DE1268196B

DE1268196B - Analog-to-digital converter

Info

Publication number: DE1268196B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Guenth Jungmeister
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-07-26
Filing date: 1966-07-26
Publication date: 1968-05-16

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digi- Analog-Digital-Umsetzer tal-Umsetzer nach dem sogenannten Einschritt-Verfahren für Geräte und Anlagen der elektrischen Nachrichten-, Meß- und Datenverarbeitungstechnik unter Verwendung von Kippwiderständen als diskriminierende Elemente.The invention relates to an analog-digital-analog-digital converter tal converter based on the so-called one-step process for devices and systems from electrical communications, measurement and data processing technology using Breakdown resistances as discriminatory elements.

Bei Umsetzern dieser Art werden die Kippunkte der Kippwiderstände im allgemeinen so bemessen, daß der jeden Kippwiderstand durchfließende Strom des betreffenden Analogsignals eine der Wertigkeit des Codeelements (Bit) entsprechende Anzahl von Kippwiderständen vom Ruhezustand in den Arbeitszustand umsteuert. Der jeweilige Kippwiderstand kann dabei vom Zustand niederen in den Zustand hohen Widerstands und umgekehrt kippen. Die Anzahl 2n der Kippwiderstände, die für derartige Umsetzer notwendig sind, entspricht hierbei der Anzahl 211 der Amplitudenstufen des gewünschten Codes.In converters of this type, the breakover points are the breakover resistances generally dimensioned so that the current flowing through each tilting resistor of the relevant analog signal one of the valency of the code element (bit) corresponding Number of breakdown resistors reversed from the idle state to the working state. Of the The respective tilting resistance can change from the state of low to the state of high resistance and vice versa tilt. The number 2n of breakover resistors for such converters are necessary, corresponds to the number 211 of the amplitude levels of the desired Codes.

So ist es bekannt, pro Bit zwei einander parallele Reihenschaltungen von Tunneldioden von einem das Analogsignal darstellenden Strom durchfließen zu lassen. Durch geeignete, an die beiden Reihenschaltungen angeschaltete Vergleicher werden die an der ganzen Reihe oder Teilen davon auftretenden Spannungen zur Bildung der Codeelemente ausgewertet. Die Vergleicher sind in diesem Fall Differenzverstärker mit zwei Eingängen. Bei Spannungsgleichheit an den Eingängen entsteht eine binäre Null. Ob bei der Bildung der binären Eins die größere Spannung an dem einen oder anderen Eingang des Vergleichers anliegt, hängt von der zufälligen Stromgröße des anliegenden Analogsignals ab.It is known to have two parallel series connections per bit of tunnel diodes from a current representing the analog signal to flow through permit. By means of suitable comparators connected to the two series connections the tensions arising in the whole series or parts of it become formation of the code elements evaluated. In this case the comparators are differential amplifiers with two entrances. If the voltage at the inputs is equal, a binary one is created Zero. Whether in the formation of the binary one the greater voltage on the one or the other input of the comparator is applied depends on the random current magnitude of the applied analog signal.

Analog-Digital-Umsetzer nachdem Einschritt-Verfahren dieser Art weisen an sich eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit auf, weil sie einen ihnen angebotenen Analogwert in einem einzigen Schritt in den gewünschten .Code umsetzen. Die Arbeitsgeschwindigkeit ist lediglich durch die verwendeten Elemente begrenzt, von denen die der Kippwiderstände, im allgemeinen Tunneldioden, sehr hoch ist. Diese hohe Arbeitsgeschwindigkeit kann durch den Codierer jedoch bei weitem nicht ausgenutzt werden, weil die hiergegen wesentlich niedrigere maximale Arbeitsgeschwindigkeit der Differenzverstärker dies verhindert.Analog-to-digital converters have this type of one-step process in itself a high operating speed because they are offered an analog value Implement the desired .code in a single step. The speed of work is only limited by the elements used, of which the breakdown resistors, generally tunnel diodes, is very high. This high working speed can are by far not exploited by the coder, because they are contrary to this significantly lower maximum operating speed of the differential amplifier this prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen nach dem Einschritt-Verfahren arbeitenden Analog-Digital-Umsetzer der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung anzugeben, die es unter anderem ermöglicht, die den Kippwiderständen eigene sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit für den mit ihnen aufgebauten Umsetzer nutzbar- zu machen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder Stelle (Bit) des n Elemente aufweisenden Codes ein Kippwiderstand zugeordnet und sämtlichen n Kippwiderständen das Analogsignal in zum Bezugspotential symmetrischer Form über gegebenenfalls nichtlineare Widerstände zugeführt ist, daß ferner die nichtlinearen Widerstände durch aus Widerständen und Dioden oder aus Widerständen, Dioden und Gleichspannungsquellen zusammengeschalteten nichtlinearen Widerstandszweipolen bestehen, die für eine unstetige Änderung so bemessen sind, daß jeder Kippwiderstand bei jedem möglichen Amplitudenwert des eingangsseitig anstehenden umzusetzenden Analogsignals durch seinen Zustand niedrigen Widerstandes (binäre Null) oder hohen Widerstandes (binäre Eins) die ihm zugeordnete Stelle des zu erzeugenden n-stelligen Codes repräsentiert und daß hierbei die Anschlüsse der einseitig auf Bezugspotential liegenden Kippwiderstände dien Bitausgänge des Codes sind.The invention is based on the object for a one-step process working analog-to-digital converter of the type described in the introduction is another Specify a solution that enables, among other things, the breakdown resistors own very high working speed usable for the repeater built with them close. This object is achieved according to the invention in that each point (Bit) of the code having n elements assigned a tilting resistance and all n breakover resistors transfer the analog signal in a form symmetrical to the reference potential if necessary, non-linear resistors are supplied, that also the non-linear Resistances through from resistors and diodes or from resistors, diodes and DC voltage sources consist of interconnected non-linear resistance bipoles, which are dimensioned for a discontinuous change so that every tilting resistance at every possible amplitude value of the analog signal to be converted on the input side by its low resistance (binary zero) or high resistance state (binary one) represents the digit assigned to it in the n-digit code to be generated and that in this case the connections of the breakover resistors lying on one side at reference potential which are bit outputs of the code.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Verwendung der Kippwiderstände gleichzeitig unmittelbar als Referenzelemente für den zu erzeugenden Code unter Fortfall der relativ langsamen Differenzverstärker dadurch ermöglicht ist, daß eine symmetrische Signalspannungsquelle vorgesehen wird, die die Kippwiderstände im gewünschten Sinn über gegebenenfalls nichtlineare Widerstände, die hierbei ausschließlich aus sehr schnellen Schaltelementen aufgebaut werden können, gesteuert werden.The invention is based on the knowledge that the use of the Breakdown resistances at the same time directly as reference elements for the one to be generated This enables code with the omission of the relatively slow differential amplifier is that a symmetrical signal voltage source is provided, which the breakover resistors in the desired sense via possibly non-linear resistances, which in this case exclusively can be built up from very fast switching elements can be controlled.

Die Widerstände können zweckmäßigerweise, soweit sie nichtlinearen Charakter haben, aus einer Reihenschaltung ohmscher Widerstände bestehen, an deren Verbindungspunkten über Dioden Gleichspannungspotentiale angeschaltet sind. Die Polarität stimmt mit der Polarität der den betreffenden nichtlinearen Widerständen zugeführten Signalspannung überein. Die Dioden sind dabei hinsichtlich dieser Gleichspannungspotentiale in Sperrichtung gepolt.The resistances can expediently insofar as they are non-linear Have character, consist of a series connection of ohmic resistors, at their Connection points are connected via diodes DC voltage potentials. the Polarity agrees with the polarity of the non-linear in question Resistances supplied signal voltage. The diodes are with regard to this DC voltage potentials polarized in reverse direction.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Widerstände, soweit sie nichtlinearen Charakter haben, aus einer Reihenschaltung ohmscher Widerstände bestehen, denen jeweils eine hinsichtlich der Polarität der anliegenden Signalspannung in Durchlaßrichtung gepolte Diode parallel geschaltet wird. Dabei genügt es, daß lediglich den vom Signalspannungseingang her gesehenen, auf den ersten ohmschen Widerstand folgenden weiteren ohmschen Widerständen der Reihenschaltung eine Diode parallel geschaltet ist.Another particularly advantageous embodiment consists in that the resistors, insofar as they have a non-linear character, are connected in series There are ohmic resistors, each one with respect to the polarity of the applied signal voltage in the forward direction polarized diode connected in parallel will. It is sufficient that only the signal voltage input further ohmic resistances of the following the first ohmic resistance Series connection a diode is connected in parallel.

Ohmsche Widerstände können gespart werden, wenn zu den Dioden jeweils eine weitere Diode mit strombegrenzenden Eigenschaften - gleichpolig in Reihe geschaltet wird.Ohmic resistances can be saved when adding to the diodes respectively another diode with current-limiting properties - connected in series with the same polarity will.

Dabei kann davon abgesehen werden, der Diode, die dem vom Signalspannungseingang her gesehenen zweiten ohmschen Widerstand der Reihenschaltung parallel geschaltet ist, eine Diode mit strombegrenzenden Eigenschaften in Reibe zu schalten.The diode that is connected to the signal voltage input can be disregarded seen here second ohmic resistance of the series circuit connected in parallel is to switch a diode with current-limiting properties in friction.

In diesem Fall kann für eine bevorzugte Ausführungsform die zum Bezugspotential symmetrische Signalspannung in der einen Polarität sämtlichen Kippwiderständen über jeweils einen Widerstand zugeführt werden.In this case, for a preferred embodiment, the reference potential symmetrical signal voltage in one polarity over all breakover resistors one resistor each can be supplied.

Bei Verwendung üblicher Codes, z. B. des Dual-oder des Gray Codes, braucht die Zuführung der Signalspannung dem Kippwiderstand, der dem höchstwertigen Bit zugeordnet ist, lediglich über den einen Anschluß der gegen Bezugspotential symmetrischen Signalspannungsquelle erfolgen. Die Verbindung wird über einen ohmschen Widerstand hergestellt, dessen Polarität bei zunehmender Signalspannung ein Kippen des Kippwiderstandes vom Zustand niedrigen -Widerstandes in den Zustand hohen Widerstandes gewährleistet.When using common codes, e.g. B. the dual or gray code, the supply of the signal voltage needs to the breakover resistance, which is the most significant Bit is assigned, only via the one connection to the reference potential symmetrical signal voltage source. The connection is made via an ohmic Resistance established, the polarity of which tilts as the signal voltage increases of the tilting resistance from the state of low resistance to the state of high resistance guaranteed.

Zweckmäßig werden als Kippwiderstände Tunneldioden verwendet. Dabei sind die gegebenenfalls nichtlinearen Widerstände derart bemessen, daß der Wert des von den Tunneldioden her gesehenen Quellwiderstandes innerhalb des gesamten Amplitudenbereiches der Signalspannung stets größer ist als der Betrag ihres negativen differentiellen Widerstandes im Wendepunkt der statischen Stromspannungskennlinie.Tunnel diodes are expediently used as breakover resistors. Included the possibly non-linear resistances are dimensioned in such a way that the value of the source resistance seen from the tunnel diodes within the entire The amplitude range of the signal voltage is always greater than the amount of its negative differential resistance at the turning point of the static current-voltage characteristic.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, soll im folgenden die Erfindung noch näher erläutert werden. In der Z_eich="-nung bedeuten - _ F i g. 1 ein Codeschema, F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, F i g. 3 ein Diagramm bestimmter; bei der Anordnung nach der F i g. 2 auftretender Spannungen und Ströme, F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, -F .i g. 5 ein Diagranun bestimmter; bei der Anordnung nach der F i g. 4 auftretender Spannlungen und Ströme, F i g. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, F i g. 7 ein erweitertes Diagramm bestimmter, bei der Anordnung nach der F i g. 6 auftretender Spannungen und Ströme. In der F i g. 1 ist ein Codeschema für vier Bits I bis IV für den Gray-Code. dargestellt. Die Ausgangsamplituden für die einzelnen Bits sind dabei als Funktion der Signalspannung Usig angegeben, wobei die binäre Eins über der Signalspannung als schraffiertes Rechteck erscheint. Das Codeschema dient der Erläuterung der in den folgenden Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele von Codierern nach der Erfindung, die hierbei ebenfalls für vier Bits, und zwar für einen vierstelligen Gray-Code, ausgelegt sind.Using exemplary embodiments shown in the drawing are, the invention is to be explained in more detail below. In the sign = "- ning mean - _ F i g. 1 shows a code scheme, FIG. 2 shows an embodiment according to FIG Invention, F i g. 3 is a diagram of certain; in the arrangement according to FIG. 2 occurring voltages and currents, F i g. 4 shows a further embodiment according to of the invention, -F .i g. 5 a diagranun of certain; in the arrangement according to F i g. 4 occurring voltages and currents, F i g. 6 shows another embodiment according to the invention, FIG. Fig. 7 is an expanded diagram of certain details of the arrangement according to FIG. 6 occurring voltages and currents. In FIG. 1 is a code scheme for four bits I to IV for the Gray code. shown. The output amplitudes for the individual bits are given as a function of the signal voltage Usig, where the binary one above the signal voltage appears as a hatched rectangle. That The code scheme serves to explain the exemplary embodiments given in the following figures of encoders according to the invention, here also for four bits, namely for a four-digit Gray code.

Der in der F i g. 2 dargestellte Codieren weist gemäß der Erfindung für jedes der vier Bits I bis IV einen Kippwiderstand in Form der Tunneldioden TI bis TIV auf. Dementsprechend sind die den verschiedenen Bits zugeordneten Ausgänge parallel zu den Tunneldioden T I bis T IV mit A I bis A IV bezeichnet. Die Tunneldioden T I bis T IV sind von der das Analogsignal liefernden symmetrischen Spannungsquelle US über gegebenenfalls nichtlineare Widerstände gespeist. Die Spannungsquelle US besteht aus zwei gleichen, gegensinnig in Reihe geschalteten Signalquellen + Usig und - Usig, die am gemeinsamen Verbindungspunkt mit Bezugspotential verbunden sind und deren freie Anschlüsse die mit und - bezeichneten symmetrischen Anschlüsse abgeben.The one shown in FIG. According to the invention, the coding shown in FIG. 2 has a breakover resistance in the form of the tunnel diodes TI to TIV for each of the four bits I to IV. Accordingly, the outputs assigned to the various bits are denoted by AI to A IV in parallel with the tunnel diodes TI to T IV. The tunnel diodes TI to T IV are fed by the symmetrical voltage source US which supplies the analog signal, via possibly non-linear resistors. The voltage source US consists of two identical signal sources + Usig and - Usig connected in series in opposite directions, which are connected to the reference potential at the common connection point and whose free connections provide the symmetrical connections marked with and -.

Die das Bit I entsprechend dem Codeschema nach der F i g. 1 liefernde Stufe des Wandlers nach der F i g. 2 sieht als Verbindung zwischen der Tunneldiode TI und der Spannungsquelle US lediglich einen an den positiven Anschluß der Spannungsquelle US angeschalteten ohmschen Widerstand R I vor. Die Tunneldiode TII für das Bit 1I erhält die Signalspannung vom negativen Anschluß der Spannungsquelle US über den ohmschen WiderstandRII3 und von deren positivem Anschluß über einen nichtlinearen Widerstand, der zwei in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände R111 und R112 aufweist, an deren gemeinsamen Verbindungspunkt das Gleichpotential -I- UTI über die hier in Sperrichtung gepolte Diode D 1I angeschaltet ist. Die Tunneldiode T III der das Bit III darstellenden Stufe des. Wandlers steht mit den Anschlüssen der Spannungsquelle US jeweils über nichtlineare Widerstände in. Verbindung. Der von der Tunneldiode TIII her gesehene negative Signalstrom fließt über die Reihenschaltung der ohmschen Widerstände R HI 7 und R HI 5, an deren gemeinsamen Verbindungspunkt das Gleichpotential -U1112 über die hierzu in Sperrichtung gepolte Diode DIHI2 in Reihe mit dem Vorwiderstand-RIII6 angeschaltet ist. Der positive Signalstrom fließt über die Reihenschaltung der ohmschen Widerstände R III1 bis R III 3. Dabei ist an den gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände RIH1 und R I112 das Gleichpotenial + UIII1 über die hierzu in Sperrichtung gepolte Diode D 11I1 angeschaltet. Entsprechend ist der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände R 1112 und R 111 3 mit dem Gleichpotential -I- UIII3 über die Reihenschaltung aus der Diode D IH 3 mit dem Widerstand R 111 4 verbunden.The bit I according to the code scheme according to FIG. 1 supplying stage of the converter according to FIG. 2 only provides an ohmic resistor RI connected to the positive terminal of the voltage source US as the connection between the tunnel diode TI and the voltage source US. The tunnel diode TII for bit 1I receives the signal voltage from the negative connection of the voltage source US via the ohmic resistor RII3 and from its positive connection via a non-linear resistor, which has two ohmic resistors R111 and R112 connected in series, at their common connection point the DC potential -I - UTI is switched on via the diode D 1I, which is polarized here in the reverse direction. The tunnel diode T III of the stage of the converter representing the bit III is connected to the connections of the voltage source US via non-linear resistors. The negative signal current seen from the tunnel diode TIII flows through the series connection of the ohmic resistors R HI 7 and R HI 5, at the common connection point of which the DC potential -U1112 is connected in series with the series resistor -RIII6 via the reverse-biased diode DIHI2. The positive signal current flows via the series connection of the ohmic resistors R III1 to R III 3. The common connection point of the resistors RIH1 and R I112 is connected to the DC potential + UIII1 via the reverse-biased diode D 11I1. Correspondingly, the common connection point of the resistors R 1112 and R 111 3 is connected to the DC potential -I- UIII3 via the series circuit of the diode D IH 3 with the resistor R 111 4.

Wie das Codeschema nach der F i g. 1 angibt, muß die Tunneldiode TIII für das Bit III mit zunehmender Signalspannung Usig, ausgehend vom niederohmigen Zustand, zweimal in den hochohmigen Zustand und wieder zurück in den niederohmigen Ausgangszustand springen. Dies ermöglichen die in der F i g. 2 dargestellten und vorstehend beschriebenen nichtlinearen Widerstände für das Bit III. Die Tunneldiode T IV für das Bit IV muß entsprechend dem angegebenen Codeschema mit zunehmender Signalspannung viermal in den hochohmigen Zustand und wieder zurück in den niederohmigen Ausgangszustand springen. Um diese Funktion ausführen zu können, muß die Zahl der für einen der beiden nichtlinearen Widerstände in Reihe geschalteten ohmschen Widerstände wie auch die Zahl der an den jeweils zwei Widerständen gemeinsamen Verbindungspunkten über Dioden angekoppelten Gleichpotentiale entsprechend erhöht werden. Wie die F i g. 2 erkennen läßt, weist der nichtlineare Widerstand zwischen der Tunneldiode TIV und dem negativen Anschluß der Spannungsquelle US die Reihenschaltung der ohmschen Widerstände R IV 9 bis RIV12 auf, an deren jeweils zwei Widerständen gemeinsamen Verbindungspunkten die Gleichpotentiale -UIV2, -UIV4 und -UIV6 über die Reihenschaltung aus den hierzu in Sperrichtung geschalteten Dioden D IV 2, D IV 4 und D IV 6 mit den Widerständen R IV 13, R IV 14 und R IV 15 angeschaltet sind. Der nichtlineare, mit dem positiven Anschluß der Spannungsquelle US verbundene Widerstand besteht seinerseits aus der Reihenschaltung der Widerstände R IV 1 bis R IV 5. Dabei ist das Gleichpotential UIV1 an den gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R IV 1 und R IV 2 lediglich über die Diode D IV 1 angeschaltet, während die weiteren Gleichpotentiale UIV3, UIV5 und UIV7 an die übrigen jeweils zwei Widerständen gemeinsamen Verbindungspunkte über die Reihenschaltung aus den Dioden D IV 3, D IV 5 und D IV 7 mit den ohmschen Widerständen R IV 6, R IV 7 und R IV 8 verbunden sind.Like the code scheme according to FIG. 1, the tunnel diode TIII for bit III must jump twice to the high-resistance state and back to the low-resistance initial state with increasing signal voltage Usig, starting from the low-resistance state. This is made possible by the in FIG. 2 shown and described above for the bit III. The tunnel diode T IV for bit IV must jump four times into the high-resistance state and back again to the low-resistance initial state as the signal voltage increases, in accordance with the specified code scheme. In order to be able to perform this function, the number of ohmic resistors connected in series for one of the two non-linear resistors as well as the number of DC potentials coupled via diodes to the respective two resistors must be increased accordingly. As the F i g. 2 shows, the non-linear resistance between the tunnel diode TIV and the negative terminal of the voltage source US has the series connection of the ohmic resistors R IV 9 to RIV12 , at the connection points of which the two resistors share the common potentials -UIV2, -UIV4 and -UIV6 via the Series connection of the diodes D IV 2, D IV 4 and D IV 6, which are connected in the reverse direction for this purpose, with the resistors R IV 13, R IV 14 and R IV 15 are connected. The non-linear resistor connected to the positive terminal of the voltage source US consists in turn of the series connection of the resistors R IV 1 to R IV 5. The DC potential UIV1 at the common connection point of the resistors R IV 1 and R IV 2 is only via the diode D. IV 1 switched on, while the other DC potentials UIV3, UIV5 and UIV7 are connected to the connection points common to the remaining two resistors via the series connection of the diodes D IV 3, D IV 5 and D IV 7 with the ohmic resistors R IV 6, R IV 7 and R IV 8 are connected.

Mit steigender Ordnungszahl der Bits wächst also die Anzahl der für die Verwirklichung der nichtlinearen Widerstände erforderliche Zahl von ohmschen Widerständen und Dioden an. Allgemein ausgedrückt, fallen beim n-ten Bit 2n-1 ohmsche Widerstände und Dn=il -1 Dioden an.As the ordinal number of the bits increases, the number of for the realization of the non-linear resistances required number of ohmic Resistors and diodes. In general terms, 2n-1 ohmic ones fall at the n-th bit Resistors and Dn = il -1 diodes.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Wandlers nach der F i g. 2 soll an Hand des Diagramms der F i g. 3 auf die Funktion der das Bit II bildenden Wandlerstufe noch näher eingegangen vierden.For a better understanding of the mode of operation of the converter according to the F i g. 2 should be based on the diagram of FIG. 3 on the function of the bit II forming Converter stage will be discussed in more detail.

Im oberen der beiden Diagramme sind die das Analogsignal liefernden Ströme +Jsig und -Jsig und der durch die Tunneldiode fließende Strom JT über der Analogsignalspannung Usig dargestellt. Der Tunneldiodenstrom JT bildet die Differenz der beiden das Analogsignal liefernden Ströme +Jsig und -Jsig. Der Verlauf des Stromes JT über der Analogsignalspannung zeigt einen steigenden und einen fallenden Kennlinienast. Der Punkt JP stellt den Bergstrom der Tunneldiode dar und der Punkt JV ihren Talstrom.In the top of the two diagrams are the ones that deliver the analog signal Currents + Jsig and -Jsig and the current JT flowing through the tunnel diode across the Analog signal voltage Usig shown. The tunnel diode current JT forms the difference of the two currents + Jsig and -Jsig supplying the analog signal. The course of the current JT over the analog signal voltage shows a rising and a falling branch of the characteristic curve. Point JP represents the mountain stream of the tunnel diode and point JV its valley stream.

Im unteren Diagramm ist über der Analogsignalspannung Usig die Spannung an der Tunneldiode T II nach der F i g. 2 aufgetragen. Aus Gründen der Vereinfachung ist darin die Spannung an der Tunneldiode im niederohmigen Zustand gleich Null und im hochohmigen, einer binären Eins entsprechenden Zustand gleich Uo gesetzt. Solange die das Analogsignal liefernden Ströme +Jsig und -Jsig kleiner als ein bestimmter Amplitudenwert sind, ist die Diode II (F i g. 2) gesperrt. Die Widerstände sind so gewählt, daß in diesem Fall ein positiver Differenzstrom in die niederohmige (binäre Null) Tunneldiode TII fließt. Bei Überschreiten dieses bestimmten Amplitudenwertes wird die Tunneldiode hochohmig, und die Spannung UT springt auf den Wert Uo (binäre Eins). Dadurch entsteht eine Veränderung des aus den Widerständen R 11 1, R 112 und der Tunneldiode T II bestehenden Spannungsteilers, und die Diode D II wird leitend. Mit weiter wachsender Analogsignalspannung wächst nunmehr der Strom +Jsig wegen der Begrenzerwirkung des über die Diode D II nunmehr wirksamen Gleichpotentials +UII nicht weiter an. Dagegen nimmt der Strom -Jsig weiter zu. Infolgedessen nimmt, wie das obere Diagramm erkennen läßt, der Tunneldiodenstrom ebenfalls nicht weiter zu, sondern durch den mit zunehmender Analogsignalspannung wachsenden Anteil des Stromes -Jsig bis unter den Talstrom JV ab, bei dem die Tunneldiode TII wiederum in ihre niederohmige (binäre Null) Ausgangslage, in Übereinstimmung mit dem in der F i g. 1 dargestellten Codeschema, zurückspringt.In the lower diagram, the voltage at the tunnel diode T II according to FIG. 1 is above the analog signal voltage Usig. 2 applied. For the sake of simplicity, the voltage across the tunnel diode is set to zero in the low-resistance state and Uo in the high-resistance state corresponding to a binary one. As long as the currents + Jsig and -Jsig supplying the analog signal are less than a certain amplitude value, diode II (FIG. 2) is blocked. The resistors are chosen so that in this case a positive differential current flows into the low-resistance (binary zero) tunnel diode TII. When this specific amplitude value is exceeded, the tunnel diode becomes highly resistive and the voltage UT jumps to the value Uo (binary one). This results in a change in the voltage divider consisting of the resistors R 11 1, R 112 and the tunnel diode T II, and the diode D II becomes conductive. As the analog signal voltage continues to grow, the current + Jsig no longer increases because of the limiting effect of the DC potential + UII, which is now effective via the diode D II. In contrast, the current -Jsig continues to increase. As a result, as the diagram above shows, the tunnel diode current does not increase any further, but rather due to the increasing proportion of the current -Jsig, which increases with the increasing analog signal voltage, to below the valley current JV, at which the tunnel diode TII returns to its low-resistance (binary zero) starting position , in accordance with the one shown in FIG. 1, returns.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die nichtlinearen Widerstände ohne Gleichpotentiale auskommen, zeigt die F i g. 4. Dies wird, wie ein Vergleich der F i g. 2 und 4 erkennen läßt, dadurch möglich, daß den ohmschen in Reihe geschalteten Widerständen Dioden parallel geschaltet sind, die dabei hinsichtlich der Polarität des Anschlusses der Spannungsquelle US, an der der betreffende nichtlineare Widerstand angeschaltet ist, in Durchlaßrichtung gepolt sind. Um die gewünschte Funktion zu ermöglichen, ist außerdem nunmehr der nichtlineare bzw. lineare Widerstand eines Bit, der die größere Anzahl ohmscher Widerstände aufweist, mit dem negativen Anschluß der Spannungsquelle US verbunden. Die das Bit I darstellende Schaltung entspricht in ihrem Aufbau der in der F i g. z. Bei der das Bit II realisierenden Tunneldiode TII wird der Analogstrom von der negativen Seite der das Analogsignal liefernden Spannungsquelle US über den Widerstand R 11 1 und den Widerstand R 11 3, dem die Diode D II parallel geschaltet ist, und von der positiven Seite über den ohmschen Widerstand R 11 11 zugeführt. Die Stromzuführung für die Tunneldiode TIII (Bit III) geschieht vom negativen Anschluß der Spannungsquelle US über die Reihenschaltung der ohmschen Widerstände R III 2, R1113 und R1114, von denen den Widerständen R 1113 und R 1114 die Dioden D 1I12 und D III1 parallel geschaltet sind. Der zweite nichtlineare Widerstand besteht aus der Reihenschaltung des ohmschen Widerstandes R III 1 mit der Parallelschaltung aus dem Widerstand R 11112 und der Diode D 1113. In entsprechender Weise sind die nichtlinearen Widerstände für das Bit IV aufgebaut. Dabei weist der nichtlineare Widerstand auf seiten des negativen Anschlusses der Spannungsquelle US die Reihenschaltung der ohmschen Widerstände R IV 2 bis R IV 6 auf; jedem dieser Widerstände, mit Ausnahme von R IV 2, ist jeweils eine der Dioden D IV 1 bis D IV 4 parallel geschaltet. Der nichtlineare Widerstand auf seiten des positiven Anschlusses der Spannungsquelle US umfaßt die Reihenschaltung der Widerstände R IV 11 bis R IV 14; jedem von diesen, mit Ausnahme des ohmschen Widerstandes R IV 11, ist jeweils eine der Dioden D IV 5 bis D IV 7 parallel geschaltet.Another embodiment of the invention, in which the non-linear resistors manage without DC potentials, is shown in FIG. 4. This will be like comparing Figs. 2 and 4 can be seen in that the ohmic series-connected resistors are connected in parallel with diodes which are polarized in the forward direction with regard to the polarity of the connection of the voltage source US to which the non-linear resistor in question is connected. In order to enable the desired function, the non-linear or linear resistance of a bit, which has the larger number of ohmic resistances, is now also connected to the negative terminal of the voltage source US . The bit I representing circuit corresponds in structure to the Gz in the F i When the bit II realizing tunnel diode TII of the analog current from the negative side of the analog signal supplied voltage source US via the resistor R 11 1 and the resistor R 11 3, to which the diode D II is connected in parallel, and supplied from the positive side via the ohmic resistor R 11 11. The power supply for the tunnel diode TIII (bit III) is done from the negative connection of the voltage source US via the series connection of the ohmic resistors R III 2, R1113 and R1114, of which the resistors R 111 3 and R 1114 are connected in parallel with the diodes D 1I12 and D III1 are. The second non-linear resistor consists of the series connection of the ohmic resistor R III 1 with the parallel connection of the resistor R 11112 and the diode D 111 3. The non-linear resistors for bit IV are constructed in a corresponding manner. In this case, the nonlinear resistor has the series connection of the ohmic resistors R IV 2 to R IV 6 on the negative connection of the voltage source US; each of these resistors, with the exception of R IV 2, one of the diodes D IV 1 to D IV 4 is connected in parallel. The non-linear resistance on the side of the positive connection of the voltage source US comprises the series connection of the resistors R IV 11 to R IV 14; each of these, with the exception of the ohmic resistor R IV 11, one of the diodes D IV 5 to D IV 7 is connected in parallel.

Der Aufwand für die nichtlinearen Widerstände wird auch hier mit wachsender Ordnungszahl der Bits immer größer. Allgemein beträgt der Aufwand beim n-ten Bit an Schaltelementen 2(n-1)+1 ohm= sehe Widerstände und 2(n-1)-1 Dioden.The effort for the non-linear resistances also increases here The ordinal number of the bits is always larger. In general, the effort is at the n-th bit on switching elements 2 (n-1) +1 ohm = see resistors and 2 (n-1) -1 diodes.

Die Funktionsweise des: Wandlers nach der F- i g. 4 ist. in- der F i g. 5 in zwei Diagrammen dargestellt, die den Diagrammen- der- F i g3 entsprechen und ebenfalls auf das Bit II bezogen sind.The mode of operation of the: converter according to FIG. 4 is. in the F i g. 5 shown in two diagrams, which correspond to the diagrams of the F i g3 and are also related to Bit II.

.Der Strom +Jsig steigt hier, wie das obere Diagramm . erkennen läßt, mit wachsender -Signalspannung Usig monoton an. Der Strom -Jsigtut das ebenfalls so lange, bis der Tunneldiodenstrom JT den -Bergstrom JP überschreitet und die Tunneldiode TII in- den hochohmigen Zustand springt. Die Spannung UT an der Tunneldiode springt dann, wie das untere Diagramm zeigt, auf den Wert Üo (binäre Eins). Bis jetzt war die DiodeDII parallel zum WiderstandR1I3 wegen ihres endlichen Schwellwertes gesperrt. Nunmehr wird sie mit weiter wachsender Signalspannung Usig leitend und vergrößert durch den sie darstellenden Nebenschluß den Strom -Jsig, dessen übergewicht über den Strom +Jsig nunmehr ständig größer wird. Der Tunneldiodenstrom JT nimmt somit wieder unter den Talstrom ab und .bringt die Tunneldiode TII in der durch das Codeschema nach der F i g. 1 vorgegebenen Weise wieder in ihre niederohmige Ausgangslage zurück.The current + Jsig increases here, like the diagram above. reveals increases monotonically with increasing signal voltage Usig. The Strom -Jsigt does that too until the tunnel diode current JT exceeds the mountain current JP and the tunnel diode TII jumps to the high-resistance state. The voltage UT at the tunnel diode jumps then, as the diagram below shows, to the value Üo (binary one). Until now it was the diodeDII blocked in parallel with the resistor R1I3 because of its finite threshold value. It now becomes conductive and increases as the signal voltage Usig continues to grow through the shunt it represents, the current -Jsig, its preponderance over the current + Jsig is now constantly increasing. The tunnel diode current JT thus increases again under the valley stream and. brings the tunnel diode TII in the through the code scheme according to FIG. 1 specified way back to its low-resistance starting position.

Bei den Stufen mit. höherer Bitordnungszahl wiederholt sich dieser Vorgang abwechselnd auf Seiten des Stromes +Jsig und -Jsig; wobei jedesmal eine der Dioden parallel zu den Widerständen leitend wird. Die Steigung der Ströme +Jsig und . -Jsig nimmt also -mit wachsender. Signalspannung ständig zu, d. h., der von der Tunneldiode her gesehene-Ouellwiderstand wird ständig kleiner. Da der Quellwiderstand betragsmäßig immer höher bleiben muß als der negative Widerstand der Tunneldiode (Selbsterregung), wird bei einem Codierer für große Amplitudenstufenzahlen (sieben Bit und mehr) der Anfangswiderstand bei niederer Signalamplitude sehr hoch. Dies. hat dann einen sehr hohen Signalleistungsbedarf zur Folge.At the steps with. With a higher bit order number, this process is repeated alternately on the + Jsig and -Jsig side; each time one of the diodes becomes conductive parallel to the resistors. The slope of the currents + Jsig and . -Jsig therefore increases -with increasing. Signal voltage constantly increases, ie the source resistance seen from the tunnel diode is constantly decreasing. Since the amount of the source resistance must always be higher than the negative resistance of the tunnel diode (self-excitation), in an encoder for large numbers of amplitude levels (seven bits and more) the initial resistance is very high with a low signal amplitude. This. then results in a very high signal power requirement.

- Das in der F i g. 6 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel setzt diese Schwierigkeit wesentlich herab. Der dort gezeigte Umsetzer hat große Ähnlichkeit mit dem Wandler -nach der F i g. 4. Abgesehen von der das Bit I -darstellenden Stufe ist sämtlichen anderen Stufen gemeinsam, daß der mit dem positiven Anschluß der Spannungsquelle verbundene Widerstand lediglich ein ohmscher Widerstand R 1I 1 bzw. P, 111 1 bzw. RIV1 ist, Im übrigen unterscheidet sich der Codierer nach der F i .g. 6 von dem nach der F i g. 4 lediglich dadurch, daß bei Bit III dem Wider-'stand.RIII4 die Reihenschaltung aus der- strombegrenzenden Diode D' 11I1 mit der Diode D 11I1 und bei der das Bit IV realisierenden Stufe den Widerständen R IV 4 bis R IV f auch jeweils die Reihenschaltung aus der strombegrenzenden Diode D' IV 3 bzw. D' IV 2 bzw. D' IV 1 mit der Diode D IV 3 bzw. D IV 2 bzw. D IV 1 parallel geschaltet ist.- The one in the fig. Another embodiment shown in FIG. 6 significantly reduces this difficulty. The converter shown there is very similar to the converter according to FIG. 4. Apart from the stage representing the bit I, all the other stages have in common that the resistor connected to the positive terminal of the voltage source is only an ohmic resistor R 1I 1 or P, 111 1 or RIV1 Encoder according to FIG. 6 of the according to FIG. 4 only by the fact that in bit III the resistor RIII4 the series connection of the current-limiting diode D ' 11I1 with the diode D 11I1 and in the stage realizing the bit IV the resistors R IV 4 to R IV f also in each case the Series connection of the current-limiting diode D ' IV 3 or D' IV 2 or D ' IV 1 is connected in parallel with the diode D IV 3 or D IV 2 or D IV 1.

Der Schaltungsaufwand für die nichtlinearen°bzw. linearen Widerstände beträgt bei die-Sem` Ausführungsbeispiel für das n-te Bit 2(n--2)+2 ohmsche Widerstände und 2(n-1)-1 Dioden.The circuit effort for the non-linear ° or. linear resistances for the n-th bit is 2 (n - 2) +2 ohmic resistances in the case of the exemplary embodiment and 2 (n-1) -1 diodes.

Beim Codierer nach der F i g. 6 haben die strombegrenzenden Dioden die Funktion, die Hochohmigkeit der nichtlinearen Widerstände auch für Bits hoher Ordnungszahl bei kleiner Signalspannung Usig in Grenzen zu halten. Dieser Sachverhalt wird durch die Diagramme der F i g. 7 verdeutlicht, die die Funktion für die Stufe Bit 111 des Wandlers beschreiben. Die Diagramme der F i.g.. 7 entsprechen dabei denen der F i g. 3 und 5. Das obere Diagramm - läßt erkennen, daß der positive Signalstrom +Jsig mit wachsender Signalspannung stetig ansteigt. Bis zu dem Wert, an dem die Tunneldiode TIII ihren. Bergstrom JP erreicht hat, wächst auch der negative Signalstrom -Jsig kontinuierlich an. Wie das untere Diagramm zeigt, springt die Spannung UT an der Tunneldiode TIII beim- Erreichen des Bergstroms-JP auf den Wert Uo (binäre Eins), der dem hochohnügen Zustand der Tunneldiode entspricht. Anschließend wird die Diode b III1 mit weiter zunehmender Signalspannung Usig (F i g. 6) leitend. Da die der Diode DII11 in Reihe geschaltete strombegrenzende Diode D'III1 sich in diesem Bereich ebenfalls noch im voll leitenden Zustand befindet, nimmt nunmehr der negative Signalstrom -Jsig schneller zu, was im oberen Diagramm durch eine erste Knickstelle in der -Jsig-Usig-Kennlinie zum Ausdruck kommt. Dadurch nimmt der Strom JT durch die Tunneldiode wieder ab, bis die Tunneldiode TIII beim Talstrom JV wiederum in ihre niederohmige Ausgangslage zurückspringt und als Folge hiervon die an ihr abfallende Spannung UT entsprechend dem unteren Diagramm ebenfalls wieder verschwindend klein wird. Bei weiter steigender Signalspannung kann nunmehr im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4 durch die einsetzende Strombegrenzung der Diode D'1111 bewirkt werden, daß der negative Signalstrom -Jsig wieder langsamer ansteigt als der positive Signalstrom +Jsig, so daß der Tunneldiodenstrom JT erneut anwachsen kann. Der Einsatz der Strombegrenzung drückt sich im zweiten Knickpunkt der -Jsig-Usig-Kennlinie aus. Im weiteren Verlauf wiederholt sich der ganze Vorgang in der gewünschten Weise, in dem der Tunneldioden-Strom nach erneutem Springen der Tunneldiode TIII in den hochohmigen Zustand durch das - Leitendwerden der Diode D 11I2 erneut abnimmt.In the coder according to FIG. 6 have the current-limiting diodes the function, the high impedance of the non-linear resistors also for higher bits To keep the ordinal number within limits when the signal voltage Usig is low. This fact is indicated by the diagrams of FIG. 7 clarifies the function for the stage Write to bit 111 of the converter. The diagrams of F i.g .. 7 correspond those of F i g. 3 and 5. The upper diagram - shows that the positive signal current + Jsig increases steadily with increasing signal voltage. Up to the value at which the Tunnel diode TIII. Bergstrom has reached JP, the negative signal current also increases -Jsig continuously. As the diagram below shows, the voltage UT jumps at the tunnel diode TIII when reaching the Bergstrom-JP to the value Uo (binary One), which corresponds to the highly normal state of the tunnel diode. Then will the diode b III1 becomes conductive with further increasing signal voltage Usig (FIG. 6). Since the current-limiting diode D'III1 connected in series with the diode DII11 is in this area is also still in a fully conductive state, is now increasing the negative signal current -Jsig increases faster, which is indicated in the upper diagram by a first Kink in the -Jsig-Usig characteristic is expressed. This takes the electricity JT through the tunnel diode again until the tunnel diode TIII at the valley stream JV again jumps back into its low-resistance starting position and, as a result, that of it falling voltage UT also disappears again according to the diagram below becomes small. If the signal voltage continues to rise, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 4 caused by the onset of current limitation of the diode D'1111 that the negative signal current -Jsig rises again more slowly than the positive one Signal current + Jsig, so that the tunnel diode current JT can increase again. The use the current limitation is expressed in the second kink of the -Jsig-Usig characteristic. In the further course the whole process is repeated in the desired way, in which the tunnel diode current after renewed jumping of the tunnel diode TIII into the high-resistance state by the - conduction of the diode D 11I2 decreases again.

Claims

Claims: 1. Analog-digital converter according to the so-called one-step process for devices and systems of electrical communications, measurement and data processing technology using breakover resistors as discriminating elements, characterized in that each digit (bit) of the n elements Codes are assigned a breakover resistance (TI to TIV) and the analog signal (Usig) is supplied to all n breakover resistors in a form symmetrical to the reference potential via possibly non-linear resistors, that furthermore the non-linear resistances are made up of resistors (R) and diodes (D) or resistors (R), diodes (D) and DC voltage sources (U) consist of interconnected non-linear resistance bipoles, which are dimensioned for a discontinuous change in such a way that each breakdown resistance for every possible amplitude value of the analog signal (Usig) to be converted on the input side due to its low resistance state (binary zero ) or high wide rstandes (binary one) represents the digit assigned to it of the -n-digit code to be generated and that the connections of the breakover resistors lying on one side at reference potential are the h bit outputs (AI to A IV) of the code.

2. Analog-digital converter according to claim 1, characterized in that the resistors, insofar as they have a non-linear character, consist of the series connection of ohmic resistors (R II i, R III i, R IV i) , at their connection points via diodes ( D II, D III i, D IV i) DC voltage potentials (UII, UIIIi, UIVi) are connected, the polarity of which corresponds to the polarity of the signal voltage (± Usig) supplied to the relevant non-linear resistors and that the diodes are reverse-biased with regard to these DC voltage potentials .

3. Analog-to-digital converter according to claim 1, characterized in that the resistors, insofar as they have a non-linear character, consist of the series connection of ohmic resistors (RIN, R III i, R IV i) , each of which is one with respect to the polarity of the applied Signal voltage in the forward direction polarized diode (D II, D III i, D IV i) is connected in parallel.

4. Analog-digital converter according to claim 3, characterized in that only the, seen from the signal voltage input, to the first ohmic resistor (R II 1, R III 1, R IV 1) following further ohmic resistances of the series circuit is a diode ( D II, D III i, D IV i) is connected in parallel.

5. Analog-digital converter according to claim 3 or 4, characterized in that the diodes each have a further diode (D III ', D IV') with current-limiting properties is connected in series with the same polarity.

6. Analog-digital converter according to claim 3, 4 and 5, characterized in that the diodes, with the exception of the diode (D II, D1112, D IV 4), the second ohmic resistor (R113, R1113, seen from the signal voltage input) R IV 3) is connected in parallel to the series circuit, in each case a further diode (D III 1 ', D IV i) with current-limiting properties is connected in series with the same polarity.

7. Analog-digital converter according to claim 6, characterized in that the signal voltage (US) symmetrical to the reference potential in one polarity of all breakover resistors (TI to T IV) via a respective ohmic resistor (RI, R II 1, R III 1 , R IV 1) is supplied. B.

Analog-digital converter according to one of the preceding claims, characterized in that the breakover resistor (TI), which is assigned to the most significant bit, is only connected to one connection (-f-) of the signal voltage source (US) which is symmetrical with respect to the reference potential, namely via an ohmic resistor (R1), the polarity of which ensures a tilting of the breakover resistance from the state of low resistance to the state of high resistance as the signal voltage increases.

9. Analog-to-digital converter according to one of the preceding claims, characterized in that the breakover resistors (TI to T IV) are tunnel diodes and that the possibly non-linear resistances are dimensioned such that the value of the source resistance seen from the tunnel diodes is always greater than within the entire amplitude range of the signal voltage the amount of their negative differential resistance at the turning point of the static Voltage characteristic curve.