DE1537556A1

DE1537556A1 - Letzte Stufe eines Stufenkoders

Info

Publication number: DE1537556A1
Application number: DE19671537556
Authority: DE
Inventors: Saari Veikko Reynold
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-12-28
Filing date: 1967-11-16
Publication date: 1970-02-26
Also published as: DE1537556B2; FR1548231A; GB1199299A; BE708536A; SE323711B; US3495233A

Description

Western Electric Company Incorporated V. R. Saari 10

New York, N₁Y. 10007

Letzte Stufe eines Stufenkoders _f

Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Wandler, derais einem Verstärker mit Eingangs- und Ausgangsklemmen besteht, wobei die Eingangsklemmen das zu wandelnde analoge Signal erhalten, sowie aus einer Rüekkopplungs schaltung, die die Eingangs- und Ausgangsklemmen miteinander verbindet, um ein digitales Aus gangs signal und analoge Aus gangs signale zu erzeugen.

Der Gray-Kode ist ein bekanntes Kodierungsverfahren, das gewisse besondere Vorteile gegenüber dem herkömmlichen binären Kode bietet. Diese Vorteile ergeben sich aus der besonderen Eigenschaft des Gray-Kode, daß keine zwei aufeinanderfolgenden Zahlen sich um mehr als eine Ziffer unterscheiden. Der Gray-Kode wird auch reflektierter binärer Kode genannt und zwar infolge der Art und Weise, wie der Kode gebildet wird.

Ein Verfahren zur Bildung reflektierter binärer Kodegruppen aus analogen Signalen ist besonders vorteilhaft, es wurde mit dem sogenannten "Stufen"-Koder durchgeführt. Ein bekannter Köder dieser

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Art besitzt viele hintereinandergeschaltete Ko die rungs stufen (für jede Ziffer im Kodewort eine Stufe). Jede dieser Stufen hat einen analogen Eingang, einen analogen Ausgang und einen Ziffernausgang. Der analoge Ausgang der ersten Stufe ist der analoge Eingang der nächsten und so fort. Die Stufen zeigen eine V-förmige Übertragungskennlinie zwischen dem analogen Eingang und dem analogen Ausgang. Diese Übertragungskennlinie liefert herkömmliche Vollwegbrücken-

gleichrichter in jeder Stufe, wobei Ziffernausgangsmittel das auf den Leitfähigkeitszustand einer der Gleichrichterdioden anspricht, die Polarität des Eingangssignals jeder Stufe bestimmen.

Eine verbesserte Stufenkodierungs schaltung ist in der Deutschen Patentanmeldung Nr. W 34793 vom Juni 1963 beschrieben. Wie dort vorgeschlagen wird, wird die gewünschte V-förmige Vollweggleichrichter-Übertragungskennlinie stückweise hergestellt, d. h. die beiden Arme des V werden getrennt durch ein Kodierungsnetzwerk erzeugt und nachfolgend kombiniert. Jede Hälfte der gewünschten Kennlinie wird mit Hilfe eines Verstärkers erzeugt, dessen Eingangsklemme die analoge Eingangsklemme ist und der einen Rückkopplungsweg aufweist, welcher aus der in Reihe geschalteten Kombination eines nicht-linearen Impedanz elements und eines Widerstands besteht. Von dem Verbindungspunkt des nicht-linearen Elements und des Widerstands erhält man einen analogen Ausgang, während der binäre

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oder Ziffernausgang vom Ausgang des Verstärkers erhalten wird. Jeder Verstärker besitzt zwei ungleiche Rückkopplungswege, von denen jeder eine Hälfte der erforderlichen Übertragungskennlinie erzeugt, so daß die entstehende Stufe als binäre Stufe eines Stufenkoders wirkt» Der Stufenkoder entsteht, indem der analoge Ausgang der. ersten Stufe mit dem analogen Eingang der nächsten Stufe verbunden wird und so fort, wobei die kodierten binären Ziffernsymbole parallel an den Ziffernausgängen der verschiedenen Stufen erscheinen. Jede der Stufen im Köder ist dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungskennlinie "analoger Ausgang abhängig vom analogen Eingang¹¹ eine V-Form besitzt. Zusätzlich erhält der Ziffernausgang jeder Stufe eine Spannung, die ein erstes Symbol angibt, wenn die Eingangssignalamplitude geringer als ein vorbestimmter Schwellwertpegel ist, er erhält eine andere Spannung, die ein zweites Symbol darstellt, wenn das analoge Eingangssignal größer als der Schwellwertpegel ist.

Es ist eine sogenannte quarternäre Stufe bekannt, die dieselben Operationen wie zwei binäre Stufen in einem Stufenkoder durchführen kann. Hier werden Präzisionswiderstände und Schaltdioden in vier Rückkopplungswegen um einen Funktionsverstärker mit hoher Verstärkxing verwendet, wobei sie aus einem Eingangsstrom einen Ausgangs strom erzeugt, der unter dem Einfluß eines vollen Durchgangs des Eingangs Strombereichs vier mal einen einen fortlaufenden Werte-

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bereich durchläuft.

Aueführungsbeispiele von Ködern, die entweder die binäre oder die quarternäre Kodierungsstufe verwenden, können in einer sogenannten symetrischen Koderanordnung zusammengeschaltet werden. Bei einem symetrischen Köder besteht jede Stufe aus zwei Netzwerken vom quarternären oder binären Typ, die in Gegenphase arbeiten. Das heißt, wenn der Ausgang des einen Funktiönsverstärkers positiv ist, ist _i der Ausgang des komplementären Verstärkers in derselben Stufe negativ. Symetrische Köder dieser Art sind in der Deutschen Patentanmeldung Nr. W 34 793 beschrieben»

Bei dem symetrischen Köder, der binäre Stufen verwendet, erzeugt

* I-

die letzte Stufe das Ausgangssignal mit der geringstwertigen Ziffer, während die vorletzte Stufe die nächstwertige Ziffer erzeugt. Die letzte Stufe kann aus einem einzigen Funktionsverstärker bestehen. Um die beiden geringstwertigen Ziffern bei einem symetrischen Köder mit binären Stufen zu erhalten, sind infolgedessen drei Funktionsverstärker notwendig. Die letzten drei Ziffern werden mit fünf Funk-

■ - ■* tionsverstärkern erzeugt* Wenn der symetrieche Köder von «age* nannten quarternären Kodierungestufen Gebrauch macht, erzeugt die * letzte Stufe, die zwei Funktionsverstärker verwendet, die beiden geringstwertigen Ziffern, während die zwei nächstwertigen Ziffern durch die vorherige Stufe erzeugt werden» Der symetrische quarter«

■ - - r

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näre Köder erfordert deshalb vier Funktionsverstärker, um die vier niedrigstwertigen Ziffern zu erzeugen.

Das Problem bei den bisherigen Stuf en-Kodier schaltungen besteht darin, daß die erforderlichen Funktionsverstärker sehr komplizierte und aufwendige Geräteteile darstellen. Bekanntlich besteht ein Funktionsverstärker aus 'mehreren aktiven Einrichtungen und enthält sorgfältig ausgearbeitete Vorspannungs- und Rückkopplungsformierungsanweisungen. Somit sind die bisherigen Stufenkodierungseinrichtungen nicht nur aufwendig, es ist auch schwierig, sie in einem zufriedenstellend arbeitenden Zustand zu halten.

Das Problem der Herabsetzung der Kompliziertheit der Stufenkodierungsschaltung wurde durch die vorliegende Erfindung gelöst, bei der die Rückkopplungs schaltung aus wenigstens zwei Rückkopplungs wegen besteht und jeder Weg wenigstens die Reihenschaltung eines Widerstands und einer in einer Richtung leitenden Einrichtung enthält und bei der der Analog-Digital-Wandler weiterhin aus einer Schaltung besteht, die mit dem Verbindungspunkt der Widerstände und der in einer Richtung leitenden Einrichtungen verbunden ist, um die analogen Ausgangs signale zu erzeugen und wenigstens aus einer Anordnung aus einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung, wobei der Differentialverstärker zwei Eingangsklemmen aufweist, die so eingerichtet sind, daß sie zwei der analogen Aus-

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gangs Signale aufnehmen, wobei ferner die bistabile Anordnung so eingerichtet ist, daß sie ein'Signal mit einer ersten Polarität erzeugt, wenn das erste der beiden analogen Signale eine erste Polarität in Bezug auf das zweite der beiden analogen Signale hat und ein Signal mit einer zweiten Polarität, wenn das erste der beiden analogen Signale eine zweite Polarität in Bezug auf das zweite der beiden analogen Signale hat.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Anzahl der in einem Stufenkoder erforderlichen Funktionsverstärker herabzusetzen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 ein teilweise in Blockform dargestelltes Schema einer als Beispiel gewählten letzten Stufe für einen Stufenkoder gemäß der Erfindung, welche die drei geringstwertigen Ziffern erzeugt;

Fig. 2 ein teilweise in Blockform und teilweise schematisch dargestelltes Diagramm der Schaltung der Figur 1, die verwendet wird, um die niedrigstwertige Ziffer zu erzeugen;

Fig. 3 einige der Übertragungsfunktionen in der in Figur 2 dargestellten Schaltung, und

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Fig. 4 ein teilweise in Blockform dargestelltes Schema einer als Beispiel gewählten letzten Stufe für einen Stufenkoder gemäß der Erfindung, die die beiden niedrigstwertigen Ziffern erzeugt.

Die vorliegende Erfindung liefert eine Schaltung zur Realisierung der Ziffern des kodierten Signals, die bisher durch die letzten beiden oder drei Stufen eines sytnetrischen Stufenkoders erzeugt wurden» Die letzte Stufe eines als Beispiel gewählten Stufenkoders gemäß der m

Erfindung ist in Figur 1 dargestellt, sie besteht aus einem Verstärker 10 mit einem Eingang 11 und einem Ausgang 12 und hat vier Rückkopplungsnetzwerke. Ein erstes Rückkopplungsnetzwerk besteht aus einem Widerstand 15 und zwei Dioden 16 und 17, die in Reihe zwischen den Ausgang 12 und den Eingang 11 des Verstärkers geschaltet sind. Die Diode 16 ist in Richtung des positiven Stroms vom Ausgang 1"2 zum Eingang 11 gepolt, während die Diode 17 in der entgegengesetzten Richtung gepolt ist. Ein ähnlicher Rückkopplungs kreis, der

- i

aus einem Widerstand 20 und den Dioden 21 und 22 besteht, ist ebenfalls zwischen zwischen dem Ausgang 12 und dem Eingang 11 vorgesehen. Die Diode 21 ist so gepolt, daß sie Strom vom Eingang 11 zum Ausgang 12 leitet, während die Diode 22 in entgegengesetzter Richtung gepolt ist. Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind die Kathode der Diode 17 und die Anode der Diode 22 mit der Ausgangsklemme

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verbunden. Ein erstes stromlieferndes Netswerk, das aus der Reihenschaltung des Widerstands 24 und der Batterie 25 besteht, ist zwischen der Anode ,der Diode 17 und der Erde vorgesehen. Ein zweites

derartiges Netzwerk, bestehend aus dem Widerstand 26 und der Batterie 27, ist zwischen die Kathode der Diode 22 und Erde geschaltet. Ferner ist die Kathode der Diode 16 mit Hilfe einer Batterie 30, die mit Hilfe des Widerstands 31 mit ihrer Kathode verbunden ist, positiv vorgespannt. Ein ähnlicher Kreis, bestehend aus der Batterie 33 «

und dem Widerstand 34, spannt die Anode der Diode 21 negativ vor.

Es sind zwei weitere Rückkopplungsnetzwerke vorgesehen. Das erste besteht aus der Reihenschaltung einer Diode 40 und eines Widerstands ' 36, der zwischen dem Verbindungspunkt 39 der Dioden 16 und 17 und der Eingangsklemme 11 liegt. Die Diode 40 ist in der Richtung des positiven Stroms von der Eingangsklemme 11 zum Verbindungspunkt 39 gepolt. Eine Reihenschaltung der Batterie 37 mit einem Widerstand 38 dient dazu, die Diode 40 in Sperrichtung vorzuspannen. Das andere Rückkopplungsnetzwerk besteht aus der Reihenschaltung der Diode 45 und des Widerstands 43, die zwischen dem Verbindung^·»

punkt 44 der Dioden 21 und 22 und der Eingangsklemme 11 liegt« Die Diode 45 ist so gepolt, daß sie eine» positiven Strom, vom Ve*»- ' bindungspunkt 44 zur Eingangsklemme il te si et, wobei eine Batterie 42 mit Hilfe des Widerstands 41 no --angeschlossen ist, daß die Diode 45

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in Sperrichtung vorgespannt wird.

Eingangs signale von einer analogen Ausgangsklemme einer symetrisehen vorletzten Stufe des binären oder des quarternären Typs werden der Netzwerkeingangsklemme 50 zugeführt, die unmittelbar mit dem Eingang 11 des Verstärkers 10 verbunden ist. Das Netzwerk hat fünf Ausgangsklemmen. Die erste dieser Ausgangsklemmen, nämlich die Klemme 51, ist unmittelbar mit der Ausgangsklemme des Verstärkers 10 verbunden. Die zweite Ausgangsklemme liegt am Punkt 39, dem Verbindungspunkt der Dioden 16 und 17, während die dritte Ausgangsklemme am Verbindungspunkt 44 der Dioden 21 und 22 Hegt. Die vierte und die fünfte Ausgangsklemme 60 und 61 sind Summierungspunkte, die auf einer tatsächlichen Spannung 0 in Bezug auf Erde liegen. Der Ausgangssignalstrom an der Ausgangsklemme 60 ist der Summe der-Aus gangs signalströme an der Anode der Diode 40 und der Kathode der Diode 16 proportional, er wird durch die Verbindung mit der Klemme 60 dieser Elektroden über die Widerstände 54 bzw. 55 erhalten. In gleicher Weise summieren die Widerstände 56 und 57 die Signale an der Anode der Diode 21 und der Kathode der Diode 45 an der Ausgangsklemme 61.

Kurz gesagt, sind erfindungsgemäß die Rückkopplungsnetzwerke zusammen mit den Summierungswiderständen so' aufgebaut, daß das

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Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 51 oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, je nach dem ob die drittgeringstwertige Ziffer des Kode entsprechend dem analogen Kodeeingang entweder ein Impuls oder ein Zwischenraum ist und daß in später beschriebener Weise an den Klemmen 68 und 69 Signale erzeugt werden, die voneinander subtrahiert werden können, so daß das entstehende Signal größer oder kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist, je nach dem ob die zweit-geringstwertige Ziffer ein Impuls oder ein Zwischenraum ist. Ferner sind die Ausgangssignale an den Klemmen 60 und 61 in gleicher Weise in der Lage, die geringstwertige Ziffer des Kode zu erzeugen.

Der Eingang 11 des Funktionsverstärkers 10 liegt im wesentlichen auf Erdpotential. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß der Verstärker 10 eine hohe Spannungsverstärkung hat, und daß eine wesentliche negative Rückkopplung vorgesehen ist. Wenn die Spannung am Verstärkerausgang 12 endlich ist, fließt der gesamte Eingangsstrom mit Ausnahme eines vernachlässigbaren Teils durch das Rückkopplungsnetzwerk und nicht in den Verstärker 10. Die Tatsaßhe, daß der Verstärkereingang 11 im wesentlichen auf Erdpotential liegt, und daß der Verstärker 10 eine Phasenumkehr hervorbringt, soll bei der nachfolgenden Erläuterung beachtet werden.

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Wenn das Eingangssignal an der Klemme 5O₄ das einem der beiden analogen Ausgänge der vorletzten Stufe entnommen wird, ein Strom darstellt, liegt der Ausgang 12 des Verstärkers auf der Spannung 0, wobei die Dioden 17 und 22 gut leiten, so daß der Strom von den Vorspannungsquellen 25 und 27 durch diese Dioden fließt. Wenn das Eingangssignal etwas positiv wird, d. h. wenn ein Strom in den Eingang 11 des Verstärkers 10 fließt, wird das Signal an der Ausgangsklemme 12 negativ. Da die Diode 22 gut leitet, und daher eine ver·· hältnismäßig niedrige Impedanz darstellt, liegt nahezu eine konstante Spannung an ihr, wobei die Spannung am Verbindungspunkt 44 eine gleiche negative Änderung erfährt. Die Diode 21 beginnt dann zu · leiten, weil die Spannung an ihrer Kathode, die dem Ausgang des Verstärkers genau folgt, gegenüber ihrer Anode um einen Betrag negativ ist, der ausreicht, daß die Differenz die'Spaouung am Knick der Diode übersteigt.

Infolgedessen fließt ein zusätzlicher Strom über die Widerstände 20 uad 56, die mit der Anode der Diode 21 verbunden sind, wobei die Spannung an der Anode der Diode 21 in linearem Verhältnis zum Eingang abfällt. Dieser Spannungsabfall setzt sich fort bis die Summe des Stroms, der von den mit der Klemme 61 verbundenen Netzwerke über den Widerstand 56 gelieJrt wird, und des Stroms, der vom Eingang 50 über den Widerstand 20 geliefert wird, im wesentlichen

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gleich dem Strom ist, den die Batterie 27 aufnimmt. Dann fließt im "'

wesentlichen der gesamte Strom der Batterie 27 durch die Diode 21, ·

wobei nur ein geringer Strom oder gar kein Strom durch die Diode fließt, die nunmehr eine hohe Impedanz hat, Der Ausgang der Diode ist dann, wie dargestellt, effektiv auf einer Spannung von -V₀₁ geklemmt, wobei diese Erscheinung auftritt, wenn der Eingangsstrom bei (oder oberhalb) + -r~ liegt.

a

Wenn der Eingangsstrom bei + -r- Einheiten oder höher liegt, ist die Spannung am Verstärkerauegang 12 ausreichend negativ, um die Diode 40_Λ die vorher durch die Quelle 37 in Sperrichtung vorgespannt war, im wesentlichen in Flußrichtung vorzuspannen. Die Diode 40 beginnt dann zu leiten, wobei die Spannung an ihrer Anode, die mit

der Ausgangsklemme 60 über den Widerstand 54 verbunden ist, in linearer Richtung vom Eingangssignal abfällt. Wenn der Eingangsstrom zunimmt, fällt die Spannung an der Anode der Diode 40 weiterhin ab, da das Verstärkerausgangssignal ebenfalls weiterhin abfällt. Wenn dagegen der Eingangsstrom zwischen + -τ und + I Stromeinheiten liegt, bleibt die Spannung an der Anode der Diode 21 auf -V₀₁ Volt geklemmt.

Für Eingangssignale mit zunehmend negativem Strom ist die Arbeite* .. " weise der entsprechenden symetrisehe«, Schaltung ähnlich der oben '

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beschriebenen. Die Diode 16 beginnt zunächst zu leiten, wobei die Spannung an ihrer Kathode auf +V_n,, Volt ansteigt. Dies setzt sich

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fort, bis die Diode 17 in Sperrichtung vorgespannt ist, zu welcher Zeit der Strom durch die Widerstände 15 und 55 gleich dem von der Quelle 25 gelieferten Vor strom ist. Die Kathode der Diode 16 ist dann auf +V™ Volt geklemmt und zwar in der gleichen oben beschriebenen Weise, In der die Anode der Diode 21 auf -V₀₁ Volt geklemmt war. Diese Erscheinung tritt auf, wenn der Eingangsstrom bei - — Einheiten liegt.

Wenn der Eingangsstrom negativer als - ·=■ Einheiten ist, ist die Spannung am Ausgang 12 des Verstärkers 10 so positiv, daß die Diode 45 im wesentlichen in Flußrichtung vorgespannt ist, so daß die Spannung an ihrer Kathode, die mit Hilfe eines Widerstands 57 mit der Ausgangsklemme 61 verbunden ist, auf +V_Q2 Volt ansteigt. Die Spannung ist auf +V_no Volt begrenzt, weil bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Eingang die Zunahme beendet oder aber seine Richtung umkehrt, wenn dieser Punkt erreicht ist.

Zur Erläuterung sind die Aus gangs spannungen und Ströme, die durch die Schaltung erzeugt werden (als Funktionen des Eingangs Stroms), an den verschiedenen Ausgangsklemmen in Figur 1 dargestellt* Um das Verständnis dieser Diagramme zu erleichtern, wurde eine ge-

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strichelte senkrechte Linie durch das Eingangsstromdiagramm bei 0 Stromeinheiten gezogen, wobei vier Punkte benutzt werden, um vier Eingangs stromwerte zu bezeichnen. Die beiden positiven Werte + -r und + I sind durch zwei Punkte mit gleichen Abständen

rechts von der senkrechten Linie angegeben, während zwei Punkte mit den gleichen Abständen links von der senkrechten Linie die beiden negativen Werte - "r und -I angeben. Eine senkrechte Linie ist

ferner durch jedes der Ausgangssignaldiagramme gezeichnet. Diese Linie soll den Wert der Aus gangs spannung oder des Stroms angeben, wenn der Eingangsstrom 0 Einheiten beträgt. Der erste Punkt rechts von der senkrechten Linie in einem Ausgangsspannungsdiagramm ist die Spannung oder der Strom für den Fall, daß der Eingangsstrom + — Stromeinheiten beträgt, während die Spannung oder der Strom am zweiten Punkt rechts von der senkrechten Linie den Fall darstellt, daß das Eingangssignal + I Einheiten beträgt. In gleicher Weise stellen der erste und der zweite Punkt links von der senkrechten Linie in einem Ausgangsspannungsdiagramm die Spannungen oder Ströme dar, die für Eingangsströme von - — Einheiten und -I Einheiten vorhanden sind.

Eine kritische Prüfung der in Fig. 1 Ausgangsdiagramme ergibt einige interessante Ergebnisse. Vor allem ist das Aus gangs signal an der Klemme 51 identisch mit dem Signal an der Ausgangsklemme

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der ersten Ziffer der bekannten quarternären Kodierungsstufe. Wenn zweitens die Signale an der Anode der Diode 58 und der Kathode der Diode 59 voneinander subtrahiert werden, ist das entstehende Signal identisch dem Signal an der Ausgangsklemme der zweiten Ziffer der bekannten quarternären Kodierungsstufe. Dies kann sehr leicht dadurch geschehen, daß die Signale an der Anode der Diode und der Kathode der Diode 59 an eine Differentialverstärker schaltung angelegt werden, welche die Subtraktion vornimmt. Das am Ausgang des Differentialverstärkers entstehende Signal wird dann verwendet, '

um eine bistabile Schaltung zu steuern, die das Ziffernausgangssignal hervorbringt, Der Komparator 47 ist die Hintereinanderschaltung eines Differentialverstärkers und einer bistabilen Schaltung. Wenn schließlich, wie unten im einzelnen erklärt wird, die an den Klemmen 60 und 61 verfügbaren Signale zunächst voneinander subtrahiert werden, nimmt das entstehende Signal einen Wert an, der oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, je nach dem ob die geringstwertige Ziffer des zu kodierenden analogen Signals M

ein Impuls oder ein Zwischenraum ist. Der Ausgang des Differentialverstärkers, der die geringstwertige Ziffer darstellt, kann dann mit einer bistabilen Schaltung verbunden werden, die einen Impuls oder einen Zwischenraum erzeugt, je nach dem ob das Differenzsignal oberhalb oder unterhalb des Grenzwerts liegt. Der Komparator 67 ist die Hintereinanderschaltung eines Differentialverstärkers und

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einer bistabilen Schaltung.

Fig. 3 zeigt die Signale an den Ausgangsklemmen 60 und 61. Die gestrichelte Linie zeigt das Signal, das an der Ausgangsklemme 60 vorhanden ist, während die ausgezogene Linie das Aus gangs signal an der Klemme 61 zeigt. Damit die Komparatorschaltung 67 die geringstwertige Ziffer zur gleichen Zeit erzeugt, zu der die anderen Ziffernaus gangs signale durch den Stufenkoder erzeugt werden, müssen sich die Signale aji den Punkten kreuzen, die in der Figur eingekreist sind, da diese Punkte die Schaltpunkte der geringstwertigen Ziffer sind. Um zu diesem Ergebnis zu kommen, muß der Widerstand 66 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt sein,

Fig. 2 zeigt eine etwas speziellere Form der Komparatorschaltung und die an diese angelegten Eingangseignale. Der Differentialeingangsteil der Komparatorschaltung 84 besteht aus zwei Transistoren 70 und 71, deren Basiselektroden 72 bzw, 73 unmittelbar miteinander verbunden sind und ferner mit Hilfe der Dioden 87 mit Erde. Eine positive Vorspannung.·* quelle 80 ist mit Hilfe der Widerstände 82 bzw. 83 mit den Kollektor elektroden 76 und 77 verbunden. Das Signal der Ausgangsklemme 60 geht zur Emitterelektrode 78 des Transistors 70, während die Klemme 61 mit der Emitterelektrode des Transistors 71 verbunden ist. Da der Differentialeingangekreis basisch-gekoppelt ist, hat er eine niedrige Eingangsimpedanz, die

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einen vernachlässigbaren Spannungsabfall ergibt. Die an die Emitterelektroden angelegten Eingangs ströme sind in Fig. 2 dargestellt. Diese Ströme sind durch die unten angegebenen Gleichungen definiert.

V -V ^v01 ^v03

¹Oi

V^V02

V-V V

¹Ol * —H -Ej" ⁱ³⁾

V- -V 03 0

T IB	ν- -ν 02 O
*03	R
T se	ν --ν- 03 01
¹OS	R

(5)

(6)

wobei V der Wert der Spannung der Quelle 65 ist, R der Wert jedes der Widerstände 54, 55, 56, und 57, und R₁ der Wert des Widerstands 66. Der Wert R₁ des Widerstands 66 muß so gewählt

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werden, daß sich die Eingänge an den durch die Kreise in Fig. 3 angegebenen Punkten kreuzen. An dem ersten derartigen Punkt ist

f'¹OS⁺V <⁷>

V -V V IV + IV -V

01 ^V03 R- ι 02 γ 03 ^V0

^RVR

Die Kollektorelektroden 76 und 77 der Transistoren 70 und 71 sind mit den Eingängen einer bistabilen Schaltung 85 verbunden derart, daß das Aus gangs signal an der Kollektorelektrode 76 des Transistors 70 die bistabile Schaltung einstellt und das an der Kollektor elektrode 77 des Transistors 71 vorhendene Signal die bistabile Schaltung zurückstellt.

Die anderen Komparator schaltungen 46 und 47 (Fig. 1) erfordern nicht notwendigerweise eine Differentialverstärkerstufe mit niedriger Eingangsimpedanz, so daß ein Differentialverstärker allgemeinerer Art, gefolgt von einer bistabilen Schaltung benutzt werden kann, um diese Komparatorschaltungen zu bilden.

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Fig. 4 zeigt eine als Beispiel gewählte Endstufung für einen Stufenköder unter Verwendung von nur zwei Rückkopplungswegen, die jedoch in der Lage ist, gemäß der Erfindung die letzten beiden Ziffern des Ausgangssignals zu erzeugen. Bei der Schaltung wird ein Funktionsverstärker 90 mit einem Eingang 91 und einem Ausgang 92 verwendet. Der erste der beiden Rückkopplungswege besteht aus der Serienschaltung einer Diode 93 und eines Widerstands 94, wobei die Diode so gepolt ist, daß sie leitet wenn der Ausgang des Verstärkers positiv ist. Der zweite Rückkopplungsweg besteht aus einer fj Diode 95 und einem Widerstand 96, die zwischen die Ausgangsklemme 92 und die Eingangsklemme 91 des Verstärkers 90 geschaltet sind. Die Diode 95 ist so gepolt, daß sie leitet wenn der Ausgang des Verstärkers 90 negativ ist. Eine Diode 97, deren Anode mit der Anode der Diode 93 verbunden ist und deren Kathode mit der Kathode der Diode 95 verbunden ist, wirkt mit einer positiven Spannungsquelle 98 und einem Widerstand 99, der mit dem Verbindungspunkt der Dioden 93 und 97 verbunden ist, zusammen, um eine ^ « m richtige Vorspannung für die Rückkopplungsdioden 93 und 95 zu ergeben derart, daß diese Dioden nur leiten, nachdem die Vorspannung überwunden ist. Die Schaltung gleicht abgesehen von ihrer Vorspannungsanordnung der Schaltung, die in der oben erwähnten Deutschen Patentanmeldung Nr. W 34 793 geschildert ist, wobei ein Äusgangssignal der ersten Ziffer an der Ausgangsklemme 100 erzeugt

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wird, die über die Widerstände 101 und 102 mit der Kathode und der Anode der Diode 97 verbunden ist.

Entsprechend dieser Ausführung der Erfindung wird ein zweites Ziffernausgangssignal von den Signalen abgeleitet, die an den Klemmen 105 und 106 vorhanden Bind, welche die gemeinsamen Verbin«· .· dungspunkte der Dioden und Widerstände in den beiden Rückkopplunge netzwerken darstellen. Die Vorwärtskopplungsdioden 107 und 108 verbinden die Ausgangsklemmen 105 und 106 mit dem Eingang einer Komparatorschaltung 110, welche aus der Hintereinanderschaltung eines Differentialverstärkers und einer bistabilen Schaltung bestehen kann. Die an den Komparator angelegten Signale, die in Fig. 4 dargestellt sind, sind in der Tat identisch mit den Signalen, welche von einer weiteren Stufe eines herkömmlichen symetrischen Köders mit binären Stufen erzeugt würden. Daher erzeugt der Komparator dasselbe Ziffernaus gangs signal, wie eine solche nachfolgende herkömmliche Stufe. Die Vorspannungsnetzwerke, welche aus den Quellen 111 und 112 bestehen, die mit Hilfe der Widerstände 113 und 114 mit der Kathode der Diode 107 und der Anode der Diode

verbunden sind, liefern gerade so viel Vorspannung, daß die Ausgangsschaltung der letzten Ziffer bistabil wird. .

So werden, entsprechend der Erfindung die Ziffern des kodierten

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Signals, die bisher durch die letzten zwei oder drei Stufen eines Stufenkoders erzeugt wurden, durch eine einzige Stufe erzeugt, bei der nur ein Präzisionsfunktionsverstärker verwendet wird. Die Kosten für den zugehörigen erfindungs gemäß benutzten Differentialverstärker sind viel geringer als diejenigen für die Stufen, die durch Verwendung einer Endstufe gemäß der Erfindung vermieden werden, so daß eine wesentliche Kosteneinsparung entsteht.

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Claims

V.R.Saari 10 «ι Patentansprüche

1. Analog-Digital-Wandler bestehend aus einem Verstärker mit Eingangs- und Ausgangsklemmen, wobei die Eingangsklemmen das umzuwandelnde analoge Signal erhalten sowie

aus einer Rückkopplungsschaltung, welche die Eingangs- und Ausgangsklemmen miteinander verbindet, um ein digitales Ausgangssignal und analoge Aus gangs signale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung aus wenigstens zwei Rückkopplungswegen (51, 17, 16, 15, 50; 92, 97, 93, 94 und 91) und (51, 22, 21, 20, 50; 92, 95, 96, 91) besteht, wobei jeder Weg wenigstens die Reihenschaltung eines Widerstands (15 und 20; 94 und 96) und einer in einer Richtung leitende Einrichtung (17 und 22; 93 und 95) enthält und daß der Analog-Digital-Wandler weiterhin besteht aus einer Schaltung (58, 59, 107, 108), die mit den Verbindungspunkten der Widerstände und der in einer Richtung leitenden Einrichtungen verbunden ist, um die analogen Ausgangssignale zu erzeugen und aus wenigstens einer Anordnung aus einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung (47 oder 67, Fig. 2 oder 110, Fig, 4), wobei der Differentialverstärker zwei Eingangsklemmen (68, 69 oder 60, 61, Fig. 2) aufweist, die so eingerichtet sind, daß sie zwei

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der analogen Ausgangssignale aufnehmen, wobei ferner die bistabile Schaltungsanordnung so eingerichtet ist, daß sie ein Signal mit einer ersten Polarität erzeugt, wenn das erste der beiden analogen Signale eine erste Polarität in Bezug auf das zweite der beiden analogen Signale hat, und ein Signal mit einer zweiten Polarität, wenn das erste der beiden analogen Signale eine zweite Polarität in Bezug auf das zweite der beiden analogen Signale hat.

2, Analog-Digital-Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Paar von Rückkopplungswegen, wobei jeder der beiden Rückkopplungswege in dem ersten Paar aus der Reihenschaltung eines Widerstands (15) einer ersten in einer Riehtung leitenden Einrichtung (16) und einer zweiten in einer Richtung leitenden Einrichtung (17) besteht, und

aus einem ersten und einem zweiten Vorspannungskreis, die mit dem Verbindungspunkt des Widerstands und der ersten in einer Richtung leitenden Einrichtung und mit dem Verbindungspunkt der ersten und der zweiten in einer Richtung leitenden Einrichtung verbunden sind, um die-erste in einer Richtung leitende Einrichtung in Sperrichtung und die zweite in einer Richtung leitende Einrichtung in Flugrichtung vorzuspannen,

wobei jeder der beiden Rückkopplungswege in dem zweiten Paar aus der Reihenschaltung eines Widerstands (36) und einer in einer Richtung

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leitenden Einrichtung (40) besteht, die zweite in einer Richtung leitende Einrichtung mit dem Verbindungspunkt der ersten (16) und der zweiten (17) in^einer Richtung leitenden Einrichtung in dem entsprechenden Rückkopplungsweg des ersten Paares verbunden ist, eine dritte Vorspannungsschaltung (37₄ 38) mit dem Verbindungspunkt des Widerstands (36) und der in einer Richtung leitenden Einrichtung (40) verbunden ist, um diese Einrichtung in Sperrichtung vorzuspannen, ,

eine Schaltung (58, 59) mit dem Verbindungspunkt der ersten und der zweiten in einer Richtung leitenden Einrichtung in dem ersten Paar von Rückkopplungswegen verbunden ist, um ein erstes Paar von analogen Ausgangssignalen zu erzeugen, eine zusätzliche Schaltung (54, 57) mit den Verbindungspunkten der Widerstände und der in einer Richtung leitenden Einrichtungen in dem zweiten Paar von Rückkopplungswe gen verbunden ist, um ein zweites Paar der analogen Ausgangssignale zu erzeugen, eine erste Anordnung aus einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung (47) mit der Schaltung (58, 59) verbunden ist, um das erste Paar von analogen Ausgangesignalen aufzunehmen, wobei die bistabile Schaltungsanordnung so eingerichtet ist, daß ein Signal mit einer ersten Polarität erzeugt wird, wenn das erste des ersten Paares von analogen Signalen eine erste Polarität in Bezug auf das zweite des ersten Paares von analogen Signalen hat,

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und ein Signal mit einer zweiten Polarität, wenn das erste des ersten Paares von analogen Signalen eine zweite Polarität in Bezug auf das zweite des ersten Paares von analogen Signalen hat, und eine zweite Anordnung aus einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung (67) mit der zusätzlichen Schaltung (54, 57) verbunden ist, um das zweite Paar von analogen Ausgangs Signalen aufzunehmen, wobei die bistabile Schaltungsanordnung so eingerichtet ist, daß ein Signal mit einer ersten Polarität erzeugt wird, wenn das erste des zweiten Paares von analogen Signalen eine erste Polarität in Bezug auf das zweite eines zweiten Paares von analogen Signalen hat, und ein Signal mit einer zweiten Polarität, wenn das erste des zweiten Paares von analogen Signalen eine zweite Polarität in Bezug auf das zweite eines zweiten Paares von analogen Signalen hat.

3. Analog-Digital-Wandler nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung auf einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung besteht aus einer ersten (70) und einer zweiten (73) Halbleitereinrichtung, die basisgekoppelt sind, wobei die Basen der Halbleitereinrichtungen miteinander verbunden sind und über eine dritte Halbleitereinrichtung (87) mit Erde, wobei die Eingänge der ersten und der zweiten Halbleitereinrichtung mit den Kollektoren der Einrichtungen verbunden

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sind, wobei eine bistabile Schaltung (85) mit den Emittern der Halbleitereinrichtungen verbunden ist, und eine erste (80, 82) und eine zweite (80, 83) Vorspannungsschaltung vorgesehen sind, um die erste und die zweite Halbleitereinrichtung so vorzuspannen, daß sie leiten.

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