DE1537556B2

DE1537556B2 - Analog digital stufenumsetzer

Info

Publication number: DE1537556B2
Application number: DE19671537556
Authority: DE
Inventors: Veikko Reynold Old Bridge NJ Saari (V St A )
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-12-28
Filing date: 1967-11-16
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1199299A; SE323711B; FR1548231A; BE708536A; DE1537556A1; US3495233A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog/Digital-Stufenumsetzer mit einem Verstärker mit Eingangsund Ausgangsklemmen, einer mit der Verstärkerausgangsklemme verbundenen Ziffernausgangsklemme, wobei die Eingangsklemmen das zu kodierende Analogsignal empfangen, und einer Rückkopplungsschaltung, die die Eingangs- und Ausgangsklemmen zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals und analoger. Ausgangssignale verbinden.

Der bekannte Gray-Kode hat bestimmte Vorteile gegenüber dem üblichen Binärkode. Diese Vorteile ergeben sich aus der Eigenschaft des Gray-Kode, daß keine zwei aufeinanderfolgenden Zahlen sich um mehr als eine Ziffer unterscheiden. Der Gray-Kode wird auch reflektierter Binärkode genannt, und zwar wegen seiner Bildungsweise.

Eine Methode zur Bildung reflektierter binärer Kodegruppen aus Analogsignalen erfolgt mit dem sogenannten Stufenkoder und ist besonders vorteilhaft. Ein (aus der USA,-Patentschrift 3 035 258) bekannter Köder dieser Art besitzt viele hintereinandergeschaltete Kodierungsstufen (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 Ubertragungskennlinie zwischen dem analogen Eingang und dem analogen Ausgang. Diese Ubertragungskennlinie liefert herkömmliche Vollwegbrückengleichrichter in jeder Stufe, wobei Ziffernausgangsmittel das auf den Leitfähigkeitszustand einer der Gleichrichterdioden anspricht, die Polarität des Eingangssignals jeder Stufe bestimmen.

Eine verbesserte Stufenkodierungsschaltung ist in der deutschen Patentanmeldung W 34 793 vom Juni 1963 beschrieben. Wie dort vorgeschlagen wird, wird die gewünschte V-förmige Vollweggleichrichter-Ubertragungskennlinie 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 Impedanzelements und eines Widerstands besteht. Von dem Verbindungspunkt des nicht linearen Elements und des Widerstands erhält man einen analogen Ausgang, während der binäre oder Ziffernausgang vom Ausgang des Verstärkers erhalten wird. Jeder Verstärker besitzt zwei ungleiche Rückkopplungswege, von denen jeder eine Hälfte der erforderlichen Ubertragungskennlinie 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 Ubertragungskennlinie »analoger Ausgang abhängig vom analogen Eingang« 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.

In der eigenen gleichlaufenden Patentanmeldung P 15 37 557.2-31 (entspricht der nachveröffentlichten belgischen Patentschrift 707 223) ist eine sogenannte quarternäre Stufe vorgeschlagen worden, 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 Verstärkung verwendet, wobei sie aus einem Eingangsstrom einen Ausgangsstrom erzeugt, der unter dem Einfluß eines vollen Durchgangs des Eingangsstrombereichs viermal einen fortlaufenden Wertebereich durchläuft.

Ausführungsbeispiele 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 Funktionsverstärkers positiv ist, ist der Ausgang des komplementären Verstärkers J in derselben Stufe negativ. Symetrische Köder dieser Art sind in der deutschen Patentanmeldung W 34 793 beschrieben.

Bei dem symetrischen Köder, der binäre Stufen verwendet, erzeugt 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 Funktionsverstärkern erzeugt. Wenn der symetrische Köder von sogenannten quarternären Kodierungsstufen 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 quarternäre Köder erfordert deshalb vier Funktionsverstärker, um die vier niedrigstwertigen Ziffern zu erzeugen. ⁽ _v

Das Problem bei den bisherigen Stufen-Kodierschaltungen 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 Rückkopplungs-Formungsglieder. Die bisherigen Stufenkodierungseinrichtungen sind also nicht nur aufwendig, es ist auch schwierig, sie in zufriedenstellend arbeitendem Zustand zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Kompliziertheit und die Kosten zu reduzieren, indem die Anzahl der in einem Stufenkoder erforderlichen Funktionsverstärker herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe ist für den Analog/Digital-Stufenumsetzer der einleitend beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rückkopplungsschaltung zumindest zwei Rückkopplungswege aufweist, von denen jeder zumindest die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines geeignet vorgespannten einseitig leitenden Schaltungsbauelementes besitzt, daß eine Schaltungsanordnung an die Verbindungsstellen der Widerstände und den einseitig leitenden Schal-

tungsbauelementen angeschlossen ist, um die Analogausgangssignale abzuleiten, und daß zumindest eine Schaltungsanordnung mit einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung vorgesehen ist, wobei der Differentialverstärker ein Paar Eingangsklemmen aufweist, die dafür eingerichtet sind, ein Paar der Analogausgangssignale von der Rückkopplungsschaltung zu empfangen, und wobei die bistabile Schaltungsanordnung dafür eingerichtet ist, ein Signal einer ersten Polarität zu erzeugen, wenn das erste Signal des Analogsignalpaars von einer ersten Polarität gegenüber dem zweiten Signal des Analogsignalpaars ist, aber ein Signal der zweiten Polarität zu erzeugen, wenn das erste Signal des Analogsignalpaars von der zweiten Polarität gegenüber dem zweiten Signal des Analogsignalpaars ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert; es zeigt

F i g. 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,

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

F i g. 3 einige der Ubertragungsfunktionen in der in F i g. 2 dargestellten Schaltung und

F i g. 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 symetrischen Stufenkoders erzeugt wurden. Die letzte Stufe eines als Beispiel gewählten Stufenkoders gemäß der Erfindung ist in Fig. 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 12 zum · Eingang 11 gepolt; * während die Diode 17 in der entgegengesetzten Richtung gepolt ist. Ein ähnlicher Rückkopplungskreis, der aus einem Widerstand 20 und den Dioden 21 und 22 besteht, ist ebenfalls 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 F i g. 1 hervorgeht, sind die Kathode der Diode 17 und die Anode der Diode 22 mit der Ausgangsklemme 12 verbunden. Ein erstes stromlieferndes Netzwerk, 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

rs Diode 45 und des Widerstands 43, die zwischen dem Verbindungspunkt 44 der Dioden 21 und 22 und der Eingangsklemme 11 liegt. Die Diode 45 ist so gepolt, daß sie einen positiven Strom vom Verbindungspunkt 44 zur Eingangsklemme 11 leitet, wobei eine Batterie 42 /nit Hilfe des Widerstands 41 so angeschlossen ist, daß die Diode 45 in Sperrichtung vor-"*· gespannt wird.

Eingangssignale von einer analogen Ausgangsklemme einer symetrischen 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 12 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 Diöden 21 und 22 liegt. 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 Ausgangssignalströme 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 Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 51 oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, je nachdem, 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 nachdem, ob die zweitgeringstwertige 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 Tatsache, daß der Verstärkereingang 11 im wesentlichen auf Erdpotential liegt und daß der Verstärker 10 eine Phasenumkehr hervorbringt, soll bei der nachfolgenden Erläuterung beachtet werden.

Wenn das Eingangssignal an der Klemme 50, das einem der beiden analogen Ausgänge der vorletzten Stufe entnommen wird, ein Strom 0 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 verhältnismäßig 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 Spannung am Knick der Diode übersteigt.

Infolgedessen fließt ein zusätzlicher Strom über die Widerstände 20 und 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 geliefert wird, und des Stroms, der vom Eingang 50 über den Widerstand 20 geliefert wird, im wesentlichen 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 22 fließt, die nunmehr eine hohe Impedanz hat. Der Ausgang der Diode 21 ist dann, wie dargestellt, effektiv auf einer Spannung von — F₀₁ geklemmt, wobei diese Erscheinung auftritt,

wenn der' Eingangsstrom bei (oder oberhalb) + γ liegt.
Wenn der Eingangsstrom bei + γ Einheiten oder

höher liegt, ist die Spannung am Verstärkerausgang 12 ausreichend negativ, um die Diode 40, 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 da-

gegen der Eingangsstrom zwischen + γ und +/ Stromeinheiten liegt, bleibt die Spannung an der Anode der Diode 21 auf -F₀₁ Volt geklemmt.

Für Eingangssignale mit zunehmend negativem Strom ist die Arbeitsweise der entsprechenden symetrischen Schaltung ähnlich der oben beschriebenen. Die Diode 16 beginnt zunächst zu leiten, wobei die Spannung an ihrer Kathode auf + F₀₃ Volt ansteigt. Dies setzt sich 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 Vorstrom ist. Die Kathode der Diode 16 ist dann auf +F₀₃ Volt geklemmt, und zwar in der gleichen oben beschriebenen Weise, in der die Anode der Diode 21 auf — F₀₁ Volt geklemmt war. Diese Erscheinung tritt auf, wenn der Eingangsstrom bei

—Y Einheiten liegt.

Wenn der Eingangsstrom negativer als —j 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 + F₀₂ Volt ansteigt. Die Spannung ist auf + F₀₂ 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 Ausgangsspannungen und Ströme, die durch die Schaltung erzeugt werden (als Funktionen des Eingangsstroms), an den verschiedenen Ausgangsklemmen in F i g. 1 dargestellt. Um das Verständnis dieser Diagramme zu erleichtern, wurde eine gestrichelte senkrechte Linie durch das Eirigangsstromdiagramm bei 0 Stromeinheiten gezogen, wobei vier Punkte benutzt werden, um vier Eingangsstromwerte zu bezeichnen. Die

beiden positiven Werte + γ und +/ 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 ^ ^und —I

angeben. Eine senkrechte Linie ist ferner durch jedes der Aüsgangssignaldiagramme gezeichnet. Diese Linie soll den Wert der Ausgangsspannung 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 + γ Stromeinheiten beträgt, während die Spannung oder der Strom am zweiten Punkt rechts von der senkrechten Linie den Fall darstellt, daß das Eingangssignal +·/ 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

— γ Einheiten und

Einheiten vorhanden sind.

Eine kritische Prüfung der Ausgangsdiagramme in F i g. 1 ergibt einige interessante Ergebnisse. Vor allem ist, das Ausgangssignal an der Klemme 51 identisch mit dem Signal an der Ausgangsklemme 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 ge-

schehen, daß die Signale an der Anode der Diode 58 und der Kathode der Diode 59 an eine Differentialverstärkerschaltung 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 nachdem, ob die geringstwertige Ziffer des zu kodierenden analogen Signals 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 nachdem, ob das Differenzsignal oberhalb oder unterhalb des Grenzwerts liegt. Der Komparator 67 ist die Hintereinanderschaltung eines Differentialverstärkers und einer bistabilen Schaltung.
F i g. 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 Ausgangssignal an der Klemme 61 zeigt. Damit die Komparatorschahung 67 die geringstwertige Ziffer zur gleichen Zeit erzeugt, zu der die anderen Ziffernausgangssignale durch den Stufenkoder erzeugt werden, müssen sich die Signale an 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.

F i g. 2 zeigt eine etwas speziellere Form der Komparatorschahung 67 und die an diese angelegten Eingangssignale. 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 Vorspannungsquelle 80 ist mit Hilfe der Widerstände 82 bzw. 83 mit den Kollektorelektroden 76 und 77 verbunden. Das Signal der Ausgangsklemme 60 geht zur Emitterelektrode 78 des Transistors 70, während die Klemme

61 mit der Emitterelektrode 79 des Transistors 71 verbunden ist. Da der Differentialeingangskreis basisch gekoppelt ist, hat er eine niedrige Eingangsimpedanz, die einen vernachlässigbaren Spannungsabfall ergibt. Die an die Emitterelektroden angelegten Eingangsströme sind in F i g. 2 dargestellt. Diese Ströme sind durch die unten angegebenen Gleichungen definiert.

V₀₁

wobei V_R der Wert der Spannung der Quelle 65 ist, R der Wert jedes der Widerstände 54, 55, 56 und 57 und Ri der Wert des Widerstandes 66. Der Wert R₁ des Widerstands 66 muß so gewählt werden, daß sich die Eingänge an den durch die Kreise in F i g. 3 angegebenen Punkten kreuzen. An dem ersten derartigen Punkt ist

und

V ν

MH ~ M

)3-

V
R₁

-^ V₀₂ +-γ

V₀₃ - V₀

R₁ =

V_n,

2 V02 2 °³

3_

Ιόι =

/02 =

- V₀

	R	V₀₂	*■ V₀*
■ Vo	—
	R	V₀₃ V_R
V₀₁	—	Ri

V₀₃	-

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

Die anderen Komparatorschaltungen 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.

Fi g. 4 zeigt eine als Beispiel gewählte Endstufung für einen Stufenkoder 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 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 Spännungsquelle 98 und einem Widerstand 99, der mit dem Verbindungspunkt der Dioden 93 und 97 verbunden ist, zusammen, um eine richtige Vorspannung für die Rückkopplungsdioden 93 und 95 zu ergeben derart, daß diese Dioden nur leiten, nachdem die Vorspannung überwunden ist.

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Die Schaltung gleicht abgesehen von ihrer Vorspannungsanordnung der Schaltung, die in der obenerwähnten deutschen Patentanmeldung W 34 793 geschildert ist, wobei ein Ausgangssignal der ersten Ziffer an der Ausgangsklemme 100 erzeugt 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 sind, welche die gemeinsamen Verbindungspunkte der Dioden und Widerstände in den beiden Rückkopplungsnetzwerken darstellen. Die Vorwärtskopplungsdioden 107 und 108 verbinden die Ausgangsklemmen 105 und 106 mit dem Eingang einer 15 · Komparatorschaltung 110, welche aus der Hintereinanderschaltung eines pifferentialverstärkers und einer bistabilen Schaltung bestehen kann. Die an den Komparator angelegten Signale, die in F i g. 4 dargestellt sind, sind in der Tat identisch mit den Signalen, welche von einer weiteren Stufe eines herkömmlichen symmetrischen Köders mit binären Stufen erzeugt würden. Daher erzeugt der Komparator dasselbe Ziffernausgangssignal 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 108 verbunden sind, liefern gerade so viel Vorspannung, daß die Ausgangsschaltung der letzten Ziffer bistabil wird.

So werden, entsprechend der Erfindung, die Ziffern des kodierten 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 erfindungsgemäß 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.

Claims

Patentansprüche:

1. Analog/Digital-Stufenumsetzer mit einem Verstärker mit Eingangs- und Ausgangsklemmen, einer mit der Verstärkerausgangsklemme verbundenen Ziffernausgangsklemme, wobei die Eingangsklemmen das zu codierende Analogsignal empfangen, und einer Rückkopplungsschaltung, die die Eingangs- und Ausgangsklemmen zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals und analoger Ausgangssignale verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung zumindest zwei Rückkopplungswege (51, 17, 16,15, 50; 92, 97, 93, 94, 91 und 51, 22, 21, 20, 50; 92, 95, 96, 91) aufweist, von denen jeder zumindest die Reihenschaltung eines Widerstandes (15 und 20; 94 und 96) und eines geeignet vorgespannten, einseitig leitenden Schaltungsbauelementes (17 und 22; 93 und 95) besitzt, daß eine Schaltungsanordnung (58, 59,107,108) an die Verbindungsstellen der Widerstände und den einseitig leitenden Schaltungsbauelementen angeschlossen ist, um die Analogausgangssignale abzuleiten, und daß zumindest eine Schaltungsanordnung mit einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung (47, 67; Fig. 2, oder 110; F i g. 4) vorgesehen ist, wobei der Differentialverstärker ein Paar Eingangsklemmen (68, 69 oder 60, 61; F i g. 2) aufweist, die dafür eingerichtet sind, ein Paar der Analogausgangssignale von der Rückkopplungsschaltung zu empfangen, und wobei die bistabile Schaltungsanordnung dafür eingerichtet ist, ein Signal einer ersten Polarität zu erzeugen, wenn das erste Signal des Analogsignalpaares von einer ersten Polarität gegenüber dem zweiten Signal des Analogsignalpaares ist, aber ein Signal der zweiten Polarität zu erzeugen, wenn das erste Signal des Analogsignalpaares von der zweiten Polarität gegenüber dem zweiten Signal des Analogsignalpaares ist.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein zweites Paar von Rückkopplungswegen vorgesehen ist, daß jeder der beiden Rückkopplungswege des ersten Paares einen Widerstand (15), ein erstes und ein zweites einseitig,leitendes Schaltungsbauelement (16, 17) in Reihenschaltung aufweist, daß ein erster und ein zweiter Vorspannkreis vorgesehen ist, die mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Wider- f stand und dem ersten einseitig leitenden Schal- _ - > tungsbauelement bzw. mit dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten einseitig leitenden Schaltungsbauelement verbunden sind, um das erste einseitig leitende Schaltungsbauelement in Sperrichtung und das zweite in Flußrichtung vorzuspannen, daß jeder der beiden Rückkopplungswege des zweiten Paars die Reihenschaltung eines Widerstandes (36) und eines einseitig leitenden Schaltungsbauelementes (40) aufweist, das mit dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten einseitig leitenden Schaltungsbauelementes (16 bzw. 17) im entsprechenden Rückkopplungsweg des ersten Paares verbunden ist, daß ein dritter Vorspannkreis (37, 38) mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes (36) und jenem einseitig leitenden Schaltungsbauelement (40) verbunden ist, um dasselbe in Sperrichtung vorzuspannen, daß eine Schaltung (58, 59) mit den Verbindungspunkten zwischen den ersten und zweiten einseitig leitenden Schaltungsbauelementen der beiden Rückkopplungswege des ersten Paares verbunden (_, ist, um ein erstes Analogausgangssignalpaar zu erzeugen, daß eine zusätzliche Schaltung (54, 57) mit den Verbindungspunkten zwischen den Widerständen und den einseitig leitenden Schaltungsbauelementen in den beiden Rückkopplungswegen des zweiten Paares verbunden ist, um ein zweites Analogausgangssignalpaar zu erzeugen, daß eine erste Anordnung (47) aus einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung mit der Schaltung (58, 59) zum Empfang des ersten Analogausgangssignalpaares verbunden ist, wobei die bistabile Schaltung so eingerichtet ist, daß sie ein Signal einer ersten Polarität erzeugt, wenn das erste Signal des ersten Analogsignalpaares eine erste Polarität gegenüber dem zweiten Signal dieses Paares hat, aber ein Signal der zweiten Polarität erzeugt, wenn das erste Signal des ersten Analogsignalpaars die zweite Polarität gegenüber dem zweiten Signal dieses Paares hat, und daß eine zweite Anordnung (67) aus einem Differentialverstärker und einer bistabilen Schaltung mit der zusätzlichen Schaltung (54, 57) zum Empfang des zweiten Analogausgangssignalpaares

verbunden ist, wobei die bistabile Schaltungsanordnung so eingerichtet ist, daß sie ein Signal einer ersten Polarität erzeugt, wenn das erste Signal des zweiten Analogsignalpaares eine erste Polarität gegenüber dem zweiten Signal dieses Paares hat, aber ein Signal der zweiten Polarität erzeugt, wenn das erste Signal des zweiten Analogsignalpaares die zweite Polarität gegenüber dem zweiten Signal dieses Paares hat.

3. Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus einem Differentialverstärker und einer bistabilen

Schaltung ein erstes und zweites Halbleiterbauelement (70 bzw. 73) in Basiskopplung aufweist, wobei die Basen der Halbleiterbauelemente miteinander und über ein drittes Halbleiterbauelement (87) mit Erde verbunden sind, daß die Eingänge des ersten und zweiten Halbleiterbauelementes mit den Kollektoren derselben verbunden sind, daß eine bistabile Schaltung (85) mit den Emittern der Halbleiterbauelemente verbunden ist und daß eine erste und zweite Vorspannschaltung (80, 82 bzw. 80, 83) das erste und zweite Halbleiterbauelement leitend vorspannen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen