DE1293834B - Verfahren zum Kalibrieren von Analog-Digital-Umsetzern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrie- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver-

ren von Analog-Digital-Umsetzern, die eine Ver- fahren zum Kalibrieren von Analog-Digital-Umsetgleichseinrichtung und/oder eine Bezugsspannungs- zern anzugeben, das sehr genau auch bei Iterationsquelle enthalten und bei dem ein einen jeden zu verfahren selbsttätig Korrekturgrößen bestimmen und korrigierenden Fehler darstellendes Digitalsignal, das 5 einführen kann.

durch Vergleich der fehlerhaften Kodierung eines an- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird

gelegten Eichsignals mit dessen bekanntem digitalem dadurch gelöst, daß das Korrektursignal einer Bezugs-Äquivalent erhalten wird, als Korrektursignal ver- Spannungsquelle des Digital-Analog-Umsetzers zugewendet wird, das in einem Speicher gespeichert und führt wird und so den Bereich oder den Maßstab des vor einer Weiterverwendung in ein analoges Korrek- io Umsetzers korrigiert, tursignal umgewandelt wird. Gegenüber einigen der bekannten Verfahren weist

Das gewöhnliche Verfahren zur Kalibrierung einer die Erfindung den Vorteil auf, daß eine Maßstabs-Einrichtung dieser Art besteht darin, daß zuerst bei korrektur selbsttätig und häufig ausgeführt wird, Abwesenheit irgendeines Analogsignals in dem Ein- wenn in einer Schaltfolge das entsprechende Eingangssignal das digitale Ausgangssignal auf Null ein- 15 gangskalibriersignal periodisch eingeführt wird. Bei gestellt wird und daß dann ein bekanntes Analog- den genannten bisher bekannten Anordnungen mit signal von einer BezSugsspannungsquelle hinzugefügt Einstellung von Hand konnte eine Maßstabskorrektur und der Skalenfaktor eingestellt wird, so daß sich das nicht so häufig erfolgen, und nur dann, wenn eine richtige digitale Ausgangssignal ergibt. Je näher zum Aufsichtsperson das Kommando zur Durchführung Skalenvollausschlag der Einrichtung diese Kalibrie- ao gab. Außerdem ist bei der Erfindung gegenüber einigen rung durchgeführt werden kann, um so höher ist die der bekannten Verfahren eine Konstanthaltung der Genauigkeit der Kalibrierung. Arbeitstemperatur der Bauteile in einem Ofen zur

Das oben geschilderte Verfahren ist für die meisten Vermeidung von Temperaturgängen nicht erforder-Laborarbeiten ausreichend, es reicht jedoch nicht aus lieh. Es können daher einfache Standardbauteile, die für die Arbeit eines Analog-Digital-Konverters in 25 billig sind, verwendet werden.

einem Datenaufzeichnungssystem, das beispielsweise Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen

mehrere Ablesungen pro Sekunde aufnimmt und das Verfahrens besteht jedoch darin, daß es bei Konverunbewacht bleiben muß. In diesem Fall ist eine grö- tern mit fortlaufender Annäherung (Iteration) anßere Dauerstabilität erforderlich, kommen außerdem wendbar ist, bei denen das Ausgangssignal eines digigroße Änderungen in den Umgebungstemperaturen 30 talen Speichers in ein Analogsignal umgewandelt vor, so werden die temperaturempfindlichen Analog- wird, das dann in einen Vergleichsverstärker gegeben kreise normalerweise in einem Ofen eingeschlossen. wird, wo es in seiner Größe mit dem analogen Ein-Der Ofen ist so bemessen, daß die kritischen Einzel- gangssignal verglichen wird. Das sich ergebende Diffeteile auf einer konstanten Temperatur gehalten wer- renzsignal wird in einem Steuerkreis dazu verwendet, den, jedoch werden dadurch andere unerwünschte 35 die digitale Zählung in dem Speicher durch fortlau-Effekte eingeführt, wie beispielsweise die Ungenauig- fende Beträge zu korrigieren, bis am Ende der Folge keit der Umwandlung beim thermischen Hochlaufen von Vergleichsschritten die beiden miteinander ver- und der Betrieb der kritischen Komponenten bei glichenen Analogsignale innerhalb einer bestimmten höheren Temperaturen als die erwartete Umgebungs- Toleranz gleich sind, temperatur. 40 Im Fall von Konvertern der zuvor genannten Art

Beispielsweise aus der französischen Patentschrift. mit fortlaufender Annäherung wird das digitale 1 366 812 ist eine Methode zur Kalibrierung eines Fehlersignal durch eine Analog-Digital-Umwandlung Analog-Digital-Umsetzers mit einer Vergleichsein- in einer Schaltung gewonnen, die der des Hauptrichtung und einer Bezugsspannungsquelle bekannt. konverters artverwandt ist. Das analoge Korrektur-Das digitale Fehlersignal gibt Größe und Vorzeichen 45 signal wird in den Eingang des Vergleichsverstärkers der fehlerhaften Kodierung eines angelegten Eich- eingespeist. Durch diese Technik ist es möglich, sosignals an. Das Fehlersignal wird in einen Analog- wohl Strom- als auch Spannungsfehler zu korrigiewert umgesetzt, gespeichert und als Korrektursignal ren, die innerhalb des Vergleichsverstärkers auftreten verwendet. Das Speichern eines analogen Korrektur- können und die sich als Fehler in dem digitalen Aussignals ist sehr nachteilig, da an diesem Punkt die 50 gangssignal bemerkbar machen. Darüber hinaus läßt Korrektureinrichtung selbst den Fehler beispielsweise sich eine Kalibrierung des gesamten Bereichs des hinsichtlich Temperaturgang aufweist, der durch diese Konverters durch eine ähnliche Schaltung erzielen, Einrichtung bei der Haupteinrichtung, das ist der obwohl in diesem Fall das Korrektursignal nicht dem Analog-Digital-Umsetzer, gerade korrigiert werden Eingang des Vergleichsverstärkers zugeführt, sondern soll. Die Korrektur ist dadurch zwar nicht wirkungs- 55 als Steuersignal verwendet wird, das eine Bezugsspanlos, jedoch ungenau. Außerdem ist eine derartige nung ändert, die bei der Digital-Analog-Umwand-Methode nicht bei Verfahren mit fortlaufender An- lung verwendet wird, die in dem Hauptkonverter näherung (Iterationsverfahren) anwendbar. . stattfindet; dem Verstärker wird ein ausgewähltes be-

Durch die USA.-Patentschrift 3 145 376 ist ein kanntes Kalibriersignal in analoger Form zugeführt. Verfahren zum Kalibrieren von Analog-Digital-Um- 60 Wird die Erfindung bei Konvertern der Art ansetzern bekannt, bei dem ein den zu korrigierenden gewendet, bei der eine fortlaufende Annäherung er-Spannungsfehler darstellendes Digitalsignal ermittelt, folgt, so ist das folgende Verfahren zweckmäßig: gespeichert und in ein analoges Korrektursignal um- Zur Nullkorrektur wird das analoge Eingangssignal

gewandelt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird innerhalb des Konverters abgeklemmt und eine Umzwar bereits die Speicherung von Analogwerten ver- 65 Wandlung durchgeführt. Das digitale Ausgangssignal, mieden, die erneut zu Fehlern führen kann, jedoch ist das nominell Null ist, wird nun einem Digital-Analoges nicht bei Verfahren mit fortlaufender Annäherung Konverter zugeführt, und das Ausgangssignal des (Iterationsverfahren) anwendbar. Digital-Analog-Konverters wird als Nullkorrektur-

signal dem Analog-Digital-Konverter zugeführt. Der Digital-Analog-Konverter muß einen Speicher enthalten, so daß das Korrektursignal aufrechterhalten werden kann, während der Hauptkonverter zur Analog-Digital-Umwandlung digitale Ausgangssignale aus normalen Analog-Eingangssignalen erzeugt. Da der Arbeitsbereich des Digital-Analog-Konverters nur einen kleinen Bruchteil von dem des Hauptkonverters zur Analog-Digital-Umwandlung zu betragen braucht, da er beispielsweise lediglich das zu erwartende Fehlersignal verarbeiten muß, sind seine Genauigkeitsanforderungen gering.

Für eine Korrektur des vollen Bereichs ersetzt ein analoges Kalibriersignal, dessen Größe vorzugsweise der Größe des Arbeitsbereichs entspricht, intern das normale Analog-Eingangssignal des Analog-Digital-Konverters. Dann wird eine Umwandlung durchgeführt. Daraufhin erhält man die Differenz zwischen dem tatsächlichen digitalen Ausgangssignal und dem digitalen Äquivalent des Kalibriersignals. Der Wert so des Kalibriersignals ist fest und bekannt, und damit ist auch sein digitales Äquivalent bekannt. Dieses digitale Differenzsignal wird von einem Digital-Analog-Konverter kleiner Arbeitsbreite in ein analoges Korrektursignal umgewandelt. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Konverters bewirkt die Steuerung oder Korrektur der Bezugsquelle für den Hauptkonverter. Ein an diese Bezugsquelle geführtes Steuersignal justiert den Bereich des Analog-Digital-Konverters entsprechend. Für den korrigierenden Digital-Analog-Konverter ist wiederum eine Speicherung erforderlich, so daß die Korrektur stattfinden kann, während der Hauptkonverter für die Digital-Analog-Umwandlung gewöhnliche Eingangssignale verarbeitet. Da die erwartete Korrektur nur einen kleinen Teil des Bereichs des Hauptkonverters zur Analog-Digital-Umwandlung einnimmt, braucht seine Genauigkeit nicht groß zu sein.

Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich dadurch, daß es möglich ist festzustellen, ob die Einrichtung mit der richtigen Genauigkeit arbeitet, indem die zugeführten Korrektursignale überwacht werden. Werden z. B. während der Kalibrierfolge ungewöhnliche Korrektursignale angefordert, so zeigt dies an, daß der kalibrierte Hauptkonverter außerhalb seiner Toleranz arbeitet. Auf diese Weise kann eine einfache Anzeigeschaltung bei jedem Korrektursystem eine derartige Anzeige bewirken, überschreitet z. B. das angeforderte Korrektursignal den Bereich irgendeiner Korrektureinrichtung, so arbeitet die Einrichtung nicht mit der erforderlichen Genauigkeit, und ein Fehler wird angezeigt.

An Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt die Schaltung eines Analog-Digital-Konverters mit fortlaufender Annäherung, bei dem die Technik gemäß der Erfindung angewendet ist;

F i g. 2 zeigt eine Schaltung einer typischen Eingangsstufe für den Vergleichsverstärker des Konverters gemäß Fig. 1;

F i g. 3 ist eine Schaltung, die die Anwendung der Nullspannungskorrektur bei dem Konverter gemäß F i g. 1 verdeutlicht;

Fig.4 ist eine Schaltung, die die Anwendung der Nullstromkorrektur bei dem Konverter gemäß F i g. 1 verdeutlicht;

F i g. 5 ist eine Schaltung, die die Anwendung der Gesamtbereichskorrektur bei dem Konverter gemäß F i g. 1 verdeutlicht;

F i g. 6 zeigt in einem Blockschaltbild die Anwendung der Bereichskorrektur bei einer anderen Form eines Analog-Digital-Konverters.

In Fig. 1 weist ein Digitalspeicher 11 eine Folge paralleler bistabiler Stufen, beispielsweise Flip-Flops, auf, die jeweils für sich über Leitungen 13 durch Signale eines Steuerkreises 12 hin- und hergekippt werden. Auf Leitungen 14 erscheint ein paralleles digitales Ausgangssignal aus den Speicherstufen, und dieses Ausgangssignal dient zur Steuerung einer Folge von Präzisionsschaltern 15. Eine digitale »0« oder »1« erscheint auf den Leitungen 14 entsprechend der Kippstellung der zugehörigen bistabilen Speicherstufen, und eine Änderung der Kippstellung irgendeiner Stufe bewirkt das Schalten eines bestimmten Schalters der Schalter 15, der mit dem Ausgang dieser Stufe verbunden ist.

Jeder Schalter steuert den Fluß eines genau bemessenen Stromes aus einer Speisequelle 16, die auf einer stabilen Bezugsspannung gehalten ist. Der Strom fließt über einen individuellen Widerstand 17 zu einer gemeinsamen Leitung 18, die den Gesamtstrom der Strqmwerte von allen Schaltern 15 dem Eingang eines Vergleichsverstärkers 19 zuführt. Dieser ist ein einfacher Gleichspannungsverstärker mit hoher Verstärkung. An seinen Eingang gelangt außerdem das Analogsignal, das über eine Klemme 20 und einen Widerstand 21 eingespeist wird. Der Ausgang des Verstärkers 19 ist über eine Leitung 22 mit dem Steuerkreis 12 verbunden.

Die einzelnen von den Schaltern 15 geschalteten Ströme sind entsprechend dem verwendeten Digitalkode bemessen, z. B. würde bei einem reinen Binärkode der größte Strom dem halben Bereich entsprechen, der nächste einem Viertel usw. Der Verstärker 19 dient dazu festzustellen, wann der von der analogen Eingangsspannung an der Klemme 20 über den Widerstand 21 abgeleitete Strom gleich und entgegengesetzt dem Gesamtstrom von den Schaltern 15 über die Widerstände 17 ist. Bewirkt der Analogeingang einen Strom, der größer ist als der von den Schaltern 15 abgeleitete Bezugsstrom, so ist der Verstärker 19 ausgesteuert, und er erzeugt ein logisches »!«-Ausgangssignal. Er erzeugt ein »O«-Ausgangssignal, wenn der Bezugsstrom größer als der Eingangsstrom ist. Das Ausgangssignal ist unbestimmt oder »0«, wenn die Eingangssignale gleich sind. Bei der Umwandlung bewirkt ein an einen Eingang 23 des Steuerkreises 12 geführter Startimpuls, daß der Speicher frei gemacht wird, und die Schaltfolge beginnt. Der Schalter 15 mit dem größten Zeichen wird zuerst geschlossen, und es erfolgt ein Vergleich mit dem Eingangsstrom. Ist das Ergebnis des Vergleichs eine »1« auf der Leitung 22, wenn z. B. der Eingangsstrom größer als der Bezugsstrom ist, so bleibt der Schalter geschlossen. Ist das Ergebnis eine »0«, so wird der Schalter wieder geöffnet. Der nächstgrößte Strom wird dann eingeschaltet und der Vergleichsvorgang wiederholt usw. durch alle Schalter. Nachdem so alle Zeichen durchprobiert sind, enthält der Speichern das digitale Äquivalent des analogen Eingangssignals, und zwar mit der Genauigkeit, wie sie durch die Anzahl der verwendeten Zeichen möglich gemacht ist. Darauf erscheint auf einer Leitung 24 ein Signal »Ausgangssignal bereit«.

Bei der so beschriebenen Einrichtung sind zur

nung zurückläßt, die ordnungsgemäß in dem Korrekturbereich liegt, der durch die schaltbaren Widerstände 29 bestimmt ist.

Zur Durchführung der Spannungskorrektur wird die Klemme 20 für das analoge Eingangssignal während der Spannungskorrektur kurzgeschlossen, und die Präzisionsschalter 15 des Hauptkonverters werden so eingestellt, daß kein Strom fließt (die Transistoren sind geerdet). Der Speicher 26 wird dann durch die Steuerschaltung 27 aktiviert, und ein Relais 35 wird betätigt, so daß ein Schalter 36 geschlossen wird und dadurch die Eingangsklemme des Verstärkers 19 auf die gleiche Spannung gelegt wird wie die Transistorschalter 15, die zur Erdung der Spannung des Haupt-

Nulleinstellung zwei Justierungen erforderlich, die beide in dem Vergleichsverstärker vorgenommen werden, der nur ein Teil der Einrichtung ist, der die Wanderung der Nullpunktseinrichtung hervorruft. Die Justierungen sind erforderlich für: a) eine Nullstromquelle und b) ein Nullvergleichsausgangssignal unter Nullstromquellen-Bedingungen.

Um den Ruhestrom eines Verstärkers zu Null zu machen, muß die Eingangsklemme auf eine Spannung eingestellt werden, die gleich ist dem Massepotential, ζ. B. gewöhnlich 0 V. Der von der Eingangsstufe geforderte Ruhestrom für ein Nullausgangssignal muß dann durch einen äußeren Widerstandsweg getrennt von der Quelle zugeführt werden.

F i g. 2 zeigt eine typische Eingangsstufe für den Ver- 15 konverters dienen. Dann findet eine Analog-Digitalgleichsverstärker 19. Ein einfacher Weg, wie man in Umwandlung statt, jedoch lediglich in dem Spaneinem solchen Verstärker den erläuterten Zustand er- nungskorrektursystem 25. Jeder Korrekturwert, d. h. reicht, ist der folgende: Der Verstärker ist an seinem jedes digitale Signal, das einen Teil eines Fehler-Eingang kurzgeschlossen, und die Korrektureinrich- korrekturwertes darstellt, der eingeführt werden soll, tung für die Eingangsspannung wird so eingestellt, ao wird nacheinander durchprobiert und gegenüber der

Eingangsspannung bewertet, z.B. gegenüber der Spannung des beerdeten Transistorschalters 15 des Hauptkonverters. Ist die Umwandlung durchgeführt, so verbleibt an dem Vergleichsverstärker eine Korrekturspannung, die über die Leiter 34 an den Eingang gelangt; die Korrekturspannung ist die, welche das Ausgangssignal des Vergleichsverstärkers auf Null gebracht hat. Das Relais 35 wird entregt, jedoch bleibt die abgeleitete Korrekturspannung angelegt, und zwar

sistorschalter sind und die »Aus«-Spannung der 30 zur Vorbereitung weiterer selbsttätiger Kalibrierun-Schaltanordnung nicht Null ist, sondern beispiels- gen und nachfolgender Messungen, weise ungefähr 30 mV betragen kann, müssen die
äußere Quelle und die Klemme für den Vergleichsemgang auf die gleiche Spannung eingestellt werden,
wenn der Strom der Quelle Null sein soll. 35

Betrachtet man nun im einzelnen die Korrektureinrichtung für die Eingangsspannung, so erkennt man
in F i g. 3 ein System 25 zur Erzeugung einer Nullkorrekturspannung, die dem Eingang des Vergleichsverstärkers zugeführt wird. Dieses System enthält eine 40 für den Wert des Widerstandes 31. Schaltung, die sehr ähnlich der des Konverters selbst Die Einrichtung zur Nullstromkorrektur ist in

ist. Es ist ein Speicher 26 vorgesehen, der von einer F i g. 4 dargestellt. Diese Einrichtung enthält eben-Steuerschaltung 27 gesteuert wird, die wiederum von falls einen Speicher 37, eine Steuerschaltung 38 dafür, dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 19 gesteuert wird. Außerdem sind Präzisionsschalter 28 je- 45
weils mit einer der Registerstufen verbunden, und
jeder dient dazu, einen entsprechenden Satz von
Widerständen 29 in die Schaltung ein- oder aus der
Schaltung auszuschalten. Ein aus einem festen und

einem damit in Serie liegenden veränderlichen Wider- 50 richtung entspricht weitgehend der der Nullspanstand 31 bestehender Spannungsteiler ist zwischen nungskorrektureinrichtung. Die Klemme 20 für das

daß das Ausgangssignal Null ist. Dann wird der Kurzschluß wieder entfernt, und die Korrektureinrichtung für den Eingangsstrom wird so eingestellt, daß das Ausgangssignal Null ist. Diese Schritte können erforderlichenfalls wiederholt werden.

Bei der beschriebenen Einrichtung besteht der Speisekreis für den Vergleichsverstärker 19 aus Präzisionswiderständen 17, Schaltern 15 und einer äußeren Speisequelle. Da die Präzisionsschalter Tran-Es ist bei dem vorliegenden System von besonderem Vorteil, daß der Wert der zugeführten Korrektur nicht bekannt zu sein braucht. Zum Beispiel braucht der Inhalt des Speichers zur Speicherung der digitalen Korrektur nach der Umwandlung nicht genau äquivalent dem zugeführten Analog-Korrektursignal zu sein. Der Wert der an die Klemme 32 geführten Speisespannung ist daher nicht kritisch, das gleiche gilt auch

welche an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist, jeweils von den Speicherstufen gesteuerte Transistorschalter 39 und jeweils Widerstände 40, die zwischen den Schaltern 39 und einem Leiter 41 eingeschaltet sind, der an den Eingang des Verstärkers 19 gelegt ist. Die Funktion der Nullstromkorrekturein-

einer Klemme 32 für eine negative Speisespannung und Masse eingeschaltet, und wenn einer der schaltbaren Widerstände 29 in die Schaltung eingeschaltet ist, so liegt er parallel mit irgendwelchen anderen Widerständen 29, die ebenfalls so eingeschaltet sind, und außerdem mit dem nicht schaltbaren Widerstand 30. Der Verbindungspunkt 33 des Spannungsteilers 30, 31 ist mit dem Eingang des Vergleichsverstärkers über einen Leiter 34 verbunden.

Die Widerstände 29 erzeugen einen Korrekturstrom, und eine Spannung proportional zu diesem Strom entsteht über dem Widerstand 31. Der feste Widerstand 30 läßt eine konstante Spannungskomponente über dem Widerstand 31 entstehen, die etwas geringer ist als die, die zur Nullkorrektur erforderlich ist, die jedoch, wenn sie von der erforderlichen Nullkorrekturspannung subtrahiert wird, eine Restspananaloge Eingangssignal wird offengelassen, und die Präzisionsschalter 15 des Hauptkonverters werden so eingestellt, daß kein Strom fließt. Dann findet, mit dem vorher bestimmten Nullspannungskorrektursignal an dem Verstärker 19 liegend, eine Analog-Digital-Umwandlung innerhalb des Nullstromsystems statt. Die Wirkung der Umwandlung ist die, daß jedes Zeichen fortschreitend durchprobiert wird, um so einen Korrekturstrom zu erzeugen, der, nachdem die Umwandlung vollendet ist, die Vergleichseinrichtung auf Null bringt (innerhalb des Auflösungsvermögens des Korrektursystems). Ein Eingangswiderstand 42 läßt einen Verlagerungsstrom fließen, der sicherstellt, daß das gewünschte Korrektursignal von den Widerständen 40 immer die gleiche Polarität hat. Sowohl die Nullspannungs- als auch die Nullstromkorrektursignale bleiben an dem Verstärker 19 angelegt, so

daß dann die Bereichs- oder Endkalibrierung erfolgen kann.

Der Maßstabsbeiwert oder Bereichsfaktor des Konverters ist direkt proportional der Bezugseingangsspannung von den Präzisionsschaltern 15, und zwar für kleine Abweichungen von dieser Bezugsspannung. Auf diese Weise kann der Maßstabbeiwert während einer Zeit eingestellt werden, in der die Widerstände 17 so geschaltet sind, daß ein digitales Ausgangssignal mit voller Arbeitsbereichsbreite geliefert wird.

Die Einrichtung zur Bereichs- oder Skalanendkorrektur ist in F i g. 5 dargestellt. Das Korrektursystem enthält wiederum einen Speicher 43, eine Steuerschaltung 44 dafür, welche an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist, jeweils von den Speicherstufen gesteuerte Schalter 45, und jeweils Widerstände 46, die durch die Schalter 45 geschaltet werden. Ein gemeinsamer Leiter 47 jedoch, mit dem die Widerstände 46 verbunden sind, ist in diesem Fall nicht an den Eingang des Verstärkers, sondern an den Steuer- ao eingang der Speisequelle 16 der Bezugsspannung für die Schalter und Widerstände des Hauptkonverters geführt. Ist das Bereichskorrektursystem in Funktion, so schließt ein Relais 48 Kontakte 49, die ein analoges Kalibriersignal an den Analogeingang des Vergleichs- as Verstärkers 19 wie bei der normalen Umwandlung legen. Zur gleichen Zeit wird ein dem analogen Kalibriersignal entsprechender Digitalwert in den Speicher 11 des Hauptkonverters gegeben. Ist das Gesamtsystem richtig kalibriert, so stellt die Vergleichseinrichtung einen Nullsignalzustand fest, jedoch tritt dies im allgemeinen nicht eher auf, ehe die Speisequelle 16 für die Bezugsspannung eingestellt ist, und tatsächlich ist es zweckmäßig, die Bezugsspannung etwas zu verschieben, so daß das Korrektursignal immer die gleiche Polarität hat. Dann findet eine Analog-Digital-Umwandlung innerhalb des gesamten Arbeitsbereichs der Korrektureinrichtung statt. Diese justiert die Speisequelle 16 Schritt für Schritt, wie das bei der normalen Analog-Digital-Umwandlung der Fall ist, und nachdem die Umwandlung abgeschlossen ist, ist die Vergleichseinrichtung auf Null eingestellt (innerhalb der Auflösung oder Genauigkeit des Korrektursystems). Die Bezugsspannung steht nun auf einem solchen Wert, daß der Konverter oder Wandler an diesem Punkt der Skala oder des Arbeitsbereichs richtig liest oder aufnimmt, wenn z. B. der Maßstabsbeiwert oder Bereichsfaktor richtig eingestellt ist. Relais 48 wird entregt, und die kalibrierte Einrichtung ist fertig für den normalen Gebrauch.

Das beschriebene Kalibriersystem benötigt keinen Thermostatofen, um die kritischen Schaltelemente auf konstanter Temperatur zu halten, und es gestattet auch die Verwendung billiger Standardteile an Stelle hochwertiger und teurer Einzelteile. Dies rührt daher, daß die Einrichtung sehr schnell und ausreichend häufig während des Gebrauchs justierbar ist, die Kalibrierung oder Justierung erfolgt vollkommen automatisch, und der Kalibrierzyklus ist programmiert, so daß er nach bestimmten Zeitabständen oder vor jeder Ablesung oder vor jeder beliebigen Ablesung wiederholt wird.

Das Kalibriersystem gemäß der Erfindung ist außerdem in der Lage, eine Drift des Nullpunktes und Änderungen der Verstärkung eines vorgeschalteten Datenverstärkers zu korrigieren. Wird dies gewünscht, so ist die bei Bereichskalibrierung verwendete Kalibrierquelle mit dem Eingang des Datenverstärkers verbunden, und während der Nullstromfolge bleibt die Vergleichseinrichtung mit der Ausgangsklemme des Datenverstärkers verbunden, und dessen Eingang wird kurzgeschlossen.

Das Verhältnis der Präzisionswiderstände des Hauptkonverters zueinander und die Anpassung der »Verschiebe«-Spannungen des Transistorschalters bestimmen jedoch die Linearität. Für diese Effekte kann keine einfache Korrektur erfolgen, so daß daher sehr stabile Widerstände und angepaßte Transistoren erforderlich sind.

Ein Beispiel dafür, in welcher Weise die Erfindung bei einem Bereichskorrektursignal anwendbar ist, wenn dieses einem Konverter zugeführt wird, bei dem nicht eine fortlaufende Annäherung erfolgt, ist nachfolgend im Zusammenhang mit der F i g. 6 beschrieben.

Bei dieser Art eines Konverters wird das analoge Eingangssignal in einen Impulszug umgewandelt, wobei die Zahl der während der Umwandlung erzeugten Impulse proportional der Eingangsspannung ist. Diese Impulse von einem Konverter 50 werden dann gewöhnlich in einem in einer Richtung zählenden Zählwerk gezählt, und der sich am Ende der Umwandlugn ergebende Zählwert ergibt das digitale Ausgangssignal. Zur Durchführung der Bereichs- oder Skalenendkorrektur wird ein Zähler 51 verwendet, der in zwei Richtungen zählen kann. Außerdem wird in der dargestellten Weise ein Digital-Analog-Konverter52 hinzugefügt. Zur Durchführung der Kalibrierung wird das Zählwerk zunächst auf das digitale Äquivalent des Kalibriersignals eingestellt. Das Kalibriersignal wird dann an den Analogeingang gelegt, und es wird eine Umwandlung durchgeführt. Jeder in das Zählwerk 51 eingespeiste Impuls verringert dessen Zählwert um einen Wert. Der Inhalt wird somit auf Null gebracht, wenn der Maßstabsbeiwert oder Bereichsfaktor des Konverters richtig ist. Ist eine Korrektur erforderlich, so gelangt das sich ergebende Digitalsignal in den Digital-Analog-Konverter, und das sich ergebende Steuersignal ändert den Wert der Bezugsquelle 53. Die Bezugsquelle wird dann auf dem korrigierten Wert gehalten, während normale Umwandlungen durchgeführt werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kalibrieren von Analog-Digital-Umsetzern, die eine Vergleichseinrichtung und/oder eine Bezugsspannungsquelle enthalten und bei dem ein einen jeden zu korrigierenden Fehler darstellendes Digitalsignal, das durch Vergleich der fehlerhaften Kodierung eines angelegten Eichsignals mit dessen bekanntem digitalem Äquivalent erhalten wird, als Korrektursignal verwendet wird, das in einem Speicher gespeichert und vor einer Weiterverwendung in ein analoges Korrektursignal umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal einer Bezugsspannungsquelle des Digital-Analog-Umsetzers zugeführt wird und so den Bereich oder den Maßstab des Umsetzers korrigiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer mit fortlaufender Annäherung (Iterationsverfahren) arbeitet und daß das digitale Korrektursignal durch eine Analog-Digital-Umwandlung in einer Schaltungsnachbildung des Umsetzers abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß zur Einführung einer Nullspannungskorrektur der Speicher für das digitale Korrektursignal von einer Schaltung gesteuert wird, die an den Ausgang eines Vergleichsverstärkers des Umsetzers angeschlossen ist, daß die Stufen des Speichers das Schalten bewerteter Widerstände steuern, die parallel zwischen einer Speiseklemme und einer gemeinsamen Leitung liegen, wobei die gemeinsame Leitung selbst mit dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden ist, der zwischen der Speiseklemme und Masse liegt, und daß das Analogsignal auf der gemeinsamen Leitung dem Eingang des Vergleichsverstärkers zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Relais, das während der Ableitung des Nullspannungskorrektursignals selbsttätig anspricht und das Eingangssignal des Vergleichsverstärkers auf die gleiche Spannung wie die Präzisionsschalter des Umsetzers bringt, ao wobei die Präzisionsschalter Transistoren sind, die in diesem Augenblick leitend sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung einer Nullstromkorrektur der Speicher für das digitale Korrektursignal von einer Schaltung gesteuert wird, die mit dem Ausgang eines Vergleichsverstärkers des Umsetzers verbunden ist, daß die Stufen des Registers das Schalten bewerteter Widerstände steuern, die parallel zwischen einer Speiseklemme und einer gemeinsamen Leitung liegen, und daß das Analogsignal auf der gemeinsamen Leitung dem Eingang des Vergleichsverstärkers zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Vergleichsverstärkers ein Verschiebestrom zugeführt wird, der so bemessen ist, daß das Analogsignal auf der gemeinsamen Leitung immer die gleiche Polarität hat.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Digitalspeicher von der Schaltung gesteuert wird, die an den Ausgang des Vergleichsverstärkers angeschlossen ist, daß die Stufen dieses weiteren Digitalspeichers das Schalten bewerteter Widerstände steuern, die parallel zwischen einer Bezugsklemme und einer gemeinsamen Leitung liegen, und daß das Analogsignal auf der gemeinsamen Leitung zur Steuerung der Bezugseingangsspannung den Präzisionsschaltern und bewerteten Widerständen des Umsetzers zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Kontrolle der jeweils zugeführten Korrektursignale verwendet werden, um das Überschreiten einer bestimmten Größe des Korrektursignals anzuzeigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen