DE1574896B1 - Differenzspannungsverstaerker fuer Analog-Digital-Umsetzer - Google Patents

Differenzspannungsverstaerker fuer Analog-Digital-Umsetzer

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Publication number
DE1574896B1
DE1574896B1 DE1961S0072583 DES0072583A DE1574896B1 DE 1574896 B1 DE1574896 B1 DE 1574896B1 DE 1961S0072583 DE1961S0072583 DE 1961S0072583 DE S0072583 A DES0072583 A DE S0072583A DE 1574896 B1 DE1574896 B1 DE 1574896B1
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DE
Germany
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amplifier
stage
differential voltage
individual
voltage
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Application number
DE1961S0072583
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English (en)
Inventor
Piening Dr-Ing Jens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to GB35272/61A priority patent/GB974007A/en
Priority to FR874682A priority patent/FR1305655A/fr
Publication of DE1574896B1 publication Critical patent/DE1574896B1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G11/00Limiting amplitude; Limiting rate of change of amplitude ; Clipping in general
    • H03G11/02Limiting amplitude; Limiting rate of change of amplitude ; Clipping in general by means of diodes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/14Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit

Description

  • Das Hauptpatent bezieht sich auf einen Differenzspannungsverstärker, wie er vorzugsweise in Analog-Digital-Umsetzem verwendet werden kann. Derartige Verstärker müssen deshalb besonders ausgelegt werden, da an ihnen einerseits sehr große Spannungsunterschiede und andererseits auch mit genügender Genauigkeit sehr kleine Spannungsunterschiede bewertet werden müssen. Gemäß dem Hauptpatent wird ein derartiger Spannungsverstärker dadurch driftfrei gemacht, daß als Verstärker ein mehrstufiger Wechselstromverstärker vorgesehen ist und daß die einzelnen Stufen gleichstrommäßig entkoppelt werden. Außerdem wird jeder Verstärkerstafe ein Amplitudenbegrenzerglied zugeordnet.
  • Durch diese Maßnahme und das kurzzeitige Ab- tasten der zu verstärkenden Spannung wird erreicht, daß der Gleichstrommittelwert der zu verstärkenden Spannung auch in ungünstigsten Fällen auf einen Mindestwert herabgedrückt wird, der jedenfalls kleiner ist als die kleinste zu verstärkende Spannung, die von dem Digital-Analog-Umsetzer zu beherrschen ist.
  • Hierbei ist gemäß dem Patentanspruch 4 des Hauptpatents darauf zu achten, daß die Zeitkonstante der Kopplung zwischen den, einzelnen Verstärkerstufen groß gegen die Dauer der einzelnen Abtastimpulse der Vergleichsspannung gewählt ist.
  • Der im Hauptpatent unter Schutz gestellte Differenzspannungsverstärker arbeitet dann einwandfrei, wenn ein im wesentlichen statischer Betrieb vorausgesetzt werden kann. Ist dies nicht der Fall, dann pflanzt sich der in den vorderen Stufen vorhandene Gleichstrommittelwert nach Maßgabe der einzelnen Stufen-Zeitkonstanten über die einzelnen Stufen fort und fährt gegebenenfalls sogar bei der bzw. bei den letzten Stufen zu einer übersteuerung der einzelnen Wechselspannung-Verstärkerstufen, und damit zu einem Abscheiden der noch auszuwertenden kleinsten Spannungen. dung eines Verstärkers nach der Erfindung. Der Verstärker besteht aus den einzelnen Verstärkergliedern 171 bis Vn. Jeder einzelnen Stufe ist ein Amplitudenbegrenzer A 1 bis A n nachgeordnet. Die einzelnen Stufen sind in an sich bekannter Weise über Kondensatoren wechselspannungsmäßig gekoppelt, also gleichspannungsmäßig getrennt. Am Eingang a dieses Verstärkers liegt eine Impulsfolge, wie sie durch Abtastung der Differenzspannung, die beispielsweise im Extremfall eine Treppenspannung (vgl. Fig. 2 des Hauptpatents) sein kann, gewonnen ist (vgl. Fig. 3 des Hauptpatents). Durch die gleichstrommäßige Entkopplung hat jeder Spannungsverlauf am Ausgang einer Stufe einen Gleichspannungsanteil, der, verglichen mit dem Gleichspannungsanteil am Eingang des gesamten Verstärkers, relativ näher am wirklichen Null-Wert der Differenzspannung liegt, wie in F i g. 5 des Hauptpatents wiedergegeben ist.
  • Die F i g. 2 zeigt ein entsprechendes Impulsdia-gramm, wobei die einzelnen Impulse 1 zunächst so dargestellt sind, wie sie im ungünstigsten Fall am Eingang a der Verstärkeranordnung anliegen, wenn plötzlich eine Serie von Konvertierungen beginnt. Diese Impulse haben einen ganz bestimmten Gleichstrommittelwert 2, der hinter dem ersten Kondensator, also am Eingang des Verstärkers V 1 auf Grund der diesem Koppelglied typischen Zeitkonstante eine Arbeitspunktverschiebung 3 nach dem negativen Bereich hin, also in der dargestellten Richtung, zur Folge hat. Die Amplitude dieser Arbeitspunktverschiebung liegt in der Größenordnung der letzten Impulse der zu verstärkenden Abtastimpulsfolge.
  • Wird nun gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung die Zeitkonstante von Stufe zu Stufe kleiner gemacht, dann wird diese Arbeitspunktverschiebung entsprechend der nunmehr wirksam werdenden Zeitkonstanten in Verbindung mit dem infolge der Begrenzungen von Stufe zu Stufe relativ kleiner werdenden Gleichstromanteil in Richtung auf Null zurückgeführt. In der Figur sind mit der Linie 4 die Verhältnisse nach der Verstärkung und Amplitudenbegrenzung amAusgang des erstenZwischen-Koppelgliedes wiedergeg geben. Die Linie 5 zeigt die Verhältnisse nach dem zweiten Zwischen-Koppelglied. Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß der Gleichstrommittelwert relativ zu den kleinsten Impulsen gegen Null geführt wird, so daß er auf die Verstärkung der kleineren Abtastimpulse nach einer genügenden Anzahl von Stufen keinen Einfluß mehr haben kann, da der durch den Gleichstrommittelwert hervorgerufene Einschwingvorgang letztlich die Amplitude der kleinsten Impulse gar nicht mehr erreicht.
  • Im praktischen Betrieb hat es sich als besonders vorteilhaft ergeben, wenn die Zeitkonstante von Stufe zu Stufe mindestens in dem Maß verkleinert wird, in dem der Verstärkungsgrad zunimmt.
  • Die F i g. 3 der Zeichnung, die hinsichtlich der Darstellung und auch der Bezugszeichen der Darstellung nach Fig. 6 im Hauptpatent entspricht, zeigt, auf welche Weise die Zeitkonstante eines einzelnen Verstärkergliedes beeinflußt werden kann. Die Zeitkonstante kann entweder an dem Verstärkereingang, durch entsprechende Dimensionierung des Kopplungskondensators zusammen mit dem Basisableitwiderstand erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es aber, die aus der Spule L und dem Widerstand R 1 gebildete Zeitkonstante im Sinne der Erfindung bei den Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch im dynamischen Betrieb den Differenzspannungsverstärker nach dem Hauptpatent noch mit dem gleichen Vorteil einsetzen zu können. Dies wird erflndungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zeitkonstante der einzelnen Verstärkerstufen von Stufe zu Stufe in Verstärkungsrichtung vermindert wird. Als besonders vorteilhaft und wirkungsvoll hat sich hierbei herausgestellt, wenn die Zeitkonstante einer Stufe um mindestens den gleichen Betrag kleiner gemacht wird, um den diese Verstärkerstufe das ihr angebotene Signal verstärkt. In diesem Fall wird nämlich, wie noch an Hand eines Ausführungsbeispiels dargelegt wird, erreicht, daß die am Ausgang des ersten bzw. der vorderen Verstärker infolge schwankenden Gleichspannungsanteil der Differenzspannung auftretende Arbeitspunktverschiebung, die auf Grund der einzelnen Zeitkonstanten auch über die Kopplungskondensatoren übertragen wird, von Stufe zu Stufe immer stärker unterdrückt wird, so daß sie sich an der letzten Stufe bzw. am Ausgang der letzten Stufe -überhaupt nicht mehr störend bemerkbar macht. Die kleinste noch auszuwertende Spannung kann dann selbst in den ungünstigsten Fällen nicht mehr abgeschnitten werden.
  • Einzelheiten der Erfindung sowie deren Vorteile werden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einem Diagramm dargestellt. Die F i g. 1 der Zeichnung, die identisch der Fig. 4 der Zeichnung des Hauptpatents entspricht, zeigt die Ausbileinzelnen Verstärkerstufen zu dimensionieren, da in diesem Fall die Begrenzungsdioden dem die Zeitkonstante bestimmenden Glied unmittelbar parallel liegen und dadurch der Gleichstrom-Mittelwert in den einzelnen Stufen dem wirklichen Nullwert noch besser genähert wird.
  • Die erflndungsgemäße Vorschrift kann natürlich nicht nur bei Verstärkergliedern, die sich eines Transistors Tr bedienen, wie in F i g. 3 dargestellt, realisiert werden. Vielmehr ist auch die Anwendung des Erfindungsgedankens bei anders gearteten Verstärkergliedem unmittelbar möglich.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Differenzspannungsverstärker für Analog-Digital-Umsetzer in Form eines mehrstufigen Wechselspannungsverstärkers mit gleichstrommäßiger Entkopplung der einzelnen Verstärkerstufen und je einem Amplitudenbegrenzerglied pro Verstärkerstufe, dem die aus einer Differenzspannung ausgeblendeten Abtastimpulse eingangs-0 CD seitig zugeführt werden, gemäß Patent 1170 166, insbesondere nach Patentanspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zeitkonstante der einzelnen Verstärkerstufen von Stufe zu Stufe, in Verstärkungsrichtung gesehen, vermindert wird.
  2. 2. Differenzspannungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante von Stufe zu Stufe mindestens um den Betrag vermindert wird, um den die Verstärkung zunimmt.
DE1961S0072583 1960-09-30 1961-02-17 Differenzspannungsverstaerker fuer Analog-Digital-Umsetzer Pending DE1574896B1 (de)

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GB35272/61A GB974007A (en) 1960-09-30 1961-09-29 Improvements in or relating to circuit arrangements
FR874682A FR1305655A (fr) 1960-09-30 1961-09-30 Amplificateur à tension différentielle pour convertisseur analogique numérique

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD1629A (de) *
DE1061897B (de) * 1957-02-20 1959-07-23 Philips Nv Elektrische Kompensationsvorrichtung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD1629A (de) *
DE1061897B (de) * 1957-02-20 1959-07-23 Philips Nv Elektrische Kompensationsvorrichtung

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GB974007A (en) 1964-11-04
FR1305655A (fr) 1962-10-05

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