DE1762407C - Analog-Digital-Umsetzerstufe - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Umsetzerstufe Aus der USA.-Patentschrift 3 161 868 ist eine

Hr eine Einrichtung zum Umsetzen von Analog- Schaltung für eine Umsetzerstufe bekannt, die in Ab-

iignalcn in nach dem Gray-Code verschlüsselte Binär- häiigigkeit eines analogen Eingangssignals ein säge-

■.ignal., bestehend aus einer eine V-förmige Über- zaliiil'örniiges analoges Rest-Ausgangssignal liefert.

iragungslinie aufweisenden Verstärkerschaltung mit 5 Mit einer derartigen Übertragungscharakteristik kann

/mem Analogsignaleingang, eimern Digitalsignalaus- jedoch eine Gray-Codierung nicht durchgeführt

gang /um Ableiten eines vom Pegel des am Analog- werden.

s'ignaleingang anliegenden analogen Eingangssignals Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

abhängigen Binärsignals und mit einem Analog- einfach aufgebaute und auch bei hohen Umsatz, rge-

Mgnalausgang. io schwindigkeiien zuverlässig arbeitende Uinsetzersiufe

Bei Umset/ersiiifen dieser Art wird dein Analog- anzugeben, der analoge Eingangssignale in nach dem

signaleingang der Unisetzeistufe ein zu codierendes Gray-Code codierte A.usgangssignale abgibt. Diese

Signal zugeführt. Dieses Signal wird in ein digitales Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

und ein analoges Ausgangssignal zerlegt. Das digitale daß 'ic Verstärkerschaltung einen DitTerentialver-

Ausgangssignal stellt eine 1-Bit-Aussage dar, die an- 15 stärker enthält, von dein der eine Eingang über eine

gibt, in welches von zwei Bereichen das Analogein- niederohmige Impedanz mit einer Bezugspotential-

^anyssignai fällt. Der Aiialogsignalausgang trägt das quelle und über einen lichtleiter mit dem Analog-

iinaloge l·'est-Ausgangssignal, welches als Analog- signaleingang verbunden ist, während der andere Ein-

tignal den Wert des analogen Eingangssignal* in dem gang üb''r einen entgegengesetzt gepolten Richtleiter

genannten digitalen Bereich angibt. Dieses analoge 20 mit dem Analogsignaleingang in Verbindung steht

Uest-Ausgangssiuna! der einen Umsetzerstufe dient und der den Analogsignalausgang der Umsetzerstufe

als Analogeingangssignal für die nächste der einzel- darstellende Ausgang des Diffeicntialverstärkers zum

neu in Kaskade geschalteten Stufen eines Umsetzers. anderen Eingang rückgekoppelt ist.

Die ein/einen digitalen Ausgangssignale der Um- In tier hiermit angegebenen Schaltung zum Um-

si izer bilden die einzelnen 'Ziffern eine, dem Analog- 35 setzen eines analogen Eingangssignal in ein digitales

uiiiianusv.ert entsprechenden Zahl. Ausgangssigual und tia analoges Rest-Ausgangs-

Um die Eeiilergrößc bei einer aufüetenden fehler- signal kann die V-förmige Übertragungscharakteristik

haften C odierung möglichst klein zu halten, verwen- für das Rest-Ausgangssigna! nicht durch Laufzeit-

det mar, üblicherv.eis die Gray-Cudierunu. Diese unterschiede in der ^c hai tu..ig gestört werden, wo-

<'uilieruiig liat die Eigenschaft, daß beim Übergang 30 durch eine einwandfreie Codierung im Gray-Code

■.on einer digitalen Zahl auf die nächst benachbarte gewähileistet ist. Der Difierentialverstärker arbeitet

nur eine Ziffer geändert wild. iir. ertierend oder nichtinveriierend, je nachdem ob

Uurch tue USA.-Patentschrift 3 187 ^25 ist bereits der au ihm anliegende Eingangssignalpegel vom Been; (..'msetzer bekannt, der analoge Eingangssignal reichsmittenpegel aus gesehen in der einen oder in im Gray-Code codierte digitale Ausgangssignale 35 anderen Richtung liegt. Die V-förmige Übcrlragungsiiinset/t. D'ieser Umsetzer besteht ;ms mehreren in charakteristik ist zur Mine des vorgesehenen Bckask::de geschalteten Umsclzer.stuien, deren jede reiche-, der Unisetzerstufe praktisch symmetrisch, eine V-förmige Übertragungscharakteristik zwischen Dadurch wird ein analoges Rest-Ausgangssignal i;eli'-in /ui'eführten analogen Eirgnngssigru-1 und dem üefe·'. desv.n Größe von der absoluten Diffcienz ^nvgehenen analogen Rest-Ausgangssignal aufweist. 40 zwischen dem Pegel des Eingangssignals und dem Die V-förmige Überiragungskeiinlinie wird darin in Peccl, welcher der Bereichsmittcl entspricht, abhängt. jeder Stufe »stückweise« erzeugt, d.h., die beiden Das Rest-Ausgangssigüal aus jeder Stufe wird dem Aste des V werden getrennt gebildet und anschließend Eingang der folgen-.len Stufe zugeführt. Die Anzusammengefiigt. Sie werden in je ei,iem Rückkopp- zahl der verwendeten Stufen wird bestimmt !i>n».'-pfad eine·; Verstärkers gebildet. In einer der ',5 dutch die gewünschte Auflösung des gesamten Umangegebmen \u>führungsforrnen des Analog-Digital- v:t/.ers.

Umsetzers werden die beiden Hälften der Über- Emc vorteilhafte Ausfürrungsfoim einer dertrai:imi;sheiinliiiii'n in der Weise zusammengefügt, iiiiii'.en Umsetzerstufe besteht darin, daß zwischen •'.iß eine Hälfte übe; einen invertierenden Verstärker den Richtleitern und den Analogsignaleingang un Mii-1 du andere Hälfte über eine nicht invertierende 5" Verstärker geschaltet ist. dessen Ausgang über eine K-.'pph!n(vii.inrichturi)', an einen Summieumgspunkt Parallelschaltung entgegengesetzt gcpolter Richt'eitcr '.ilieiiragoii wird, !iiesc Sch d'un» hat jedoch den zu seinem Einganj; ri.itkgcKoppclt ist. Dieser Schal-Nachteil, daß (Ii'' beiden verschiedenen,'/.um Sum- tui.i;-,tci1 bewirkt, daß das digitale Ausgangvsignal niirnmgspnnla führenden Wege in der Praxis stets cnukiitiü feststellbar ist, da der Null-Durchgang tin'u.Tscliicdncliü I.aiif/eittn aufweisen, was einen '.5 ra ■< Ii erf«>::-ι»·μ k.Min.

Sie!rieb bei sehr großen Uiti'.ctzcrgcsclr.vindiukeiten Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Eingang des

unmöglich macht. In einer zweiten in der obenge- Verstärkers über einen SteUwiderstand mit einci

nannten Patentschrift angegebenen Ausfiihrungsform Bezugspotcntialquclle in Verbindung steht. Durch

ist dieser Nachteil dadurch behoben, daß die beiden diesen Stcllwidcrstand kann das Eingangssignal auf

Sehaltungwege einander angeglichen sind. Diese 6n einfache Weise normiert werden, so daß Änderungen

beiden Schaltungshälfteti müssen jedoch äußerst soig- der Bezugsspannungen und der StufenvcistärkuiiR,

fältig aufeinander ausgerichtet werden, was die Schal- aber auch Drifterscheinungen des Verstärkers kom-

lung einerseits sehr teuer und andcreiscits sehr stör- pciisiert werden können.

anfällig werden läßt. Außerdem enthält die zweite Dir folgende Beschreibung und die Zeichnungen

Ausführungsform Mehrfach- oder »Ercrndv-Rüek- 65 dienen zur Erläuterung dieser Erfindung. Die Zcich-

knpplungswcgc, welche mehr als eine Stufe umfassen, nungen /eigen in

so daß es äußert schwierig ist, die Schaltung zu Fig I an Hand eines Diagramms die Darstellung

einer analogen Größe im Gray-Code,

F'ig. 2 in form eines zu F i g. I ähnlichen Dia- gang 26 für ein analoges Eingangssignal, einen

|ramms die zum Erzeugen von digitalen Ausgangs- Ausgang 2H für ein digitales Ausgangssignal und

lignalen und von Rest-Ausgangssignalen erfordci- einen Ausgang M) für ein analoges Rest-Signal. Das

|che Siufenübeitiagungskennlinie für die Umwand- analoge Signal E_{1 v} welches umgesetzt werden soll,

fcing eines analogen Eingangssignal* in ein zyklisch- 5 wird zum Eingang 2h der ersten Stufe geleitet. Der

binär cotiiertes Ausgangssignal, Ausgang 30 jeder Stufe ist mit dem Eingang 26 der

F i g. 3 an Hand eines Blockschallbildes einen aus folgenden Stufe verbunden. Das von jeder Stufe ge-

ineiueren, praktisch identischen Stufen bestchuiden lieferte analoge Rest-Aiiügangssignal wird in der

Umsetzer, wobei die Stufen !;askadenfönnig zu- gleichen Weise wie das analoge Eingangssignal zu

lammengeschaltet sind, \u einei folgenden Stufe übertragen. Das von der Stufe 1

F i g. 4 das Schaltbild einer typischen, dem Stand gelielerte analoge Resi-Ausgangssignal wird mit /■.'„,,

tier Technik entsprechenden Umsetzeistufe, das von der Stufe 1 am Ausgang 28 abgegebene

F i g. 5 Betriebskennlinien der in Fig. 4 gezeigten digitale Ausgangssignal wird mit E₁₁₁ bezeichnet.

Schaltung, Es sei nun auf F i g. 2 Bezug genummen, welche

Fig. 6 das Schaltbild einer bevorzugten Aus- ,;, die Arbeitsvve.se des Umsetzeis von 1·' i g. 3 zeigt. Der

führungslorm der ujiliegenden Erfindung und umsetzer von Fig. 3 wandelt bekanntlich die Pegel

Fig. 7 die Uberlragiingskennlinie der in F i g. 6 analoger Eingangssignale in zyklisch-binär codierte

gezeigten Schaltung. Signale um. Die Zeile (a) von Fig. 2 ist mit der

Es sei nun auf F i g. I Bezug genommen, welche Zeile (λ) von Fig. 1 identisch und stellt den Bereich die Art und Weise zeigt, in dei eine aus vier Zitfern 20 cies analagen Uingangssignals dar Die Zeile (b) von bestehende zyklisch-binäre Zilferngruppe zur Dar- Fig. 2 zeigt die Übertragungs'. nnlinien der Stufe 1 stellung der verschiedenen Pegel eines aralogcn Si- und die Werte des digitalen Ausgargäsignals E₁,, und ' gnals benutzt werden kann. Es sei darauf hin- des analogen Rest-Ausgangssignals E₁,, für die vergcwiesen, daß die Zeile (n) von. Fig. I ein analoges yJiiedencn Pegel des analogen Eingangssignals, i'.ingangssignal E₁ , darstellt, dessen Pegel in dem Be- :■-:, Zeih: (<·) von F i g. 2 zeigt die Überiragungskennreich zwischen 0 und 8 Einheiten (z. B. Volt) Ιι·_-μι:η linien der Stuie 2 von Fig. 3 mit den Werten der in soil. Aus den Zeilen (ö), ic), {ti) und (c) von Fig. 1 Stufe 2 in Abhängigkeit von dem ,^geführten Sivvcrden die Ziffern der zyklisch-binären Ziiferngrupp'; μικι! E₁... erzeugten Signale E_n.-, und E_H.,. In ähnfür jeden Wert des Eingangssignais btstiniiin. Es sei lichei Weise zeigen die Zeilen (ä\ und (e) von Fi g. 2 darauf hingewiesen, daß die Verwendung von ,icr 30 die entsprechenden !",bertragungskennlinien der Stu-Ziffern i'S erlaubt, den Bereich des Eingangssignais fen 3 und 4 von F i g. 3.

/·.',. in sechzehn verschiedene Pegel zu iimerteilen, l^;s sei darauf hingewiesen, daß die Kennlinien für

wobei jeder Pegel durch eine andere CitleziiTern- Ja:, digitale Signal, die in den Zeilen (b), (V), (ti)

l:i uppe dargestellt wird. Um ilie zykhsch-bin'.irc und (t?) von F i g. 2 dargestellt sind, Schnittpunkte

Ziiferngruppe für iigendcinen l'egjl di·.-. Eiügaugs- ^ enthalten, welche Zustandsänderungen im Diagramm

Mgnals /·,';, zu bestimmen, ist es nur , otwendii¹. diesen von F i g. 1 entsprechen. In der Zeile (b) von F i g. 2

Pegel auf d.-r Zeile (Vj) zu markieren, dann 1111 Dia- ist beispielsweise das Signal/:„, für die erste Hälfte

gramm senkrecht nach unten zu peilen und di.- vier des Bereiches des Eingangssignals Ii₁ , postiv und für

Ziffern auf den Zeilen (b). (<·), (el) und (V;) abzulesen. die zweite Hälfte negativ. Dies entspricht der ersten

Besitzt beispielsweise das Eingangssignal einen 40 Ziffer in Fig. 1, und zwar einer ->0« für die erste

Pegel 6.2 auf der Skala 0-8, so kann aus Fig. 1 mit Hälfte des Eingangssignalbereichcs und einer »\>>

Hilfe der gestrichelten Linie eine zyklisch-binare für die zweite Hälfte des liingangsberciches. Man

Codezahl 1010 abgelesen werden. Besitzt das Fin- beachte, daß eine positive Polar tat dss Signals E_n ,

gangssignal etwa einen Pegel 2,8, so ergibt sieh eine nine binän; »0« und eine ncga.ivi; Polarität eine

zyklisch-binare Zifferngruppe Olli, was dye!-, die 45 binäre »1« ergibt. Für die folgenden Stufen gilt, daß

gestrichelte Linie 22 angedeutet ist. ein positiver Wert des digitalen Signals einer binären

Es ist das Hauptziel der vorliegenden Eifindimg, »1« und ein negativer Wert einer binären »0« ent-

cinc Vorrichtung zu r.diaffen, mit der ein analoges spricht. So ist beispielsweise in der Zeile (r) von

Eingangssignal, so wie es durch die Zeile (a) in Fig. 2 das Signal E_l)2 für das erste: und das letzte

E i g. 1 dargestellt ist, i.i einen entsprechenden Satz 50 Viertel des Eingangssignalb, niches negativ und da-

/yklisch-binär codierter Ziffern umgesetzt werden zwischen nositiv. Dies bezieht sich auf die zweite

kann Wie oben erwähnt, ist in der USA.-Patent- Z.ifcr in Fig. I, welche für das erste und letzte

schrift 3 187 323 eine Vorrichtung beschrieben. Viertel des Eingangssignalbereiches eine »0« und für

welche diese Aufgabe erfüllt. Diese Vorrichtung ist den dazwischenliegenden Teilbereich '^ine »1« ist.

in Fig. 4 der vorliegenden Patentanmeldung dar- 55 Fig. 2 zeigt an Flancl der gestrichelten Linien 20

gestellt und repräsentiert den Stand der Technik. und 22 die Umsetzung der Eingangssignalpegel 6,2

Fine der vorliegenden Erfindung entsprechende Um- und 2,8, die auch durch entsprechende gestrichelte

setzungseinrichtung ist in F i g. 6 gezeigt. Die wescnt- Linien 20 und 22 in Fig. 1 angedeutet sind. Für

liehen Vorteile der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung den Wert 6,2, der durch die gestrichelte Linie 20

gegenüber der in F i g. 4 gezeigten und dem Stand 60 wiedergegeben wird, liefern die Stufen 1 bis 4 von

der Technik entsprechenden Vorrichtung werden Fig. 3 in entsprechender Weise die Ziffernfolge 1010,

unten erläutert. welche der Codezifferngruppe für diesen Eingangs-

Um den Pegel eines analogen Signals in eine signalwert, der in F; g. 1 angedeutet ist, entspricht,

zyklisch-binär codierte Zifferngruppe umzusetzen, In ähnlicher Weise liefern die Stufen 1 bis 4 von

können mehrere im wesentlichen identische Stufen 65 Fig. 3 für den Eingangssignalpegel 2,8 die ent-

(Stufe 1, Stufe 2, Stufe 3 und Stufe4) in Kaskade ge- sprechenden binären Signale Olli, welche der in

schallet werden, so wi2 dies F i g. 3 zeigt. Jede durch F i g. χ gezeigten Darstellung entsprechen,

den Block 24 angedeutete Stufe besitzt einen Ein- Aus den bisherigen Erläuterungen geht hervor,

daß mit Hilfe der in Fig. 2 gezeigten Übertragungs- als Differcntialverstärker vorstellen, der einen ge

kennlinien der Umsetzer von Fig. 3 zyklisch-binär erdeten Eingang 50 besitzt. Die am Ausgang ab

codierte Signale in Abhängigkeit von einem analogen gegebene Spannung entspricht dann der Differen;

Eingangssignal liefert. Es sei darauf hingewiesen, daß aus dem Erdpotential und dem tatsächlichen Potentia

die in Fig. 2 gezeigten Ubertragungskennlinien für 5 am Eingang, multipliziert mit der sehr hohen Ver

alle Stufen identisch sind. Im einzelnen spricht bei- Stärkung des Verstärkers. Ist die Verstärkerausgangs

spiclsweise die Stufe 1 auf das Eingangssignal E_n in spannung nicht übermäßig hoch, so folgt daraus, dal

der Weise an, daß sie ein Ausgangssignal E₀, mit die obenerwähnte Spannungsdifferenz tatsäehlicl

einem Verlauf liefert, welcher das Potential »0« oder sehr klein sein kann.

Erdpotantial in der Mitte des Eingangssignalbereiches io Der Verstärker 48 bewirkt eine Phasenumkehr urr schneidet. Es sei angenommen, daß der Bereich des 180 . Fließt infolge des Eingangssignals zum Ver-Eingangssignal E_{1 x} sich von 0 bis 8 Volt erstreckt. stärker 48 ein Strom in positiver Richtung, so ist die Das Signal E₀ , kann einen Bereich aufweisen, der Spannung am Ausgang 52 negativ und die Diode 56 beispielsweise von +8 bis -8VoIt reicht. Besitzt in Sperrichtung vorgespannt. Unter diesen Bedas Eingangssignal E_n unter diesen Umständen 15 dingungen fließt durch den Widerstand 58 kein etwa einen Pegel von +4 Volt, so entspricht das Strom, und die Spannung E_A ist gleich Null. Ist Signal E₀₁ dem Erdpotential. Das Restsignal E_Rx andererseits der Eingangsstrom negativ, so ist die entspricht im wesentlichen dem Signal E_0x, lediglich Ausgangsspannung positiv, wodurch die Diode 56 in die negative Hälfte des Signals E₀ , ist invertiert. Das Durchlaßrichtung vorgespannt wird, so daß die Restsignal E_R , kann daher beispielsweise einen Be- ao Spannung E_A positiv wird. Dieser Zusammenhang ist reich von 0 bis + 8 Volt aufweisen. Entspricht das in Fig. 5, («) dargestellt. Das Verhältnis zwischen Signal E₀. entweder +8 oder —8 Volt, so entspricht der Spannung E₀ und dem Eingangsstrom ist in das Signal E_Rx +8 Volt. Entspricht das Signal E_0x F i g. 5, (f>) gezeigt und geht aus den obigen Erläutedem Erdpotential, so entspricht auch das Signal E_R , rungen bezüglich der Spannung E_A hervor. Erdpotential. 35 Die Signale E₄ und E_n werden am Summierungs-Es kann angenommen werden, daß die Stufe 1 eine punkt 42 drrch Verbinden des Anschlußpunktes 44 V-förmige Obertragungskennlinie aufweisen soll, um über den Widerstand 66, den Verstärker 68 und den das Signal E_R , von F i g. 2 in Abhängigkeit vom Ein- Widerstand 70 mit dem Anschluß 42 zusammcngangssignal E₁ , erzeugen zu können. Die V-förmige gefügt. Am Verstärker 68 liegt ein Rückkopplungs-Kennlinie sollte zur Mitte des Eingangssignalbereiches 30 widerstand 72. Der Anschluß 46 ist über den Widersymmetrisch sein. Die Stufen 2, 3 und 4 können stand 74 mit dem Summierungspunkt 42 verbunden, identisch zur Stufe 1 sein und dieselbe Kennlinie auf- Da der Verstärker 68 eine Phasenumkehr bewirkt, weisen. Stufe 2 erzeugt das Signal Ep₂ aus dem Si- wird die Spannung E_A in ihrer Polarität invertiert. gnalEfl,, indem sie das Signal E_R, invertiert, ver- wobei ein Strom geliefert wird, der in Kombination stärkt und seinen Mittelpunkt auf irgendeinen posi- 35 mit dem durch die Spannung E₁₃ erzeugten Strom zur tiven Pegel, etwa 4- 8 Volt, erhöht. gewünschten invertierten, V-förmigen Übertragungs-

Wie oben erwähnt, ist in der USA.-Patentschrift kennlinie von Fig. 5, (c) am Ausgang42 führt.

3 187 325 eine dem Stand der Technik entsprechende Obwohl die in Fi g. 4 dargestellte und dem Stand

Schaltung, weiche die verlangte V-förmige Kennlinie der Technik entsprechende Schaltung bei niedrigen

besitzt, beschrieben und hier in F i g. 4 gezeigt. Die 4° Geschwindigkeiten zufriedenstellend arbeitet, ist sie

Schaltung von Fig. 4 kann eine Stufe des Umsetzers bei hohen Geschwindigkeiten unbrauchbar, weil die

von Fig. 3 enthalten. Die V-förmige Kennlinie des Laufzeiten der Signale E₄ und E₀ verschieden groß

Restausgangssignals ist in Fig. 5, (r) dargestellt und sind. Ferner ist die Schaltung von Fig. 4 infolge der

kann am Ausgang 42 abgenommen werden. Diese Rückkopplungsschleife vom Ausgang 42 über die

Kennlinie stellt die Summe von getrennt erzeugten 45 Widerstände 64 und 74 zum Eingang 40 instabil.

Signalen E_A und E_n dar, die an den Anschlüssen 44 In der obengenannten Patentbeschreibung sind die

und 46 verfügbar sind. Grenzen der in Fig. 4 gezeigten Schaltung aufgeze^;~,t.

Die Schaltung von Fig. 4 enthält ein nichtlineares und in Fig. 11 dieser erwähnten Patentbeschreibung

Netzwerk, beispielsweise einen Verstärker 48, der ist eine weitere Ausfiihrungsform erläutert, bei der

eine Erdverbindung 50 und einen Ausgang 52 be- 5° die Schaltuneswege so ausgeglichen sind, daß keine

sitzt. Der Eingang des Verstärkers 48 ist mit dem Laufzeitdifferenzen auftreten. Die verbesserte, in

Eingang 40 dieser Stufe verbunden. Eine erste Rück- Fig. 11 der erwähnten USA.-Patcntschrift dar-

kopplungsschleife des Verstärkers 48 besteht aus der gestellte Ausfiihrungsform enthält zwei identische

Batterie 54, der Diode 56 und dem Widerstand 58. Schaltungshälften in jeder Stufe, die genau angepaßt

Ein zweiter Riickkopplungsweg besteht aus der 55 werden müssen, um einen symmetrischen Zustand zu

Batterie 60, der Diode 62 und dem Widerstand 64. erreichen und einen Betrieb bei hohen Geschwindig-

Das Potential am Eingang des Verstärkers 48 keiten zu ermöglichen. Die Notwendigkeit einer

bleibt praktisch auf Erdpotential. Dies rührt daher, genauen Anpassung verteuert die Schaltung jedoch

daß der Verstärker 48 sowohl eine hohe Strom- als beträchtlich. Außerdem enthält die Schaltung meh-

auch eine hohe Spannungsverstärkung besitzt. Ist So rere »FremdK-Rückkoppliingswcgc. weiche mehr als

dementsprechend die Spannung am Verstärker- eine Stufe umfassen, so daß eine Stabilisierung ausgang endlich groß, so ist das Potential am Ein- äußerst schwierig ist.

gang vernachlässigter klein. Genauso verhält es sich Eine Ausfiihrungsform der vorliegenden Erfindung bei begrenztem Verstärkerausgangsstrom, wobei der ist in Fig. 6 dargestellt. Die Schaltung von Fig. 6 Eingangsstrom (ohne die Ströme in den Rückkopp- 65 erfüllt im wesentlichen die gleichen Aufgaben wie längsschleifen) ebenfalls vcrnachliissigbar klein ist. die in der erwähnten USA.-Patcntschrift erläuterten Um die Arbeitsweise des Verstärkers 48 noch mehr Schaltungen, zeigt aber einige unerwünschte Eigcnzu verdeutlichen, kann man sich diesen Verstärker schäften der dem Stand der Technik entsprechend™

Schaltungen nicht. So sind keine Riickkopplungswcgc zwischen dem Ausgang und dem Hingang eine! Stufe vorgesehen, was der in Fig. (i gezeigten Schaltung ausgezeichnete Slabilitälseigensehuften verleiht. Auferilcm ist die Schaltung so weil symmetrie!!, dal.'· die beiden »Hälften« der resultierenden V-förmigen Kennlinie nicht überSchaltungswege mit unterschiedlichen Laufzeiten geliefen werden müssen. Die i'oiderung eines genauen Abglcichs von Widcrstandssdiailclemenlcn ist zudem beträchtlich erleichtert. Schließlich enthält die Schallung von F i g. 6 einen Trimmwiderstand, mit dem das F.ingangssignal normiert werden kann, so daß Änderungen der Hezugsspaiitiimg und der StufcnwiStärkung, auch aber Drifterscheiniingen des Verstärkers kompensier! werden können.

Die Schaltung von F i g. (1 stellt eine Stufe des in I·' i g. 3 gezeigten Anaiog-DigilalT !mselz.ers dar. Sie enthält einen Hingangsanschluß KIO und einen Ausgangsaiischluß 102. Der Fiingang KtO ist über eine:·. Widerstand R 1 mit einem ersten Hingang 104 eines Verstärkers 1(16 verbunden. Hin zweiler Hingangsanschluß 108 ist geerdet. Der Fingangsaiischliiß !04 ist über einen Abgleichvvidcrsland R 2 mit einer Rezugsspannungsi|ueile verbunden, /wischen dem Aus :;, gang 1 U) und dem Hingang 104 sind erste und zweite Riickkopplungswegi' vorgesehen, im einzelnen enthält ine Rüekkopplungsschleire dk Diode /)1. die mi! den Widerstand R 3 in Reihe geschaltet ist. Fine /weite Rückkopplungsschleife enthält die Diode/)2. die ebenfalls mit dem Widerstand Λ¹3 in Reihe geschaltet ist. Die Dioden/)1 und />2 sind enigegeniiescl.M gepolt und parallel geschaltet.

Der bisher beschriebene Teil tier Schallimg von Fig.fi spricht auf ein analoges I ingangssignal /■., a:· ;r, und erzeugt das digitale Ausgangssignal /.„. so wie ui I i si. 7 eezeigt. Nimmt man an. daß die Schaltung • i;i F i ». ή tier Stufe 1 entspricht, so wild das analoge I ingangssignal ί_Ί . von I ig. 2. /eile Ui). zum Fin- ;.;aig KIO übertragen und tlas digitale Signal /'„,. das .}_U "ι Fig. 2. /eile (/>)· gezeigt ist. am Ausgang 110 abwürben.

Is sei angenommen, daß tlas Signa! /.·. so wie in I 1 ü. 7 gezei"t. beispielsweise zwisclien 0 und

SVdIt schwanken kann. Feriiei sei angenommen, t=. (■aß tue an den AhglHchv.idei stand Rl gelegte Bo , iiüsspannuni' clv.a -I \'nlt bct'iigl. Fntspriclu 'inn 4i-<s Sii'nal /·,· ciiKi' Spaunuuü von 0 \'oll. liefert 'Oi \erst;'iikc;· 106 eine Ausgaugs-.pamiuiig. ilic gioß p. nun ist. um einen Rückkopplungssitom zu c 5,· 7 uuoii. v. oIcIkt (lio Spannungsililieie;i/ zv. isflien il.n .\PHli!:!s-.n K)J uiHi 108 praktisch aiii (1 redu/ien. Λ η nc li'im me η. ti ie I'. 'ic k koppln ng^s.^hle! !.'live: "st;·, ι \ S = IIt! dos Veislärkers 106 hat (!on \^v eil Γ. so wii J :·;ί λ .!sLiit^MaiisL-aun 110 eine Spannung v^i NVnI; ;_;,=, ei /CiMM. i-'n'spiiehi andeiLiseiis das 1 ing.a;igssignal / ti'.v'r Spannnut: \ on ■ SNdIt. lielcii tlei \ ei ·ι μ I- er 1<"·6 oin nenatives Ausnangssignal \^n S N'oU. imu r! ■ Fini'augsspannungsililiercn.' aiii den Weil" /ii leiluziei'iMi. is kam", außeniem ungeiiommcn wo;c,o 1. üü tl.il¹> bei einem Fegel \on el·. ■ ■! V.-It ties analogen ringaimssignals <\c<: Versiä/k·.; i(>6 am Au-"ing i'ihermii'vwL'ise eine Spannung mil de¹!! Wcrld ab-

! s ..-j d;itaiif hingewiesen, dal'· das :r,-,i Ausga"·¹ 11(1 abL'i-.'.ebenc und in Fig. 7 dargestellte digitale .'·■■ -.-.'antissi^nal /',·. nicht Jon.111 Uno,11 i^i. -.niuUii' 1 ^;'.om Fiiischnii; 1Z0 mMw . i-'. Diesel I iiisehniil ι··ΐ aiii iWn Spannungsabfall an den Dioden /) 1 und Π2 /iiiückziiiühren. l.iegl nämlich iloi Pegel des anain'en I ingangssi"iial in der Nähe um l Voll, viid weiler die Diode/)! noch die Diode /J 2 in DuichlalA-liehlung sorgespiinnl. Folglich ist die Rücf ■ kt ji;'Umg-schleilc aiii Verstärker 106 offen, und das Au>gangssigiuil /. , des Vnstärkers ändert sich bei Uei'ien Änderungen des i ingangssignals /., sehr stark

Hs wurde bisher gezeigt, daß das Signal / ,, am Ausgang 110 abgegeben wird. Mil dem Ausgang 110 ist über die digitale Leitung 112 eine Abiühlemiiciitung (nicht dargestellt) gekoppelt, mil der festgestellt wird, ob die in der Stufe erzeugte ZilFcr in l'hereinslipiniimg mit den obenerwähnten und im Zusammenhang mil F i g. 2 erläuterten Kriterien einei -I« oiler einer »0« enlspiicht. Der Hinschnitl 120 in der Kennlinie des Signals /·.„ erleichtert das Abfühlcn der Signalp.liaiiiäl insoweit, als das Signal sehr rasch '.um positi'. cn in den negativ en Heieich üliercehl. und umgekch't Die rechts von der digitalen Leitung 112 in I^; i g. (1 gezeigte Schaltung liefert das analoge Ucst-AusgangssigiKil /·.„. welches die in F i g. 7 dargestellte V-föimigc Kennlinie besitzt. Das analoge Resisignal /·,, wird aus dem Signal /·,„ crzeu.'t. Im ein'clnen is! dabei tier Ausgang 110 iibei eine Diode/), mit dem ersten Anschluß 130 eines Dülerenlialverstäikeis 132 verbunden. Dc 1 Anschluß 130 ist übet eiiicfi relativ niederohmijjcn Widerstand Ί ~< ni;t F>de verbuniK'ii. Außerdem ist der /\usgang IK, iibu die Diode Π Λ rnd ilen Widers, and R 4 ηυΐ emem zweiten Anschl'.ii' 134 des DilTeieniiaUersiail or- !32 gekoppelt. Der Ausgang 136 iks Vcistärker· 132 i-t mit (lern Ausgang 102 der Stufe verbunden.

Heim l'eliieb der Schallung von I i u. (1 bewnkt eic 1 Dilleieutialvorsiäikei 132 bei positive¹: Weilen ties I ingangssign.ils/.,, keine Inverlieiimg. Ivi negativen Wcil''n des Signals/ ,, jedoch eine Invei ti. iunu. Hs sei angenommen, daß das Signal / ,, positiv Kt Dann im die Diode /)3 in Duielilaßncl'.Unn. und -Ik Diode />4 in Sperrichtung vorgespannt. Di·.- Riickkoppluii!: ehleÜe über den Wiileistantl /Cd is| il.ihci geöllüct. riil tier Verstiirkci 132 teilt einen \>i slä'l.ei nut tier Verstäikunü · ilai. Die eiste I lallte ilei V-föimigei! Kennlinie ties in Fig. 7 gezeigten Signals /.,. uilspiicht daher näherungsweise tloni positiven Ast dei Kennlinie des Signals /.,,. Sind die Dioden /> I und />3 (und die Dioden />2 und /»4) 111 !.'ccignetei Weise angepaßt. s₍i weist tlas Signal / , !.einen I in· eliniu 1 21! v. 10 da·- Signal /.,, aiii 11 0 \r, pa-Müii: ili Diotlen ist \\.ί._;-, 1 liiliso!;. ,., ,_{Γ]Π (}|_K W idoisiäiiiii- /./,. H^ unii Ii !'leith !-.iol' _;\;· ,Ir weitlen. Pci leMiliieieiule Anpassimnst'i;;·' .si I₁,, ietle lcmpeialiu und Mii ioi'.-u Sinnal|\:\l ,' :■-u ich./nd

Ist d,is Signal/·.,, negativ, so vviiil «'π IViJ₁ />.' i-i S|v.-'iiihtimg und die Om₁Ie /»4 m i )iue!:;,ir. iiclitung von-L-spanni. IXi F'inraih'. '.Ml iu-s \,>:,:; kc:s 137. wild praktisi.!i ΓιΙνι Jeu W -i!v ■; μ,ηη! /.'."
trtlel. wele'iei im Xeiüleieh /ti >!.;,! _viü ,;■!',-on \ 11 iiaUils'.V il'o! SKlIliI (los Veist.lul.cis 132 O':'- ■! ', '..!in kleineu W ide isiaiulswei I besii/i. 1\: W i,io^: si.un! \'■ schließt ilen \i)sehluß 1311 deüiu.!■ ■·■ <-■< as 1^₁-;- ,_Γι] Lide kurz. W uk nispri.-eheni! '!i.l-: ..ι;-·, No^ .-.i'k; ausgang 136 ein Riickkiyplunusstroiii /uui I iiis'.uifs anschli-l'· 134. iluuh \\,[J-,on diesel .ml ! ιΓ^-Ί, ni.t '.'.ehalten »mi.

Aus den ,'.!-M^oii I !!.iiiloro.n^oii .!u^. | ih;ui.i·; •:ohl hei ν 01. daß ein »eibessenoi \ri.iln..· 1)ι·ί;.ιΙ

-1 Q 7

Umsetzer geschaffen worden ist, der jnaloge Γί i η gangssignale in zyklisch-binär codiert2 Ausgangsiignale umformt, sehr stabil ist. sehr schnell an-Ipricht und eine digitale Auflösung in nahe/u jedem tcwiinschten Auflösungsgrad erzeugen kann. In einer evor/ugten Ausfühi :ngsform dieser Gründung werben mehrere in Kaskdtfe geschaltete Stufen verwendet Jede Stufe liefert ein digitales Ausgan issignal und tin Uesi-Ausgangssigiial, das zur folgenden Stufe übertragen wird. Die Resl-Ausgangssignale werden vorzugsweise in jeder Stufe normiert, so daß alle Stufen identisch aufgebaut werden können. Jede Stufe enthüll einen DifFerentialverstärker welcher Sipn.ile. die oberhalb der Bcreiehsmittc üeg'Mi, invertiert und welcher Signale, die unterhalb der Rereichsmitle liegen, nicht invertiert.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Imsetzerstufe für eine Hinrichtung zum I μ 1 sc 1.'·■: 1 \on Anulogsigiuilcii in nach dem (!ray- ?-n Code verschlüsselte Binär:,ii/nale. beuchend aus einer eine V-förmige (ihertragungskeiinlinie aufweisende VVrsiiirkerscliaiUing mit ein:m Analog-■-ignaleinüang. einem Digitaisignalausgang zum .\bleiten eines vom Pegel des am Analogsignaleingang anliegeiulen analogen Hinjumgssiimals abhängigen Binärsignals und mit einem Analogsignalausgang, dadurch g e k e η η ζ e i c Ii net, daß die Verstärkerschaltung einen Differentialverstärker (132) enthält, von dem der eine Hingang (130) über eine niederohmige Impedanz, (ft5) mit einer Bezugspotentialquelle und über einen Richtleitcr (Λ>3) mit dem Analogsignaleingang verbunden ist, wiihrend der andere Eingang (134) über einen entgegengesetzt gepolten Richtleiter (/M) mit dem Analogsignaleingang in Verbindung steht und der den Analogsignalausgang (102) der l'msetzerstufe darstellende Ausgang (136) des DifTerentialverstärkers zum anderen Fingang (134) rückgekoppelt ist.

2. Umset/erstufe nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, dal.1 zwischen ilen Richtleitern (Λ>3 und /M) und dem Analogsignaleingang (100) ein Verstärker (!Oft) geschaltet ist. dessen Ausuang(llO) üner eine Parallelschaltung entgegengesetzt gepolter Richtleiter (I) 1. D2) zu seinem l'ingang rückgekoppelt ist.

3. l'mseizersiiile nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. ι!;ιΓ> der Hingang (104) des Verstärkers (106) über einen Stcllwiderstaiul (R2) mit einer I5ezug-polenlial(|uelle in Verbindung steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen