DE1948495C - Analog-Digital-Umsetzer für kleine Signale mit sicherer Beseitigung von Fehlerspannungen - Google Patents
Analog-Digital-Umsetzer für kleine Signale mit sicherer Beseitigung von FehlerspannungenInfo
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- DE1948495C DE1948495C DE1948495C DE 1948495 C DE1948495 C DE 1948495C DE 1948495 C DE1948495 C DE 1948495C
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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
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,
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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-
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-
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,
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.
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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 ;maioren 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 anrer 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
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
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)
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
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