Ein- die Wicklung 10 erzeugt daher eine drei Einheiten gangsleitung des Zählers 1 gespeist wird, wird von entsprechende magnetomotorische Kraft. Da diese einem Abfrageimpuls gefolgt, der die Wicklung 15 Kraft nunmehr die von der Analoggröße erzeugte erregt. Die Wicklung 19 ist mit der Eingangsleitung magnetomotorische Kraft übersteigt, wird der Ma-32 eines Flip-Flops 20 verbunden, dessen Ausgang 50 gnetkern 9 auf den Zustand »1« umgeschaltet und 21 die Summentore 7 und 17 steuert. Ein in der durch den nachfolgenden Abfrageimpuls in den ZuWicklung 19 induzierter Impuls, der durch das Um- stand »0« zurückgeschaltet. Dadurch wird ein Ausschalten des Magnetkerns vom Zustand »1« in den gangsimpuls in der Ausgangswicklung 19 induziert, Zustand »0« entsteht, schaltet das Flip-Flop 20 um der das Flip-Flop 20 so steuert, daß die Summen- und sperrt damit die Summentore 7 und 17. Ein Im- 55 tore 7 und 17 gesperrt werden. Es wird somit der puls, der in den Eingang 22 des Flip-Flops gegeben Zähler 1 angehalten und die ablesbare Zählerstellung wird, schaltet das Flip-Flop dagegen in die umgekehrte gibt eine genäherte digitale Darstellung der Analog-Richtung um und öffnet damit diese Summentore. größe. Der Digitalwert kann jetzt durch bekannte

Die Windungssinne der Wicklungen 10, 11 und Mittel herausgelesen werden, womit der Abfrage-

15 sind derart gewählt, daß im Kern 9 die magneto- 60 zyklus beendet ist.

motorische Kraft sowohl der Analogvorspannung als Wenn daraufhin die Analoggröße neuerdings zu auch des Abfrageimpulses der magnetomotorischen bestimmen ist, wird ein neuer Abfragezyklus dadurch Kraft des Bezugsimpulses entgegengesetzt sind, die den eingeleitet, daß man einen Löschimpuls in die EinKern beispielsweise auf den Zustand »1« vorspannt. gangsleitung 8 und einen Startimpuls in den Eingang

Die Windungszahlen der Wicklungen 10 und 11 65 22 einbringt. Dieser Löschimpuls kann periodisch

sind derart bemessen, daß der Maximalwert der durch bekannte Mittel geliefert werden, so daß der

durch die Wicklung 11 erzeugten magnetomotori- Umsetzer die Analoggröße in im Takt aufeinander-

schen Kraft die durch 128 Stromeinheiten in Wick- folgenden Arbeitszyklen abtastet.

Die Detailschaltungen sind in den Fig. 2, 3 und 4 wiedergegeben und werden im folgenden beschrieben.

Der Generator 13 (F i g. 1), der die Wicklung 11 mit einem der Analoggröße proportionalen Analogstrom speist, enthält einen Transistorverstärker 23 (F i g. 2), dessen Basiselektrode mit der Eingangsleitung 14 verbunden ist und dessen Emitter über eine Drossel 24 mit der Wicklung 11 verbunden und über einen Kondensator 25 geerdet ist.

F i g. 3 zeigt eine Transistor-Flip-Flop-Schaltung des Zählers 1. Eine Diode 26 dient dazu, das Flip-Flop von der Wicklung 10 zu trennen, wenn der rechte Transistor 33 blockiert ist, um einen unerwünschten Stromfluß durch diese Wicklung zu verhindern. Hierbei ist die Diode 27 leitend und bestimmt dadurch das Potential des Kollektors 28, wobei die Diode 26 blockiert wird. Umgekehrt, wenn der rechte Transistor 33 leitend ist, fließt durch die Wicklung 10 ein Strom von einer Größe, die durch einen Widerstand 29 bestimmt wird und von der Stellung des Flip-Flops innerhalb des Zählers 1 abhängt.

Der Impulsgenerator 16 für die Abfragezählimpulse kann ein monostabiler Sperrschwinger bekannter Ausführung sein (F i g. 4), mit Transformatorrückkopplung zwischen Basis und Kollektor. Dieser Sperrschwinger liefert rechteckige Impulse in die Wicklung 15, wenn er durch Steuerimpulse am Eingang 31 erregt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer, bei dem eine bekannte Bezugsgröße von veränderlichem Digitalwert und die zu verwandelnde Analoggröße als entgegengesetzte magnetomotorische Kräfte in einem Magnetkernkomparator verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kräfte auf einen an sich bekannten bistabilen Magnetkern wirken, dessen Umschaltung durch eine an sich bekannte Ableseeinrichtung zur Anzeige der Übereinstimmung der zwei Größen herangezogen wird.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, bei dem ein elektronischer Zähler einen schrittweise veränderlichen Bezugsstrom erzeugt und ein Stromgenerator mit der Analoggröße gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableseeinrichtung bei Übereinstimmung der zwei Ströme den Zähler anhält.

3. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Magnetkern eine vom Analogstrom durchflossene Wicklung, eine vom Bezugsstrom durchflossene entgegengesetzt wirkende Wicklung, eine Ausgangswicklung und eine Abfragewicklung verkettet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1022400.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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