DE1948495C - Analog-Digital-Umsetzer für kleine Signale mit sicherer Beseitigung von Fehlerspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Um- die für die Analog-Digital-Umsetzung von großen seizer, bestehend aus einem Operationsintegrator mit Spannungen geeignet ist, ist für die Umsetzung von einem integrierenden Rückkopplungskondensator, kleinen Spannungen im Millivolt-Bereich infolge von einem Komparator, dessen Ausgangspolarität durch Fremdströmen und Restspannungen, die in den den .Ausgang des Operationsintegrators gesteuert 5 Energiespeicherkomponenten in der Wandlerschalwird, einer Referenzstromquelle, die mit dem Ein- tung auftreten, zu ungenau. Um ein kleines analoges gang des Operationsverstärkers verbunden ist, um Signal in die digitale Form genau zu wandeln, ist es den Rückkopplungskondensator mit einer geregelten notwendig, daß diese fremden Restladungen entGeschwindigkeit zu entladen, einer Zeitschaltung, die weder von den Energiespeichereinrichtungen entfernt mit dem Ausgang des Komperators verbunden ist, io oder auf einen vorher definierten Wert genau geregelt um die Entladungszeit des Rückkopplüngskondensa- werden.

toi s zu messen, einer Schaltung, um das Anlegen des Daher werden durch die Erfindung kleine analoge

analogen Signals an den Operationsintegrator zu Signalamplituden in ihre digitalen Äquivalente genau

steuern, einer Einrichtung, um die Referenzstrom- gewandelt, während infolge gespeicherter Restladung

quelle während des Anlegens des Signais an den 15 im Umsetzer entstehende Fehler kompensiert werden.

Operationsiptegrator außer Tätigkeit zu setzen. Demgemäß wandelt ein Analog-Digital-Umsetzer

Mit bekannten Schaltungen, die eine ähnliche eine analoge Signalspannungsamplitude in eine reFunktion durchführen, können kleine Signale wegen präsentative Impulsdauer um, indem die Entladung der Ableitung von Ladung auf Ladungsspeicher- einer Energiespeichereinrichtung zeitlich bestimmt elemente und fremder Streuströme rächt gemessen ao wird. Die Spannung des umzusetzenden analogen Siwerden. Diese Effekte ergeben unvorhersagbare An- gnals wird zunächst auf einem Speieberkondensator fangsbedingungen in der Integrationsschaltung und gespeichert.

führen zu bedeutenden Fehlern, wenn kleine analoge Der Speicherkondensator ist mit einem Operations-

Eingangssignale gemessen werden. integrator gekoppelt, der aus einem Operationsver-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 35 stärker mit einem integrierenden Rückkopplungskon-Analog-Digital-Umsetzer der eingangs angegebenen densator besteht. Die auf dem Speicherkondensator Art so auszubilden, daß auch kleine Signale gemes- gespeicherte Ladung wird zum integrierenden Rücksen werden können. Diese Aufgabe wird bei der vor- kopplungskondensator des Operationsintegrators liegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Polarität übertragen. Die Zeit, die zur Entladung des integrieder Referenzstromquelle durch die Ausgangspolarität 30 renden Rückkopplungskondensators mit einem kondes !Comparators gesteuert wird, so daß die; Wirkun- stanten Referenzstrom notwendig ist, stellt ein Maß gen von Fremdströmen und Ladungen sowohl im für die Amplitude des analogen Signals dar. Ein Operationsintegrator als auch im Komparator wäh- Multivibrator, der auf die Entladung des integrierenrend der Zeitintervalle zwischen Messungen kompen- den Kondensators anspricht, erzeugt einen Impuls, siert werden. 35 dessen Dauer gleich der Eitladungszeit ist. Dieser

Eine Ausführungsform der Erfindung ermöglicht Impuls wird verwendet, um ein Gatter zu betätigen,

die Messung von Spannungen, bezogen auf Referenz- daß der periodische Ausgang einer Impulsquelle an

spannungen, die nicht das Erdpotential des Umsetzers einen Impulszähler angelegt wird. Die erzielte Im-

darstellen, indem zunächst die Spannung tiuf einem pulszählung ist eine digitale Darstellung der analogen

Kondensator gespeichert wird, der vom Erdpotential 40 Signalamplituden.

der Schaltung getrennt ist und dann die angesammelte Dieser konstante Referenzstrom wird durch einen

Ladung auf die vorher beschriebene Schaltung über- Referenzrückkopplungskreis geliefert, der auf den

tragen wird. Ausgang des Operationsverstärkers anspricht. Re-

Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die ferenzrückkopplungskreise kompensieren zusätzlich Referenzstromquelle mit umkehrbarer Polarität. Ge- 45 Fehlersignale und abweichende Spannungen im Opemäß diesem Merkmal werden zwei getrennte Quellen rationsverstärker, indem Referenzströme mit abbenutzt, die unter dem Einfluß der Polarität des Aus- wechselnden Polaritäten geliefert werden, um den gangs des Signalkomperators in geeigneter Weise Speicherkondensator und den integrierenden Rückdurchgeschaltet werden. kopplungskondensator während freier Perioden zwi-

Ein Analog-Digital-Umsctzersystem des Typs, mit 50 sehen den Messungen vor der Übertragung der ge-

dem sich die Erfindung befaßt, tastet eine zum speicherten Ladung auf vorbestimmten abweichenden

analogen Signal in Beziehung stehende Spannung ab, Potentialen zu halten.

speichert die abgetastete Probe in einer Energie- Ein Merkmal einer Ausführung der Erfindung ist speichereinrichtung und bestimmt die Dauer, die not- eine Ladungsübertragungsanordnung, die die genaue wendig ist, um die Encrgiespeichcreinrichtung zu ent- 55 Analog-Digital-Wandlung von analogen Spannungen laden. Bei einer besonderen Ausführung dieses Um- ermöglicht, ohne daß eine Symmetrierung des Umsetzersystems wird eine abgetastete Probe der analo- setzers in bezug auf die Referenz-Erdspannung eier gen Signalspannungsamplitude in einem Kondensator gewandelten analogen Spannung notwendig ist.
gespeichert. Der Kondensator wird mit einem vor- Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der beslimmtcn Normalreferenzstrom entladen. Während 60 Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
dieser Entladungsperiode wird eine periodische Im- Fig. 1 ein Blockschema eines Analog-Digital-Umpulsquelle zu einem Zahler durchgeschaltet. Die An- setzers, der das Erfindungsprinzip verkörpert,
zahl der vom Zähler gezählten Impulse wird in cine Fig, 2 ein Blockschema eines Analog-Digital-Umdigitale Darstellung der analogen Signalamplitudc setzers, der das Erfindungsprinzip verwendet, um codiert. 65 analoge Signale in digitale Signale zu wandeln, ohne

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung er- den Umsetzer in bezug auf die Referenz-Erdspannung

geben sich uns nachstehender Beschreibung. der analogen Signale zu symmetrieren, und

Die oben beschriebene Ausführung des Umsetzers, Fig. 3 eine teilweise in Blockform dargestelltes,

3 4

mehr ins einzelne gehendes Schema eines Analog- Die Ausgangsspannung des Operationsintegrators

Digital-Umsetzers, die das Erfindungsprinzip benutzt. 117 geht zu einer Komperatorschaltung 121. Die

Der in Fig. 1 dargestellte Analog-Digital-Umset- Komperatorschaltung 121 kann aus einem Begrenzerzer tastet eine analoge Eingangsspannung ab und er- verstärker mit hoher Verstärkung bestehen. Die Funkzeugt unter deren Einfluß einen Impuls, dessen Dauer 5 tionen der hohen Verstärkung und der Begrenzung der Größe der abgetasteten analogen Spannung direkt des Verstärkers ergeben einen binären Ausgang, der proportional ist. Dieser Impuls wird verwendet, um dem vom Operationsintegrator 117 gelieferten Einden Ausgang einer periodischen Impulsquelle zu gangssignal entspricht. Der binäre Ausgang der Kom- :inem Impulszähler durchzuschalten. Die Zählung peratorschaltung 121 ändert seinen Zustand, wenn der Impulse durch den Zähler ist eine digitale Dar- io immer das Eingangssignal des Komparators eine bestellung der Größe der gemessenen analogen Span- stimmte Schwellenwertspannung durchquert. Bei einer nung. Diese Zählung kann zur Übertragung zu einer idealen Komparatorschaltung ist diese Schwellenwertentfernten Anzeigestelle in einen binären Code um- spannung theoretisch Null, sie ist jedoch infolge ingewandelt werden oder sie kann als Zählung direkt nerer Vorströme und Schaltelementänderungen nordargestellt werden.. 15 malerweise eine kleine feste Spannung. Die Spannung

Das analoge Signal, dessen Spannungsamplitude am Eingang des Operationsintegrators 117 weicht in gemessen werden soll, wird von einer analogen Signal- gleicher Weise von NuI'. ab. Ferner wird auf dem quelle 110, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, und die Rückkopplungskondensator 119 eine Korrekturspaneine Quellenimpedanz 111 hat, geliefert. Die analoge nung aufrechterhalten, um diese Schwellenwertspan-Signalquelle 110 kann aus irgendeiner elektrischen 20 nung am Eingang des Komparators 121 zu kompen-Einrichtung bestehen, die irgendein elektrisches Si- sieren. Wenn das Eingangssignal des Komparators gnal erzeugt und verarbeitet, dessen Spannung ge- 121 unter dem vorher erwähnten Schwellenwert liegt, messen werden soll. Die Spannung des von der Quelle ist sein Ausgang ein negatives Signal, das eine logische 110 gelieferten analogen Signals wird über einen ge- Null darstellt. Wenn das Eingangssignal über diesem schlossenen Schalter 112 an einen Speicherkondensa- as Schwellenwert liegt, ist sein Ausgang ein positives tor 115 übertragen. Der Schalter 112 bleibt für eine Signal, das eine logische Eins darstellt,
ausreichende Zeitdauer geschlossen, um sicherzustel- Das Ausgangssignal des Komparators 121 geht len, daß die ganze analoge Spannungsamplitude im über den Leiter 122 zu zwei Referenzstrom-Rück-Speicherkondensator 115 gespeichert wird. kopplungskreisen 124 und 125. Die Rückkopplungs-

Das öffnen und Schließen des Schalters 112 wie 30 kreise 124 und 125 sind ihrerseits mit dem Eingang

auch des Schalters 113 wird durch eine Prüfzyklus- des Operationsintegrators 117 verbunden. Der erste

steuerung 139 gesteuert. Die Prüfzyklussteuerung 139 Rückkopplungskreis 125 enthält das Gatter 128, das

kann aus einer Signalschrittschalteinrichtung bestehen, eine positive Stromquelle 130 unter dem Einfluß eines

die Steuersignale liefert und geeignete Schalter be- positiven Ausgangssignals des Komparators 121 mit

tätigt um die Folge der Wandlerfunktion zu steuern, 35 dem Eingang des Operationsintegrators 117 verbin-

die das öffnen und das Schließen der Schalter 112 det. Der zweite Rückkopplungskreis 124 enthält eine

und 113 umfassen. Die Signalschrittschaltung wird Umkehreinrichtung 123 und das Gatter 127, das eine

selektiv so zeitlich festgelegt, daß ausreichend Zeit negative Stromquelle 129 unter dem Einfluß eines

für denSpeicherkondensatorllS zur Verfügung steht, negativen Ausgangssignate des Komparators 121 mit

um auf den maximal vorgesehenen Amplitudenwert 40 dem Eingang des Operationsintegrators 117 verbindet,

der gemessenen analogen Spannung aufgeladen zu Wenn die Ausgangsspannung des Operationsinte-

werden. Der Aufbau einer Prüfzyklussteuerdng, wie grators 117 über die Schwellenwertspannung des

sie hier beschrieben wird, ist dem Fachmann bekannt Komparators 121 geht, ist das Ausganessignal des

und braucht daher im einzelnen nicht geschildert zu Komparators positiv und betätigt das Gatter 128, so

werden. 45 daß der positive Ausgangsstrom der Stromquelle 130

Wenn ausreichend Zeit für die Aufladung des an den integrierenden Kondensator 119 angelegt Spucherkondensators 115 auf die analoge Spannung wird und ihn lädt, bis der Ausgang des Operationsverstrichen ist, öffnet die Prüfzyklussteuerung 139 integrators 117 unter die Schwellenwertspannung fällt, den Schalter 112 und schließt den Schalter 113. Das Wenn die Ausgangsspannung des Operationsime-Schließen des Schalters 113 ermöglicht die Übcrtra- 5° grators 117 unter die Schwe'lenwer'spannung fällt, gung der auf dem Kondensator 115 gespeicherten ändert der Ausgang des Kompa.-ators 121 seinen Zu-Ladung zum integrierenden Rückkopplungskonden- s'and und erzeugt ein negatives Ausgangssignal Diesator 119 des Operationsinteg'ators 117. Der Opera- ses negative Ausgangssignal wird durch die Umkehrtionsintegrator 117 besteht aus einem Gleichstrom- einrichtung 123 umgekehrt und benutzt, um das Gatdifferentialverstärker 118 mit hoher Verstärkung, wo- 55 tcr 127 zu betätigen. Die Gatterschaltung 127 legt bei bei der integrierende Rückkopplungskondensator 119 Betätigung den negativen Ausgangsstrom der Stromdie Ausgangsklemme mit der umkehrenden Eingangs- quelle 129 an den integrierenden Kondensator 119 an. klemme verbindet. Die nichlumkehrende Eingangs- Die Wirkung des oben beschriebenen Ruckkoppklemme des Differentialverstärkers 118 ist geerdet. lungssysc.ms wird benutzt, um die gespeicherte La-Die Ausgangsspannung des Operationsintegrators 60 dung zu entladen, die infolge des analogen Signals 117 ist der aui dem integrierenden Kondensator 119 zum integrierenden Kondensator 119 des Operationsgespeicherten Ladung direkt proportional. Durch die integrators 117 übertragen wird. Die Zeit, die zur Ladungsübertragung wird die auf dem Kondensator Entladung der infolge des analogen Signals auf dem 115 gespeichert Ladung vollständig entfernt. Diese integrierenden Kondensator 119 gespeicherten La-LadungsUbertragung ist vollständig, weil der Eingang 65 dung notwendig ist, ist der Größe der gemessenen des Operationsintegrators 117 eine virtuelle Erde ist, analogen Spannung proportional, so daß die vollständige Entladung des Kondensators In der Zeit zwischen den Messungen regelt das 115 möglich wird. Rlicnkopplungssystem die auf dem Speicherkonclen-

sator 115 und dem integrierenden Kondensator 119 ren Impulse zum Impulszähler 137 übertragen wer-

vorhandenen fremden Restladungen, um die genaue den. Die gesamte Impulszählung ist daher eine Dar-

Analog-Digital-Wandlung von kleinen Spannungen zu stellung des Betrages der auf dem integrierenden

ermöglichen. Diese Restladungsregelung hält das Aus- Rückkopplungskondensator 119 gespeicherten La-

gangspotential des Operationsintegrators 117 auf der 5 dung und damit der Größe der analogen Spannung,

Schwellenwertspannung des Komparators 121. Wäh- die von der analogen in die digitale Form umgewan*

fand der Periode der Ladungsübertragung, wenn die delt werden soll.

infolge des analogen Signals gespeicherte Ladung vom Wie oben beschrieben, wird die analoge Spannung Speicherkondensator 115 zum integrierenden Kon- abgetastet und auf dem Speicherkondensator 115 gedensator 119 übertragen wirf, wird die Tätigkeit des io speichert. Während der Abtastperiode wird eine ge-RUckkupplungssystem» unter dem Einfluß der Prüf- steuerte Restladung auf dem Speicherkondensator zyklussteuerung 139 unterbrochen. Die PrUzyklus- 1 IiI und dem integrierenden Kondensator 119 durch steuerung 139 setzt das Rückkopplungssystem außer die vom Rückkopplungssystem gelieferten Referenz-Tätigkeit, indem es während dieser Periode über die ströme aufrechterhalten. Die infolge der analogen Leiter 147 und 148 Sperrsignale an die Gatter 127 15 Spunnung vorhandene Ladung wirf auf dem Speicherund 128 anlegt. kondensator 115 gespeichert und denn zum in.egrie-

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß das renden Kondensator 119 übertragen. Während der Ruckkopplungssystem vor der übertragung der La- LadungsUbertragungsperiode wirf das Anlegen des dung vom Speicherkondensator zum integrierenden Referenzstroms an den Speicherkondensator 115 und Kondensator Restladungen auf dem Speicherkonden- te den integrierenden Kondensator 119 gesperrt. Am sator 115 und dem integrierenden Kondensator 119 finde der Ladungsübertragungsperiode wirf der bihalt. Während der Ladungsübertragung wirf die Wir- stabile Multivibrator 132 eingestellt, wobei die Rekung des RUckkopplungssystems gesperrt. Nach dem ferenzströme wieder an den Speicherkondensator 115 Ende der Ladungsübertragung wirf das RUckkopp- und -^n integrierenden Kondensator 119 angelegt lungssystem wieder in Tätigkeit gesetzt, um die ge- »$ werfen. Die Referenzströme entladen den integrieren steuerte Entladung des integrierenden Kondensators den Kondensator 119 auf den Restladungswert, wor 119 zu ermöglichen. Die Dauer der gesteuerten Ent- aufhin die Koroparatorschaltung 121 ihren Zustand ladung stellt die Amplitude des analogen Signals dar ändert. Dieser Übergang des Ausgangssignals des und wird durch die Dauer des Ausgangsimpulses der Komparators 121 stellt den bistabilen Multivibrator bistabilen Multivibratorschaltung 132 wiedergegeben. 30 132 zurück. Die Zeit der Einstellperiode des bistabi

Die auf dem integrierenden Kondensator 119 durch ten Multivibrators 132 entspricht der Amplitude des das Rückkopplungssystem gespeicherte Restladung gewandelten analogen Signals. Die infolge der abreicht aus. um den Ausgang des Operationsverstär- weichenden Spannung und der Schwellenwertspankers auf der Schwellenwertspannung des Kompara- nung auftretenden Fehler können mehrere Millivolt ton 121 zu halten. Die hinzugefügte Ladung, die das 3$ betragen. Durch Steuern der Restladung in der oben analoge Signal darstellt, vergrößert bei der Übertra- beschriebenen Weise kann die Wandlung kleiner gunp zum integrierenden Kondensator 119 das Aus- Spannungen im Millivoltbereich genau gemacht gangspotential des Operationsverstärkers um einen werfen.

Betrag, der der analogen Spannungsamplitude pro- Die in Fig. 1 dargestellte Analog-Digital-Wandportional ist. Die Änderung der auf dem integrieren- 40 lungsanorfnung ist so aufgebaut, daß sie in Schaltden Kondensator 119 nach der Ladungsübertragung anordnungen arbeitet, in denen die Wandlungseingespeicherten Ladung ist nur die Folge der Ladung richtung in bezug auf die gleiche Erdreferenzspan der analogen Spannung, die ursprünglich auf dem nung, wie die in die digitale Form umzuwandelnde Ladungsspeicherkondensator 115 gespeichert war. analoge Spannung, Symmetrien ist. Die in Fig. 2

Der Speicherkondensator 115 ist dauernd mit dem 45 dargestellte Analog-Digital-Wandlerschaltung wirf in integrierenden Rückkopplungskondensator 119 und den Fällen benutzt, wo das analoge Signal und der dem Rückkopplungssystem verbunden. Weiterhin ent- WandleT nicht in bezug auf das gleiche Erdpotentia· hält der Speienerkondensator 115, wie oben beschrie- Symmetrien sind. Bei diesem Analog-Digital-Wandler ben, eine Restladung, die durch das Rüc'tkopplungs- ist ein zusätzlicher Kondensator 247 in den Ladungssystem gesteuert wirf. Die Ladung auf dem Ladungs- 5° übertragungsweg eingefügt, um die Restfehlerkorrekspeicherkondensator 115 infolge der abgetasteten turladung zu speichern und zu liefern, analogen Spannung wird durch die gesteuerte Rest- Die analoge Signalquelle 210, die den Quellenladung geändert, um die abweichende Spannung zu widerstand 211 enthält, ist mit den gekuppelten Einkompensieren, die am Eingang des Operationsinte- gangsschaltern 216 verbunden, die durch die Prüfgrators 117 erforderlich ist 55 zyklussteuerung 239 gesteuert werfen. Wenn die

Die Prüfzyklussteuerung 139 stellt zu Beginn der Schalter 216 geschlossen sind, wirf die analoge Span-Entladungsperiode, während der das Rürkkopplungs- nung zum Speicherkondensator 214 übertragen, so system den integrierenden Rückkopplungskondensa- daß er parallel zur analogen Signalqnelle liegt Diese tor 119 entlädt, den bistabilen Multivibrator 132 ein. Spannung wirf über den Fehlerkorrekturkondensator Der Einstellausgang des bistabilen Multivibrators 60 247 zum integrierenden Kondensator 219 übertragen. 132 betätigt das UND-Gatter 135 und ermöglicht da- Das Rückkopplungssystem, das auf den Komparator mit die Übertragung des Impulszugausgangs der Im- 221 anspricht, hält auf dem Fehlerkorrekturkondenpulsquelle 133 zum Impulszähler 137. Wenn der sator 247 und dem integrierenden Kondensator 219 Ausgang des Komparators 121 seine Polarität unter eine Restladung aufrecht, nicht aber während der dem Einfluß der Entladung des integrierenden Rück- 65 Ladungsübertragungsperiode. Diese Restladung hält kopplungskondensators 119 ändert, wirf der bistabile den abweichenden Spannungsausgaag des Operations-Multivibrator 132 zurückgestellt. Das UND-Gatter integrators 217 auf dem Schwellenwertspannnngsein-135 wird außer Tätigkeit gesetzt wobei keine weite- gang des Komparators 221.

7 8

Die Ladungsübertragung vom Speicherkondensalor ben. Diese Ausgangssignale werden jeweils über die 214 zum integrierenden Rückkopplungskondensator Leiter 327 und 333 an das UND-Gatter 321 angelegt. 219 geschieht durch die aufeinanderfolgenden Schritte Das UND-Gatter32l enthalt eine Umkehreinrichtung de« Öffnens der Schalter 216 und 213 und desSclilie- in seinem Ausgangskreis und erzeugt somit ein Ausßenr. der gekuppelten Schalter212. Die auf dem Spei- s gangssignal, das eine logische Eins darstellt. Dieses chef kondensator 214 gespeicherte Ladung wird über Signal, das eine logische Eins darstellt, schaltet den den Fehlerkorfekturkondensator24^ nicht vollständig Transistor 320 ein und bewirkt die Leitung im Tranzum integrierenden Kondensator 219 entladen, f.in sistor. die ihrerseits die Feldeffekttransistoren 314 Bruchteil der gespeicherten 1 ndung. der dem Kapazi- und 315 in einen nichtleitenden Zustand bringt. Der lätsverhaltnis der Kondensatoren 214 und 247 pro io Ausging des UND-Ciatters 321 wird durch die Umportional ist, wird zum integrierenden Kondensator kehuinrichtung 319 umgekehrt und damit der Tran-119 übertragen. Jedoch werden die jeweiligen Ladun- sistor 31Ä in einen nichtleitenden Zus'and gebracht, gen unter den Kondensatoren 214. 247 und 219 so der erlaubt, daß die Feldeffekttransistoren 311 un.l aufgeteilt, daß die Änderung der Ausgnngsspannung 312 durch die negative Quelle 315 in einen leitenden des Operationsverstärkers 217 unter dem Einfluß der 15 Zustand gebracht werden. Damit wird, wie oben K-Ladungsiihertragung der Große der gewandelten schrieben, die infolge des analogen Signals vorhananalogen Spannung direkt proportional ist. Die La- dene Ladung auf dem Speicherkondensator 313 gedung wird während der übertragung aufgeteilt, um speichert.

die Restspannungen auf den Kondensatoren unab- Fine Anaiog-Digital-Wandlung wird durch Betäti-

hängig von der Ladungsüberiragung aufrechtzuerhal- ao gung des Startknopf schalters 324 eingeleitet, liierten, so daß der Komparator 221 seinen Zustand an- durch wird der monostabil? Multivibrator 322 in seidert. nachdem eine Ladung, die die analoge Signal- nen quasi stabilen Zustand gebracht. Der monostabile amplitude darstellt, vom iniegrierendcn Rückkopp- Multivibrator 322 erzeugt wahrend sciiics qua su.iiluncskondensitor 219 entladen ist. !en Zustands einen Ausgangsimpuls, der eine logische

Die obige Anordnung erlaubt die genaue Messung »S Eins darstellt. Dieses Signal wird über den Ltitcr ' in unsymmetrischen analogen Spannungen, ohne 328 und den Kipp-Fingang 325 an die JK-Flipflopdaß die Durchführung von Berechnungen notwendig Schpltung 330 angelegt, um sie einzustellen. Dieser ist. um die in den Kondensatoren enthaltenen Rest- Ausgang mit einer logischen Eins wird ferner über ladungen zu berücksichtigen. Mit Ausnahme der la- der Leiter 327 an das UND-Gatter 321 angelegt. Der dunestihertragungsanordnung arbeitet der in Fig 2 30 Ausgang der eincestelltcn JK-Flipflop-Srhaltung 330 dargestellte Wandler in gleicher Weise wie der Wand- auf den Leiter 351 stellt eine logische Null dar. so IcrderFig. 1. daß '.is UND-Gatter 321 außer Tätigkeit gesell

I.in ins einzelne gehendes in Blockform und sehe- wird. Der umgekehrte Ausgang des UND-Gattcrs32t ma'isch dargestelltes Schaltbild des Analog-Digital- bringt den Transistor 320 in einen nichtlciu nden Zu-Wiintlkrs der Fig. 2 zeigt die Fig. 3. Die in die 35 stand. Damit werden die Feldeffekttransistoren 314 digitale Form zu wandelnden analogen Signale wer- und 315 zum Leiten gebracht. Der Fcldeffe' ttransiclcn \on der ;maio_ren Signak;uel!e 310 gcliefeit. Die sior 316 befindet sich zur gleichen Zeit im nichtleibciden leiter der analogen Signalquelle 310 sind je- tenden Zustand und erlaubt damit die Ülicriiagunc we?ls mit einer der Stromwegelektroden der Feld- von Ladung vom Speicherkondensator 313 zum inteefTek(transistoren 311 und 312 verbunden, dcrrr 40 frierenden Kondensator 330.

^c'-uerelektrrKlcn mit einem gemeinsamen Knoten Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibra-

verbunden ^rind. Der Ladungsspeicherkondensator iors 322 im ouasi stabilen Zustand wird ferner über

313 ist zwischen die übrigen Stromwegelektroden die- die leiter 338 an die UND-Gatter 334 und 335 an^rer Feldeffekttr;msist iren 311 und 312 geschaltet. gelegt, so daß die Übertragung in den Galtern außer Die Stromwegelektrodcn der Feldeffekttransistoren 45 Tätigkeit gesetzt wird. Die UND-Gatter 334 und 335

314 und 315 sind ferner mit dem Ladungsspeicher- sind ferner mit dem Komparator 340 verbunden. kondensator 313 verbunden. Der Stromweg des Feld- Wenn die UND-Gatter 334 und 335 außer Tätigkeit efickttransistors 316 verbindet die eine Elektrode sind, kommen die Transistoren 364 und 365 in einen eines Fehlerkorrekturkondensators 317 mit der Erde. nichtleitenden Zustand. Die Transistoren 366 und Unter normalen Betriebsbedingungen "id die Feld- 50 367 sind ihrerseits im nichtleitenden Zustand. Die effekttransistoren311, 312 und 316 durch das nega- Transistoren 366 und 367 unterbrechen im nichtleitive Potential 315 im leitenden Zustand. Die Feld- tenden Zustand das Anlegen der Referenzströme, die effekttransistoren 314 und 315 sind durch das Aus- von den Potentiometern 397 und 398 geliefert wereangspotential des leitenden Transistors 320 im nicht- den, weiche durch die positiven und negativen Quelieitenden Zustand. Hierdurch kann das analoge Si- 55 len 368 und 369 mit Energie versorgt werden, um i.'nal den Speicherkondtnsator 313 auf den analogen den integrierenden Kondensator 331 zu entladen. Da-Signalspannun2£wert aufladen. mit werden während der Ladungsübertragung die von , Vor der Übertragung der Ladung vom Speicher- dem Rückkopplungssystem gelieferten Referenzsiröme kondensator 313 zum integrierenden Kondensator unterbrochen.

331 sind der monostabile Multivibrator 322 und die 60 Am Ende der Ladungsübertragung kommt der

JK-Flipflop-Schaltung330 voreingestellt und bleiben monostabile Multivibrator 322 in seinen stabilen Zu-

in einem Zustand, bei dem die jeweiligen Ausgangs- stand und erzeugt ein Ausgangssignal, das eine

signale eine logische Null darstellen. Eine JK-Flipflop- logische Null darstellt. Dieses Signal geht über den

Schaltung ist ein bistabilcr Multivibrator mit einem Leiter 328 zum Kipp-Eingang 325 der JK-Flipflop- Kipp-F.ingang. Ein an den Kipp-Eingang angelegter. 65 Schaltung 330. Die JK-FIipflop-Schalrung wird dar- Sipnal bewirkt, daß die Schaltung ihren Zustand an- aufhin eingestellt und legt ihrerseits ein Signal an das

ilert. JK-Flipflop-Schaltungcn sind bekannt, so daß UND-Gatter 341 an, das die Übertragung von durch

es nicht notwendig ist, sie im einzelnen zu beschrei- die Impulsquelle 342 erzeugten Zeitimpulsen zum

Impulszähler 343 bewirkt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 322 betätigt die UND-Gatter imd 335 und setzt damit die selektive Übertragung des von den Potentiometern 397 und 398 gelieferten Referenzstroms zum integrierenden Konden- · sator 331 unter dem Einfluß des Ausgangssignals des Komparator^ 340 in Tätigkeit. Dieser Referenzstrom ■eht zum integrierenden Kondensator 331. bis er entladen ist, woraufhin das Ausgangssignal des Komparator* 340 seinen Zustand ändert. Die Änderung to des Zustande des Ausgangssignals des Kompanitors geht über die Leiter 347 oder 349 des Rückkopp-Kingssystems und die Umkehreinrichtung 3SQ zum Rilckstelleingang 344 der JK-Flipflop-Schaltung 330 Hierdurch wird die JK-Mipflop-Schaltung 330 rückgestellt und das UND Clatter 341 außer Tätigkeit geletzt, wobei das Anlegen von Inmpulsen der Impulsquelle 342 an den Zähler 343 unterbrochen wi J. Die Anzahl der vom Zähler gewählten Impulse ist der Größe der in die digitale Form umzuwandelnden analogen Spannung direkt proportional.

Wenn auch das Prinzip der Frfindung an (land tiner speziellen Ausführung beschrieben wurde, so können vom Fachmann doch Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Wesen und Ziel der Erfin- as dung abzuweichen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer bestehend aus einem Operationsintegrator mit einem integrierenden RUckkopplungskondensator, einem Komparator, dessen Ausgangspolarität durch den Ausgang des Operationsintegrators gesteuert wird, einer Referenzstromquelle, die mit dem Eingar% des Operationsverstärkers verbunden ist, um den 3$ RUckkopplungskondensator mit einer geregelten Geschwindigkeit zu entladen, einer Zeitschaltung, die mit dem Ausgang des !Comparators verbunden ist, um die Entladungszeit des Rückkopplungskondensators zu messen, einer ,Schaltung. um das Anlegen des analogen Signals an den Operationsintegrator zu steuern, einer Einrichtung, um die Referenzstromqueile während des Anlegens des Signals an den Operationsintegrator außer Tätigkeit zu setzen, dadurch gekenn- 4S zeichnet, daß die Polarität der Referenzstromquelle durch die Ausgangspolarität des Komparators gesteuert wird, so daß die Wirkungen von Fremdströmen und Ladungen sowohl im Opera-

f onsintegrator als auch im Komparator während 4er Zeitintervalle zwischen Messungen kompensiert werden.

2. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Steuern des Anlegens des analogen Signals an den 5$ Üperationsintegrator besteht aus einem Ladungstpeicherkondensator (115), dessen eine Klemme fciit dem Eingang des Operationsintegrators verbanden ist» einem ersten Schalter (112>, um den taalögefl Signaleingang und die zweite Klemme des Ladungsspeicherliondensators nur während der Anlegezeit des analogen Signals miteinander zu verbinden, einem zweiten Schalter (113), um die zweite Klemme des Ladungsspeiehefkonden* satorr, nach der Anlegezeit des analogen Signals für eine vorbestimmte Periode mit der Erde zu verbinden, so daß die übertragung von Ladung vom Lädtingsspcichsrköttdertsatöf zum integrierenden Rückkopplungskondetisätof ermöglicht wird, und eine Schaltung (139) ?ur Steuerung dor Arbeitsweise des ersten und des zweiten Schalters.

V Analog-Digital-Umseizei nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Steuern des Anlegens des analogen Signr.ls an den Operationsintegrator besteht aus einem erv.cn Kondensator (214). einem ersten Schalter (216). der den ersten Kondensator während der Periode des Anlegens des analogen Signals mit dem analogen Signaleingang verbindet, einem 7* ten Kondensator (247). dessen erste Klemme mit i.tm Eingang des Operationsintegrators verbunden ist. einem zweiten Schalter (212). der während einer ersten LadungsUbertragungsperiode die eine Klemme des ersten Kondensators (214) mit der zweiten Klemme des zweiten Kondensators (247) und die andere Klemme des ersten Kondensators mit der Erde verbindet, so daß die Ladungsübertragung vom ersten Kondensator (214) zum zweiten Kondensator (247) ermöglicht wird, und einem dritten Schalter (213), der während einer zweiten LadungsUbertragungsperiode die zweite Klemme des zweiten Kondensators (247) und die Erde verbindet, so daß die Übertragung von Ladung vom zweiten Kondensator (247) zum integrierenden RUckkopplungskondensator (219) ermöglicht wird.

4. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstromquelle und die Einrichtung zum Außertätigkeitsetzen der Referenzstromqueile bestehen aus einer ersten Gatterschaltung mit einem Ausgang, einem Stromeingang, einem Gattereingang und einem Sperreingang, deren Avsgang mit dem Eingang desOperationsintegrators und deren Gattereingang mit dem Ausgang de« Komparator verbunden sind, einer ersten .Stromquelle mit einer gegebenen Polarität, die zwischen den 3tromeingang der ersten Gatterschaltung und die Erde geschaltet ist, einer zweiten Gatterschaltung mit einem Ausgang, einem Stromeingadg, einem Gattereiftgang und einen! Sperreingang, deren Ausgang mit dem Eingang des Operationsintegrators verbunden ist, einer zweiten Stromquelle mit entgegengesetzter Polarität wie die erste Stromquelle, die zwischen den Stromeingang der zweiten Gatterschaltung und die Erde geschaltet ist. einer Umkehreinrichtung, die zwischen den Ausgang des Signalkomparators und den Gattereingang der zweiten Gatterschaltung geschaltet ist, und einer Steuerschaltung, die mit den Sperreingängen der und der zweiten Galterschaltung verbunden ist, um beide Gatterschaltungen während der Perioden der Ladungsübertraguf^ außer Tätigkeit zu setzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen