DE1287622B

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Publication number: DE1287622B
Application number: DENDAT1287622D
Authority: DE
Priority date: 1964-12-24
Publication date: 1969-01-23
Also published as: FR1458858A; US3403393A; GB1068950A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Umsetzer zur Erdpotential verbunden ist und daß die Größe der Umsetzung binärkodierter positiver und negativer negativen Bezugsspannung und des Vorzeichenstufen-Zahlen, die in einem Ziffernstellen und eine Vorzeichen- Widerstandes so gewählt sind, daß die durch Betätigung stelle umfassenden Kode derart dargestellt sind, daß des Vorzeichenstufenschalters bewirkte negative Po-Zahlen gleichen Absolutwertes von entgegengesetztem 5 tentialverschiebung der Sammelleitung gleich dem Vorzeichen durch komplementäre Zifferngruppen aus- Produkt aus dem kleinsten erzielbaren Spannungsgedrückt sind, in Analogspannungen positiver bzw. inkrement und der Summe der Absolutbeträge von negativer Polarität, unter Anwendung einer positiven zwei durch gleiche Binärziffernstellen dargestellten und einer negativen Bezugsspannung und von Vor- positiven und negativen Zahlen ist.
zeichen- und Binärstellenstufen, die je einen ent- io Je nachdem, ob es sich um das direkte Komplement sprechend abgestuften Widerstand und einen Schalter handelt, welches einfach durch Umkehr der Binärstelumfassen, durch den über den Widerstand eine den len gewonnen wird, oder um das Einerkomplement Stufen gemeinsame Sammelleitung mit einer der Bezugs- oder um irgendein anderes Komplement, wird der spannungen verbindbar ist, wobei die Sammelleitung mit Widerstand der Vorzeichenstufe entsprechend demender Bezugsspannung verbindbar ist, wobei die Sammel- 15 sioniert, so daß der erfindungsgemäße Digital-Analogleitung mit der Bezugsspannung der einen Polarität Umsetzer sehr vielseitig anwendbar ist.
durch die Vorzeichenstufe, mit der der anderen Po- Bei einem Binär-Analog-Umsetzer, der mit Zweier-

larität durch jede der Binärstellenstufen verbindbar ist. komplementen und vier Ziffernstellen arbeitet und Aus der USA.-Patentschrift 3 157 873 ist ein derarti- dessen kleinstes am Ausgang erzielbares Spannungsger Digital-Analog-Umsetzer bekannt, der im Rück- 20 inkrement 1 Volt beträgt, muß die erfindungsgemäß einkopplungskreis eines Analog-Digital-Umsetzers liegt. zuführende Vorspannung 16 Volt betragen, da die Die Berücksichtigung des Vorzeichens der umzusetzen- Summe der Absolutwerte der durch gleiche Binärden positiven oder negativen Zahl geschieht durch ziffernsteilen dargestellten positiven und negativen Anschaltung des Widerstandes der Vorzeichenstellen- Zahlen unter Zugrundelegung der Zweierkomplementstufe an die Bezugsspannung der einen Polarität. Die 25 Zahlendarstellung bei vier Ziffernstellen immer 16 Schalter der Vorzeichen-und Binärstellenstufen weisen beträgt. Zur Veranschaulichung dieser allgemeinen zwei Schalterstellungen auf; in der einen Schalter- Formulierung betrachtet man beispielsweise die digistellung wird die Sammelleitung über den jeweiligen tale Eingangszahl »+ 7«, welche die Binärdarstellung Widerstand mit der Bezugsspannung verbunden, wäh- Olli hat. Dieselbe Ziffernkombination Olli ergibt rend in der zweiten Schalterstellung die leitende Ver- 30 sich unter Zugrundelegung des Zweierkomplements bindung zwischen dem Widerstand und der Bezugs- für die negative Eingangszahl »—9«. Addiert man die spannung unterbrochen wird. In der zweiten Schalter- Absolutwerte der durch die gleiche Ziffernkombination stellung liegt das betroffene Ende des Widerstandes dargestellten positiven und negativen Zahlen, so erhält frei, so daß der betroffene Widerstand auch nicht im man 7 + 9 = 16.
Stromkreis liegt. 35 Die vorliegende Erfindung läßt sich für jedes kom-

Ferner ist aus der Literaturstelle Susskind, plementäre Zahlenschema anwenden, indem einfach »Notes on Analog Digital Conversion Techniques«, die Verschiebung des Ausgangspotentials in Überein-1958, S. 5—35 bis 5—46 bekannt, daß Digital-Analog- Stimmung mit dem vorliegenden Vorzeichen durchUmsetzer, bei denen die Sammelleitung über parallel- geführt wird. Bei Anwendung des binären Einerkomple-Iiegende Binärstellenwiderstände einzeln durch Schalter 40 mentsystems mit beispielsweise vier Ziffernstellen mit einer Bezugsspannung verbindbar ist, während in ergibt sich eine Verschiebung des Ausgangspotentials der anderen Schalterstellung das betroffene der Bezugs- um nur 15 Spannungsinkremente, da sich der Faktor 15 spannung zugewandte Widerstandsende frei liegt, mit auch wieder ergibt als Summe der Absolutwerte der einem systematischen Fehler behaftet sind. Dieser durch gleiche Ziffernkombinationen dargestellten posisystematische Fehler läßt sich vermeiden, wenn das 45 tiven und negativen Zahlen. Betrachtet man beider Bezugsspannung zugewandte Ende jedes der spielsweise die positive Eingangszahl »+7« in der Binärstellenwiderstände zwischen der Bezugsspannung binären Schreibweise Olli, so ergibt sich im Einerund einem weiteren Potential hin- und hergeschaltet komplementsystem für die gleiche binäre Ziffemwird, so daß das betroffene Ende in keiner der beiden kombination Olli die Zahl »—8«. Addiert man die Schalterstellungen frei liegt. Bei der solchermaßen 50 Absolutwerte dieser beiden Zahlen, so ergibt sich beschriebenen Anordnung ist allerdings nur die Um- 7 + 8 = 15.

Setzung von binärkodierten Zahlen einer Polarität Eine verallgemeinerte Ausführungsform der Ermöglich, findung betrifft einen Umsetzer zur Umsetzung von

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe Zahlen, die in einem Zahlensystem der Basis b durch η zugrunde, einen Digital-Analog-Umsetzer zu schaffen, 55 Ziffernstellen dargestellt sind, wobei Zahlen gleichen mit dem in einwandfreier Weise positive und negative Absolutwertes und entgegengesetzten Vorzeichens Zahlen in entsprechende positive bzw. negative Span- durch das (b—/)-Komplement ausgedrückt sind mit nungswerte umgesetzt werden, wobei lediglich Voraus- Werten für i von O bis (Jb—1), in einem analogen setzung sein soll, daß positive und negative Zahlen glei- elektrischen Spannungswert und kennzeichnet sich chen Absolutwertes zueinander komplementär sind. 60 dadurch, daß die genannte Potentialverschiebung in

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen ihrer Größe dem Produkt aus dem kleinsten am AusUmsetzer gelöst, der sich dadurch kennzeichnet, daß gang erzielbaren Spannungsinkrement und dem Wert die Sammelleitung durch den Schalter der Vorzeichen- (bⁿ—i) entspricht.

stufe wahlweise mit Erdpotential oder mit der nega- Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden

tiven Bezugsspannung und durch die Schalter der 65 in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Binärstellenstufen wahlweise mit Erdpotential oder Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den

mit der positiven Bezugsspannung verbindbar ist, Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden daß die Sammelleitung über einen Widerstand mit näher beschrieben. Es zeigt

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F i g. 1 das Schaltdiagramm einer ersten Ausfüh- zugeordnet ist, direkt proportional. Der Leitwert des

rungsform eines bipolaren Digital-Analog-Umsetzers Widerstandes 30, der dem die Ziffernstelle 2 ° reprä-

gemäß der Erfindung, wobei Eingangszahlen gleichen sentierenden Schalter 20 zugeordnet ist, hat den Wert Y,

Wertes, jedoch entgegengesetzten Vorzeichens durch während die Leitwerte der Widerstände 31, 32 und 33,

Zweierkomplemente dargestellt sind, 5 die den Ziffernstellen 2¹, 2² bzw. 2³ entsprechen, die

Fig. 2 eine diagrammatische Darstellung, die die Werte 2 F, 4 Y bzw. 8 Y auf weisen. Der der Vorzeichen-Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und den stelle zugeordnete Widerstand 34 hat — aus Gründen, verschiedenen Kombinationen der Stellungen der Ein- die später noch erläutert werden — einen Leitwert von gangsschalter im Schaltkreis von F i g. 1 darstellt, 16 Y, also den doppelten Wert als der der höchsten

F i g. 3a das Schaltbild eines schnell schaltenden, io Ziffernstelle zugeordnete Widerstandsleitwert beträgt,

transistorisierten einpoligen Wechselschalters, wie Die Leitwerte der Widerstände 36 und 38 sind in diesem

er zur Eingabe der Ziffernstellen in dem Schaltkreis Ausführungsbeispiel willkürlich mit den Werten Y

nach F i g. 1 verwendet werden kann, bzw. 32 Y festgelegt. Man erkennt, daß diesen Wider-

F i g. 3b das Schaltbild eines schnell schaltenden, ständen keine Schalter zugeordnet sind und sie immer

transistorisierten einpoligen Wechselschalters, der 15 eine Verbindung zwischen der Ausgangsleitung 10

in der Schaltung nach F i g. 1 zur Eingabe des Vorzei- und der Masseleitung 14 herstellen. Infolgedessen

chens verwendet werden kann, bilden sie einen Ausgangskreis, der die Steigung und

F i g. 4 eine diagrammatische Darstellung, die die die Achsenabschnitte der Ausgangsspannungskurve

Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und den beeinflußt, jedoch nicht deren Linearität,

verschiedenen Kombinationen der Stellungen der Ein- 20 Um die Änderung der Ausgangsspannung E₀ im

gangsschalter in einem Schaltkreis gemäß F i g. 1 dar- Hinblick auf die verschiedenen Kombinationsmög-

stellt, unter Zugrundelegung eines zweiten Ausfüh- lichkeiten der durch die Schalter 20 bis 24 eingegebe-

rungsbeispiels, das gegenüber dem ersten Ausführungs- nen digitalen Eingangswerte zu analysieren, kann man

beispiel insofern modifiziert ist, daß Eingangszahlen das Überlagerungsprinzip anwenden, da für das

gleichen Wertes, jedoch entgegengesetzten Vorzeichens 25 vorliegende Ausführungsbeispiel nur stationäre Schalt-

durch Einerkomplemente dargestellt sind. kreisbedingungen zu betrachten sind. Es kann deshalb

Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs- der von jedem Netzwerkwiderstand gelieferte Spangemäßen bipolaren Digital-Analog-Umsetzers wird nungsbeitrag individuell bestimmt werden, und man unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben. An eine kann die sich für jede eingegebene digitale Zahl Ausgangsleitung 10 sind in Parallelschaltung mehrere 30 einstellende Ausgangsspannung durch algebraische Widerstände 30,31,32,33,34,36 und 38 angeschlossen. Summierung der einzelnen Spannungsbeiträge der An die Leitung 10 ist auch eine Ausgangsklemme 12 entsprechenden Netzwerkwiderstände ermitteln,
angeschlossen, an die ein geeignetes Spannungsanzeige- Der von jedem Widerstand gelieferte Spannungsgerät oder ein Auswerteschaltkreis (in der Zeichnung beitrag läßt sich durch Betrachten der Spannung an nicht dargestellt) angeschlossen werden kann. Die zur 35 der Klemme 12 bestimmen, wenn der dem gegebenen Ausgangsleitung entgegengesetzten Enden der Wider- Widerstand zugeordnete Schalter den Kontakt mit stände 36 und 38 sind am Massepotential angeschlossen, der Z>-Klemme herstellt, während alle anderen Schalter während die zur Leitung 10 entgegengesetzten Enden auf die Masseklemme α eingestellt sind. Wenn man also der Widerstände 30, 31, 32, 33 und 34 an die Schalter- den Widerstand 30 in dieser Art untersucht, so stellt arme mehrerer einpoliger Wechselschalter 20, 21, 22, 40 man fest, daß der durch ihn fließende Strom gleich ist 23 bzw. 24 angeschlossen sind. Jeder dieser Wechsel- dem Wert
schalter umfaßt ein Paar von Eingangsschaltklemmen a (j/_ E₀) Y.
und b. Die Klemme α jedes Wechselschalters ist über

die Erdungsleitung 14 mit Masse verbunden. Die Der Gesamtstrom in den übrigen Widerständen

Klemmen b der Schalter 20, 21, 22 und 23 sind mit 45 entspricht dem Wert
Hilfe der Leitung 19 gemeinsam verbunden und an

eine Referenzklemme 18 angeschlossen, die mit einer E₀ (Y + 16 Y + 8 Y + 4 Y + 2 Y + 32 Y).
sehr genauen Spannung von der Größe + F beaufschlagt ist. Die Klemme b des Schalters 24 ist an die Werden diese beiden Terme einander gleichgesetzt Referenzklemme 16 angeschlossenen, die mit einer sehr 50 und nach E₀ aufgelöst, so findet man, daß der Spangenauen negativen Spannung von der Größe — F be- nungsbeitrag des Widerstandes 30 dem Wert F/64 entaufschlagt ist. Die drei genannten Referenzspannungs- spricht.

niveaus — F, + F und Massepotential können durch Wenn diese Rechnung für jeden der anderen drei eine einzige Präzisionsspannungsquelle in bekannter Stellenwertwiderstände wiederholt wird, so findet man Weise erzeugt werden. 55 für die Widerstände 31, 32 und 33 die folgenden Span-Die Schalter 20, 21, 22 und 23 entsprechen den Stel- nungsbeiträge: F/32, F/16 bzw. F/8.
lenwerten 2 °, 2¹, 2² und 2³ der binären Eingangszahl. Betrachtet man nun das Diagramm von F i g. 2, Der Schalter 24 entspricht der Vorzeichenstelle der so kann man sehen, daß das Spannungsniveau an der Eingangszahl. Die Schalter werden so betätigt, daß Ausgangsklemme 12 in Spannungsinkrementen von der Schaltarm beim Vorhandensein eines »Null«-Bits 60 F/64 Volt schwankt, und zwar von 0 Volt bis + 10 F/64 in der betreffenden Ziffernposition eine Verbindung Volt bei Betätigung der Eingangsschalter 20, 21, 22 mit der Klemme α herstellt. Der Schaltarm wird in und 23 in Übereinstimmung mit der binären Darstelseine rechte Position umgelegt, in der er einen Kontakt lung der Zahlenwerte von 0 bis +10.
mit der Klemme b herstellt, wenn in der betreffenden Aus F i g. 2 ist ferner ersichtlich, daß es immer Ziffernstelle eine binäre »1« steht. 65 16 Spannungsinkremente gibt, durch die positive und

Der Leitwertjedes der verwendeten Widerstände, die negative, durch identische Bitgruppen dargestellte

den Ziffernstellenschaltern zugeordnet sind, ist dem Eingangszahlen voneinander getrennt sind, unter der

numerischen Wert der Ziffernstelle, dem der Schalter Voraussetzung, daß man nur die rechten vier Stellen-

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wertbits betrachtet und das Zweierkomplementschema einem in der Zeichnung nicht dargestellten externen zugrunde legt. Zur Illustration ist in der Zeichnung Schaltkreis, beispielsweise einem Flip-Flop eines digibeispielsweise der Spannungsunterschied zwischen den talen Eingangsregisters, stammen können. Ein negazwei Eingangszahlen + 8 und —8, die beide durch die tiver Spannungssprung im Eingangsschaltsignal soll Stellenwertbitgruppe 1000 dargestellt werden, ange- 5 andeuten, daß sich das Bit in der betreffenden Zifferngeben, und es ergibt sich hierfür ein Spannungsunter- stelle des Eingangsregisters von »0« nach »1« ändert, schied von 16 V/64 Volt. Aus F i g. 2 ist ferner zu während durch einen positiven Sprung des Eingangsersehen, daß die Progression der negativen Zahlen gegen schaltsignals ein Übergang von »1« nach »0« angezeigt Null identisch ist der Progression der positiven Zahlen werden soll. Wenn sich der Eingang auf dem »0«-Niin der von Null abgewandten Richtung. Zur Illustration io veau befindet, so ist der Steuertransistor 40 aktiviert dieser Feststellung betrachtet man die Zahlen von und hält damit den Schalttransistor 44 im gesättigten —10 bis —6, die durch die folgenden Stellenwertbit- Leitfähigkeitszustand, während der Schalttransistor 42 gruppen dargestellt sind: 0110, Olli, 1000, 1001 und in einem nichtleitenden Zustand gehalten wird. Da-1010. Diesselbe Bitgruppenreihenfolge ergibt sich für durch entsteht ein Stromweg niedriger Impedanz vom die positiven Zahlen + 6 bis +10. 15 zugeordneten Netzwerkwiderstand durch den Tran-Um nun mit der Schaltung nach F i g. 1 eine bipolare sistor 44 zum Massepunkt, wodurch das gleiche Ergeb-Arbeitsweise zu erzielen, sind Mittel vorgesehen zur nis erzielt wird wie bei der a-Schaltstellung der Schal-Verschiebung des Ausgangsspannungsniveaus um ter 20 bis 23 in F i g. 1.

16F/64oder V/4 Volt in Abhängigkeit vom Bitwert der Wenn die Umschaltung auf den Eingangspegel »1« Vorzeichenstelle der Eingangszahl. Den zur Span- a° erfolgt, so wird der Steuertransistor 40 abgeschaltet, nungsniveauverschiebung benötigten Wert von V/4 Volt wobei seine Kollektorspannung ansteigt. Dadurch wird erhält man durch Multiplikation des kleinsten am der Schalttransistor 44 abgeschaltet und der Schalt-Ausgang 12 erzielbaren Spannungsinkrements, das ist transistor 42 in seinen gesättigten Zustand umge-F/64 Volt, mit der Zahl 16, nämlich mit der Summe schaltet, wobei jetzt der Netzwerkwiderstand über der Absolutwerte der durch gleiche Stellenwertbit- 35 einen niedrigen Impedanzwert an die positive Referenzgruppen dargestellten positiven und negativen Zahlen. spannung + V angeschlossen wird. Dies entspricht in In der Schaltung nach F i g. 1 wird diese Spannungs- seiner Wirkung der ^-Schalterstellung der Umschalter Verschiebung herbeigeführt mit Hilfe der — F-Referenz- 20 bis 23 in F i g. 1.

spannung, die über den Widerstand34 an die Aus- Fig. 3b zeigt einen transistorisierten Hochgegangsklemme 12 mit Hilfe des Schalters 24 anschließ- 3° schwindigkeitsschalter, der an Stelle des Umschalters 24 bar ist, der in diesem Falle den Kontakt mit der in F i g. 1 verwendet werden kann. Die Schaltung von Schalterklemme b herstellt. Wenn durch ein Vor- Fig. 3b ähnelt in ihrer Struktur der Schaltung von zeichenbit »0« das Vorliegen einer positiven Zahl ge- Fig. 3a, jedoch sind die Leitfähigkeiten der Trankennzeichnet wird, so erzeugt beispielsweise die sistoren und die Spannungspolaritäten bei den An-Stellenwertbitgruppe 1000 an der Ausgangsklemme 12 35 Schlüssen entgegengesetzt. Der Schalttransistor 52 ist ein Spannungspotential von +8F/64Volt, was der vom PNP-Leitfähigkeitstyp, und sein Kollektor ist positiven Zahl +8 entspricht. Wenn jedoch ein Vor- über die Anschlußklemme 16 mit der Referenzspanzeichenbit »1« vorliegt, so wird der Schalter 24 auf die nungsquelle — V verbunden. Der Schalttransistor 54 Klemme b umgeschaltet, und die gleiche Stellenwertbit- ist vom NPN-Leitfähigkeitstyp, und sein Kollektor ist gruppe 1000 erzeugt jetzt ein Ausgangsspannungs- 40 mit dem Massereferenzpotential verbunden. Die niveau von — 8F/64 Volt, wodurch die Zahl —8 ge- Emitter dieser beiden Transistoren 52 und 54 sind gekennzeichnet wird. Wie man aus diesem Beispiel er- meinsam an den Vorzeichenstellenwiderstand 34 (vgl. sieht, erzeugt die Schaltung nach F i g. 1 in Abhängig- F i g. 1) angeschlossen. Der Steuertransistor 50 ist vom keit vom vorhandenen Vorzeichenbit echte bipolare PNP-Leitfähigkeitstyp; mit Emitter und Kollektor analoge Ausgangsspannungen für binäre Eingangs- 45 liegt er zwischen positiven bzw. negativen Vorspanzahlen, die nach dem Zweierkomplementschema ver- nungspotentialen. Der Kollektor des Schalttransistors schlüsselt sind. 50 ist direkt mit der Basis des Transistors 52 und über

F i g. 3 a zeigt einen transistorisierten Hochgeschwin- ein i?C-Glied mit der Basis des Transistors 54 verbundigkeitsschalter, der an Stelle der einpoligen Wechsel- den. Das Vorzeichenbit darstellende Eingangsimpuls schalter 20, 21, 22 und 23, die in F i g. 1 nur ganz 50 der einzugebenden Zahl wird an die Basis des Steuerschematisch dargestellt sind, verwendet werden kann. transistors 50 angelegt. Auch diese Signale können Der erste Schalttransistor 42 ist vom NPN-Leitfähig- wieder in einem externen Schaltkreis erzeugt werden, keitstyp, und sein Kollektor ist über die Anschluß- beispielsweise im Vorzeichen-Flip-Flop des digitalen klemme 18 mit der positiven Referenzspannung + V Eingangsregisters (in Fig. 3b nicht dargestellt). Ein verbunden. Ein zweiter Schalttransistor 44 ist vom 55 positiver Spannungspegel an der Basis des Transistors PNP-Leitfähigkeitstyp, und sein Kollektor ist mit 50 repräsentiert das Vorzeichenbit »1«; durch eine Massepotential verbunden. Die Emitter beider Schalt- solche Vorspannung wird der Steuertransistor 50 in transistoren 42 und 44 sind beide an den zugeordneten einen nicht leitfähigen Zustand versetzt, d. h. ausge-Netzwerkwiderstand angeschlossen. Schließlich ist schaltet. Dadurch wird der Schalttransistor 52 in einem noch ein Steuertransistor vom NPN-Leitfähigkeitstyp 60 gesättigten Leitfähigkeitszustand gehalten, und die vorgesehen, der über Kollektor und Emitter an ein Referenzspannungsquelle — V wird über einen Verbinpositives bzw. negatives Vorspannungspotential ange- dungsweg niedriger Impedanz an das Widerstandsschlossen ist. Der Kollektor des Steuertransistors 40 netzwerk angelegt. Gleichzeitig wird der Schalttranist direkt mit der Basis des Schalttransistors 42 und sistor 54 in einem nicht leitfähigen Zustand gehalten, über ein i?C-Glied mit der Basis des Schalttransistors 44 65 Wenn an der Basis des Transistors 50 ein negativer verbunden. Spannungssprung von »1« nach »0« eintritt, so tritt eine

Der Basis des Steuertransistors 40 werden ent- Umkehrung der Leitfähigkeitszustände der Schaltsprechende Eingangsschaltsignale zugeführt, die von transistoren 52 und 54 ein, und das Massereferenz-

potential wird an das Widerstandsnetzwerk über einen Stromweg niedriger Impedanz, dargestellt durch den Transistor 54, angeschlossen.

Es sei hervorgehoben, daß die mit Bezug auf die Fig. 3a und 3b beschriebenen Transistorschalter nur eine mögliche Ausführungsform von Hochgeschwindigkeitsschaltern darstellt, die sich mit befriedigendem Ergebnis im erfindungsgemäßen bipolaren Digital-Analog-Umsetzer einsetzen lassen. Man kann selbstverständlich auch andere Ausführungsformen von einpoligen Wechselschaltern verwenden, die Stromwege so umzuschalten vermögen, daß sie entweder eine hohe oder eine niedrige Impedanz darstellen.

F i g. 4 zeigt die Beziehungen auf zwischen der Ausgangsspannung und den verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der Eingangsschalter für einen bipolaren Binär-Analog-Umsetzer, der schaltungsmäßig im großen und ganzen identisch ist dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, lediglich mit dem Unterschied, daß an die Anschlußklemme 16 nun nicht ein negatives Referenzpotential von — FVoIt, sondern ein solches von —15F/16 Volt angeschlossen ist. Wenn man in F i g. 4 die binäre Darstellung der negativen Eingangszahlen betrachtet, erkennt man, daß diesem Ausführungsbeispiel das Einerkomplementschema zugrunde gelegt ist, so daß diese Schaltung also in der Lage ist, bipolare digitale Eingangszahlen in analoge Spannungswerte umzusetzen, wobei die negativen Zahlen dargestellt sind als das Einerkomplement entsprechender positiver Zahlen.

Wie aus der graphischen Darstellung von F i g. 4 zu erkennen ist, trennen nur 15 Ausgangsspannungsinkremente gleiche Ziffernstellenbitgruppen von positiven und negativen Zahlen. Das kommt daher, weil die entlang der Ordinate aufgetragenen Eingangszahlen den von den Werten —10 bis +10 gebildeten Bereich der aus vier Binärstellen gebildeten Zahlen darstellt unter Zugrundelegung des binären Einerkomplements für die Repräsentation positiver und negativer Zahlenwerte. In diesem Einerkomplementschema ist die Summe der Absolutwerte der durch gleiche Stellenwertbitgruppen dargestellten positiven und negativen Zahlen gleich 15. Deshalb braucht bei Einerkomplement-Eingangszahlen nur eine Ausgangsspannungsverschiebung von 15F/64Volt durch den Widerstand 34 (vgl. Fig. 1) vorgesehen zu werden, um eine bipolare Operationsweise des Umsetzers zu erzielen. Man erreicht dies durch Anlegen eines Referenzpotentials in der Größe von —15 K/16 Volt an die Anschlußklemme 16. Alle anderen Schaltungsparameter für dieses Ausführungsbeispiel bleiben dieselben wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1.

Aus den Diagrammen der F i g. 2 und 4 läßt sich ein allgemeiner Ausdruck für die notwendige vorzeichengesteuerte Spannungsverschiebung ableiten, die für jedes Schema einer komplementären Zahlendarstellung gilt. Es wird angenommen, b sei die Basis des zugrunde gelegten Zahlensystems und η sei die Anzahl der Ziffernstellen, die dem Eingang zugeführt werden. Dann ist die Summe der Absolutwerte der durch identische έ-Komplemente der Ziffernstellenbitgruppen dargestellten positiven und negativen Zahlen gleich bⁿ. Die Summe der Absolutwerte der durch identische (b — 1)-Komplemente der Ziffernstellenbitgruppen dargestellten positiven und negativen Zahlen ist gleich (bⁿ — 1). Für (b — 2)-Komplemente ist diese Summe gleich (bⁿ — 2). Das setzt sich so fort, und man kann allgemein sagen, daß für (b — z)-Komplemente die genannte Summe gleich ist (bⁿ — i).

Die erforderliche vorzeichenabhängige Verschiebung des Ausgangspotentials läßt sich allgemein ausdrücken durch Δ K, wobei Δ das kleinste am Ausgang erzielbare Spannungsinkrement darstellt, während .£ der Summe der Absolutwerte der durch gleiche Ziffernkombinationen dargestellten positiven und negativen Zahlen entspricht, wobei die Summe in der beschriebenen Weise zu berechnen ist.

Aus Gründen der Einfachheit wurden für die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele nur Zahlen mit vier binären Ziffernstellen verwendet. Es läßt sich aber jede beliebige Anzahl von binären Stellenwerten verarbeiten, einfach durch Einverleibung der gewünschten Gesamtzahl von den Ziffernstellen entsprechenden gewichteten Netzwerkwiderständen und Schaltern. Es ist auch nicht notwendig, alle Netzwerkwiderstände miteinander parallel zu schalten. Falls gewünscht, können

so Gruppen paralleler Widerstände, wie beispielsweise die Widerstände 30 bis 33 in Fig. 1, auf der Ausgangsleitung voneinander getrennt werden durch entsprechend gewichtete Serienwiderstände, um beispielsweise jeder parallelen Widerstandsgruppe ein be-

stimmtes dezimales Gewicht in Übereinstimmung mit einem binär kodierten Dezimalsystem zu geben.

Claims

Patentansprüche:

1. Umsetzer zur Umsetzung binär kodierter positiver und negativer Zahlen, die in einem Ziffernstellen und eine Vorzeichenstelle umfassenden Kode derart dargestellt sind, daß Zahlen gleichen Absolutwertes von entgegengesetztem Vorzeichen durch komplementäre Zifferngruppen ausgedrückt sind, in Analogspannungen positiver bzw. negativer Polarität, unter Anwendung einer positiven und einer negativen Bezugsspannung und von Vorzeichen- und Binärstellenstufen, die je einen entsprechend abgestuften Widerstand und einen Schalter umfassen, durch den über den Widerstand eine den Stufen gemeinsame Sammelleitung mit einer der Bezugsspannungen verbindbar ist, wobei die Sammelleitung mit der Bezugsspannung der einen Polarität durch die Vorzeichenstufe, mit der der anderen Polarität durch jede der Binärstellenstufen verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (10) durch den Schalter (24) der Vorzeichenstufe wahlweise mit Erdpotential oder mit der negativen Bezugsspannung (— F) und durch die Schalter (20 bis 23) der Binärstellenstufen wahlweise mit Erdpotential oder mit der positiven Bezugsspannung (+ F) verbindbar ist, daß die Sammelleitung (10) über einen Widerstand (36, 38) mit Erdpotential verbunden ist und daß die Größe der negativen Bezugsspannung (-F) und des Vorzeichenstufenwiderstandes (34) so gewählt sind, daß die durch Betätigung des Vorzeichenstufenschalters (24) bewirkte negative Potentialverschiebung der Sammelleitung (10) gleich dem Produkt aus dem kleinsten erzielbaren Spannungsinkrement (Δ) und der Summe (K) der Absolutbeträge von zwei durch gleiche Binärziffernstellen dargestellten positiven und negativen Zahlen ist.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitwert des Vorzeichenstufenwiderstandes (34) um den Faktor 2 größer ist als

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der Leitwert des Widerstandes (33) der höchstwertigen Binärstellenstufe.

3. Umsetzer zur Umsetzung von Zahlen, die in einem Zahlensystem der Basis b durch η Ziffernstellen dargestellt sind, wobei Zahlen gleichen Absolutwertes und entgegengesetzten Vorzeichens durch das (b — z)-Komplement ausgedrückt sind mit Werten für i von 0 bis (b — 1), in einem analogen elektrischen Spannungswert nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ge- ίο nannte Potentialverschiebung in ihrer Größe dem

Produkt aus dem kleinsten am Ausgang (12) erzielbaren Spannungsinkrement (A) und dem Wert (bⁿ — i) entspricht.

4. Umsetzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Binärstellenstufen und in der Vorzeichenstufe Transistorschalter (Fig. 3a, 3b) verwendet werden, wobei die in den Binärstellenstufen verwendeten Transistoren (40, 42, 44) von komplementärer Leitfähigkeit sind im Vergleich zu den in der Vorzeichenstufe verwendeten Transistoren (50, 52, 54).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen