DE1280297B

DE1280297B - Korrekturschaltung fuer fehlerhafte Vergleiche bei einem Analog-Digital-Umsetzer

Info

Publication number: DE1280297B
Application number: DEJ31307A
Authority: DE
Inventors: George Geroge Gorbatenko; Milton Jay Kimmel; James Kursik; Syed Razi; Norman Douglas Wilson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-07-23
Filing date: 1966-07-13
Publication date: 1968-10-17
Also published as: DE1274179B; BE683607A; AT262657B; CH452595A; NL6609951A; FR1492716A; BE687176A; FR1486291A; GB1101969A; JPS4921451B1; SE333751B; SE306099B; US3460131A; US3493958A; CH441433A; NL142848B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int.

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/00

Nummer: 1280297

Aktenzeichen: P 12 80 297.0-31 (J 31307)

Anmeldetag: 13. Juli 1966

Auslegetag: 17. Oktober 1968

Korrekturschaltung für fehlerhafte Vergleiche ohne Unterbrechung der Umwandlung bei einem Analog-Digital-Umsetzer mit in Reihe geschalteten, den Stellenwertigkeiten zugeordneten und, beginnend mit der höchsten Wertigkeit, schrittweise gesteuerten Wandlerstufen aus jeweils einem eine der Basis η des Digitalsystems entsprechende Verstärkung aufweisenden Differenzverstärker, wobei dem Minuendeneingang des ersten Verstärkers das Analogsignal und dem der folgenden Verstärker jeweils das Ausgangssignal des vorhergehenden Verstärkers zugeführt wird, während jeweils gleichzeitig dem Subtrahendeneingang des ersten Verstärkers ein aus dem Analogsignal und dem der folgenden Verstärker ein aus dem Ausgangssignal des jeweils vorhergehenden Verstärkers in einer Vergleicher- und Diskriminatorschaltung mit h —1 Bezugssch well werten gebildetes und dem höchsten überschrittenen Schwellwert entsprechendes Vergleichssignal zugeführt wird.

Analog-Digital-Umsetzer der vorgenannten Art, auf die die erfindungsgemäße Fehlerkorrektur angewendet werden soll, sind bekannt. Sie liefern mit relativ hoher Geschwindigkeit genaue Ergebnisse. Ihre Wirkungsweise besteht darin, daß die zu digitalisierende, unbekannte Analogspannung in einer Reihe von die Ziffern erzeugenden Vergleicherstufen mit einer oder mehreren exakt festgelegten Bezugsspannungen verglichen wird. In jedem Umwandlungsschritt wird also das Analogsignal oder ein Bruchteil davon mit der Bezugsspannung verglichen und auf Grund des Vergleichs eine Differenzspannung gebildet, die im nächsten Li.: vandlungsschritt wiederum mit einer Bezugsspannjng verglichen wird. Bei jedem Vergleichsschritt ergibt sich eine Ziffer des Ergebnisses. Die Ziffern werden, beginnend mit der Stelle höchster Wertigkeit, in absagender Ordnung gebildet, bis der gewünschte Quanüsierungsgrad erreicht ist.

Eine gemeinsame eigenschaft aller dieser Wandlertypen besteht darin, daß eine während der Umwandlung einmal getroffene Vergleichsentscheidung unwiderruflich ist. Mit anderen Worten, einmal gebildete Ziffern können nicht mehr geändert werden, und eine aus einem fehlerhaften Vergleich erstellte falsche Ziffer vermindert die Genauigkeit des Ergebnisses. Fehlerhafte Vergleiche können durch Eigenschäften der Vergleicherkreise selbst, wie beispielsweise Ein- und Ausschwingvorgänge und statische Genauigkeit, oder durch Ausgleichsvorgänge in den die Vergleicherkreise speisenden Schaltungen verursacht werden. Diese Fehler verursachenden Faktoren schränken zusammen mit der Unwiderruflichkeit der Vergleichsentscheidungen den Wirkungsgrad der Korrekturschaltung für fehlerhafte Vergleiche
bei einem Analog-Digital-Umsetzer

Anmelder:

international Business Machines Corporation,

Armonk,N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Busch, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

George Geroge Gorbatenko,

James Kursik,

Milton Jay Kimmel, Rochester, Minn.;

Syed Razi, Mountain View, Calif.;

Norman Douglas Wilson,

Rochester, Minn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 23. Juli 1965 (474255) --

Wandler im Hinblick auf ihre Kosten, Geschwindigkeit und Genauigkeit ein.

Die Geschwindigkeit der Umwandlung wird von der für die Ausführung eines Vergleiches erforderlichen Zeit bestimmt. Da es sich jeweils um endgültige Vergleiche handelt, muß für die einzelnen Vergleiche eine genügend große Zeit zur Verfügung gestellt werden, damit der Einfluß der Ein- und Ausschwingvorgänge unwirksam und damit richtige Vergleiche erzielt werden. Diese Tatsachen begründen die hohen Kosten, die für sehr schnell arbeitende Wandler erforderlich sind, da die Kosten der Schaltkreise im allgemeinen proportional zum Grad ihrer dynamischen Stabilität und ihrer statischen Genauigkeit sind. Auch wenn die Wirtschaftlichkeit nicht in Erwägung gezogen wird, bieten die heute zur Verfügung stehenden schnellsten Schaltkreise bei den geforderten Umwandlungsgeschwindigkeiten nicht die gewünschte Genauigkeit.

Das Ziel der Erfindung ist eine Korrekturschaltung für Analaog-Digital-Umsetzer der eingangs erwähnten Art, so daß bei Verwendung vergleichbarer Schaltkreise mit vergleichbaren Toleranzen und Kosten eine wesentlich schnellere und genauere Umwandlung erzielt wird.

»09 627/1278

Gemäß der Erfindung wird eine Korrekturschaltung der Art vorgeschlagen, daß der Vergleicherund Diskriminatorschaltung zusätzliche und festgelegte, unterhalb und oberhalb des Umwandlungsbereiches liegende, Bezugsschwellwerte aufweisende Schwellwertschalter angeschlossen sind, die bei ihrem Ansprechen dem im laufenden Umwandlungszyklus wirksamen Differenzverstärker einen den einzelnen Bezugsschwellwerten dieser zusätzlichen Schwellwertschalter fest zugeordneten Korrekturpegel zuführen, der das Analogsignal am Ausgang des Differenzverstärkers berichtigt, und die gleichzeitig ein Korrektursignal erzeugen, das in einem angeschlossenen Speicherregister mit Addierschaltung die Ziffer des vorhergehenden Zyklus korrigiert und die Ziffer des laufenden Zyklus richtig angibt.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Korrektur einer durch fehlerhaften Vergleich gebildeten Ziffer des vorhergehenden Umwandlungszyklus ohne Unterbrechung des laufenden Um- Wandlungszyklus erfolgt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Umwandlungsgeschwindigkeit nicht mehr in dem Maße von der Forderung abhängt, daß vor der Einleitung des nächsten Umwandlungszyklus die Äusgleichsvorgänge in der vorhergehenden Stufe bereits vollständig abgeklungen sind.

Eine besonders einfache und wirksame, erfindungsgemäße Korrekturschaltung für Fälle, in denen eine Ziffer, der eine Ziffer α in der nächstniedrigen Stelle folgt, um eine Einheit zu hoch angezeigt wird, besteht darin, daß für jeden Wert von α ein zusätzlicher Schwellwertschalter mit einem Bezugsschwellwert von n+a Einheiten und einem Korrekturpegel von n+a Einheiten vorgesehen ist und daß das Korrektursignal die Ziffer um eine Einheit erhöht und die folgende Ziffer mit α Einheiten angibt.

Desgleichen wird für Fälle, in denen eine Ziffer, der eine Ziffer α in der nächsten Differenzstelle folgt, um eine Einheit zu hoch angezeigt wird, vorgeschlagen, daß für jeden Wert von a em zusätzlicher Schwellwertschalter mit einem Bezugsschwellwert von a—(n—1) Einheiten und einem Korrekturpegel von a—n Einheiten vorgesehen ist und daß das Korrektursignal die Ziffer um eine Einheit verringert und die /olgende Ziffer mit α Einheiten angibt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus des Wandlers,

F i g. 2 die Schaltung der ersten Umwandlerstufe,

F i g. 3 die Schaltung des in jeder Umwandlungsstufe verwendeten Verstärkers,

F i g. 4 den schematischen Aufbau der Vergleicherschaltung 300 und des Vergleicherregisters 600,

F i g. 5 den schematischen Aufbau der Codierschaltung 700,

F i g. 6 das der ersten Stufe zugeordnete DAW-Register 251,

F i g. 7 die Anordnung des Addiernetzwerkes 800 in Verbindung mit den Ausgangs-Und-Schaltungen 900,

F i g. 8 die Schaltung des Addierkreises 801 und der zugeordneten Und-Schalter 900 aus der F i g. 7 und

F i g. 9 eine Znsammenstellung sämtlicher möglicher Kombinationen der Eingangssignale des Addierkreises 801 und der daraus gebildeten Ausgangssignale.

• Gesamtschaltung

Die Gesamtschaltung der Erfindung wird nachstehend an Hand von F i g. 1 beschrieben. Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel führt Digitalumwandlungen im Oktalsystem aus^ Das_ Oktalsystem verwendet die acht Ziffern 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 (die Striche über den Ziffern sollen eine Verwechslung mit den im Dezimalsystem benutzten gleichartigen Ziffernzeichen verhüten) und hat die Grundzahl 10 (dezimale Acht). Zur Vermeidung der Umwandlung von Werten aus dem Oktal- in das Dezimalsystem und umgekehrt werden alle numerischen Angaben, die sich auf Schaltungsparameter beziehen, nachstehend im Oktalsystem ausgedrückt.

Die Analogeingangsklemme 10 ist an eine Analogspannungsquelle angeschlossen, wie z. B. an einen Abtastverstärker, dem ein zeitlich veränderliches zu digitalisierendes Spannungssignal zugeführt wird. Der ersten Stufe des Analog-Digital-Wandlers wird über die Eingangsleitung. 12 eine konstante Eingangsspannung zugeführt. Diese Spannung wird parallel der Eingangsklemme eines ersten Schalters 151 und einem ersten Eingang eines nicht invertierenden Differenzverstärkers 181 mit dem Verstärkungsfaktor 10 zugeleitet. Die Ausgangsleitung 34 des Verstärkers 181 ist mit dem ersten Eingang einer zweiten Differenzverstärkerstufe 182 verbunden, die ebenfalls den Verstärkungsfaktor 10 hat. In gleicher Weise ist die Ausgangsleitung 38 des Verstärkers 182 mit dem ersten Eingang der dritten Differenzverstärkerstufe 183 mit dem Verstärkungsfaktor 10 und die Ausgangsleitung 42 des Verstärkers 183 mit dem ersten Eingang der vierten Differenzverstärkerstufe 184 mit dem Verstärkungsfaktor 10 verbunden. Die Eingangsklemmen der der zweiten, der dritten, der vierten bzw. der fünften Waridlerstufe zugeordneten Schalter 152,153, 154 bzw. 155 sind an die Verstärkerausgangsleitungen 34, 38, 42 bzw. 46 angeschlossen. Die Ausgangsklemmen der fünf Schalter sind mit einer gemeinsamen Leitung 14 verbunden, die den Eingang für eine Reihe von Vergleicherschaltungen 300 bildet. Die Schalter werden durch Taktimpulse gesteuert, die von einer Taktgeberschaltung 100 auf die Sammelleitung 48 gegeben werden.

Die Vergleicherschaltung 300 besteht aus neun Schwellwertschaltern (Differentialverstärkern), von denen jeder einen anderen Bezugsspannungspegel aufweist. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei hier ' angenommen, daß_ der Eingangsspannungsbereich des AD-Wandlers 10 Volt beträgt, d. h., daß das Analogeingangssignal an Klemme 10 niemals 0 Volt unterschreitet und niemals 7,7777 Volt überschreitet. Die neun Schwellwertschalter in der Vergleicherschaltung 300_sind_ daher auf_die Spannungspegel von 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 bzw. 10 Volt bezogen. Es versteht sich, daß jeder beliebige Spannungsbereich und entsprechende Bezugspegel verwendet werden könnte. Wie nachstehend noch im einzelnen erläutert wird, erzeugen alle Schwellwertschalter der Schaltung 300 mit einem Bezugspegel, welcher gleich oder niedriger als der Pegel des Signals auf der Eingangsleitung 14 ist, ein positives Ausgangssignal. Diejenigen Schwellwertschalter, die einen über dem Pegel auf der Eingangsleitung 14 liegenden Bezugspegel aufweisen, erzeugen kein Ausgangssignal.

Die Ausgangssignale der Schwellwertschalter werden über Ausgangsleitungen 16 einem Vergleichs-

register 600 zugeleitet und dort vorübergehend gespeichert. Die so gespeicherten Digitalsignale erscheinen auf den neun Ausgangsleitungen 18 des Registers 600 als »Eins«- oder »Null«-Spannungspegel und werden einer Codierschaltung 700 zugeführt. Die Schaltung 700 wandelt die auf den Leitungen 18 erscheinende Signalkombination in eine einzige BCO-Ziffer (Binär-Codierte-Oktal-Ziffer) um, welche der Größe des Bezugspegels entspricht, mit dem der betätigte Schwellwertschalter mit dem höchsten Bezugspegel verknüpft ist. Außerdem erzeugt die Schaltung 700 ein »M«- oder »/'«-Korrekturbit, wenn es nötig ist, einen fehlerhaften, im vorausgegangenen Umwandlungszyklus erfolgten Vergleich zu korrigieren. Das Ausgangssignal der Codierschaltung 700 besteht aus den drei Bits der BCO-Ziffer und einem Korrekturbit. Diese erscheinen auf den fünf Ausgangsleitungen JO. Die BCO-Signale auf den »4«-, »2«- und »!«-leitungen 20 haben die numerische Bedeutung 4, 2 und 1. Die Ausgangssignale auf den M- und P-Leitungen schließen einander aus.

Die Signale auf der fünfadrigen Sammelleitung 20 werden zu vier Speicherregistern 251, 252, 253 und 254 übertragen, die jedes aus einer fünfstelligen binären Speicherschaltung bestehen. Die Signale auf der Sammelleitung 20 werden jeweils in einem ausgewählten Register gespeichert. Die Auswahl treffen Taktsignale, die über die Sammelleitung 23 aus der Schaltung 100 angeliefert werden. Die in den Registern 251, 252, 253, 254 gespeicherten BCO- und Korrekturbits werden über die Registerausgangsleitungen 27, 28, 29 und 30 sowohl einem Addiernetzwerk 800 als auch mehreren Digital-Analog-Umsetzern (DAW) 201, 202, 203 bzw. 204 zugeführt.

Wie nachstehend noch näher erläutert wird, spricht das Addiernetzwerk auf die in den DAW-Registern gespeicherten BCO- und Korrekturbits dadurch an, daß es korrigierte BCO-Ziffern zu den Ausgangs-Und-Schaltungen 900 überträgt. Die DAW-Schaltungen wirken mit den ihnen zugeordneten Differenzverstärkern so zusammen, daß am Verstärkerausgang ein Signal erzeugt wird, das lOmal so groß ist wie die Differenz zwischen seiner Analogeingangsspannung und dem Spannungspegel, welcher der in dem dem betreffenden Verstärker zugeordneten DAW-Register gespeicherten Ziffer entspricht. Wenn im DAW-Register eine BCO-Ziffer ohne Korrekturbit gespeichert wird, ist der Spannungspegel, der dem entsprechenden Verstärker von der zugeordneten DAW-Schaltung zugeführt wird, proportional der gespeicherten BCO-Ziffer. Wenn die BCO-Ziffer von einem Korrekturbit begleitet ist, ist der dem Verstärker zugeführte Spannungspegel einer von zwei vorherbestimmten Spannungspegeln in Abhängigkeit davon, ob es sich um ein M- oder ein P-Korrekturbit handelt.

Nach der Umwandlung von fünf Ziffern werden die an den Ausgängen des Addiernetzwerks 800 erscheinenden korrigierten BCO-Signale durch einen Impuls aus der Schaltung 100 auf Leitung 25 über die Ausgangj-Und-Schaltungen 900 zu irgendwelchen Auswerteschaltungen durchgeschaltet.

• Wirkungsweise der Gesamtschaltung bei

Nichtbestehen eines Fehlers _6s

An Hand von F i g. 1 und 3 wird nachstehend beschrieben, wie eine Fünf-Ziffern-Umwandlung eines Analogeingangssignals von 5,7246 Volt erfolgt. Es sei zunächst angenommen, daß die Schwellwertschalter in der Vergleicherschaltung 300 während aller fünf Umwandlungszyklen richtige Entscheidungen treffen.

Zu Beginn sendet die Taktgeberschaltung 100 einen Impuls Π über die mehradrige Sammelleitung 48, um den Schalter 151 zu schließen. Dadurch wird das Analogeingangssignal auf Leitung 12 zur Vergleicher-Eingangsleitung 14 übertragen. In der Vergleicherschaltung 300 werden die sechs_ Schwellwertschalter betätigt, die auf die Bezugspegel 0,1,2,3,4 bzw. 5 Volt bezogen sind. Es werden also Ausgangssignale auf sechs der Leitungen 16 erzeugt. Sofort nach dem Schließen des Schalters 151 und während der Zeit, in der seine Ausgangsspannung den eingeschwungenen Zustand erreicht, werden von der Taktgeberschaltung 100 negative Impulse A und G über die mehradrigen Sammelleitungen 50 bzw. 23 gesendet, die das Vergleicherregister 600 und die DAW-Register 251, 252, 253 und 254 löschen. Danach wird eir positiver Impuls B über die Sammelleitung 50 übertragen, um die Signale auf den Ausgangsleitungen 16 der Vergleicherschaltung 300 in das Vergleicherregister 600 durchzuschalten.

Der Durchschaltimpuls B erscheint erst kurz vor dem Ende des Impulses Tl. Die auf Leitung 14 durch das Schließen des Schalters 151 ausgelösten Einschwingvorgänge haben dann genügend Zeit zum Abklingen. Sobald das Vergleicherregister geladen ist, erzeugt die Codierschaltung 700 ein Ausgangssignal auf den Leitungen 20; dieses besteht aus einem Signal auf der »4«-Leitung und einem Signal auf der »1 «-Leitung und stellt daher die Ziffer 5 dar. Dieses BCO-Signal wird den Eingängen des DAW-Registers 251 zugeführt und durch einen Impuls C im Register gespeichert. Die so im Register 251 gespeicherte Ziffer stellt die höchste Stelle des Ausgangswertes dar, und ihre Anwesenheit in dem Register kennzeichnet den Abschluß des ersten Umwandlungszyklus.

Sobald Ziffernsignale auf den Ausgangsleitungen 27 des Registers 251 vorliegen, werden sie über die mehradrige Sammelleitung 27 a den Eingängen der DAW-Schaltung 201 zugeleitet. Der zugeordnete Verstärker 181 erzeugt nun ein Ausgangssignal, das das Zehnfache der Differenz zwischen der Größe des Analogsignals auf Leitung 12 J5,7246 Volt) und der Größe des Spannungspegels (5VoIt) ist, der durch die im DAW-Register 251 gespeicherte BCO-Ziffer dargestellt wird. Das Signal auf Leitung 34 hat daher eine Größe von 7,246 Volt.

Etwa gleichzeitig mit dem Erscheinen der Ausgangssignale des DAW-Registers 251 auf den Leitungen 27 endet der Taktimpuls Tl, und der Impuls T 2 leitet den zweiten Umwandlungszyklus ein. Einschwingvorgänge, die durch die Betätigung der Schalter in der DAW-Schaltung 201, durch die Veränderung der dem Verstärker 181 zugeführten Eingangssignale, durch das öffnen des Schalters 151 und das Schließen des Schalters 152 verursacht werden, beginnen alle etwa gleichzeitig und können etwa während der gleichen Zeitdauer abklingen. Dadurch wird Schaltzeit gespart und vermieden, daß nachgeschaltete Schaltungsteile falsch ansprechen, da vorhergehende Teile den eingeschwungenen Zustand noch nicht erreicht haben.

Das neue Signal auf der Vergleicher-Eingangsleitung 14 (7,246 Volt) betätigt die Schweilwertschal-

ter in der Vergleicherschaltung 300 mit den Bezugspegeln von 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 bzw. 7 Volt. Es entstehen also Ausgangssignale auf acht der Leitungen 16: Während der Zeit, in der sich das neue Signal auf Leitung 14 stabilisiert hat und die Schwellwertschalter den eingeschwungenen Zustand erreicht haben, wird das Vergleicherregister 600 gelöscht. Durch einen zweiten B-Impuls auf der Leitung 50 werden dann die Signale auf den Ausgangsleitungen 16 zum Vergleicherregister durchgeschaltet. DieCodierschaltung 700 erzeugt Signale auf ihren »4«-^»2«- und »!«-Ausgangsleitungen 20, die die Ziffer 7 darstellen. Dieses BCO-Signal, das die Ziffer der zweithöchsten Stelle darstellt, wird über die Sammelleitung 20 zu den Eingängen des DAW-Registers 252 übertragen und darin durch einen Impuls D auf der Sammelleitung 23 gespeichert. Damit ist der Umwandlungszyklus für die zweite Ziffer beendet, und es werden über die Sammelleitung 28 a die Eingänge der DAW-Schaltung 202 erregt. Die DAW-Schaltung 202 führt dem Verstärker eine solche Spannung zu, daß durch überlagerung der Verstärker eine Ausgangsspannung erzeugt, deren Größe das lOfache der Differenz zwischen der Größe des Signals auf Leitung 34 (7,246 Volt) und der Größe des der im Register 252 gespeicherten BCO-Ziffer entsprechenden Bezugspegels (7VoIt) beträgt. Das_ Signal auf Leitung 38 hat daher eine Größe von 2,46 Volt. Etwa gleichzeitig mit dem Erscheinen der Ausgangssignale auf den Leitungen 28 aus dem DAW-Register 252 endet der Taktimpuls Tl und beginnt der Impuls Γ 3, der den dritten Umwandlungszyklus einleitet.

Mit dem Abklingen der durch die Erregung der Schaltungen 202, 182, 152 und 153 verursachten Einschwingvorgänge erscheint ein dritter A-Impuls auf der Taktleitung 50 und löscht das •Vergleicherregister 600. Danach schaltet ein dritter ß-Impuls die neuen Schwellwertschalter-Ausgangssignale über die Leitungen 16 in das Register 300. Es entstehen Ausgangssignale auf drei der Leitungen 18. Die Codierschaltung 700 erzeugt ein Ausgangssignal auf ihrer »2«-Ausgangsleitung, das die Ziffer 2 der dritthöchsten Stelle darstellt. Dieses Signal wird durch den Taktimpuls E in das DAW-Register 253 durchgeschaltet und bewirkt über die mehradrige Sammelleitung 29 a eine Veränderung der Eingangssignale der DAW-Schaltung 203. Die Ausgangsspannung von 4,6 Volt auf der Leitung 42 des Verstärkers 183 wird in der gleichen Art und Weise erlangt, wie es in Verbindung mit den Verstärkern 181 und 182 beschrieben worden ist. Jetzt enden bzw. beginnen die Taktimpulse T3 und TA und leiten den vierten Umwandlungszyklus ein.

Ein vierter i4-Impuls löscht das Vergleicherregister 600. An der Vergleicher-Eingangsleitung 14 liegt nach Abklingen der durch die Erregung der Schaltungen 203, 183, 153 und 154 verursachten Einschwingvorgänge die Spannung von 4,6 Volt. Daher übertragen fünf der Leitungen 16 Ausgangssignale zum Register 600. Nachdem ein vierter B-Impuls die Signale in das Register 600 durchgeschaltet hat. bildet die Codierschaltung 700 auf ihren Ausgangsleitungen 20 ein Signal, welches die Ziffer 4 in der vierhöchsten Stelle darstellt. Diese Ziffer wird durch einen Impuls F in das DAW-Register 254 durchgeschaltet. Die DAW-Schaltung 204 wird dadurch erregt und auf der Leitung 46 des Verstärkers 184 eine Spannung von 6,OVoIt erzeugt, wie es in Zusammenhang mit den Verstärkern 181 und 182 beschrieben worden ist.

Danach endet der Impuls T 4 und beginnt der Impuls T 5, wodurch der fünfte und letzte Umwandlungszyklus eingeleitet wird. Nachdem ein fünfter .4-Impuls das Vergleicherregister 600 gelöscht hat und die durch die Erregung der Schaltungen 204, 184, 154 und 155 hervorgerufenen Einschwingvorgänge abgeklungen sind, liegt an der Leitung 14 eine Spannung von 6,0 Volt. Ein fünfter B-Impuls schaltet dann die neue auf den Leitungen 16 erscheinende Signalkombination in das Register 600 durch und führt dazu, daß an sieben der Leitungen 18 Ausgangssignale liegen^ Die Codierschaltung 700 erzeugt Signale auf ihren »4<<- und »!«-Ausgangsleitungen 20, die die letzte Ziffer 6 darstellen. Diese Signale werden über die Leitungen 21 zum Addiernetzwerk 800 übertragen. Da alle Vergleiche durch die Schaltung 300 richtig durchgeführt worden_ sind, gelangen die fünf BCO-Ausgangsziffern 5, 7, 2, 4 und 6, die auf den Leitungen 27, 28, 29, 30 bzw. 21 erscheinen, unverändert durch das Addiernetzwerk 800 hindurch und werden den Ausgangs-Und-Schaltungen 900 zugeleitet. Kurz vor dem Auftreten der ersten A- und G-Löschimpulse der folgenden Ziffernumwandlung erscheint ein Impuls H aus der Schaltung 100 auf der Leitung 25 und betätigt alle Und-Schaltungen 900. Dadurch werden die digitalen Ausgangssignale zu beliebigen externen Auswerteschaltungen (nicht gezeigt) übertragen.

Wirkungsweise der Schaltung bei einer falschen Entscheidung des Vergleichers

Von einem Schwellwertschalter der Vergleicherschaltung 300 können zwei Arten von falschen Entscheidungen getroffen werden, die im folgenden als »Fehlansprechen« und »Nichtansprechen« bezeichnet werden." Fehlansprechen bedeutet, daß ein Schwellwertschalter anspricht, obwohl er nicht hätte ansprechen sollen. Nichtansprechen bedeutet, daß ein Schwellwertschalter nicht anspricht, obwohl er hätte ansprechen sollen. Um das Fehlansprechen zu veranschaulichen, sei angenommen, daß das Analoge eingangssignal wie in der vorstehenden Beschreibung 5,7246 Volt beträgt. Dieser liegt sehr nahe bei 6_Volt. Der Schwellwertschalter mit dem Bezugspegel 6 Volt signalisiert das Eingangssignal infolge statischer Ungenauigkeiten_seiner Schaltung irrtümlich als gleich oder größer 6VoIt und erzeugt damit ein falsches Ausgangssignal. Dieser Fehler kann auch auftreten, wenn die dem Schwellwertschalter zugeführte Eingangsspannung infolge eines Fehlers im Schalter 151 oder durch einen vorübergehenden Fehler in den vor der Eingangsleitung 12 liegenden Schaltungen tatsächlich gleich oder größer als 6 Volt ist. Dieser letztgenannte Fehler kann auch während der dem ersten Zyklus folgenden Zyklen infolge von vorübergehenden Fehlern in dem das Eingangssignal liefernden Verstärker verursacht werden. Durch ein solches Fehlansprechen wird ein erstes Korrekturverfahren eingeleitet.

Um ein Nichtansprechen des Vergleichers zu veranschaulichen, sei angenommen, daß das Analogeingangssignal 5,0246 Volt beträgt. Der auf 5 Volt bezogene Schwellwertschalter interpretiert diese Spannung fälschlicherweise so^ als ob sie nicht gleich oder größer als sein Bezugspegel wäre, d. h., er spricht nicht an. Nichtansprechen kann auch die Folge eines

Fehlers im Schalter 151 oder in einer vorgeschalteten Schaltung sein, die tatsächlich ein unter 5 Volt liegendes Vergleichereingangssignal anliefert. Wie schon erwähnt, kann der letztgenannte Fehler auch in auf die erste folgenden Wandlerstufen durch vorübergehende Fehler in dem jeweiligen, das Analogeingangssignal liefernden Verstärker verursacht, werden. Wenn eine falsche Entscheidung dieser Art getroffen wird, wird ein zweites Korrekturvei fahren eingeleitet.

Diese beiden Korrektur verfahren, die das Wesentliche der Erfindung darstellen, werden nachstehend an Hand von F i g. 1 näher_heschrieben. Wie schon im Falle des Fehlansprechens erwähnt, veranlaßt das Eingangssignal von 5j7246_Volt_die sieben_ Schwellwertschalter, die auf 0, 1, 2, 3, 4, 5 bzw. 6 Volt bezogen sind, zum Ansprechen. Die so auf den Ausgangsleitungen 18 des Vergleicherregisters 600 erzeugten sieben Ausgangssignale _veranlassen_ die Codierschaltung 700 auf ihren »4«- und »2«-Ausgangsleitungen Signale zu erzeugen, wodurch fälschlicherweise angezeigt wird, daß die_Analogeingangsspannung gleich oder größer als 6 Volt ist. Die so gebildete BCO-Ziffer wird im DAW-Register 251 gespeichert und bewirkt, daß eine Spannung von 6 Volt der DAW-Schaltung 201 zugeführt wird. Wenn der Differenzverstärker 181 diese Spannung vom ursprünglichen Analogeingangssignal subtrahiert und die resultierende Differenz mit 10 multipliziert, beträgt das Signal auf der Ausgangsleitung 34

—0,532 Volt. Wenn diese negative Spannung durch den Schalter 152 während des folgenden Zyklus der Vergleicherschaltung 300 zugeführt wird, wird keiner der Schwellwertschalter erregt, und auf den Leitungen 16 erscheinen keine Ausgangssignale. Der zweite dem Vergleicherregister 600 zugeführte B-Impuls schaltet daher keine »Eins«-Signale in das Register durch, und dessen Ausgangsleitungen 18 behalten alle den »Null«-Pegel bei.

Der Codierschaltung 700 werden lauter Nullen darstellende Eingangssignale zugeführt. Die Codierschaltung bildet »Null«-Ausgangssignale auf den 4-, 2-, 1- und P-Ausgangsleitungen 20 und ein »Eins«- Signal auf der Ai-Ausgangsleitung. Danach schaltet der Taktimpuls D diese Kombination von Ausgangs-Signalen in das DAW-Register 252 durch und bewirkt das Erscheinen der gleichen Signalkombination auf den Ausgangsleitungen "*M Diese der DAU-Schaltung 202 über die Sammelleitung 28a zugeführten Signale bewirken, daß dem Verstärker 182 ein vorherbestimmter Korrekturpegel von —1 Volt über die Leitung 32 zugeführt wird. Bei der Subtraktion dieser negativen Spu nung von dem Analogeingangssignal auf Leitvn;/*1 entsteht^ auf der Leitung 38 ein Ausgangssignal von +2,46VoIt. Diese Größe des Signals entspricht genau derjenigen, die es gehabt hätte, wenn der 6-Volt-Schwellwertschalter in der Vergleicherschaltung 300 während des ersten Zyklus nicht angesprochen hätte. Damit ist das Analogsignal korrigiert, und die Umwandlung wird über den dritten, vierten und fünften Zyklus hinweg genauso durchgeführt, wie es bereits für den Fall ohne Fehler beschrieben worden ist. _ _

Die BCO-Ziffer Ö, die durch die 4-, 2- und I-Ausgangssignale des Registers 252 dargestellt wird, wird ⁶S infolge des Vorliegens des M-Korrekturbits bei der übertragung durch das Addiernetzwerk 800 verändert und erscheint als BCO-Ziffer 7 auf den Ausgangsleitungen 61. Außerdem bewirkt das M-Korrekturbit, daß die auf den 4, 2- und 1-Ausgangsleitungen des DAW-Registers 251 dargestellte BCO-Ziffer 6 durch das Addiernetzwerk als BCO-Ziffer 5 über die-Ausgangleitungen übertragen wird. Das M-Korrek-. turbit bewirkt daher ebenfalls die Korrektur der Ausgangsziffer.

Zur Veranschaulichung des zweiten Korrekturvorganges wird angenommen, daß das Analogeingangssignal auf der Eingangsleitung 12 5,0246 Volt beträgt. Wie schon erwähnt, entsteht der Fehler in diesem Fall durch das Nichtansprechen des 5-Volt-Schwellwertschalters in der Vergleicherschaltung_300. Es_sprechen nur die Schwellwertschalter für 0, 1, 2, 3 und 4 Volt an und erzeugen fünf »Eins«-Eingangssignale, die während des ersten Umwandlungszyklus der Codierschaltung 700 zugeleitet werden. Hier wird die BCO-Ziffer 4 gebildet und über die Sammelleitung 20 zum DAW-Speicherregister 251 übertragen. Die von der DAW-Schaltung 201 zum Verstärker 181 geleitete Spannung hat als resultierendes Analogsignal auf Leitung 34 10,246 Volt zur Folge. Wenn dieses Signal während des folgenden Zyklus über den Schalter 152 der Vergleicherschaltung zugeführt wird, betätigt es alle neun Schwellwertschalter, und es entstehen Ausgangssignale auf allen neun Ausgangsleitungen 16. Diese Signale werden über die Ausgangsleitungen 18 des Vergleicherregisters der Codierschaltung 700 zugeleitet und führen dortzur Bildung von »Eins«-Signalen auf den 4-, 2-, 1- und P-Ausgangsleitungen 20. Diese Signalkombination wird dann durch den Taktimpuls D in das DAW-Register 252 durchgeschaltet und erscheint danach auf den Ausgangsleitungen 28, um der DAW-Schaltung 202 und dem Addiernetzwerk 800 zugeleitet zu werden. Die Schaltung 202 bildet aus den 4-, 2-, 1- und P-Eingangssignalen einen vorherbestimmten Korrekturpegel von +10 Volt, der über die Leitung 35 zum Verstärker 182 übertragen wird. Das Ausgangssignal des_Verstärkers 182 ist daher ein Analogsignal von 2,46 Volt. Dies ist genau derselbe Signalpegel, der vom Verstärker 182 erzeugt worden wäre, wenn der 5-Volt-Schwellwertschalter in der Vergleicherschaltung 300 gleich richtig angesprochen hätte. Außerdem spricht das Addiernetzwerk 800 auf das im DAW-Register 252 gespeicherte P-Korrekturbit an, so daß zu den Ausgangs-Und-Schaltungen 900 eine BCO-Ziffer 0 anstatt einer BCO-Ziffer 7 übertragen wird. Außerdem veranlaßt das P-Korrekturbit das Addiernetzwerk 800, zu den Und-Schaltungen 900 über die Leitungen 60 eine BCO-Ziffer 5 ständer im DAW-Register 251 gespeicherten BCO-Ziffer 4 zu übertragen. Die restlichen drei Umwandlungszyklen werden in der oben für den Fall ohne Fehler beschriebenen Art und Weise durchgeführt.

In beiden oben beschriebenen Fehlerkorrekturverfahren sind fehlerhafte Vergleiche während des ersten Umwandlungszyklus gemacht worden. Es versteht sich, daß fehlerhafte Vergleiche, die während eines der anderen Zyklen oder während aller Zyklen gemacht werden, in genau derselben Weise durch die Schaltungen der Stufe korrigiert werden, die auf diejenige folgt, in der der Fehler aufgetreten ist. Wie aus den vorstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, beruht die Fehlerkorrektur in dem erfindungsgemäßen Wandler auf der Voraussetzung, daß eine während eines beliebigen Umwandlungszyklus er-

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folgte fehlerhafte Vergleicherentscheidung die Erzeugung eines Differenzsignals bewirkt, das außerhalb des Bereichs von Spannungspegeln liegt, welche bei normaler, fehlerloser Operation während des nächsten Zyklus zum Vergleich angeboten werden könnten. $ Das bedeutet, daß, da der'Eingangsspannungsbereich des Wandlers zwischen 0 und 10 Volt liegt, die Schwellwertschalter in der Vergleicherschaltung 300 während einer Umwandlungsoperation, in der nur korrekte Vergleichsentscheidungen stattfmden, Gpannungspegel empfangen, die nicht über 7,7777 Volt und nicht unter 0 Volt liegen. Sollte auf Grund irgendeiner der obengenannten Ursachen eine falsche Entscheidung getroffen werden, wird der Vergleicherschaltung . eine außerhalb dieses Bereichs 'liegende Differenzspannung zugeführt. Das Vorliegen dieser außerhalb des Bereichs_ liegenden Spannung wird entweder durch_ den 10-Volt-Schwellwertschalter oder durch den 0-Volt-Schwellwertschalter festgestellt, und die beschriebenen Korrekturvorgänge werden durch die Erzeugung der P- oder M-Korrekturbits durch die Codierschaltung 700 eingeleitet.

Schalter, Verstärker und DAW-Schaltungen

Es folgt nun an Hand von F i g. 2 und 3 eine genauere Beschreibung des Schalters 151, des Verstärkers 181 und des Digital-Analog-Wandlers 201 der ersten Stufe. Dabei versteht es sich, daß die entsprechenden Schaltungen der jeweils folgenden Stufen im Aufbau und in der Wirkungsweise denen der ersten Stufe gleichen und daher eine genaue Beschreibung dieser Schaltungen unnötig ist. Der Schalter 151 (F i g. 2) besteht aus dem Steuertransistor 156, dem Eingangstransformator 162 und den beiden Transistoren 158 und 160. Der Taktimpuls Tl wird über die Sammelleitung 48 aus der Taktgeberschaltung 100 zur Basis des Transistors 156 übertragen. Durch die vordere, positiv verlaufende Flanke von Tl wird der Transistor 156 gesättigt und bewirkt, daß ein Stromimpuls durch die Primärwicklung des Transformators 162 gezogen wird. Dieser Impuls steuert den Transformator in seinen Sättigungszustand, wodurch an der Sekundärwicklung eine Spannung entsteht, welche an die Basis-Emitter-Strecken beider Transistoren 158 und 160 angelegt wird und diese in die Sättigung steuert. Dadurch wird ein Analogsignalpfad niedriger Impedanz gebildet und das Analogeingangssignal über die Eingangsleitung 12 und die Kollektor-Emitter-Pfade der Transistoren 158 und 160 zur Vergleichereingangsleitung geleitet.

Die Bandbreite des Transformators 162 ist so gewählt, daß der auf der Sekundärwicklung erzeugte Spannungsimpuls eine relativ gute Wiedergabe des Eingangsimpulses Tl ist. Wenn Tt endet, werden die Transistoren 158 und 160 mittels eines steil ab- 5; fallenden Impulses, der über den durch den Widerstand 164 gebildeten Leitungspfad erzeugt wird, schnell aus der Sättigung herausgesteuert. Dadurch wird der Schalter 151 wieder geöffnet und so die Verbindung zwischen der Eingaiigsleitung 12 und der Vergleichereingangsleitung 14 unterbrochen.

Der in F i g. 2 schematisoh und in F i g. 3 im einzelnen dargestellte Verstärker 181 ist ein nicht invertierender, differenzbildender Gleichstroniyerstärker mit einem festen Verstärkungsfaktor 10. Zwei herkömmliche Verstärkerstufen 186 und 187 sind durch eine doppelte Emitterfolgestufe 18-3 miteinander verbunden. Eine Emitterfolgestufe 189 überträgt das Ausgangssignal der zweiten Stufe 187 zur Ausgangsleitung 34. Durch eine Urstromquelle 190 wird das Diskriminationsverhältnis der ersten Verstärkungsstufe 186 erhöht. Ein Rückkopplungswiderstand 185 ist zwischen der Ausgangsleitung 34 und dem zweiten Eingang 32 angeordnet. Die in F i g. 2 genauer dargestellte DAW-Schaltung 201 ist ebenfalls ein Teil der Verstärkerrückkopplungsschaltung und bewirkt entsprechend den an ihren Eingangsklemmen 222 aus dem DAW-Register 251 empfangenen Digitaleingangssignalen eine solche Reduktion des Signals auf Leitung 34, daß es lOmal so grüß ist wie die Differenz zwischen dem Signal auf der Leitung 12 und· dem Spannungspegel, der durch die den Klemmen 222 zugeführten Digitalsignale dargestellt wird.
Die DAW-Schaltung 201 umfaßt drei Widerstände

208, 209 und 210 mit den Werten 4έ, ~ bzw.

_ _ — 4 2

5 R im binären Verhältnis 1:2:4. Das eine Ende jedes dieser Widerstände ist an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 212 angeschlossen, und die anderen Enden dieser Widerstände sind mit den Ausgangsklemmen der einpoligen Umschalter 215,224 bzw. 226 verbunden. Bezugsspannungen von +E und OVoIt werden den Schaltern über die Leitungen 207 bzw. 227 zugeführt. Steuereingangssignale werden den Schaltern von den DAW-Eingangsklemmen 222 aus zugeführt, welche — wie schon erwähnt — Steuersignale über die 4-, 2- und 1-Leitungen der Sammelleitung 27 a von den Ausgangsleitungen 27 des DAW-Registers 251 aus empfangen.

Die Umschalter 215, 224 und 226 stimmen im Aufbau überein, daher wird hier nur die Schaltung des Schalters 215 genau beschrieben. Der Schalter besteht aus. zwei Steuertransistoren 216 und 217 und_zwei Schalttransistoren 218 und 220. Das an der 4-Klemme 222 empfangene DAW-Eingangssignal wird zur Basis des Transistors 216 übertragen. Wenn ein positiv verlaufendes Signal, das ein Eins-Bit darstellt, auf der Leitung erscheint, wird der Transistor 216, der NPN-Transistor ist, leitend und bewirkt ein negatives Signal an der Basis des Transistors 217. Dadurch wird der Transistor 217 abgeschaltet und veranlaßt, daß positive Signale zu den Basen der beiden Transistoren 218 und 220 geleitet werden. Da diese beiden Transistoren NPN- bzw. PNP-Transistoren sind, wird Transistor 218 . leitend und 220 nichtleitend. Dadurch wird der Wide/stand 208 über einen Pfad niedriger Impedanz mit der Leitung 207 verbunden, so daß die Spannung + E über den Widerstand 208 in den Rückkopplungspfad_ des Verstärkers 181 geleitet wird. Wenn an der 4-Klemme 222 kein Digitalsignal empfangen wird, bleibt der Transistor 216 nichtleitend, and die Spannungspegel an den Basen der Transistoren 218 und 220 bleiben niedrig, so daß Transistor 218 im nichtleitenden und Transistor 220 im leitenden Zustand gehalten wird. Dadurch wird die 0-Volt-Spannung (Erdspannung) der Leitung 227 über den Widerstand ?08 in den Rückkopplungspfad des Verstärkers 181 geleitet.

Um die Analogsignalkorrektur gemäß der Erfindung praktisch ausführen zu können, sind zwei zusätzliche Widerstände 211 und 213 mit dem Wert 5 R an den Verbindungspunkt 212 angeschlossen und könnsn durch zwei Umschalter 228 und 230 an den Bszugsspannungspegel von +E oder Erde bzw.

wobei

^R2O9, #

— Ε oder Erde gelegt werden. Der Steuereingang des Schalters 228 wird von der P-Eingangsklemme 222 gespeist, während das Steuereingangssignal des Schalters 230 von der M-Eingangsklemme 222 abgeleitet wird. Der Schalter 228 gleicht im Aufbau genau dem Schalter 215. Der Schalter 230 umfaßt zwei Schalttransistoren 231 und 232, die von einem PNP-Steuertransistor gesteuert werden. Wenn der M-Klemme 222 ein Eins-Signal zugeführt wird, wird der Transistor 231 in den leitenden und der Transistor 232 in den nichtleitenden Zustand gebracht. Dadurch wird die Spannung — E an den Widerstand 213 angelegt. Wenn an der M-Eingangsklemme ein Null-Signal empfangen . _R _ R wird, wird Transistor 232 leitend. Transistor 231 nicht- ^lst ^e η~ leitend, und dem Widerstand 213 wird Erdspannung _t5 gleich R ist. zugeführt.

5 R

Ein Nebenschlußwiderstand 214 mit dem Wert τ~- Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 181 zwischen dem Eingang 12 und der Ausgangsleitung 34 wird wie folgt errechnet:

R_e gleich dem Ersatzwiderstand von R

R_e SR SR SR SR SR

SR

Da der Wert des Widerstandes 185

ist zwischen dem Verbindungspunkt 212 und der Erdleitung 227 angeordnet, um den Wert des Ersatz-Widerstandes des aus R₂₀₈, R₂₀₉, R₂₁₀, R_2n, R₂₁₃ und R₂I₄ bestehenden Netzwerks so einzustellen, daß eine Wirkungsweise gemäß den nachstehenden Prinzipien ermöglicht wird.

Die Ausgangsspannung V₀ auf der Leitung 34 bei jedem beliebigen Satz von Eingangsbedingungen kann wie folgt dargestellt werden:

V₀ = 10 V_elH - R

185

209

210

T"

211

■213

worin die Wer*e von X₂₁₅, Xii** X um Xus ^ur>d Χ₂χ gleich 1 sind, falls die Steuereingangssignale für die Schalter 215, 224, 226, 228 bzw. 230 Eins-Pegel sind, und gleich 0 sind, falls die Eingangssignale der jeweiligen Schalter Null-Pegel sind.

Wenn also z. B._die Eingangsspannung V_e!a auf Leitung 12 gleich 5,5 Volt ist. stellen die digitalen Rückkopplungssignale zu den Eingangsklemmen 222 der DAW-Schaltung 201 aus der Codierschaltung 700 (bei Nichtvorliegen eines Vergieicherfehlers) die BCO-Ziffer 5 dar und erscheinen als Eins-Eingangssignale an den Schalfern 215 und 226. -Das Signal auf der Ausgangsleitung 34 des Verstärkers 181 ist daher entsprechend der Gleichung 1 wie folgt:
V₀ =10-53-R |-_— + ^-1 = 55

E.

Wenn diejtezugsspannung E auf einen konstanten Wert von 5OVoIt eingestellt ist, ist die Ausgangsspjmnung auf Leitung 34 gleich den erforderlichen 5,0 Volt. Wenn in einem anderen Beispiel die_ Eingangsspannung auf Leitung 12 einen Wert von 3,5 Volt hat, ist die Ausgangsspannung (bei Nichtbestehen eines Vergleicherfehlers):

JjO

SR

Um die Wirkungsweise der Korrekturschaltungen zu. veranschaulichen, sei angenommen, daß der in F i g. 2 gezeigte Verstärker nicht zur ersten Ziffernstufe gehört und daß seine Eingangsspannung auf Leitung 12, die aus dem Verstärker der vorhergehenden Wandlerstufe kommt, eine - Größe von —0,255 Volt hat und damit das Fehlansprechen eines Schwellwertschalters während des vorhergehenden Zyklus anzeigt. Dieses negative Eingangssignal wird über den Schalter 151 der Vergleicherschaltung zugeführt und veranlaßt die Codierschaltung 700 zur Abgabe eines einer binären Eins entsprechenden M-Signals und von einer binären Null entsprechenden 4,2-, 1- und P-Signalen. Wenn diese Signalkombination den Eingangsklemmen 222 der DAW-Schaltung 201 zugeführt wird, werden die Widerstände 208, 209, 210 und 211 durch ihre Schalter geerdet und der Widerstand 213 durch den Schalter 230 an die . Bezugsspanming —E gelegt. Die Größe des so auf

SR

= 50 Volt

der Verstärkerausgangsleitung 34 erzeugten Signals wird gemäß Gleichung 1 wie folgt errechnet:

V₀ = 10 -(-0,255)

SR J

5,23 Volt.

Die Verstärkerausgangsspannung von + 5,23 Volt ist daher lOmal so groß wie die Differenz zwischen dem Analogeingangssignal auf Leitung 12 und einem Korrekturpegel von — 1 Volt, der durch das Anlegen des M-Korrekturbits an die DAW-Schaltung 201

60 entsteht.

Um zu zeigen, wie die DAW-Schaltung 201 das Analogsignal im Fall des Nichtansprechens korrigiert, sei angenommen, daß die Eingangsspannung auf der zum Verstärker 181 führenden Leitung 12 als Ergebnis eines Fehlers während des vorausgegangenen Zyklus eine Größe von 10,255 Volt hat. Die den Klemmen 222 von der Codierschaltung 700 zugeführte Eingangssignalkombination besteht daher aus einem

einer binären Null entsprechenden M-Signal und aus einer binären Eins entsprechenden 4-, 2-, 1- und P-Signalen. Die Größe des Signals, das auf diese Eingangssignalkombination hin auf der Ausgangsleitung 34 erzeugt wird, wird gemäß Gleichung 1 wie folgt errechnet:

-J9- + Ji + JU = 102,55 -R (J^ = 235 Volt. SR SR SR\ \SRJ

Die Verstärkerausgangsspannung von 2,55 Volt ist daher lOmal so groß wie die Differenz zwischen dem Analogeingangssignal auf Leitung 12 und dem 10-Volt-Korrekturpegel, der auf die 11101-Kombi-' nation von Eingangssignalen hin in der DAW-Schaltung 201 gebildet wird.

Vergleicherschaltung 300 und Vergleicherregister 600

Die Schaltungen 300 und 600 sind in F i g. 4 im einzelnen dargestellt. Die Vergleicherschaltung 300 besteht aus neun. Schwellwertschaltern (Differentialverstärkern) 305, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318 und 319. Das Eingangssignal für die Schaltung 300 wird von der Leitung 14 aus zugeführt, und jede Schwellenschaltung empfängt das Signal über eine Leitung 304.

Jeder Schwellwertschalter ist an einen anderen Bezugspegel angeschlossen, der durch einen aus den Widerständen 303 bestehenden Spannungsteiler zwischen der Bezugsspannungsquelle + V und Erde festgelegt wird. Die Schwellwertschalter 305, 306, 308, 310, Jl^ 314^ 316, 318 und 319 haben Bezugspegel von 10, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 bzw. 0 Volt. Jedes Signal auf der Eingangsleitung 14, dessen Größe gleich oder größer als der Bezugspegel eines Schwellwertschalters ist, hat zur Wirkung, daß die betreffende Schaltung ein positives Ausgangssignal auf ihrer zugeordneten Ausgangsleitung 16 erzeugt.

Alle Schwellwertschalter gleichen einander im Aufbau; es werden daher nur die Einzelheiten der Schaltung 305 beschrieben. Die Schaltungsanordnung ist die eines einfachen Differential Verstärkers, der aus Eingangstransistoren 320 und 322, einem Steuertransistor 326 und einem Ausgangstransistor 324 besteht. Wenn das Signal auf Leitung 304 kleiner als 10 Volt ist, werden die Transistoren 320 und 322 nichtleitend bzw. leitend. Dadurch werden beide Transistoren 324 und 326 im nichtleitenden Zustand und die Ausgangsleitung 16 a auf einem negativen Spannungspegel gehalten, der durch die der Klemme 328 zugeführte Vorspannung festgelegt wird. Wenn das Signal auf Leitung 304 über 10 Volt ansteigt, werden die Zustände der Transistoren 320, 322, 324 und 326 umgekehrt, und auf der Leitung 16 a wird ein positiv verlaufendes »Eins«-Ausgangssignal erzeugt. Die übrigen Schwellwertschalter 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318 und 319 arbeiten ebenso, nur werden sie zur Erzeugung von Ausgangssignalen entsprechend den ihnen jeweils zugeordneten verschiedenen Bezugspegeln veranlaßt.

Das ebenfalls in F i g. 4 gezeigte Vergleicherregister 600 besteht aus neun bistabilen logischen Schaltungen, die jede aus zwei Und-Schaltungen 608 und 610 und einer Oder-Schaltung 606 bestehen. Das der Klemme 602 normalerweise zugeführte positive Signal wird negativ, um die Registerstellen zu löschen. Im gelöschten Zustand befinden sich die Ausgänge beider Und-Schaltungen 608 und 610 sowie der Oder-Schaltung 606 jedes Registers im »Null«-Zustand mit niedrigem Spannungspegel. Wenn der Klemme 604 ein positiver B-Impuls zugeführt wird, werden alle linken Und-Schaltungen 608, die jede außerdem an eine Ausgangsleitung einer der Vergleicherschaltungen angeschlossen sind, teilweise erregt. Jede Und-Schaltung, die außerdem ein Eins-Signal von ihrer Vergleicherausgangsleitung empfängt, leitet ein Ausgangssignal durch ihre Oder-Schaltung606. Dieses Signal wird über die Leitung 612 zum Eingang der Und-Schaltung 610 rückgekoppelt und verriegelt den Ausgang der Und-Schaltung 610. Dieses Ausgangssignal bleibt bestehen, bis der Klemme 602 ein negativ verlaufender .4-Löschimpuls zugeführt wird. Die so auf den Ausgangsleitungen 18 a bis 18 ί des Registers 600 erscheinenden Ausgangssignale sind eine gespeicherte Darstellung der zuletzt aufgetretenen Signalkombination, die auf den Vergleicherausgangsleitungen 16 a bis 16 ί erzeugt worden ist.

Codierschaltung 700

Die Einzelheiten der Codierschaltung 700 sind in F i g. 5 dargestellt. Als Eingänge weist die Schaltung700 die neun Ausgangsleitungen 18 a bis 181 f des Vergleicherregisters auf. Die an diesen Leitungen liegenden Signale werden durch die Schaltung 700 in eine BCO-Darstellung des Bezugspegels der betätigten Schwellwertschalter in der Vergleicherschaltung 300 mit dem höchsten Bezugspegel umgewandelt. Bei Vorliegen eines Eins-Signals auf Leitung 18 a oder bei Nichterregung einer der Leitungen 18 a bis 18/ stellt die Signalkombination auf den Ausgangsleitüngen 30 einen vorherbestimmten Korrekturspannungspegel dar.

Die Eingangsleitung 18 a ist direkt an die P-Ausgangsleitung angeschlossen. Die Leitung 18 b ist an einen Eingang einer Oder-Schaltung 718 angeschlosr sen, deren Ausgang mit der 1-Ausgangsleitung yezbunden ist. Die Eingangsleitung 18c ist über einen Inverter 732 an eine Und-Schaltung 726 angeschlossen, deren Ausgang mit einem zweiten Eingang der Oder-Schaltung 718 verbunden ist. Außerdem ist die Eingangsleitung 18c direkt an einen Eingang einer öder-Schaltung 716 angeschlossen, deren Ausgang mit der 2-Ausgangsleitung 20 verbunden ist. Die Leitung 18 d ist an den zweiten Eingang der Und-Schaltung 726 angeschlossen. Die Leitung 18 e ist direkt an die 4-Ausgangsleitung und über einen Inverter 728 an die Eingänge von zwei Und-Schaltungen 720 und 724 angeschlossen. Die Eingangsleilung 18/ist an den zweiten Eingang der Und-Schaltung 724 angeschlossen. Die Leitung 18g ist an den zweiten Eingang der Und-Schaltung 720 und über einen Inverter 730 an einen Eingang der Und-Schaltung 222 angeschlossen. Die Leitung 18 h ist an den zweiten Eingang der Und-Schaltung 722 angeschlossen. Die Leitung 18 i ist über einen Inverter 734 an die M-Ausgangsieitung angeschlossen.

Wenn keine der Leitungen 18a bis 18f ein Eins-Eingangssignal empfängt, lautet_ die Kombination von Ausgangssignalen auf den 4-, 2-, 1-. M- und F-Leitungen 00010. Wie schon besprochen, leitet diese

* Kombination von Ausgangssignalen das dem Fehlansprechen zugeordnete Korrekturverfahren ein. Wenn als einzige Eingangsleitung die Leitung 18i erregt wird, übertragen die Ausgangsleitungen 20 die Kombination 00000. Dies stellt die Größe der Bezugsspannung (Ö Volt) dar, die den erregten Sch wellwertschalter in der Vergleicherschaltung 300 mit dem höchsten Bezugspegel speist. Wenn nur die leitungen 18 h und 18/ die Eingangssignals empfangen, er- : scheinen auf den Ausgangsleitungen die Signale 00100. Wenn Signale auf den Leitungen 18gr, 18h und 18/ empfangen werden, übertragen die Ausgangsleitungen 20 die Signale 01000. Bei Empfang von Signalen auf den vier Eingangsleitungen 18/, 18$, 18/i und 18/ führen die Ausgangsleitungen 20 die Signalkombination 011000. Wenn Signale auf den Leitungen 18e, 18/ 18i/, 18/i und 18/ empfangen werden, wird die Ausgangssignalkombination 10000 erzeugt, und bei Empfang von Signalen auf den sechs Eingangsleitungen ISd bis 18/ werden die Ausgangssignale 10100 übertragen. Wenn die sieben Eingangsleitungen 18c bis 18/ Eins-Signale empfangen, erzeugen die Ausgangsleitungen 20 die Signalkombination 11000, und wenn alle Eingangsleitungen mit Ausnahme der Leitung 18a Eingangssignale empfangen, übertragen die Ausgangsleitungen 20 die Kombination 11100. Wenn alle Eingangsleitungen Eins-Signale empfangen, übertragen die Ausgangsleitungen die Signalkombination 11101, wodurch das dem Nichtansprechen zugeordnete Korrekturverfahren eingeleitet wird.

DAW-Register 251

Die Schaltungseinzelheiten des DAW-Registers 251 sind in Fig. 6 gezeigt. Die DAW-Register 252, 253, 254 gleichen im Aufbau der Schaltung 251, abgesehen davon, daß sie auf verschiedene Taktimpulse ansprechen; daher werden sie nicht im einzelnen be-* schrieben. Das Register 251 besteht aus fünf Und-Oder-Selbsthalteschaltungen, die den im Vergleicherregister 600 verwendeten gleichen. Der negativ verlaufende Löschimpuls G wird der Eingangsklemme 258 von der Taktsammelleitung 23 zugeführt und zur rechten Und-Schaltung jeder Registerstelle übertragen. Der G-Impuls entriegelt jede Selbsthalteschaltung, wie auch der Λ-Impuls jede der Selbsthalteschaltungen des Registers 600_ löscht Die von der Codierschaltung 7Θ0 über die 4-, 2-, 1-, M- und P-Leitungen 20 zugefügten BCO- und Korrektursignaie werden durch die linken Und-Schaltungen jeder der fünf Selbsthalteschaltungen durch den der Eingangsklemme 256 von der Taktsammelleitung 23 zugeführten Taktimpuls C durchgeschaltet und in den Selbsthaltescliafingen gespeichert, wie es oben in bezug auf das R. Jster 600 beschrieben worden ist. Die im Register gespeicherten BCO_- und Korrektursignale erscheinen auf dessen 4-, 2-, 1-, M- und P-Ausgangsleitungen 27. Diese Signale werden zu den Eingängen einer Addierschaltung im Addiernetzwerk 800 und über die Sammelleitung 27a zu den Eingängen der DAW-Schaltung 201 übertragen. 6c

Addiernetzwerk 800

Der allgemeine Aufbau des Addiernetzwerks 800 geht aus F i g. 7 hervor. Fünf Addierschaltungen 801, 802, 803, 804 und 805 empfangen die Ausgangssignale der DAW-Register 251,252,253,254 bzw. der Codierschaltung 700. Außerdem empfangt jede Addierschaltung ein »übertrag«- und »Borg«-Eingangssignal aus der rechts von ihr liegenden Addierschaltung und erzeugt ihre eigenen »Übertrag«- und »Borg«- Ausgangssignale, welche mit Ausnahme der Schaltung 801 zu der links davon liegenden Addierschaltungübertragen werden. Jede Addierschaltung erzeugt eine aus drei Bits bestehende BCO-Ausgangsziffer auf den Ausgangsleitungen 60, 61, 62, 63 und 64. Diese Ziffernsignale stellen die endgültige korrigierte ADW-Ausgangsziffer dar und werden zu den Eingängen der Und-Schaltungen 900 übertragen, um beim Auftreten des Impulses H einer externen Schaltungsanordnung zugeführt zu werden. Die durch die Addierschaltung 801 erzeugten »Übertrag«- und »Borg«-Signale werden ebenfalls über Ausgangsleitungen 65 und 66 zu den Und-Schaltungen übertragen. Signale auf diesen Leitungen zeigen an, daß das ursprüngliche der ADW-Schaltung zugeführte Analogeingangssignal außerhalb des Bereichs des Wandlers liegt.

Die Schaltungseinzelheiten des Addierers 801 und der ihm zugeordneten Und-Schaltungen 900 sind in F i g. 8 dargestellt. Die Addierschaltungen 802, 803, 804 und 805 und die ihnen zugeordneten Und-Schaltungen gleichen der Schaltung von F i g. 8 und werden daher nicht im einzelnen beschrieben.

Die Eingänge des Addierern 801 bestehen aus den fünf Ausgangsleitungen 27 des DAW-Registers 251 und den übertrag- und Borg-Eingangsleitungen C 802 und 5802 aus dem Addierer 802. Die Ausgänge des Addierers 801 sind die übertrag- und Borg-Leitungen 66 und 65 und drei BCO-Ziffernleitungen 60. Die auf den Leitungen 60 erscheinenden Signale, die durch die entsprechenden Und-Schaltungen 901 bei Beendigung eines Umwandlungszyklus durch den Impuls H durchgeschaltet werden, sind eine BCO-Darstellung der höchsten ADW-Ausgangsziffer. Die auf den Leitungen 65 und 66 erscheinenden Signale, > die durch den Impuls H durch entsprechende Und-Schaltungen 901 durchgeschaltet werden, sind — wie schon erwähnt—ein Zeichen dafür, daß das ursprüngliche Analogeingangssignal, das der ADW-Schaltung zugeführt worden ist, entweder über der positiven Eingangsgrenze (7,7777 + Volt) oder unter der negativen Eingangsgrenze (0 Volt) der Schaltung liegt.

Die Wirkungsweise der Addierschaltung 801 läßt sich am besten an Hand der Eingangs-Ausgangs-Tabelle von F i g. 9 erläutern. Die_ Λΐ-Gruppe von Eingangssignalen stellt die Ziffern 0 bis 7 ohne sie begleitende Korrekturbits oder übertrag- oder Borg-Bits aus dem Addierer 802 dar. Die diesen Kombinationen von Eingangssignalen entsprechenden Ausgangssignale sind eine einfache übertragung der BC O-Eingangssignale.

Die B-Gruppe_von Eingangssignalen stellt wieder die BCO-Ziffern 0 bis 7 dar, aber diesmal mit einem sie begleitenden Ubertrag-Eingangssignal aus dem Addierer 802. Wie aus den entsprechenden Ausgangssignalen_ hervorgeht, wird durch das Ubertragsbit eine 1 zur BCO-Eingangsziffer addiert. Ein Ubertragssignal wird am Addiererausgang erzeugt, wenn die BCO-Eingangsziffer eine 7 ist.

Die _C-Gruppe von Eingangssignalen stellt die Ziffern 0 bis 7 mit einem sie begleitenden Borgsignal aus dem Addierer 802 dar. Durch das Borgsignal wird eine I von der BCO-Eingangsziffer subtrahiert. Wenn die Eingangssignale die BCO-Ziffer 0 darstellen, stellen die Ausgangssignale eine BCO-Ziffer 7 mit Borger dar.

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Die D-Gruppe von Eingangssignalen veranschaulicht die. Wirkungsweise der Addierschaltung bei-der Ausführung einer Ziffernkorrektur, wenn Fehlansprechen und Nichtansprechen der Vergleicherschaltung festgestellt wird._Dje ersten Eingangssignale stellen eine BCO-Ziffer 0 mit.sie begleitendem M-Korrekturbit dar. Auf diese Kombination von Eingangssignalen hin erzeugt die Addierschaltung an ihrem Ausgang eine BCO-Ziffer 7 und ein Borgsignal. Zur »Nichtansprechentf-Korrektur stellen die Eingangs- _ϊ0 signale eine BCO-Ziffer 7 mit einem sie begleitenden P-Korrekturbit dar. _Die Schaltung korrigiert dies zu einer BCO-Ziffer 0 mit übertragcsignal.

Die Ε-Gruppe von Eingangssignalen stellt wieder . die Eingangssignale zur »Fehl- und Nichtansprechen«- Korrektur dar, aber diesmal sind die Eingangssignale entweder von einem Übertrags- oder von einem Borgsignal aus dem Addierer 802 begleitet. Die oberste Reihe von Eingangssignalen zeigt die Signale, die bei einer »Fehlansprechen«-Korrektur mit einem übertrag aus dem Addierer 802 erzeugt werden. Das Ubertragseingangssignal bewirkt die Addition einer 1 zu der normalen Korrekturausgangsziffer. Dies hat zum Ergebnis, daß die BCO-7-Signale in BCO-0-SignaIe umgewandelt werden und der »Borger« aufgehoben wird. Die zweite Reihe von Eingangssignalen stellt die »Fehlansprechen^-Korrektureingangssignale mit einem sie begleitenden Borgsignal aus dem Addierer 802 dar. Die Schaltung subtrahiert daher eine 1 von der normalen Korrekturausgangsziffer mit dem Resultat, daß die BCO-7-Signale in BCO-6-Signale umgewandelt werden. Die dritte Reihe von Eingangssignalen zeigt die »Nichtansprechen«- Korrektureingangssignale mit einem sie begleitenden Ubertragungssignal. Durch das Übertragssignal wird eine 1 zu der normalen Kombination von Korrekturausgangssignalen addiert, und dadurch werden die BCO-Signale, die eine 1 darstellen, mit einem übertrag erzeugt. Die letzte Reihe von Eingangssignalen zeigt die »Nichtansprech&«-Korrektureingangssignale mit sie begleitendem Borgsignal. Beim Subtrahieren einer 1 von den normalen Korrekturausgangssignalen verwandelt die Schaltung die eine BCO-Ziffer 0 darstellenden Signale in eine BCO-Ziffer 7 darstellende Signale und hebt den übertrag auf.

Während das hier beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Umwandlung im oktalen Zahlensystem ausführt, versteht es sich, daß durch geringfügige Abänderung erreicht werden könnte, daß die Schaltung in jedem beliebigen Zahlensystem arbeitet. Um z. B. eine Dezimalumwandlung auszuführen, müßten der Vergleicherschaltung 300 zwei weitere Schwellwertschalter hinzugefügt und im Register 600 müßten ebenso viele zusätzliche Speicherstellen verwendet werden. An der Codierschaltung 700 wären geringe Änderungen nötig, um die Signalkombination auf den elf Ausgangsleitungen des Registers 600 in'binär codierte Dezimalzahlen umzuwandeln. Es wäre eine zusätzliche Ausgangsleitung 20 zur Darstellung der Ziffernstelle »8« nötig. Weiter müßten jedem der Register 251, 252, 253 und 254 eine zusätzliche Speicherstelle und jeder der DAW-Schaltungen 201, 202, 203 und 204 ein zusätzlicher Schalter und Widerstand hinzugefügt werden. Schließlich müßten die Verstärker 181, 182, 183 und 184 so verändert werden, daß ein Verstärkungsfaktor 10 erreicht wird.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Digitalisierung in fünf Ziffern. Es kann aber jede beliebige Zahl von Ziffernstufen innerhalb vernünftiger Grenzen, die die praktische Ausführung von Schaltungen gestatten, verwendet werden.

Mit der hier beschriebenen ADW-Schaltung wird eine stark verbesserte Analog-Digital-Wandlung erreicht, da das neuartige Fehlerkorrekturmerkmai die Verwendung von weniger genauen und weniger kostfOieligen Schwellwertschaltern in' der Vergleicherschaltung gestattet und außerdem den Betrieb der Schaltungen unter »gesteuerten Fehlerbedingungen« ermöglicht. Damit -ist gemeint, daß das zu Beginn des ersten Zyklus durch den Schalter 151 der Vergleicherschaltung zugeführte Analogsignal nicht auf seinen endgültigen Wert einzuschwingen braucht, bevor die Ausgangssignale der Vergleicherschaltung abgetastet werden. Dies könnte ohne die Fehlerkorrektur zu einer fehlerhaften Bildung der höchsten Ausgangsziffer führen. Bis zu dem Zeitpunkt, in dem sich der Schalter 152 schließt, um der Vergleicherschaltung ein zweites Analogsignal zuzuführen, haben jedoch das ursprüngliche Signal auf Leitung 12 und der Verstärker 181 genügend Zeit zum Einschwingen gehabt, und das Differenzsignal auf Leitung 34 ergibt den genauen Wert des ursprünglichen Eingangssignals. Dieses Differenzsignal veranlaßt daher die Schaltung zur Ausführung einer Korrektur, wodurch die erste fehlerhafte Darstellung der höchsten Ausgangsziffer in den richtigen Wert umgewandelt wird. Da diese Wirkungsweise bei Beginn jedes Zyklus eintritt, kann eine große Zeitersparnis erzielt werden.

Die Fehlerkorrekturfähigkeit der Schaltung wird durch die vorherbestimmten Spannungspegel bestimmt, die. während der Korrekturvorgänge von dem Analogsignal subtrahiert werden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind nur ein Korrekturpegel für die »Fehlansprechentf-Korrektur und nur ein Pegel für die »Nichtansprechen«-Korrektur vorgesehen. Die Korrekturfähigkeit der Schaltung läßt sich so erweitern, daß beliebig weit aus dem Bereich herausfallende Signale verarbeitet werden können, indem weitere, außerhalb des Bereichs liegende Schwellwertschalter in der Vergleicherschaltung benutzt werden. Diese Schaltungen müßten also zwischen mehreren außerhalb des Bereichs liegenden Spannungspegeln unterscheiden und eine entsprechende Anzahl von Korrekturverfahren einleiten.

Claims

Patentansprüche:

1. Korrekturschaltung für fehlerhafte Vergleiche ohne Unterbrechung der Umwandlung bei einem Analog-Digital-Umsetzer mit in Reihe geschalteten, den Stellenwertigkeiten zugeordneten und, beginnend mit der höchsten Wertigkeit, schrittweise gesteuerten Wandlerstufen aus jeweils einem eine der Basis η des Digitalsystems entsprechende Verstärkung aufweisenden Differenzverstärker, wobei dem Minuendeneingang des ersten Verstärkers das Analogsignal und dem der folgenden Verstärker jeweils das Ausgangssignal des vorhergehenden Verstärkers zugeführt wird, während jeweils gleichzeitig dem Subtrahendeneingang des ersten Verstärkers ein aus dem Analogsignal und dem der folgenden Verstärker ein aus dem Aus-

gangssignal des jeweils vorhergehenden Verstärkers in einer Vergleicher- und Diskriminatorschaltung mit n—1 Bezugsschwellwerten gebildetes und dem höchsten überschrittenen Schwellwert entsprechendes Vergleichssignal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher- und Diskriminatorschaltung zusätzliche und festgelegte, unterhalb und oberhalb des Umwandlungsbereiches liegende, Bezugsschwellwerte aufweisende Schwellwertschalter angeschlos- ro sen sind, die bei ihrem Ansprechen dem im laufenden Umwandlungszyklus wirksamen Differenzverstärker einen den einzelnen Bezugsschwellwerten dieser zusätzlichen Schwellwertschalter fest zugeordneten Korrekturpegel zuführen, der das Analügsignal am Ausgang des Differenzverstärkers berichtigt, und die gleichzeitig ein Korrektursignal erzeugen, das in einem angeschlossenen Speicherregister mit Addierschaltung die Ziffer des vorhergehenden Zyklus korrigiert und die Ziffer des laufenden Zyklus richtig angibt.

2. Korrekturschaltung nach Anspruch 1 für Fälle, in denen eine Ziffer, der eine Ziffer α in der nächstniedrigeren Stelle folgt, um eine Einheit zu hoch angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Wert von α ein zusätzlicher Schwellwertschalter mit einem Bezugsschwellwert von a—(n— 1) Einheiten und einem Korrekturpegel von a—n Einheiten vorgesehen ist und daß das Korrektursignal die Ziffer um eine Einheit verringert und die folgende Ziffer mit α Einheiten angibt.

3. Korrekturschaltung nach Anspruch 1, für Fälle, in denen eine Ziffer, der eine Ziffer a in der nächstniedrigen Stelle folgt, um eine Einheit zu niedrig angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Wert von α ein zusätzlicher Schwellwertschalter mit einem Bezugsschwellwert von n+a Einheiten und einem Korrekturpegel von n + a Einheiten vorgesehen ist und daß das Korrektursignal die Ziffer um eine Einheit erhöht unö die folgende Ziffer mit α Einheiten angibt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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