DE1562030C - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer N förmigen Ubertragungskurve - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung signal in Abhängigkeit davon welcher von drei be-

zur Erzeugung einer N-förmigen Übertragungskurve, stimmten Signalpegeln überschritten wird, eines von

zur Anwendung als eine Schaltstufe in einem Analog- drei unterschiedlichen Signalen liefert.

Digital-Wandler vom Typ des »stufenweisen« Codie- In der nun folgenden Beschreibung soll die Erfin-

rers. 5 dung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im ein-

Zur Erzielung einer Analog-Digital-Umwandlung zelnen näher erläutert werden,

eines Signals kann man einen sogenannten Stufen- ' In der Zeichnung ist

codierer benutzen, dessen prinzipielle Wirkungsweise . Fig. 1 das Blockschaltbild eines Codierers für

beispielsweise in der Zeitschrift »IRE Transactions stufenweise Codierung,

on Instrumentation«, Juni 1956, in dem Aufsatz »An ίο Fig. 2 das Blockschaltbild einer Ausführungs-

unusual electronic analog-digital conversion method« form der Schaltanordnung nach der Erfindung, die

beschrieben ist. Nach dem dort beschriebenen Ver- als eine Stufe in einem Codierer nach F i g. 1 dient,

fahren wird das Analog-Signal über eine Anzahl iden- F i g. 3 a bis 3 c je ein Spannungsdiagramm für den

tischer in Reihe geschalteter Stufen eingespeist, die Betriebszustand an drei verschiedenen Punkten in der

ihrerseits eine bestimmte Übertragungskurve haben, 15 Stufe nach F i g. 2,

und zwar in Abhängigkeit von dem benutzten digita- F i g. 4 das Schaltbild eines Verstärkers in der

len Code und bei welchem zwischen jeder Stufe ein Schaltstufe nach F i g. 2,

Diskriminator vorgesehen ist, der beispielsweise bei Fig. 5a'bis 5c Spannungsdiagramme, welche die

der binären Codierung einen Ausgang von zwei be- jeweilige Spannung in drei verschiedenen Punkten in

stimmten Gleichspannungen in Abhängigkeit davon, 20 einem Codierer nach F i g. 1 wiedergeben, wobei die

ob ihr Eingangssignal einen bestimmten Wert über- Fig. 5d die Digital-Werte zeigt, die man an den drei

schreitet oder nicht, liefert. Mit dieser Art von Codie- Ausgängen des Codierers nach F i g. 4 nach Maß-

rern erhält man eine kontinuierliche Codierung ohne gäbe der Analogsignale erhält.

irgendwelche Speicher- und Synchronisiervorgänge. Fig. 1 zeigt der Einfachheit halber einen Codie-Die erforderliche Kurve für die Stufenübertragung ist 25 rer, der nur zwei Stufen umfaßt. Mit / ist der Eingang jedoch eine nichtlineare Kurve (wobei ein binärer . des Codierers bezeichnet, auf welchen die Analog-Code »Sägezahn«-Form und ein Gray-Code die signale gegeben werden, die in digitale Form umForm eines V hat), die nur schwierig auf einfache gewandelt werden sollen. Dieser Eingang liegt an den Weise herzustellen ist. Sowohl in dem oben zitierten beiden in Reihe geschalteten Stufen Sl und S 2, Aufsatz als auch in den USA.-Patentschriften 30 deren Übertragungskurve weiter unten näher be-3 187 325 und 3 161 868 sind verschiedene Arten schrieben werden soll. An die Ausgänge der beiden von Verarbeitungsverstärkern für die einzelnen Stufen Stufen und an den Eingang der ersten Stufe sind beschrieben, die jedoch eine verhältnismäßig große Diskriminatoren D1, D 2 und D 3 angeschlossen, die Anzahl von Stromkreiselelementen erfordern und die. einen Ausgang in Form einer Anzahl bestimmter wegen der starken Rückkoppelung nur sehr schwer 35 Gleichspannung liefern in Abhängigkeit davon, in einen stabilen Zustand zu bringen sind. welche Spannung an den Eingängen der Diskrimina-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine toren in Erscheinung tritt; jede einzelne Gleichspan-Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer N-förmi- 'nung wird dabei durch eine digitale Einheit gekenngen Übertragungskurve zu schaffen, in welcher die zeichnet, wie dies im folgenden noch näher erläutert erwähnten Nachteile nicht mehr auftreten. 40 werden soll.

Da das hauptsächliche Merkmal einer N-förmigen F i g. 2 zeigt, wie eine Stufe S in der Schaltung

Übertragungskurve darin besteht, daß die Amplitude nach F i g. 1 erfindungsgemäß aufgebaut ist. Zunächst

des Ausgangssignals in gleichen Abschnitten dreimal ist angenommen, daß die Analog-Spannung eine reine

den totalen Amplitudenbereich durchläuft, wenn die Wechselspannung ist, die sich zwischen den Wer-

Amplitude des Eingangssignals diesen totalen Am- 45 ten U und —U ändert, wobei der Wunsch besteht,

plituderibereich einmal durchläuft, ergibt sich zu- ihre digitalen Werte in trinärer Form zu gewinnen,

sammen mit der Verwendung der ternären Codie- An den Eingang IS dieser Stufe ist ein Verstärker Fl

rung durch entsprechende Diskriminatoren eine Auf- angeschlossen, dessen Übertragungskurve in F i g. 3 a

teilung des totalen Amplitudenbereiches des Ein- dargestellt ist. Mit U_1n und U_a sind der Eingang und

gangssignals in m unter sich gleiche Teilbereiche, 50 der Ausgang des Verstärkers bezeichnet, und U ist

wobei m = 3⁽ⁿ⁺¹⁾ ist, wenn η Schaltstufen und (n+1) die größte Amplitude der Analog-Spannung. Wie

Diskriminatoren verwendet werden. man aus den Kurven ersieht, liefert der Verstärker

Die gestellte Aufgabe wird durch eine Schaltungs- die Verstärkung —2, wenn das Eingangssignal Werte anordnung gelöst, die einen ersten Wechselspannungs- zwischen U/3 und — U/3 hat, und er liefert ein kon-Verstärker enthält, dessen Eingang den Eingang der 55 stantes Ausgangssignal, wenn- das Eingangssignal, betreffenden Stufe bildet und der innerhalb des diese Spannungen übertrifft oder nicht übertrifft. Ein Zwischenbereiches eines Drittels des Amplituden- solcher Verstärker kann mit starker Vereinfachung bereiches, innerhalb dessen sich das Analog-Signal so dargestellt werden, wie dies in Fig. 4 gesehen ist. befindet, die Verstärkung —2 aufweist und außer- In dieser Figur bezeichnet F einen Verstärker mit halb des Zwischenbereiches ein konstantes Ausgangs- 60 der Verstärkung—2; an den Eingang dieses Versignal liefert, einen Addierkreis zum Zwecke der stärkers ist der Eingang IS der Stufe über einen Kon-Addition des Ausgangssignals des Verstärkers zu dem densatorCl angelegt. Der Ausgang des Verstärkers Eingangssignal der Schaltungsanordnung und einen ist über einen Kondensator C 2 an den Ausgang des zweiten Verstärker, der an dem Ausgang des Addier- Stromkreises angelegt. Dieser Ausgang liegt außerdem kreises angeschlossen ist und dessen Ausgang den 65 an einer Spannungsquelle +2 U/3 über einen Gleich-Ausgang der Stufe bildet, die schließlich gekennzeich- richterÄl und an einer Spannungsquelle —2 U/3 net ist durch ein an den Ausgang der Stufe ange- über einen Gleichrichter R 2. Die beiden Gleichrich- schlossenes Diskriminatorsystem, dessen Ausgang- ter sind so miteinander verbunden, daß beim Über-

ΐ schreiten des Spannungswertes 2 U/3 des Signals aus i dem Verstärker der Gleichrichter R1 stromdurchlässig wird und verhindert, daß die Spannung am Ausgang über diesen Wert ansteigt. Auf entsprechende Weise wird der Gleichrichter (Diode) R2 stromdurchlässig, wenn das Signal aus dem Verstärker den Wert —2 U/3 unterschreitet und damit verhindert, daß die Spannung des Ausgangs unter diesen Wert absinkt. Wie F i g. 2 zeigt, ist der Ausgang des Verstärkers Fl an den einen Eingang eines Addierkreisest angeschlossen, an dessen zweiten Eingang der Eingang der Stufe angeschlossen ist, während sich an seinem Ausgang eine Spannung Ub gemäß F i g. 3 b ergibt. Diese Spannung wird umgekehrt und in dem Verstärker F 2 verstärkt, der an den Ausgang des Addierkreises angeschlossen ist; der Verstärker F2 liefert die Verstärkung —3, und sein Ausgang stellt gleichzeitig den Ausgang dieser Stufe dar. Die Spannung U_UT, die sich an diesem Ausgang einstellt, ist in F i g. 3 c zur Darstellung gebracht.

Die Fig. 5a zeigt die unterschiedlichen Werte zwischen U und — U, welche das Eingangssignal in dem Codierer U_1n annehmen kann. Die Fig. 5b und 5 c zeigen die Spannungen U₁ und U₂ in den Punkten 1 bzw. 2 der F i g. 1 in Abhängigkeit von dem Analog-Signal U_1n, welches auf den Eingang/ gegeben wird. Die Stufen 51 und 52 sind so aufgebaut, wie dies F i g. 2 zeigt, wobei eine Schaltung nach Fig. 4 als Verstärker Fl dient. Sind jetzt die drei Diskriminatoren Dl, D 2 und D 3 so eingestellt, daß sie das Ausgangssignal —1 liefern, wenn das Eingangssignal kleiner ist als —U/3, dann erhält man das Ausgangssignal 0, wenn das Eingangssignal einen Wert zwischen —U/3 und U/3 hat, und das Ausgangssignal +1, wenn das Eingangssignal den Wert U/3 überschreitet, d. h. die in F i g. 5 d dargestellten Signale an den Ausgängen der Diskrimiaatoren. Der Bereich von U bis — U des Analog-Signals wird also auf diese Weise in 27 gleich breite Teile unterteilt, von denen jeder in Form dreier trinärer Ziffern dargestellt ist.

Der besondere Vorteil der Schaltungsanordnung nach der Erfindung in der Anwendung als Schaltstufe in einem Analog-Digital-Wandler besteht darin, daß der Verstärker Fl gemäß Fig. 4 keine Rückkoppelung erfordert, und mit Hilfe einer Wechselspannung angekoppelt werden kann, woraus sich die überraschende Wirkung ergibt, daß er auf einfachste Weise stabil gemacht werden kann.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer N-förmigen Übertragungskurve, zur Anwendung als eine Schaltstufe in einem Analog-Digital-Wandler vom Typ des stufenweisen Codierers, gekennzeichnet durch einen ersten Wechselspannungsverstärker (Fl), dessen Eingang den Eingang der betreffenden Stufe bildet und der innerhalb des Zwischenbereiches eines Drittels des Amplitudenbereiches, innerhalb dessen sich das Analog-Signal befindet, die Verstärkung —2 aufweist und außerhalb des Zwischenbereiches ein konstantes Ausgangssignal liefert, einen Addierkreis (A) zum Zwecke der Addition des Ausgangssignals des Verstärkers zu dem Eingangssignal der Schaltungsanordnung und einen zweiten Verstärker (F 2), der an den Ausgang des Addierkreises (A) angeschlossen ist und dessen Ausgang den Ausgang der Stufe bildet, schließlich gekennzeichnet durch ein an den Ausgang der Stufe angeschlossenes Diskriminatorsystem, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit davon, welcher von drei bestimmten Signalpegeln überschritten wird, eines von drei unterschiedlichen Signalen liefert.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen