DE1291777B - Nichtlinearer elektronischer Digital-Analogumsetzer - Google Patents

Nichtlinearer elektronischer Digital-Analogumsetzer

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DE1291777B
DE1291777B DES113493A DES0113493A DE1291777B DE 1291777 B DE1291777 B DE 1291777B DE S113493 A DES113493 A DE S113493A DE S0113493 A DES0113493 A DE S0113493A DE 1291777 B DE1291777 B DE 1291777B
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Germany
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analog converter
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electronic digital
amplifier
analog
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Withdrawn
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DES113493A
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English (en)
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Hubert
Dipl-Ing Helmut
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10Calibration or testing
    • H03M1/1066Mechanical or optical alignment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektronischen Digital-Analogumsetzer mit exponentiellem Zusammenhang zwischen digitalem Eingangs- und analogem Ausgangswert.
  • Bei Steuerungen für Werkzeugmaschinen mit kontinuierlich arbeitenden Vorschubantrieben (z. B. Gleichstromnebenschlußmotoren) müssen die auf einem Lochstreifen digital programmierten Größen für den Vorschub der einzelnen Antriebe in entsprechende analoge Werte umgesetzt werden. Dies bereitet keine Schwierigkeiten, falls die Vorschubwerte direkt programmiert sind, z. B. der Zahl 20 auf dem Lochstreifen die Vorschubgeschwindigkeit 20 mm/sec und der Zahl 30 die Vorschubgeschwindigkeit 30 mm/sec zugeordnet ist. Hier brauchen nur den einzelnen Ziffern der betreffenden Zahl entsprechende Ströme -oder Spannungen zusammengefaßt und dem Regler des Antriebs vorgegeben werden.
  • F i g. 1 zeigt hierzu die Prinzipschaltung eines Digital-Analogumsetzers für den Fall einer zweistelligen nach A i k e n codierten Zahl.
  • An ein gemeinsames Potential -I- U sind über vom Lochstreifen her steuerbare Schalter 5 (z. B. Transistoren) gestufte Widerstände wahlweise anschließbar. Die der Zehnerdekade 3 zugeordneten Widerstände sind dabei in der Reihenfolge von oben nach unten im Verhältnis 4 : 2: 1: 2 (z. B. 40, 20, 10, 20 Kiloohm) gestuft. Ebenso sind die Widerstände der Einerdekade 4 abgestuft; sie sind allerdings um eine Zehnerpotenz jeweils größer (also z.B. 400, 200, 100, 200 Kiloohm). -- -Je nach der gewünschten Zahl werden verschiedene der Schalter 5 geschlossen und die »gewichteten« Endströme am Ausgang der Dekaden 3 und 4 einem Operationsverstärker 1 mit fester Rückführung 2 zugeführt. Die am Ausgang dieses Operationsverstärkers 1 auftretende Spannung U" entspricht der gewünschten Analogspannung für den Vorschubantrieb.
  • Häufig besteht aber die Forderung, die Vorschubgrößen nicht direkt, sondern nach bestimmten Richtlinien, z. B. nach VDI 3252, codiert zu programmieren. Hierbei bilden die auf dem Lochstreifen vorliegenden Zahlen zwar eine arithmetische Reihe, also z. B. 40, 42, 44, 46 ... 80, 82, 84 ... usf., die zugehörigen verlangten analogen Vorschubgrößen jedoch eine geometrische Reihe: z. B. 12,5, 16, 20... 1000, 1250, 1600 ....
  • Der erforderliche Zusammenhang zwischen den Eingangsgrößen und den Ausgangsgrößen des Digital-Analog-Wandlers ist also nicht mehr linear; Tabelle 1 zeigt diese Zusammenhänge: In der ersten Spalte ist die Nummer (Nr:)- des Vorschubs angegeben, wie er auf dem Lochstreifen programmiert ist, in Spalte 2 der gewünschte zugehörige Vorschub in mm/min und in Spalte 3 die am Reglereingang des Vorschubantriebes verlangte zugehörige Spannung Ua.
  • Die weiteren Spalten 4 und 5 der vorliegenden Tabelle werden späterhin erläutert.
  • Ein nichtlinearer (exponentieller) Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße bei einem Verstärker läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß in. die Rückführung des Verstärkers nichtlineare Elemente, z. B. Dioden-Widerstandsnetzwerke, eingesetzt werden. Bei einer genauen Durchrechnung dieser Lösung für den vorliegenden Fall zeigt es sich jedoch, daß die verlangten Werte sehr ungünstig liegen; so bedingt eine Änderung der Eingangsgrößen von 1 : 2 eine Änderung der Ausgangsgrößen von 1:100 (vgl. Tabelle 1). Die hierfür erforderliche Kennlinie läßt sich praktisch infolge der Streuungen der einzelnen Elemente und ihrer Temperaturabhängigkeit kaum verwirklichen.
  • Bisher hat man sich derart beholfen, daß die tetradenverschlüsselte zweistellige Vorschubzahl (Nr.) in den 1/100-Code (das heißt: 1 aus 100) umgerechnet wird.
  • F i g. 2 zeigt diese Lösung.
  • Für die Dekade 101 ist ein 1/10-Decoder 7 erforderlich, der an seinem Ausgang den Ziffern von 0 bis 9 entsprechende Ströme abgeben kann. Dem Decoder 7 sind noch zehn weitere Decoder 6 für die Dekade 100 zugeordnet. Durch Anwahl eines bestimmten Ausganges (Widerstandes) im Decoder 7 und durch Auswahl eines bestimmten Ausganges (Widerstandes) in dem dann zugeordneten Decoder 6 erhält man einen Summenstrom, dessen Wert dem der betreffenden Zahl zugeordneten Vorschubwert entspricht.
  • Bei einem vollständigen Ausbau dieser Schaltung benötigt man elf 1/10-Decoder und hundert Widerstände. Auch wenn nicht alle Werte gebraucht werden, also wenn z. B. nur fünf Decoder verwendet werden, ist der Aufwand noch verhältnismäßig groß.
  • Es ist weiterhin bereits eine Digital=Analogumsetzvorrichtung, insbesondere zur Decodierung in Impulscodemodulationsanlagen, bekannt (schweizerisches Patent 430793),-bei der das digitale Eingangssignal aus zwei- Gruppen besteht. Die eine Gruppe enthält nur die höchsten Ziffern einer zu übertragenden Zahl- und die zweite Gruppe die Lage der am wenigsten bedeutenden Ziffer der Zahl. Das Eingangssignal ist also gewissermaßen in zwei Faktoren zerlegt, deren Produkt das benötigte Ausgangssignal ergibt. -Zur Umsetzung dieser digitalen Werte in analoge Werte dient ein Differenzverstärker, an dessen einen Eingang »gewichtete« Stromquellen entsprechend den höchsten Ziffern der zu übertragenden Zahl anschließbar sind. Zur Berücksichtigung des Stellenwertes wird durch eine Dechiffriermatrix aus der zweiten Gruppe ein Signal gebildet, durch das ein passender Widerstand zwischen den erwähnten Eingang des Differenzverstärkers und den anderen geerdeten Eingang geschaltet wird. Der von den gewichteten Stromquellen abgegebene Strom wird also entsprechend dem Stellenwert des Eingangssignals verringert. Würde man ein derartiges System zur Steuerung des Vorschubes benutzen, so müßte neben der Vorschubnummer gleichzeitig auch noch ein Faktor mit auf dem Lochstreifen programmiert werden, mit dem dann die Vorschubnummer im Digital-Analogumsetzer zu multiplizieren wäre. Dieser zusätzliche mitprogrammierte Faktor bedeutet aber einen erheblichen Mehraufwand.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch aus digitalen Eingangswerten, denen kein besonderer Faktor von vornherein zugeordnet ist, Analog-Signale zu bilden, die hinsichtlich ihrer Staffelung einen exponentiellen Zusammenhang mit den Eingangssignalen aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß abhängig vom Eingangswert zwei Faktoren einstellbar sind, deren in einer aus der Analog-Rechentechnik bekannten Schaltung ermitteltes Produkt als Ausgangswert dient. Mit anderen Worten ausgedrückt: es wird also nicht die Eingangsziffer in zwei Faktoren zerlegt, sondern der Ausgangswert aus zwei Faktoren gebildet, die entsprechend dem Eingangswert jeweils für sich einstellbar sind. Eine besonders einfache Schaltung ergibt sich dann, wenn die Produktaufspaltung so gewählt ist, daß sich innerhalb einer Dekade jeweils nur eine Größe ändert. Die Produktbildung kann dann so vorgenommen werden, daß die eine Größe am Eingang eines Verstärkers liegt und abhängig von der zweiten die Rückführunig dieses oder eines nachgeschalteten Verstärkers änderbar ist. Zur weiteren Schaltungsvereinfachung können im Eingang und in der Rückführung des Verstärkers auch nach einem Code gestufte schaltbare Widerstände angeordnet werden.
  • Die Erfindung sei an Hand der Tabelle 1 und der F i g. 3 und 4 näher erläutert.
  • Die Spalten 4 und 5 der Tabelle 1 zeigen die Aufspaltung der dem Vorschub zugeordneten Vorschubzahl in zwei Faktoren. Wie ersichtlich, wird die Aufteilung so vorgenommen, daß bei einer Änderung der Eingangsgröße in der Dekade 100 nur die Zahl der Spalte 4, bei einer Änderung der Eingangsgröße in der Dekade 101 nur die Zahl der Spalte 5 geändert wird. Hierdurch ist eine Schaltung nach F i g. 3 möglich, bei der nur zwei 1/10-Decoder nötig sind. Der eine Decoder 8 liefert dem ersten Faktor entsprechende Ströme an den Operationsverstärker 1, während der zweite Faktor durch in die Rückführung des Operationsverstärkers 1 einschaltbare Widerstände eines Decoders 9 gebildet wird. Die Ausgangsspannung U" des Operationsverstärkers 1 entspricht dann ziemlich genau dem Produkt aus dem jeweils angewählten Widerstand im Decoder 8 und dem Leitwert des im Decoder 9 angewählten Widerstandes.
  • Bei geringerer Anforderung an die Genauigkeit kann an Stelle des 1/10-Decoders der Eingang des Operationsverstärkers 1 auch mit linear nach einem Code vgewichteten« Widerständen beschaltet werden, die nach einem Code durch Befehle des Lochstreifens zusammengeschaltet werden. Die maximale Abweichung von der Exponentialfunktion, die an und für sich verlangt ist, kann dann unter Umständen bis 7,5 % betragen.
  • Eine höhere Genauigkeit bei geringerem Mehraufwand liefert eine Schaltung nach F i g. 4. Hier wird der erforderliche Eingangsstrom des Operationsverstärkers 1 durch vier Spannungsteiler 10 erzeugt, die durch geeignete Dimensionierung ihrer Widerstände so entkoppelt werden können, daß die maximale Abweichung von der Exponentialfunktion nur 1 % beträgt.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Elektronischer Digital-Analogumsetzer mit exponentiellem Zusammenhang zwischen digitadem Eingangs- und analogem Ausgangswert, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom Eingangswert zwei Faktoren einstellbar sind, deren in einer aus der Analog-Rechentechnik bekannten Schaltung (1) ermitteltes Produkt als Ausgangswert (U") dient.
  2. 2. Elektronischer Digital-Analogumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktaufspaltung so gewählt ist, daß sich innerhalb einer Dekade nur jeweils eine Größe ändert (Tabelle 1).
  3. 3. Elektronischer Digital-Analogumsetzer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Größe am Eingang eines Verstärkers (1) liegt und abhängig von der zweiten Größe die Rückführung dieses oder eines nachgeschalteten Verstärkers änderbar ist.
  4. 4. Elektronischer Digital-Analogumsetzer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang und in der Rückführung des Verstärkers (1) nach einem Code gestufte, schaltbare Widerstände angeordnet sind.
  5. 5. Elektronischer Digital-Analogumsetzer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang des Verstärkers (1) die Widerstände in Form von voneinander entkoppelten Spannungsteilern (10) geschaltet sind.
DES113493A 1967-12-23 1967-12-23 Nichtlinearer elektronischer Digital-Analogumsetzer Withdrawn DE1291777B (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH430793A (de) * 1963-04-17 1967-02-28 Standard Telephon & Radio Ag Digital-analog-Umsetzvorrichtung, insbesondere zur Decodierung in Impulscodemodulationsanlagen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH430793A (de) * 1963-04-17 1967-02-28 Standard Telephon & Radio Ag Digital-analog-Umsetzvorrichtung, insbesondere zur Decodierung in Impulscodemodulationsanlagen

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