DE1537557B2 - Binaere kodierungsstufe fuer einen stufenkoder - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine binäre Kodie- durch die Verwendung eines Umkehrverstärkers rungsstufe für einen Stufenkoder mit einer Analog- erhalten, der zwischen das zu kodierende Eingangseingangsklemme, einer Ziffernausgangsklemme, ersten signal und die eine Hälfte der ersten Stufe geschaltet und zweiten Analogausgangsklemmen und zwei Ver- war, oder durch die Verwendung einer speziellen Postärkern mit je einer Eingangs- und einer Ausgangs- 5 laritätsentnahme-Schaltung. Die Verwendung eines klemme. Umkehrverstärkers erhöht nicht nur den Aufwand

Mit vorliegender Erfindung soll eine erste Stufe der ersten Stufe, sondern verringert auch die Kodiefür einen derartigen Köder geschaffen werden, welche rungsgeschwindigkeit etwas und ergibt außerdem das dieselben Operationen wie die herkömmliche und Problem, daß in den beiden Wegen der ersten Stufe bisher benutzte Kombination einer Kodierungsstufe io verschiedene Fortpflanzungsgeschwindigkeiten vor- und eines Umkehrverstärkers durchführen kann. handen sind. Die Polaritätsentnahmeschaltung der

Eine Kodierung, bei der sich keine zwei aufeinan- ersten Stufe weist keine derartigen Geschwindigkeitsderfolgenden kodierten Zahlen um mehr als eine begrenzungen auf, sind jedoch auf Anwendungen beeinzige Ziffer unterscheiden, bietet gegenüber der schränkt, bei denen eine verhältnismäßig niedrige herkömmlichen binären Kodierung gewisse Vorteile. 15 Ausgangsleistung für die zweite Stufe des Köders not-Ein derartiger Kode wird häufig ein reflektierter bi- wendig ist.

närer Kode oder ein Gray-Kode genannt, und zwar Die obigen Schwierigkeiten werden nun durch die

infolge der Art und Weise wie der Kode gebildet wird vorliegende Erfindung dadurch überwunden, daß der

(vgl. USA.-Patentschrift 2 632 058). eine Verstärker ein umkehrender Funktionsverstär-

Ein Verfahren zur Bildung reflektierter binärer 20 ker ist und 'erste und zweite asymmetrisch leitende Kodegruppen aus analogen Signalen ist besonders Rückkopplungskreise aufweist, der andere Verstärvorteilhaft und wurde in dem »Stufen«-Koder nach ker ein nichtumkehrender Funktionsverstärker ist USA.-Patentschrift 3 035 258 verwirklicht. Ein der- und erste und zweite asymmetrisch leitende Rückartiger Köder weist eine Vielzahl von hintereinander- kopplungskreise aufweist, eine Schaltungsanordnung, geschalteten Kodierungsstufen auf (eine Stufe für 25 die Analogeingangsklemme mit den Eingängen der jede Ziffer im Kodewort). Jede dieser Stufen hat Verstärker verbindet, erste Widerstände die ersten einen analogen Eingang, einen analogen Ausgang und zweiten Rückkopplungskreise des umkehrenden und einen Ziffernausgang. Der analoge Ausgang der Funktionsverstärkers mit den ersten bzw. zweiten ersten Stufe ist der analoge Eingang der nächsten Analogausgangsklemmen verbinden, sowie zweite usf. Die Stufen zeigen eine V-förmige Übertragungs- 30 Widerstände die ersten und zweiten Rückkopplungskennlinie zwischen dem analogen Eingang und dem kreise des nichtumkehrenden Funktionsverstärkers analogen Ausgang. Diese Ubertragungskennlinie lie- mit den ersten bzw. zweiten Analogausgangsklemmen fert herkömmliche Vollwegbrückengleichrichter in verbinden, um eine V-förmige Ubertragungsleitwertjeder Stufe, während Ziffernausgangsmittel, welche Kennlinie zwischen der ersten Analogausgangsklemme auf den Leitfähigkeitszustand einer der Gleichrichter- 35 und der Analogeingangsklemme zu erhalten, sowie dioden ansprechen, die Polarität des Eingangssignals um eine umgekehrte V-förmige Übertragungsleitwerkjeder Stufe bestimmen. Kennlinie zwischen der zweiten Analogausgangs-

Es ist eine verbesserte Stufenkodierungsschaltung klemme und der Analogeingangsklemme zu erhalten,

aus der USA.-Patentschrift 3 187 325 bekannt, bei und eine Schaltungsanordnung zumindest eine der

der die gewünschte V-förmige Vollweggleichrichter- 40 Verstärkerausgangsklemmen mit der Ziffernausgangs-

Übertragungskennlinie stückweise erzeugt wird, d. h., klemme verbindet.

die beiden Arme des V werden getrennt durch ein Es ist also ein nichtumkehrender Funktionsver-Kodierungsnetzwerk erzeugt und nachfolgend korn- stärker und ein umkehrender Funktionsverstärker biniert. Jede Hälfte der gewünschten Kennlinie wird unmittelbar verbunden, um das zu kodierende Signal mit Hilfe eines Verstärkers erzeugt, der einen Rück- 45 aufzunehmen. Jeder Verstärker weist zwei Rückkopplungsweg aufweist, welcher aus der in Reihe ge- kopplungskreise auf, wobei jeder Rückkopplungskreis schalteten Kombination eines nichtlinearen Impe- aus der Reihenschaltung eines Widerstandes und danzelements und eines Widerstands besteht. Von einer nichtlinearen Impedanz besteht. Die nichtdem Verbindungspunkt des nichtlinearen Elements linearen Einrichtungen der Rückkopplungskreise der und des Widerstandes erhält man einen linearen 50 Verstärker sind in entgegengesetzten Richtungen geanalogen Ausgang, während der binäre Ziffernaus- polt, so daß eine erste Einrichtung leitet und die gang von dem Ausgang des Verstärkers erhalten wird. zweite in Sperrichtung vorgespannt ist, wenn das Jeder Verstärker hat zwei Rückkopplungswege, die Eingangssignal positive Polarität hat, während der jeweils eine Hälfte der notwendigen Übertragungs- umgekehrte Leitungszustand vorhanden ist wenn das kennlinie liefern, so daß die entstehende Stufe als 55 Eingangssignal negative Polarität hat. Der Verbinbinäre Stufe eines Stufenkoders wirkt. dungspunkt der ersten Diode und des zugehörigen

Bei einer bevorzugten Form dieses Stufenkoders Rückkopplungswiderstands in jeder Verstärkerschalwird ein symmetrisches Kodierungssystem verwendet, tung ist mit Hilfe eines Widerstands mit einer ersten um die Kodierungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Jede Ausgangsklemme verbunden, während der Verbin-Stufe eines derartigen symmetrischen Köders besteht 60 dungspunkt der zweiten Diode und des zugehörigen aus zwei Netzwerken des oben geschilderten Typs. Widerstands in jedem Verstärker mit Hilfe eines Wi-Diese Netzwerke arbeiten in Gegenphase, d. h., wenn derstands mit einer zweiten Ausgangsklemme verbunder Ausgang des einen Verstärkers positiv ist, ist der den ist. Die beiden Verstärker arbeiten mit einer Ausgang des komplementären Verstärkers in der- Phasendifferenz von 180 Grad der Ausgangsspanseiben Stufe negativ. Bei den bekannten Anordnun- 65 nung an dem Punkt, wo die entsprechenden Diodengen muß die erste Stufe durch symmetrische Eingangs- paare verbunden sind, so daß infolge des Zusammensignale in Gegenphase gesteuert werden. Bisher wur- Schaltens der Ausgangssignale in der oben beschrieden derartige symmetrische Eingangssignale entweder benen Weise V-förmige und umgekehrte V-förmige

Ausgangssignalströme wie auch ein digitales Ausgangssignal beim vollständigen Durchlaufen des Eingangsstrombereichs erzeugt werden. Diese Signale sind die Signale, die durch die erste Stufe eines Stufenkoders erzeugt werden müssen, sie werden erzeugt ohne daß es notwendig ist, daß jedem Verstärker ein Umkehrverstärker vorangeht. Ferner ist der Ausgangsleistungspegel höher als derjenige, der durch die oben geschilderte Polaritätsentnahmestufe erzeugt wurde.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Die Figur zeigt ein Schema einer ersten Stufe für einen Stufenkoder der die Erfindung verkörpert.

Das in der Figur dargestellte Kodierungsnetzwerk verwendet zwei Funktions.verstärkerschaltungen. Da bisher keine Normalisierung der Symbolik der Funktionsverstärkerschaltungen vorhanden ist, sei bemerkt, daß die in der Figur verwendeten Symbole die Symbole sind, welche die Burr-Brown Research Corporation verwendet und welche im Handbook of Operational Amplifier Applications, 1. Ausgabe Copyright 1963, in Fig. 2B auf S. 2 beschrieben sind.

Bei dieser Symbolik ist die Eingangsklemme 1 in jedem Funktionsverstärker 10 und 11 der umkehrende Eingang oder der Summierungspunkt was bedeutet, daß ein positiver Strom, der über den Widerstand 30 bzw. den Widerstand 20 in die Klemme 1 der Verstärker 10 und 11 fließt, eine negative Spannung an der Ausgangsklemme 4 erzeugt. In gleicher Weise erzeugt ein negativer Eingangsstrom an der Klemme 2, welche als Differential-Eingangsklemme bezeichnet wird, eine negative Spannung an der Ausgangsklemme 4.

Der Funktionsverstärker 10 hat zwei Rückkopplungskreise. Der erste besteht aus der Diode 12 und dem Widerstand 13, die in Reihenschaltung zwischen die Ausgangsklemme 4 und die Eingangsklemme 1 geschaltet sind. Der zweite Rückkopplungskreis besteht aus der Reihenschaltung einer Diode 15 und eines Widerstands 16, die zwischen die Ausgangsklemme 4 und die Eingangsklemme 1 geschaltet sind. Die Diode 12 ist so gepolt, daß sie leitet, wenn die Spannung an der Ausgangsklemme 4 des Verstärkers 10 positiv ist, während die Diode 15 so gepolt ist, daß sie leitet, wenn diese Spannung negativ ist. Ferner ist die Eingangsklemme 1 über den Widerstand 20 mit Erde verbunden, während die Eingangsklemme 2 so geschaltet ist, daß sie unmittelbar das zu kodierende Eingangssignal erhält, das von der Quelle 22 an die Eingangsklemme 21 angelegt wird. Die entstehende Form des Verstärkers 10 und seiner Rückkopplungskreise ist diejenige des nichtumkehrenden Funktionsverstärkers, der in Fig. HB des obenerwähnten Handbuches dargestellt ist, so daß die an der Klemme 38 oder 39 des Verstärkers 10 erscheinende Ausgangsspannung gleich

stehen. Der erste der Rückkopplungskreise besteht aus der Reihenschaltung der Diode 25 und des Widerstands 26, die zwischen die Ausgangsklemme 4 des Verstärkers 11 und die Ausgangsklemme 1 geschaltet sind. Der zweite Rückkopplungskreis besteht aus der Reihenschaltung der Diode 27 und des Widerstands 28, die ebenfalls zwischen die Ausgangsklemme 4 und die Eingangsklemme 1 geschaltet sind. Die Dioden 25 und 27 sind entgegengesetz gepolt, so

to daß die eine oder die andere leitet, je nach der Polarität der Ausgangsspannung. Ferner ist die Eingangsklemme 2 geerdet, während die Eingangsklemme 1 mit Hilfe eines Widerstands 30 mit der Eingangsklemme 21 verbunden ist. Die entstehende Form ist die Form des grundsätzlichen umkehrenden Funktionsverstärkers, der in Fig. HA auf S. 7 des obenerwähnten Handbuches dargestellt ist, wobei die Ausgangsspannung an der Klemme 35 oder 36 gleich

R/ T₃- — Eingang

Rf +

Eingang,

wobei R, der Wert des Widerstandes 13 oder des Widerstandes 16 und /?„_a der Wert des Widerstands 20 ist. Das Inkrement der Ausgangsspannung erscheint an der Klemme 38 oder 39, je nach dem, welcher der beiden Rückkopplungskreise in Betrieb ist. Der Funktionsverstärker 11 hat ebenfalls zwei Rückkopplungskreise, die jeweils aus der Reihenschaltung eines Widerstands und einer Diode beist, wobei R/ der Wert des Widerstands 26 oder 28 ist, je nach dem, welcher der beiden Rückkopplungskreise in Betrieb ist, und R₃₀ der Wert des Widerstands 30 ist.

Die Ausgangsspannung und Ströme, die durch die Schaltung erzeugt werden, sind (als Funktionen der Eingangsströme und Spannungen) an den verschiedenen Ausgangsklemmen in der Figur dargestellt. Um das Verständnis dieser Signalform zu erleichtern, wurde eine strichpunktierte senkrechte Linie durch das Eingangsstromsignal bei null Stromeinheiten gezogen, wobei zwei Punkte verwendet werden, um die Werte des Eingangsstroms zu bezeichnen. Der positive Wert + / des Eingangsstroms ist durch einen Punkt rechts von der senkrechten Linie, und der negative Wert — / durch einen Punkt links von der senkrechten Linie angegeben. Ferner ist eine senkrechte Linie durch die Ausgangssignalformen gezogen. Diese Linie soll den Wert der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms (wie angegeben) anzeigen, wenn der Eingangsstrom bei null Einheiten liegt. Der Punkt rechts von der senkrechten Linie in einer Ausgangssignalform ist die Spannung oder der Strom (wie angegeben) wenn der Eingangsstrom bei + / Stromeinheiten liegt, während der Punkt links von der senkrechten Linie in einer Ausgangssignalform die Spannung oder den Strom (wie angegeben) angibt, wenn der Eingangsstrom bei — / Stromeinheiten liegt.

Der Funktionsverstärker 11 und seine zugehörigen Rückkopplungsnetzwerke bewirken, daß zwei Ausgangskennlinien an den Klemmen 35 und 36 entstehen, die in der Figur dargestellt sind. Der Verstärker 11 bewirkt eine Phasenumkehr, da er ein umkehrender Verstärker ist, so daß, wenn der Eingangsstrom positiv ist (der zur Eingangsklemme 1 hinfließt), die Ausgangsspannung des Verstärkers 11 negativ und die Diode 25 in Sperrichtung vorgespannt ist. Bei diesem Zustand fließt tatsächlich kein Strom durch den Widerstand 26, so daß, wie dargestellt, die Spannung an der Klemme 35 Null beträgt. Wenn jedoch der Eingangsstrom negativ ist, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 11 positiv, die Diode 25 wird in Flußrichtung vorgespannt und es erscheint eine positive Spannung an der Ausgangsklemme 35. Die Diode 27 ist bei negativen Eingangsströmen in

Sperrichtung vorgespannt und es fließt infolge der hohen Stromverstärkung des Verstärkers 11 ein vernachlässigbarer Strom in den Verstärker 11 an der Klemme 1, so daß im wesentlichen der gesamte Strom durch den Widerstand 26 fließt. Wenn daher, wie dargestellt, die Größe des negativen Eingangsstroms zunimmt, nimmt die Größe der Spannung an der Klemme 35 in linearer Weise zu. Die Beziehung zwischen der Spannung an der Klemme 36 und dem Eingangsstrom kann auf ähnliche Weise erklärt werden, sie ist in der Figur dargestellt.

Da der Verstärker 10 als nichtumkehrender Verstärker geschaltet ist, ist seine Arbeitsweise etwas von derjenigen des Verstärkers 11 verschieden. Wenn der an die Klemme 21 angelegte Eingangsstrom positiv ist, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 10 positiv, weil keine Phasenumkehr vorhanden ist. Die Diode 12 ist in Flußrichtung vorgespannt, so daß bei zunehmenden Werten des positiven Eingangsstroms die Spannung an der Klemme 38 in linearer ao Weise zunimmt. Gleichzeitig ist die Diode 15 in Sperrrichtung vorgespannt, doch nimmt die Spannung an ihrer Anode und an der Klemme 39 ebenfalls etwas zu, und zwar infolge der Tatsache, daß die Spannung, die an dem Spannungsteiler entsteht, der aus den Widerständen 16 und 40 besteht und der die Klemme 39 mit der Ausgangsklemme 42 verbindet, ebenfalls zunimmt. Wenn umgekehrt der Eingangsstrom negativ ist, wird die Diode 12 gesperrt, so daß die Spannung an der Klemme 38 unter dem Einfluß von zunehmenden negativen Werten der an den Widerständen 13 und 44 entstehenden Spannung etwas abnimmt, wobei die Widerstände 13 und 44 die Klemme 38 mit der Ausgangsklemme 46 verbindet. Gleichzeitig nimmt die Spannung an der Anode der Diode 15 in negativer Richtung linear zu. Die durch den Funktionsverstärker 10 erzeugten Ausgangskennlinien sind in der Figur dargestellt. Die Ausgangssignale an der Klemme 35 werden über den Widerstand 50 an die Ausgangsklemme 46, und die Ausgangssignale an der Klemme 36 über den Widerstand 51 an die Ausgangsklemme 42 angelegt.

Durch die Addition der Ausgangssignale an den Klemmen 38 und 35 wird bewirkt, daß die Übertragungskennlinie an der Klemme 46 V-förmig ist, während durch die Addition der Ausgangssignale an den Klemmen 36 und 39 an der Klemme 42 eine Übertragungskennlinie mit umgekehrter V-Form entsteht. Diese statischen Kennlinien gleichen denjenigen, die man von der ersten Stufe eines herkömmlichen Stu- so fenkoders mit Verwendung entweder Polaritätsentnahmeschaltung oder eines Umkehrverstärkers zwischen der Eingangsklemme und einem der Verstärker in der ersten Stufe eines symmetrischen Köders erhält. Ein Stufenkoder, der die Erfindung verkörpert, ist daher in der Lage, höhere Kodierungsgeschwindigkeiten zu liefern als ein Köder, der einen Umkehrverstärker verwendet, ferner ist er in der Lage, eine höhere Ausgangssignalleistung zu erzeugen als diebisherige Polaritätsentnahmeschaltung.

Selbstverständlich sind die oben beschriebenen Anordnungen nur Beispiele für das Erfindungsprinzip. Vom Fachmann können zahlreiche andere Anordnungen vorgeschlagen werden, ohne vom Wesen und Ziel der Erfindung abzuweichen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Binäre Kodierungsstufe für einen Stufenkoder mit einer Analogeingangsklemme, einer Ziffernausgangsklemme, ersten und zweiten Analogausgangsklemmen und zwei Verstärkern mit je einer Eingangs- und einer Ausgangsklemme, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Verstärker (11) ein umkehrender Funktionsverstärker ist und erste (25, 26) und zweite (27, 28) asymmetrisch leitende Rückkopplungskreise aufweist, der andere Verstärker (10) ein nichtumkehrender Funktionsverstärker ist und erste (12, 13) und zweite (15, 16) asymmetrisch leitende Rückkopplungskreise aufweist, eine Schaltungsanordnung, die Analogeingangsklemme (21) mit den Eingängen (2, 1) der Verstärker (10, 11) verbindet, erste Widerstände (50, 51) die ersten (25, 26) und zweiten (27, 38) Rückkopplungskreise des umkehrenden Funktionsverstärkers (11) mit den ersten /(46) bzw. zweiten (42) Analogausgangsklemmen verbinden, sowie zweite Widerstände (44, 40) die ersten (12, 13) und zweiten (15, 16) ^ Rückkopplungskreise des nichtumkehrenden -J Funktionsverstärkers (10) mit den ersten (46) ' bzw. zweiten (42) Analogausgangsklemmen verbinden, um eine V-förmige Übertragungsleitwert-Kennlinie zwischen der ersten Analogausgangsklemme (46) und der Analogeingangsklemme (21) zu erhalten, sowie um eine umgekehrte V-förmige Ubertragungsleitwerk-Kennlinie zwischen der zweiten Analogausgangsklemme (42) und der Analogeingangsklemme (21) zu erhalten, und eine Schaltungsanordnung zumindest eine der Verstärkerausgangsklemmen (4) mit der Ziffernausgangsklemme verbindet.

2. Kodierungsstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrisch leitenden Rückkopplungskreise sowohl des umkehrenden (11) als auch des nichtumkehrenden (10) Funktionsverstärkers je einen Widerstand (26, 28, 13, 16) und ein hiermit in Reihe geschaltetes nichtlineares Schaltungsbauelement (25, 27, 12, 15) aufweist, wobei die beiden nichtlinearen Schaltungselemente, die jedem Funktionsverstärker zu- {) geordnet sind, entgegengesetzt zueinander gepolt sind, eine Schaltungsanordnung den Widerstand (13) und das nichtlineare Schaltungsbauelement (13) des ersten Rückkopplungskreises des nichtumkehrenden Verstärkers (10) und die erste Analogausgangsklemme (46) miteinander verbindet, eine Schaltungsanordnung den Widerstand (26) und das nichtlineare Schaltungsbauelement (25) des ersten Rückkopplungskreises des umkehrenden Funktionsverstärkers (11), dessen nichtlineares Schaltungsbauelement (25) zur gleichen Zeit nichtleitend ist, in welchem das nichtlineare Schaltungsbauelement (12) im ersten Rückkopplungskreis des nichtin vertieren den Verstärkers (10) leitet, und die erste Analogausgangsklemme (46) miteinander verbindet und eine Schaltungsanordnung, die Widerstände (16, 28) und die nichtlinearen Schältungsbauelemente (15, 27) der zweiten Rückkopplungskreis jedes Funktionsverstärkers (10, 11) mit der zweiten Analogausgangsklemme (42) verbindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen