DE1944191C - Anordnung zum Umsetzen von Analogwerten in Digitalwerte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Um- Signal an eine Koinzldenzstufe abgibt, der während setzen von Analogwerten in Digitalwerte mit einer der Integrationszeit eine bestimmte Zahl von Takt-Vergleichseinrichtung, welche den umzusetzenden impulsen zugeführt wird, und daß aus der Zahl der Analogwert mit der dem Digitalwert entsprechenden durch die Koinzidenzstufe hindurchgelassenen Im· Summe von Teilspannungen vergleicht und ein Signal S pulse geschlossen wird, wie oft das Auegangssignal abgibt, das anzeigt, welcher der beiden Werte größer der Vergleichseinriohtung in dem einen und dem 1st, und mit einer Steuereinheit, welche die jeweils anderen der beiden möglichen Zustande war. nliehst kleinere Teilspannung zuschaltet, wenn die Demgemäß besieht die Erfindung darin, daß an die Summe kleiner als dio Meßspannung ist und die ein binliros Signal abgehende Verglcichseinrichtung jeweils zuletzt zugeschaltete Teilspannung wieder io der eine Eingang eines. Koinzidenzgatters angeabschaltet und die nächst kleinere Teilspannung schlossen ist, dessen anderem Eingang während einer zuschaltet, wenn die Summenspannung größer als die wählbaren Integrationszeit eine Taktimpulsfolge mit Meßspannung ist. einer bestimmten Impulszahl zuführbar ist und an Derartige Analog-Digital-Umsetzer sind belspiels- dessen Ausgang ein Zähler angeschlossen ist, der zu weise die sogenannten Stufenver-chlUßler. Bei ihnen 15 Beginn der Impulsfolge auf 0 gestellt ist, dessen wird die Meßspannung iterativ mit der Summe von Ausgangssignal bei Erreichen einer vorgewählten Teilspannungen verglichen, die nach dem jeweils ver- Impulszahl, die kleiner als die dem Koinzidenzgatter wendeten Code abgestuft und je einer Stelle des zugefiihrte Impulszahl ist, von einem ersten in einen Codes zugeordnet sind. Die jeweils nächst kleinere zweiten Zustand wechselt und an dessen Ausgang Tcilspannung wird zugeschaltet, wenn die Summe ao die Steuereinheit angeschlossen ist. Gegenüber einem kleiner als die Meßspannung ist. Ist die Summen- Verschlüßler mit analoger Integration, der eine große spannung größer als die Meßspannung, so wird die Erholzeit hat und mit dem sich nur begrenzte Intejeweils zuletzt zugeschaltete Teilspannung wieder grationszeiten verwirklichen lassen, kann in der abgeschaltet und die nächst kleinere Teilspannung neuen Schaltung der Zähler nach der Integration in zugeschaltet. In die den zugeschalteten Teilspan- »5 kürzester Zeit auf Null gesetzt werden, und die Schalnungen zugeordneten Stellen des Codes wird jeweils tung ist sofort wieder betricbsberei*. eine »1« eingeschrieben. Eine ähnliche Analog- An Hand der Zeichnung werden im folgenden die Digital-Umsetzung wird mit Widerstandsbrücken- Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen schaltungen durchgeführt, bei denen die Vergleichs- näher beschrieben und erläutert, widerstände stufenweise geändert werden. Nach 30 Fig. 1 zeigt als Beispiel das Prinzipschaltbild jeder Widerstandsänderung wird geprüft, nach eines Stufenverschlüßlers; in den welcher Richtung die Widerstandsbrücke verstimmt Fig. 2a, 2b und 2c sind Impulsdiagramme des ist. Derartige Umsetzverfahren haben den Vorteil, Stufenverschlüßlers nach Fig. 1 dargestellt, daß sie eine hohe Umsetzgeschwindigkeit und eine In Fig. 1 ist mit V eine gestrichelt umrandete große Genauigkeit haben. Diesem Vorteil steht der 35 Vergleichseinrichtung bezeichnet, welche die EinNachteil gegenüber, daß die Entscheidung, ob die zu gangsspannung i/_fi mit einer Spannung U_v vergleicht, verschlüsselnde Spannung größer oder kleiner als die die von einem Digital-Analog-Umsetzer 2 geliefert Vergleichsspannung ist, zu einem bestimmten, kurzen wird. Dieser ist an ein Ergebnisregister 3 ange-Zeitpunkt getroffen wird, so daß auch nur kurzzeitige schlossen. Die Vergleichseinrichtung V besteht aus Störspannungen eine falsche Verschlüsselung bev/ir- 40 einem Differenzverstärker 1 und einem Impulsken können. Clv Störspannungen können dem zu former 6, der die Ausgarigsspannung des Differenzverschlüsselnden Wert überlagert sein; sie können Verstärkers 1 in ein zweiwertiges binäres Signal umaber auch in dem Umsetzer selbst erzeugt werden, wandelt. An den Impulsformer 6 ist eine gestrichelt insbesondere in der Vcrgleichseinrichtung, wenn umrandete Integrationsstufe / angeschlossen, die aus diese ein Zerhackerverstärker ist. Diese Störsignale 45 zwei UND-Gattern 7 und 8 sowie einem Zähler 9 könnten zwar durch ein der Vergleichseinrichtung besteht. Dieser liefert ein binäres zweiwertiges Signal nachgeschaltetes Integrationsglied verringert werden. an eine Steuereinheit 4, die z.B.eine Ablaufsteuerung Dadurch würde aber auch die Änderungsgeschwin- sein kann und die je nachdem, ob die Eingangsdigkeit der Ausgangsspannung der Vergleichseinrich- spannung größer oder kleiner als die Vergleichstung vermindert, so daß der Verschlüsselungsvorgang 50 spannung U_v ist, nur die jeweils nächste Stelle des langsamer würde. Ergebnisregisters 3 einschaltet oder auch die zuletzt Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- eingeschaltete Stelle wieder ausschaltet. Die Zeiten gründe, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit für die einzelnen Prüfschritte werden mittels eines der der Einfluß von Störsignalen auf die Entschei- Taktgenerators 5 bestimmt. Dieser liefert ferner Imdungslogik eines Analog-Digital-Umsetzers ν er- 55 pulse an ein UND-Gatter 8, das während bestimmter mindert wird, ohne daß der Verschlüsselungsvorgang Zeiten von der Steuereinheit 4 freigegeben wird. Die wesentlich verlängert wird. Zur Lösung dieser Auf- Ausgangsimpulse des UND-Gatters 8 gelangen auf gäbe wird von dem Gedanken ausgegangen, die Aus- den einen Eingang des UND-Gatters 7, an das gangsspannung der VergleichseinrichUing digital über wiederum der Zähler 9 angeschlossen ist. Übcrcinen Zeitabschnitt zu integrieren, in dem die Aus- 60 schreitet der Zähler einen bestimmten vorgewählten gangsspannung sich nicht ändern sollte und während- Zählerstand, dann wechselt sein Ausgangssignal. dessen daher geprüft werden kann, ob der zu ver- Dieser Zählerstand wird vorteilhaft gleich der Hälfte schlüsselnde Wert größer oder kleiner als der dem der dem UND-Gatter 7 zugeführten Taktimpulse jeweils eingestellten Digitalwcrt entsprechende Ver- gewählt.

gleichswert ist. Die digitale Integration kann nach 65 Im folgenden wird an Hand der Fig. 2 die

dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1 näher er-

derart gebildet werden, daß die Ausgangsspannung läutert. Zu Beginn des Verschlüsselungsvorganges

der Vergleichseinrichtung ein binäres zweiwertiges gibt der Digital-Analog-Umsetzer 2 die Spannung

ty Γ ° ftiShiiiifpraRS'f"ⁿⁿv^ng ft ^Ver- ^einem Zeitpunkt, zu dom sich dio AiugongMpunnung ^>l!^rker JIr SLniiänJS, r? Y^e"S^rkunl»· *« Verstärkers Ϊ praktisch nicht mehr Enden und W" ν Hnu? Si* AuZnS⁸ ^ ^l8t' ?^{er zeit}* ^{eine PrUfu}"i vorgenommen worden kunn, vergrößert ^IlchS ι S in ΐΐα 2n⁸ Jn⁸r₀ ^PMhⁿi ^do? ^V"· ^{Wu>rden mll}*^le· ^los hlltio zur Folg», dufl die VeretUrkers 1 ist F'ig.2a dargesieUt. £er Impuls- β KhlUuwlungneit wesentlich zu verlängern wUrc. former 6 setzt das Ausgangssgna des Verstärkers I Diese Schwierigkelten können mittels des digitalen j_n ein zweiwertiges WnB es Signal um, dessen Zeit- Intcgrlergliedes / vermieden werden, das zwischen diagramm Fig. 2b zeigt. Zu Beginn dos Ver- den Impulsformer6 und die Steuereinheit4 gcschTUsselungsvorganges, der mit einem der Klemme S schaltet ist. Das binare Ausgangssignul des Jmpulslugeri'hrten Startsignal eingeleitet wird, wird die _l0 formers 6 wird dem UND-Gatter 7 zugeführt. An höchste Stelle im Ergebnisregister 3 gesetzt, und der dem anderen Eingang liegt der Ausgang eines UND-Digital-Analag-Umsetzer gibt eine der Wertigkeit Gauers 8, das von dem Taktimpulsgenerator 5 und der gesetzten Stelle entsprechende Spannung U_v ab, der Steuereinheit 4 angesteuert wird. Nach einer geso daß sich die Ausgangsspannung des Verstärkers 1 ■ wissen Zeit seit dem Zuschulten einer weiteren Stufe vermindert. Diese Spannungsänderung erfolgt aber ₁₅ des Ergebnisregisters 3, nach der sich die Ausgangsnicln unmittelbar, sondern wegen der unvermeid- spannung des VerstUrkers 1 praktisch nicht mehr liehen Kapazitäten nach einer Exponentialfunktion. ündert, wird das UND-Gatter für die Taktimpulse Außerdem ist im allgemeinen die Ausgangsspan- freigegeben, und zwar für eine bestimmte, vornung von Störsignalen überlagert, im Ausführungs- gewühlte Zeit, so daß auch nur eine bestimmte Anbeispiel sollen die Störsignale aus einem Rauschen ao zahl von Taktimpulsen zu dem einen Eingang des geringerer Amplitude und aus periodischen positiven Inipulsgatters 7 gelangen können. Gibt während und negativen Störimpulscn bestehen, die z. B. von dieser ganzen Zeit der Impulsformer 6 »L«-Signal dem im Verstärker I enthaltenen Zerhacker her- an den anderen Eingang des UND-Gatters 7, so geriihrcn. langen sämtliche Impulse zum Zähler 9. Liegt aber

Im folgenden sei zunächst angenommen, daß die as nur während eines Teils der von der Steuereinheit 4 Integrationsstufe/ nicht vorhanden ist und der Im- bestimmten Zeit »L«-Signal an dem einen Eingang pulsformer 6 die Steuereinheit 4 unmittelbar an- des UND-Gatters 7, so gelangt nur ein diesem Zeitsteuert. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer seit dem anteil entsprechender Teil der Taktimpulse zum Einschalten der höchstwertigen Stufe im Ergebnis- Zähler 9. Ist nun der Zähler 9 auf eine Zahl vorregister 3 wird im Zeitpunkt T₁ geprüft, ob die Aus- ₃o eingestellt, die gleich der halben Anzahl der dem gangsspannung des Verstärkers 1 größer oder kleiner Gatter 7 zugeführten Impulse ist, dann wird er sein Null bzw. ob das Ausgangssignal des Impuls- Ausgangssignal wechseln, wenn das Ausgangssignal formers 6 »L« oder »0« ist. Wie aus Fig. 2b zu des Impulsformers 6 zu mehr als 5()<Vo der Zeit im ersehen ist, ist bei dem gewählten Beispiel im Zeit- »L«-Zustand war, aber nicht, wenn der »L«-Zustand punktT, das Ausgangssignal des Impulsformers 6 35 zu weniger als 50% der Zeit bestand. Dabei ist es »L«, und es wird mit einer gewissen unvermeidbaren gleichgültig, ob das Ausgangssignal des Impuls-Verzögerung die Stufe mit der zweithöchsten Wer- formers 6 während der von der Steuereinheit 4 betigkeit des Ergebnisregisters eingeschaltet. Damit stimmten Zeit seinen Zustand nur einmal oder mehrwird die Ausgangsspannung V_v des Digital-Analog- fach wechselte. Es sollte aber die Breite der dem Umsetzers weiter erhöht, und zwar zunächst so weit, 40 UND-Gatter 7 zugeführten Taktimpulse kleiner als daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 1 kleiner die kleinste Breite der Störimpulse sein. Die Geals 0 wird. Nach Verlauf einer bestimmten Zeit seit nauigkeit dieser digitalen Integration ist um so dem Einschalten der zweiten Stufe des Ergebnis- größer, je mehr Taktimpulse eine Impulsfolge entregisters 3 wird im Zeitpunkt T₂ wiederum geprüft, hält.

ob das Ausgangssignal des Impulsformers6 »L« 45 In den Fig. 2c und 2d ist die Wirkung des Intc- oder »0 < ist. Gerade zu diesem Zeitpunkt tritt ein grationsgliedes / auf einen Verschlüsselungsvorgang Störimpuls auf, der die Ausgangsspannung des Ver- näher veranschaulicht. Es wird wiederum zunächst siärkers 1 größer als Ü macht. Die Steuereinheit wird die höchste Stufe des Ergebnisregisters 3 eintieschaldaraus schließen, daß die Spannung V_v immer noch tet, so daß die Ausgangsspannung des VersUirkers 1 kleiner als die Eingangsspannung 'J,._: ist und wird so sinkt. Nach einer gewissen Zeitdauer, nach der sich die Stufe mit der nächsthöchsten Wertigkeit des Er- die Ausgangsspannung praktisch nicht mehr ändert, gebnisregisters 3 einschalten, ohne die vorhergehende wird das UND-Gatter 8 für die Tuktimpulse des Stufe abzuschalten. Dies wird, wie an Hand der Generatois 5 freigegeben. Diese gelangen zum UND-F i g· 2 a zu sehen ist, zu einer falschen Verschlüsse- Gaiter 7, und da dieses von dem Impulsformer lung führen. Ebenso können auch bei den weiteren 55 ebenfalls freigegeben ist, werden sämtliche Impulse Vcischlüsselungsschritten zu den Zeitpunkten T., der Impulsfolge in den Zähler 9, der zuvor auf und T_x Fehler auftreten, insbesondere bei den gesetzt worden war, eingezählt. Die Anzahl der Imletzten Schritten, bei denen das Ausgangssignal des pulse einer Impulsfolge betrage im Ausführungs-Verstärkers 1 infolge des Rauschens häufig um der. beispiel K). Der Zähler sei nun so eingestellt, daß er Nullpegel wechselt. Zur Vermeidung der fehler- 60 nach fünf gezählten Impulsen sein Ausgangssignal haften Verschlüsselungen, infolge von Störimpulsen wechselt. Der zeitliche Verlauf seines Ausgangsund des Rauschens könnte man zwar dem Ver- signals ist in Fig. 2d durgestellt. Nach Beendigung stärker 1 ein analoges Integrierglied nachschalten, der Integrationszeit T₁ wird in der Steuereinheit müßte dann aber den Nachteil in Kauf nehmen, daß geprüft, ob am Ausgang des Zählers 9 »L«- oder die Exponentialfunktion, mit der die Ausgangs- 65 »O«-Signal liegt. Im vorliegenden Fall ist das Zählerspannung des Verstärkers 1 sich ihrem Grenzwert ausgangssignal im »L«-Zustand, so daß die Stufe nähert, flacher verliefe, so daß die Zeitdauer vom mit der zweithöchsten Wertigkeit des Ergebnis-Einschalten einer Stufe im Ergebnisregister 3 bis zu registers zugeschaltet wird. Wiederum wird nach der

vorbestimmten Zeit das UND-Gatter 8 für die Taktimpulse freigegeben. Diese gelangen aber zunächst nicht zum Zähler 9, da das UND-Gatter 7 von dem Impulsformer 6 gesperrt ist. Nur der letzte Impuls, der mit dem Slörimpuls auf dem Ausgangssignal des Verstärkers 1 zusammenfällt, wird gezählt. Der Zähler 9 gibt daher »(!«-Signal ab. Es wird daher die Stufe mit der zweithöchsten Wertigkeit des Ergebnisregisters 3 wieder abgeschaltet, und die Stufe mit der dritthöchsten Wertigkeit wird zugeschaltet. Da der Impulsformer 6 während der Intcgratidnszeit T₁ »!.«-Signal abgibt, gelangen sämtliche Impulse zum Zähler 9, dessen Ausgangssignal sich schon nach ■fünf gezählten Impulsen vom »()«- zum »L«-Zustand ändert. Die dritte Stelle im Ergebnisregister bleibt daher eingeschaltet. Nach Zuschalten der Stufe mit der vierihöchsten Wertigkeit sind die Spannungen U_t und l\ nahezu gleich, so daß schon das Verstärkerrauschen ausreicht, um das Ausgangssignal des Impulsformers 6 umzuschalten. Im Mittel liegt jedoch die Ausgangsspannung des Verstärkers über dem Nullpegel, was auch der Zähler 9 anzeigt, der sieben Impulse zählt.

Im Ausführungsbcispiel wird der Zähler 9 unmittelbar vor der Freigabe des UND-Gatters 8 auf 9 zurückgesetzt. Dies kann aber auch zu einem anderen Zeitpunkt, zu dem die Steuereinheit ihre Entscheidung schon getroffen hat, geschehen, z. B. mit dem Zuschalten der nächsten Stufe des Ergebnisrcgisters.

Im Ausführungsbeispiel werden die Abtastimpulse von dem Taktgenerator 5 geliefert, der auch die Steuereinheit 4 mit Taktiinpulsen versorgt. Die Frequenzen der beiden Impulsfolgen werden im allgemeinen verschieden sein. Es ist auch möglich, das UND-Gatter 8 von einem anderen Taktgenerator anzusteuern oder die Taktimpulse für die digitale Integration in der Steuereinheit selbst zu bilden.

Um die Arbeitsweise des Stufenverschlüßlers leichter verständlich zu machen, wurde in dem Ausführungsbcispiel eine Vergleichseinrichtung V gewählt, welche aus einem Verstärker 1 und einem von diesem getrennten Impulsformer 6 besteht. In der Praxis wird man einen Verstärker wählen, der durch Rückkopplung unmittelbar das in
gestellte Impulsdiagramm liefert.

Claims (3)

Patentansprüche: Fig. 2b dar-

1. Anordnung zum Umsetzen von Analogwerten in Digitalwerte mit einer Verglcichseinrichtung, welche den umzusetzenden Analogwert mit der dem Digitalwert entsprechenden Summe von Tcilspannungen vergleicht und ein Signal abgibt, das anzeigt, welcher der beiden Werte größer ist. und mit einer Steuereinheit, welche die jeweils nächst kleinere Teilspannung zuschaltet, wenn die Summe kleiner als die Meßspannung ist und die jeweils zuletzt zugeschaltete Teilspannung wieder abschaltet und die nächst kleinere Teilspannung zuschallet, wenn die Summenspannung größer als die Meßspannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die ein binäres Signal abgebende Verglcichseinrichtung(V) der eine Eingang eines Koinzidenzgatters (7) angeschlossen ist, dessen anderem Eingang während einer wählbaren Integrationszeit (Tj) eine Taktimpulsfolge mit einer bestimmten Impulszahl zuführbar ist und an dessen Ausgang ein Zähler (9) angeschlossen ist, der zu Beginn der Impulsfolge auf ü gestellt ist, dessen Ausgangssignal bei Erreichen einer vorgewählten Impulszahl, die kleiner als die dem Koinzidenzgatter (7) zugeführte Impulszahl ist, von einem ersten in einen zweiten Zustand wechselt und an dessen Ausgang die Steuereinheit (4) angeschlossen ist,

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Taktimpulse kurzer als die kürzesten, dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (F) überlagerten Störimpulsc ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Zählers (9) bei einer vorgewählten gezählten Impulszahl wechselt, die gleich der halben Anzahl der Impulse der dem Koinzidenzgatter (7) zugeführten Impulsfolge ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen