DE1914720B2

DE1914720B2 - Analog/Digital-Umsetzer

Info

Publication number: DE1914720B2
Application number: DE1914720A
Authority: DE
Inventors: Thomas James San Jose Calif. Harrison (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-03-22
Publication date: 1980-02-21
Also published as: GB1203551A; US3582947A; DE1914720C3; DE1914720A1; FR2004625A1

Description

Die Erfindung betrifft Analog/Digital-Umsetzer mit mehrfach integrierendem Integrator, dem zunächst während einer ersten, festgelegten Integrationszeit das Analogsignal zugeführt wird, dessen Abgangspegel dabei von einem Anfangswert zu einem der Amplitude des Analogsignals entsprechenden Endwert ansteigt und dem anschließend während einer zweiten Integrationszeit ein Bezugssignal mit zum Analogsignal entgegengesetzter Polarität zugeführt wird, wobei der Ausgangspegel von dem Endwert bis zum die zweite Integrationszeit beendenden Anfangswert absinkt und diese zweite Integrationszeit von einem an eine Zählimpulsquelle angeschlossenen ersten Zähler festgestellt wird, dessen Endstand dann den Digitalwert darstellt.

Es ist bereits ein Analog/Digital-Umsetzer vorgeschlagen worden, bei dem das umzusetzende Analogsignal zur Bildung eines Zeitintegralwertes über eine bestimmte Zeit integriert wird, und bei dem durch Integration eines Bezugssignals der erreichte Zeitintegralwert wieder bis auf den Anfangswert vermindert und die dafür erforderliche Zeit digital gemessen wird. Insbesondere ist auch ein derartig dreifach integrierender Umsetzer vorgeschlagen worden, bei dem eine Integrierschaltung, Mittel zur Abgabe zweier verschiedenwertiger Bezugssignale, Torschaltungen, eine Zeitmeßeinrichtung, sowie eine Steuerschaltung vorgesehen sind,, derart, daß nach Integration des umzusetzenden Analogsignals die Bezugssignale nacheinander der Integrierschaltung als Eingangssignale zugeführt werden, wobei infolge der unterschiedlichen Werte der Bezugssignale der Wert des resultierenden Zeitintegrals zuerst schnell und dann langsamer dem wieder zu erreichenden Anfangswert zustreben (DE-Patent 17 62 465).

Die Erfindung befaßt sich mit einem dieser vorgeschlagenen bzw. bekannten Umsetzer, deren Vorteile insbesondere darin liegen, daß sie im Vergleich zu nach anderen Prinzipien arbeitenden Umsetzern im Verhältnis zur erzielbaren Genauigkeit, Geschwindigkeit, Auflösungsvermögen und Störempfindlichkeit nur relativ geringen Aufwand erfordern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen derartigen Umsetzer anzugeben, der aber die Umsetzung von Analogsignalen in weiten und vielen Amplitudenbereichen gestattet, ohne daß dabei die in bekannten Umsetzern erforderlichen, in ihrer Verstärkungveränderbaren Verstärker notwendig sind.

Erfindungsgemäß wird demnach bei einem Analog/ Digital-Umsetzer der eingangs erwähnten Art vorge schlagen, daß eine dem Amplitudenbereich des Analogsignals angepaßte, variable erste Integrationszeit vorgesehen ist, indem der Zähler bereits während der ersten Integrationszeit ar die Zählimpulsquelle ange schlossen ist und indem diese erste Integrationszeit in einem Speicher als Anzahl der Zählerumläufe gespeichert ist und bei Gleichheit der gespeicherten und der durchgeführten Zählumläufe beendet wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich dadurch, daß ein zweiter, während der ersten Integrationszeit die Überläufe des ersten Zählers zählender Zähler vorgesehen ist und Speicher und zweiter Zähler mit einem

Vergleicher verbunden sind der bei Gleichheit über eine Steuerung die erste Integrationszeit beendet.

Als weitere Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als Speicher ein weiterer Zähler dient, in welchem das Komplement der Zählerumläufe des ersten Zählers voreingestellt ist, der außerdem die Überlaufsignale des ersten Zählers zählt und dessen Überlaufsignal die erste Integrationszeit beendet.

Schließlich wird als weitere Weiterbildung vorgeschlagen, daß als Speicher ein weiterer, rückwärtszählender Zähler dient, in welchem die Zählerumläufe des ersten Zählers voreingestellt sind, der außerdem die Überlaufsignale des ersten Zählers zählt und der bei Nulldurchgang die Integration beendet.

Schließlich wird als weitere Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, daß zur automatischen Einstellung der ersten Integrationszeit ein Vergleicher vorgesehen ist, der den Ausgangspegel des Integrators mit einem Schwellwert vergleicht und bei Gleichheit ein Signal liefert, das in Verbindung mit den Überlaufsignalen des ersten Zählers über logische Schaltkreise die erste Integrationszeit beendet

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen, zweifach integrierenden Analog/Digital-Umsetzers,

F i g. 2 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen, dreifach integrierenden Analog/Digital-Umsetzers,

Fig.3 ein Ausführungsbeispiel einer Bereichsauswahlschaltung der Analog/Digital-Umsetzer gemäß Fig. Iund2,

Fig.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Teils der Bereichsauswahlschaltung,

Fig.5 ein Spannungs-Zeit-Diagramm, das die vom Umsetzer gemäß F i g. 2 erzeugten Spannungsverläufe darstellt,

F i g. 6 ein Spannungs-Zeit-Diagramm, anhand dessen sich die Wirkungsweise des in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiels mit automatischer Verstärkung erklären läßt,

F i g. 7 das Blockschaltbild der Steuerung eines erfindungsgemäßen Umsetzers mit automatischer Verstärkung,

Fig.8 ein Spannungs-Zeit-Diagramm, das die vom Umsetzer gemäß F i g. 1 erzeugten Spannungsverläufe darstellt,

Fig.9 ein Spannungs-Zeit-Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Schwellspannung und der Ausgangsspannung des Integrators bei einem Umsetzer mit automatischer Verstärkung gemäß F i g. 7 wiedergibt.

Beim erfindungsgemäßen Analog/Digital-Umsetzer gemäß F i g. 1 wird eine unbekannte Analogspannungsquelle 10 während einer durch eine Steuerung 18 bestimmte Zeitdauer an einen Integrator 14 gelegt. Während dieser Zeitdauer wird ein eine digitale Darstellung des Analogsignals liefernder Generator betätigt Die Zeit, während der das unbekannte Analogsignal dem Integrator zugeführt wird, ist so bemessen, daß der Generator eine bestimmte, veränderliche Anzahl von Zyklen ausführen kann. Dabei steigt die Ausgangsspannung des Integrators von einem Anfangswert auf einen Endwert, der von der Höhe der unbekannten Analogspannüng abhängig ist.

Sobald dieser Endwert erreicht ist, wird die Analogspannungsquelle 10 vom Integrator 14 abgetrennt und es wird eine Bezugsspannungsquelle 12 mit zur Analogspannungsquelle 10 entgegengesetzter Polarität mit dem Integrator 14 verbunden. Die Bezugsspannung wird integriert, wobei der Verlauf der Ausgangsspannung des Integrators bei dem genannten Endwert beginnt und der Generator für den Digitalwert in derselben Weise weitefgeschaltet wird bis ein Vergleicher 20 feststellt, daß die Ausgangsspannung des

ίο Integrators 14 wiederum den Anfangswert erreicht hat Zu diesem Zeitpunkt ist die Umsetzung vollendet und im genannten Generator ist ein der unbekannten Analogspannung entsprechender Digitalwert enthalten.
Unter der Annahme, daß es sich beim Analogsignal um eine Gleichspannung handelt, zeigt die Ausgangsspannung des Integrators einen linearen Verlauf. Die Höhe der Ausgangsspannung des Integrators nach einer bestimmten Zeit Γ hängt von der Höhe des Eingangssignals ab. Wird somit das Analogsignal während eines Zeitraumes NT integriert, so ist die Ausgangsspannung des Integrators ebenso hoch wie wenn das Analogsignal mit einer Verstärkung N verstärkt und nur während eines Zeitraumes T integriert worden wäre. Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Analog/ Digital-Umsetzers besteht darin, daß eine variable Integrationszeit vorgesehen ist. Eine variable Integrationszeit entspricht einer variablen Verstärkung des Analogsignals, so daß der Umsetzer keinen Verstärker benötigt.

jo Die Integrationszeit kann auf zwei Wegen gesteuert werden. Ist die relative Amplitude des Analogsignals bekannt, so kann die Verstärkung dadurch programmiert werden, daß eine Steuerung vorgesehen wird, die den den Digitalwert liefernden Generator über eine

J5 bestimmte Anzahl von Zyklen N weiterschaltet. Diese Methode ist relativ einfach und erfordert nur wenige zusätzliche Schaltkreise. , ·■ ,

In einigen Fällen ist es wünschenswert, wenn der Betrieb unter Anwendung einer automatischen Verstärkung erfolgt. Dabei muß ein Detektor vorgesehen werden, der die Amplitude der Ausgangsspannung des Integrators zu bestimmten Zeiten abfühlt und dabei feststellt, ob eine weitere Integrationsperiode erforderlich ist. Hat zu einem gewählten Zeitpunkt die Ausgangsspannung noch nicht einen bestimmten Schwellwert erreicht, so wird die Integration während einer zusätzlichen Zeitperiode fortgesetzt.

Im folgenden ist eine Ausführung mit programmierter und eine Ausführung mit automatischer Verstärkung

so beschrieben.

Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt bei einem zweifach integrierenden Umsetzer ein Betrieb mit programmierter Verstärkung. Eine Umsetzung beginnt damit, daß zunächst in einem Bereichsregister 24 ein Verstärkungsfaktor für eine bestimmte unbekannte Analogspannung gespeichert wird. Der Verstärkungsfaktor wird von einem geeigneten Speicher beispielsweise einer Datenverarbeitungsanlage geliefert und der Klemme 25 zugeführt. Logische

bo Schaltkreise in der Steuerung 18 betätigen ein Tor 26, so daß das Analogsignal an den Integrator 14 angelegt wird. Der Integrator 14 ist in üblicher Weise aufgebaut und besteht im betrachteten Beispiel aus einem Operationsverstärker 28, zu dem ein Kondensator 30 parallel geschaltet ist und in dessen Eingang ein Serienwiderstand 32 liegt Mit Beginn der Integration des unbekannten Analogsignals wird ein Generator für die digitale Darstellung gestartet Dieser Generator

besteht aus einem Oszillator 34, dessen Impulse über die Steuerung 18 einen Zähler 16 betätigen. Mit Beginn der Integration beginnt auch die Zählung im Zähler 16. Die Zählung beginnt beim Wert 0. Die Zählrate während der Integration wird vom Oszillator 34 bestimmt. Sobald die Zählkapazität des Zählers 16 erreicht ist, wird auf Leitung 36 ein Überlaufsignal erzeugt Dieses Signal wird einer aus einem Zähler 38, einem Vergleicher 40 und einem Bereichsregister 24 bestehenden Abfühlschaltung zugeführt. Das Überlaufsignal auf Leitung 36 betätigt den Zähler 38 um jeweils einen Zählschritt. Der Zählerstand des Zählers 38 wird dem digitalen Vergleicher 40 zugeführt, in dem der Zählerstand des Zählers 38 mit dem im Bereichsregister 24 gespeicherten Wert verglichen wird. Sobald bei dem Vergleich die Gleichheit der beiden Werte festgestellt wird, wird auf Leitung 42 ein Signal erzeugt, daß der Steuerung 18 zugeführt wird. Solange keine Gleichheit festgestellt wird, wird die Integration während weiterer Umläufe des Zählers 16 fortgesetzt bis Gleichheit auftritt, was anzeigt, daß der vorbestimmte Verstärkungsfaktor erreicht worden ist. Mit Auftreten des die Gleichheit angebenden Signals wird das Tor 26 über die Steuerung 18 gesperrt und damit die Integration des Analogsignals beendet. Gleichzeitig wird durch ein Signal der Steuerung 18 ein Tor 44 geöffnet, so daß die zum Analogsignal entgegengesetzte Polarität aufweisende Bezugsspannung 12 an den Eingang des Integrators 14 gelegt wird. Ein Vergleicher 20 stellt den Zeitpunkt fest, zu dem die Ausgangsspannung des Integrators 14 wiederum den Anfangswert erreicht hat Beim Anfangswert handelt es sich um diese Spannung, die zu Beginn der Integration des Analogsignals am Ausgang des Integrators lag. Im betrachteten Ausführungsbeispiel entspricht der Anfangswert dem Massepotential. Sobald die Ausgangsspannung des Integrators 14 wieder den Anfangswert erreicht, wird der Steuerung 18 ein auf Leitung 46 erzeugtes Signal zugeführt, dadurch Tor 44 gesperrt und die Integration der Bezugsspannung beendet. Zum selben Zeitpunkt wird die Zählung im Zähler 16 gestoppt. Der Zählerstand gibt eine digitale Darstellung der unbekannten Analogspannung wieder.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 stellt einen dreifach integrierenden Analog/Digital-Umsetzer dar, bei dem eine programmierte Verstärkung vorgesehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält ein Zähler 110 am Ende der Umsetzung eine digitale Darstellung der unbekannten, von einer Quelle 111 gelieferten Analogspannung V_x. Der Binärzähler 110 ist in zwei gleichgroße Teilzähler aufgeteilt Eine Spannungsquelle 116 liefert eine erste Bezugsspannung Vm. Eine zweite Bezugsspannung Vr₂ wird an einem aus den Widerständen 119 und 120 gebildeten Spannungsteiler abgegriffen. Über gesteuerte Schalter oder Tore 122, 124, 126 werden die Spannungen V_x, Vm und Vja selektiv an den Integrator 128 angelegt. Die Ausgangsspannung Vo des Integrators 128 wird den Vergleichern 130 und 132 zugeführt. Die Ausgänge der Vergleicher 130 und 132 sind über Leitungen 134 und 136 mit der Steuerung 138 verbunden, die unter anderem Taktimpulse des Taktimpulsgenerators 140 über Leitungen 141 und 143 in die Teilzähler 112 und 114 überträgt Durch Signale auf Leitung 144 werden von der Steuerung 138 auch die Schalter 122,124 und 126 betätigt.

Eine Umwandlung beginnt zu einem gegebenen Zeitpunkt To. Zu diesem Zeitpunkt sind beide Teilzähler 112 und 140 des Zählers 110 auf den Wert 0 eingestellt und die Schalter 124 und 126 sind geöffnet Schalter 122 wird aufgrund eines von der Steuerung 138 auf Leitung 144 gelieferten Signals geschlossen. Eine unbekannte, an Klemme 121 angelegte Analogspannung V_x wird dann vom Integrator 128 während einer festgelegten Zeitspanne integriert. Diese Zeitspanne kann beispielsweise der Zeit entsprechen, die erforderlich ist, um Teilzähler 112 auf den maximal möglichen Zählerstand einzustellen. Ein Signal auf Leitung 145 zeigt den Überlauf des Teilzählers 112 an. Durch dieses Überlaufsignal wird der Stand des Zählers 142 um eine Ziffer erhöht. Der Stand des Zählers 142 wird in einem digitalen Vergleicher 148 mit dem im Bereichsregister 149 gespeicherten Wert verglichen. Der im Bereichsregister gespeicherte Wert ist über Klemme 155 beispielsweise von einer Datenverarbeitungsanlage geliefert worden. Die Integration wird so lange fortgesetzt, bis auf Leitung 147 ein die Gleichheit beider Werte anzeigendes Signal geliefert wird.

Das Signal auf Leitung 147 stoppt die Integration der Analogspannung V_x und zeigt an, daß Teilzähler 112 des Zählers 110 so viele Male seinen maximalen Zählerstand erreicht hat wie durch die im Bereichsregister 149 gespeicherte Zahl angegeben ist Das Signal auf Leitung 147 erzeugt über die Steuerung 138 auf Leitung 144 Signale, die Schalter 122 öffnen und Schalter 144 schließen. Das Zeitintegral der Analogspannung V_x über das gewählte Intervall ist nunmehr im Integrator 128 gespeichert. Diese Spannung entspricht der Spannung Vo zum Zeitpunkt 71 in F i g. 5. Während des restlichen Teils der Umwandlung werden zwei Bezugsspannungen verwendet. Die Integration der zwei Bezugsspannungen erzeugt Spannungsverläufe wie sie zwischen den Zeitpunkten Ti und Tz und zwischen den Zeitpunkten Ti und Ti in F i g. 5 angegeben sind. Die Wirkungsweise des dreifach integrierenden Analog/Digital-Umsetzers selbst läuft dann so ab, wie sie bereits im deutschen Patent 17 62 465 beschrieben ist. Ein einfacherer Aufbau der Schaltung des zweifach und des dreifach integrierenden Umsetzers gemäß der F i g. 1 und 2 ergibt sich aus F i g. 3. Dabei wird der Wert für den Bereich, der beispielsweise von einer angeschlossenen Datenverarbeitungsanlage geliefert wird, einer Klemme 50 zugeführt und in einem Zähler 48 gespeichert In diesem Fall wird das Komplement der Verstärkungszahl

verwendet. Das Überlaufsignal des den Umsetzer bildenden Zählers wird über eine Leitung 52 dem Zähler 48 zugeführt und gezählt. Auf einer Leitung 54 erscheint ein Signal, wenn Zähler 48 den Zählerstand 0 erreicht, und aufgrund dieses Signals wird die Integration der Analogspannung in derselben Weise beendet wie in den Ausführungen gemäß Fig. 1 durch ein Signal auf der Leitung 42 und in der Ausführung gemäß F i g. 2 durch ein Signal auf der Leitung 147.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ergibt sich aus Fig.4. Dabei wird der Wert für den einzustellenden Bereich einer Klemme 56 zugeführt und in einem abwärtszählenden Zähler 58 gespeichert. Das Überlaufsignal aus dem Zähler des Umsetzers wird über Leitung 60 diesem Zähler 58 zugeführt und stellt diesen Zähler jeweils um einen Schritt zurück. Sobald Zähler 58 den Zählerstand 0 erreicht, erscheint auf Leitung 62 ein Signal. Dieses Signal bewirkt wiederum das Ende der Integration.

Die Steuerung für das Ausbildungsbeispiel mit automatischer Verstärkung ist in F i g. 7 dargestellt. Das Überlaufsignal des Zählers 92 des Umsetzers wird einem Zähler 70 zugeführt Die Ausgangsspannung V₀ des Integrators wird in einem Vergleicher 72 mit einer

Bezugsspannung Vr verglichen. Die Digitalausgänge des Zählers 70 sind mit einem Dekodierer 74 verbunden, der die Binärwerte des Zählers in Dezimalwerte umwandelt Sobald die Ausgangsspannung . Vb des Integrators gleich der Bezugsspannung Vr ist, liefert Vergleicher 72 ein Signal, das einen monostabilen Multivibrator 76 anstößt Die Impulsdauefydes monostabilen Multivibrators 76 ist relativ klein gewählt, um eine gute Auflösung zu erzielen. Der Ausgang des Multivibrators 76 ist über eine Leitung 78 mit einer Reihe von UND-Schaltungen 84 verbunden. In Abhängigkeit vom Stand des Zählers 70 wird jeweils.eine der UND-Schaltungen 84 durchgeschaltet, so daß über den jeweils zugeordneten bistabilen Multivibrator 95, UND-Schaltung 97 und ODER-Schaltung 80 ein Signal auf Leitung 82 erzeugt wird und die Integration beendet Das Signal auf Leitung 82 stellt die Zähler und Multivibratoren zurück. Eine oder mehrere der UND-Schaltungen 86 werden durchgeschaltet und liefern eine digitale Darstellung des Verstärkungsfaktors, der in die Steuereinheit beispielsweise einer Datenverarbeitungsanlage rückgeführt wird . ; "

Das Spannungs-Zeit-Diagramm der Fig.6 zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung des Integrators während einer Integration der unbekannten Analogspannung bei Verstärkungen von 1,2,4,6 usw. Die in diesem Beispiel gewählten Verstärkungen G ergeben die einfachste Logik für die Verstärkungssteuerung. Es können auch andere Verstärkungen vorgesehen wer-, den. Ganzzahlige Verstärkungen sind vorzuziehen, da dann auch den Integrationsintervall ein ganzes Vielfaches der Zeit Γ ist, die sich in einfacher Weise aus der Überwachung der Überlaufsignale des Zählers ergibt. Nicht ganzzahlige Verstärkungen lassen sich durch ein geeignetes, an den Zählern angeschlossenes Dekodiernetzwerk erreichen.

In Fig.7 ist eine Steuerung für den Fall dargestellt, daß die Bezugsspannung

Vr =

'Omax

Aus F i g. 6 ist zu ersehen, daß bei Auftreten eines die Gleichheit feststellenden Signals bevor der Zähler des Umsetzers seine halbe Zählkapazität erreicht, (zum Zeitpunkt 772), einen Überlauf bewirkt Das Überlaufsignal des Zählers 92 stellt den bistabilen Multivibrator 88 in den Aus-Zustand zurück. Der Multivibrator 88 wird durch ein Signal auf Leitung 82 in den Ein-Zustand gebracht Der Ausgang des Multivibrators ist über einen Inverter 90 mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 91 verbunden. Das Ausgangssignal des

ίο monostabilen Multivibrators erstreckt sich über eine halbe Zählperiode des Zählers 92 und wird an einen Eingang der UND-Schaltung Mb und über einen Inverwerter 94 an einen Eingang einer UND-Schaltung 96 gelegt Der Null-Ausgang des Zählers 70 liegt am anderen Eingang der UND-Schaltung 96, so daß diese UND-Schaltung durchgeschaltet wird, wenn der monostabile Multivibrator 91 kein Signal abgibt Sobald während dieser Zeit auf Leitung 78 vom Vergleicher 72 ein Signal geliefert wird, wird UND-Schaltung 84a durchgeschaltet und liefert an Klemme 98 ein Überlaufsignal. Liefert Vergleicher 72 im Zeitraum zwischen einem halben und einem ganzen Zählzyklus des Zählers 92 ein Signal, so wird UND-Schaltung 846 durchgeschaltet und setzt den bistabilen Multivibrator 95b. Führt dann der Einer-Ausgang des Dekodierers ein Signal, so wird UND-Schaltung 976 durchgeschaltet und stoppt die Integration am Ende des ersten Zyklus. In ähnlicher Weise wird bei Auftreten eines Vergleichersignals zwischen dem ersten und zweiten Zählzyklus die UND-Schaltung 84c durchgeschaltet und damit der bistabile Multivibrator 95c gesetzt Die UND-Schaltung 97c wird dann nach zwei Zyklen durchgeschaltet und beendet damit die Integration. Die Schaltungsanordnung mit den UND-Schaltungen 84, den bistabilen Multivibratoren 95 und den UND-Schaltungen 97 arbeitet bei anderen Bereichen in entsprechender Weise. Die folgende Zusammenstellung zeigt den Steuerungsablauf in einer Anordnung gemäß Fig.7 wenn W= 1/2 Vo maxist Dabei ist Vo die Ausgangsspannung des Integrators und Vo ma*' die maximale Ausgangsspannung des Integrators, die bei voller Aussteuerung jedes Bereiches auftritt

Zeit t T

IT

47"

nT(n>2)

Vergl.- signal	Integration nur bis T	Integration nur bis	Integration nur bis	Integration nur bis	' Integration nur bis
		IT	AT	6Γ	2 (n-1) T
Kein Vergl.- signal	Integration mindestens bis	Integration mindestens bis	Integration mindestens bis	Integration mindestens bis	Integration mindestens bis
	IT	47	6Γ	8Γ	2nT

Ist W=?⁶1/2 Vo max, so muß lediglich die Zeile für die Zeit t dahingehend geändert werden, daß die Zeit eingesetzt wird, bei der der Verlauf der Ausgangsspannung des Integrators für G= 1 bei voller Aussteuerung des Amplitudenbereiches den Schwell- bzw. Bezugswert schneidet Ist beispielsweise W= 1/4 Vb _max, so muß T/2 für Teingesetzt werden. Allgemein ausgedrückt muß bei

V_T =
für T 772^p-' gesetzt werden. In diesen Fällen kann ein Vergleich nicht bei jeden Vielfachen der Zeitbasis gemacht werden; beispielsweise werden bei

T/ M) max

y =

Vergleiche bei T/4, 772, T, 3 772 5 772 usw. durchgeführt, «ntsprechend der Vertärkungen G= 1,2,4,6,8 usw. Für jeden anderen Schwellwert W kann die Zeit aus dem in F i g. 9 angegebenen Diagramm ermittelt werden. Die

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Gerade hat die Gleichung V_f= F₀ _max(t/T).Für

"θ max

Vr =

τ oder τ = V₁TfV₀

Hier ist τ die Zeit die in der ersten Zeile der angegebenen Zusammenstellung für T eingesetzt werden muß.
Die Bedingung

F- ' omax T -*■ ~

darf nicht gelten, wenn eine Verstärkung G=I erforderlich ist, da die Entscheidung, die Integration zum Zeitpunkt t=T zu beenden, bereits vor dem Zeitpunkt Tgetroffen werden muß.

Um über den gesamten Bereich der zu erwartenden Amplituden der umsetzenden, unbekannten Analogspannungen die größte Genauigkeit zu erzielen, sollten die Analogspannungen über die maximal erforderliche Zeit integriert werden. Das bedeutet, daß Analogsignale des unteren Amplitudenbereiches über eine zu große Anzahl von Zählerumläufen integriert werden. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß die Umsetzungsgeschwindigkeit vom Amplitudenbereich der Analogsignale

10

abhängig ist Gleichzeitig jedoch ergibt sich auch ein Vorteil, der darin besteht, daß die Analogsignale im unteren Amplitudenbereich während einer längeren Zeit integriert werden, wobei die Integration eine Art von Mittelwertbildung oder Ausfilterung darstellt und der untere Amplitudenbereich somit eine geringere effektive Bandbreite erfordert Da die Analogsignale in einem unteren Amplitudenbereich im allgemeinen ein niedrigeres Signal-Störverhältnis aufweisen, ergibt die

ίο zusätzliche Filterwirkung genauere Ergebnisse.

Es zeigt sich, daß durch die Erfindung ein Vielbereichs-Umsetzer gewährleistet wird, und zwar ohne dadafür der Einsatz von Verstärkern erforderlich wäre. Beispielsweise kann ein- und derselbe erfindungsgemäße Umsetzer verwendet werden für die Umsetzung von Ausgangsspannungen von thermoelektrischen Elementen im Bereich von 0—60 Millivolt und für die Umsetzung von Ausganpspannungen von thermischen Wandlern mit Amplituden von 0—120 Millivolt Ein erfindungsgemäßer Umsetzer gestattet demnach für alle Signale in den beiden angegebenen Bereichen eine maximale Auflösung zu erzielen, indem eine Betriebsweise vorgesehen ist, die in ihrer Wirkung äquivalent einer Anwendung von Verstärkungen von beispielsweise 4,2 und 1 für 30,60 und 120 Millivolt ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Analog/Digital-Umsetzer mit mehrfach integrierendem Integrator, dem zunächst während einer ersten festgelegten Integrationszeit das Analogsignal zugeführt wird, dessen Ausgangspegel dabei von einem Anfangswert zu einem der Amplitude des Analogsignals entsprechenden Endwert ansteigt und dem anschließend während einer zweiten Integrationszeit ein Bezugssignal mit zum Analogsignal entgegengesetzter Polarität zugeführt wird, wobei der Ausgangspegel von dem Endwert bis zum die zweite Integrationszeit beendenden Anfangswert absinkt und diese zweite Integrationszeit von einem an eine Zählimpulsquelle angeschlossenen ersten Zähler festgestellt wird, dessen Endstand dann den Digitalwert darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Amplitudenbereich des Analogsignals anpaßte, variable erste Integrationszeit vorgesehen, ist, indem der Zähler bereits während der ersten Integrationszeit an die Zählimpulsquelle angeschlossen ist und indem diese erste Integrationszeit in einem Speicher als Anzahl der Zählerumläufe gespeichert ist und bei Gleichheit der gespeicherten und der durchgeführten Zählerumläufe beendet wird.

2. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, während der ersten Integrationszeit die Überläufe des ersten jo Zählers zählender Zähler vorgesehen ist und Speicher und zweiter Zähler mit einem Vergleicher verbunden sind, der bei Gleichheit über eine Steuerung die erste Integrationszeit beendet.

3. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, "35 dadurch gekennzeichnet, daß als Speicher ein weiterer Zähler dient, in welchem das Komplement der Zählerumläufe des ersten Zählers voreingestellt ist, der außerdem die Überlaufsignale des ersten Zählers zählt und dessen Überlaufsignal die erste Integrationszeit beendet

4. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicher ein weiterer, rückwärtszählender Zähler dient, in welchem die Zählerumläufe des ersten Zählers voreingestellt sind, der außerdem die Überlaufsignale des ersten Zählers zählt und der bei Nulldurchgang die Integration beendet.

5. Analog/Digital-Umsetzer mit mehrfach integrierendem Integrator, dem zunächst während~einer ersten festgelegten Integrationszeit das Analogsignal zugeführt wird, dessen Ausgangspegel dabei von einem Anfangswert zu einem der Amplitude des Analogsignals entspechenden Endwert ansteigt und dem anschließend während einer zweiten Integrationszeit ein Bezugssignal mit zum Analogsignal entgegengesetzter Polarität zugeführt wird, wobei der Ausgangspegel von dem Endwert bis zum die zweite Integrationszeit beendenden Anfangswert absinkt und diese zweite Integrationszeit von einem bo an eine Zählimpulsquelle angeschlossenen ersten Zähler festgestellt wird, dessen Endstand dann den Digitalwert darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Einstellung der ersten Integrationszeit ein Vergleicher vorgesehen ist, der den Ausgangswert des Integrators mit einem Schwellwert vergleicht und bei Gleichheit ein Signal liefert, das in Verbindung mit den Überlaufsignalen des ersten Zählers über logische Schaltkreise die erste Integrationszeit beendet.