DE19734087B4 - Evaluation circuit with phase determination for location-sensitive detectors - Google Patents

Evaluation circuit with phase determination for location-sensitive detectors Download PDF

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Abstract

Schaltungsanordnung zur Bildung der normierten Differenz eines ersten analogen Signals (a) und eines zweiten analogen Signals (b)
– mit je einem Eingang (1, 2) für das erste und zweite Signal (a, b),
– mit einem dem Eingang (2) des zweiten Signals (b) nachgeschalteten 90°-Phasenschieber (3),
– mit einem ersten Addierer (4, 24), der an dem Eingang (1) für das erste Signal (a) und dem Ausgang des 90°-Phasenschiebers (3) angeschlossen ist und der somit an seinem Ausgang das komplexe Summensignal (a + jb) der beiden analogen Signale (a, b) bildet mit einem Phasenwinkel (φ) gegenüber dem ersten Signal (a), und
– mit einer Schaltung (5, 25), die an den Ausgang des ersten Addierers (4) angeschlossen ist und der eine Phasenreferenz zugeführt wird und den Phasenwinkel (φ) bestimmt.
Circuit arrangement for forming the normalized difference of a first analog signal (a) and a second analog signal (b)
Each with an input (1, 2) for the first and second signal (a, b),
- With a the input (2) of the second signal (b) downstream 90 ° phase shifter (3),
- With a first adder (4, 24) connected to the input (1) for the first signal (a) and the output of the 90 ° phase shifter (3) and thus at its output the complex sum signal (a + jb) of the two analog signals (a, b) forms with a phase angle (φ) with respect to the first signal (a), and
- With a circuit (5, 25) which is connected to the output of the first adder (4) and to which a phase reference is supplied and determines the phase angle (φ).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bildung der normierten Differenz zweier analoger Signale, ihre Verwendung als Auswerteschaltung eines ortsempfindlichen Detektors und ihre Anordnung in einer Zielsucheinrichtung.The The invention relates to a circuit arrangement for forming the normalized Difference between two analog signals, their use as evaluation circuit a location sensitive detector and its location in a target searcher.

In der optischen Meßtechnik werden zur Ortsauflösung häufig Differenz-Photodioden, Quadrantendioden sowie ein- und zwei-dimensionale "PSD"-Elemente verwendet. Bei Differenzdioden sind zwei lichtempfindliche, elektrisch getrennt angeschlossene Flächen mit einem Abstand von typisch einige 10 μm nebeneinander angeordnet. Bei einer fleckförmigen Beleuchtung kann aus den beiden elektrischen Signalen ermittelt werden, in welcher Hälfte sich der Fleck befindet. In der Mittenlage tritt abhängig von Fleckform und Diodeneigenschaften ein mehr oder weniger steiler Übergang auf. Die Quadrantendiode besteht aus vier Flächen, die nach geeigneter Zusammenfassung der Quadranten in analoger Weise die Flecklage je in einer Dimension anzeigt. Bei "PSD"-Elementen (Position Dependent Detector) verteilt sich der generierte Photostrom entsprechend der Fleckposition so auf die beiden Anschlüsse, daß auf der gesamten Sensorfläche direkt die Schwerpunktlage ermittelt werden kann.In the optical measuring technique become the spatial resolution often Difference photodiodes, quadrant diodes and one- and two-dimensional "PSD" elements used. In differential diodes are two photosensitive, electrically isolated connected surfaces with a distance of typically a few 10 microns arranged side by side. In a spot-shaped Lighting can be determined from the two electrical signals be in which half the spot is located. In the center position depends on Stain shape and diode properties a more or less steep transition on. The quadrant diode consists of four surfaces, which, after appropriate summary the quadrant in an analogous manner, the spot location each in one dimension displays. For "PSD" elements (position Dependent Detector), the generated photocurrent is distributed accordingly the spot position so on the two connectors that on the entire sensor surface directly the Center of gravity can be determined.

Zur Ortsbestimmung in all diesen Fällen wird eine Standardformel empfohlen, die nachfolgend am Beispiel der Differenzdiode erläutert wird. Die beiden sensiblen Flächen seien mit A und B bezeichnet, die entsprechenden Signale (meist als Ströme) mit a, b. Die Position x ergibt sich dann zu x = (a – b) : (a + b). For locating in all these cases, a standard formula is recommended, which is explained below using the differential diode as an example. The two sensitive surfaces are denoted by A and B, the corresponding signals (usually as currents) with a, b. The position x then becomes x = (a - b): (a + b).

Die Normierung mit (a + b) ist in der Regel nötig, da die Fleckintensität häufig unbekannt oder variabel ist. Die Division ist mit elektronischen Bauelementen schwierig und bei großer Dynamik von (a + b) nicht vernünftig realisierbar. Wird als Lichtquelle moduliertes Licht verwendet (zur Störlichtunterdrückung), so muss vor Anwendung obiger Formel eine Gleichrichtung stattfinden, was weitere Fehler mit sich bringt.The Normalization with (a + b) is usually necessary because the spot intensity is often unknown or variable. The division is with electronic components difficult and big Dynamics of (a + b) not reasonable realizable. Is used as a light source modulated light (for Glare correction) so before applying the above formula a rectification must take place, which brings more errors.

Eine alternative Möglichkeit ist die Regelung der Lichtquelle so, dass (a + b) konstant bleibt. Dies setzt eine (u.U. in weiten Grenzen) regelbare Quelle voraus und verschenkt außerdem bei guten Lichtverhältnissen Energie und damit Signalqualität durch Zurückregeln auf den "worst case".A alternative possibility the regulation of the light source is such that (a + b) remains constant. This requires a (possibly within wide limits) controllable source and give away as well in good lighting conditions Energy and thus signal quality by restoring on the "worst case".

Schließlich kann die Konstanz von (a + b) durch einen zwei-kanaligen (in weiten Grenzen) regelbaren Verstärker erreicht werden. Hier können Gleichlauffehler und Verzerrungen Probleme bereiten.Finally, can the constancy of (a + b) by a two-channel (within wide limits) adjustable amplifier be achieved. Here can be synchronization errors and distortion issues.

Elektronische Bausteine, welche die Phasenlage zweier Signale weitgehend unabhängig von der Amplitude genau bestimmen können, sind aus der Kommunikationstechnik bekannt.electronic Blocks that the phase angle of two signals largely independent of the Can accurately determine the amplitude are known from communication technology.

Die DE 2842 279 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung, die es ermöglicht, für die Flanken zweier pulsförmiger Signale, die miteinander in Beziehung gesetzt werden, Abweichung oder Koinzidenz der Signalphasen festzustellen und die Richtung einer Phasenabweichung zu erfassen. Die Schaltungsanordnung hat zwei Verknüpfungsglieder, denen eingangsseitig jeweils die beiden pulsförmigen Signale und zusätzlich das jeweils andere Signal verzögert zugeführt wird. Die beiden Verknüpfungsglieder steuern jeweils ein bistabiles Kippglied an. Aus dem Schaltzustand dieser bistabilen Kippglieder ergibt sich Abweichung oder Koinzidenz der Phasen der zwei pulsförmigen Signale sowie die Richtung einer entsprechenden Phasenabweichung.The DE 2842 279 A1 discloses circuitry for detecting, for the edges of two pulse-shaped signals which are related to one another, deviation or coincidence of the signal phases and detecting the direction of a phase deviation. The circuit arrangement has two logic elements, to which the input side each of the two pulse-shaped signals and additionally the respective other signal is supplied delayed. The two gates each control a bistable flip-flop. From the switching state of these bistable flip-flops results in deviation or coincidence of the phases of the two pulse-shaped signals and the direction of a corresponding phase deviation.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung anzugeben, die die Auswertung der Ortsinformation eines ortsempfindlichen Detektors bei hohem Dynamikbereich des am Detektor ankommenden Signals und damit der von diesem abgegebenen Signale ermöglicht. Dabei soll der Herstellungsaufwand gering bleiben und hohe Genauigkeit erzielt werden.task The invention is to provide a circuit that the evaluation the location information of a location-sensitive detector at high Dynamic range of the signal arriving at the detector and thus the allows signals emitted by this. This is the production cost remain low and high accuracy can be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1. Dabei wird im wesentlichen der übliche Dividierer durch einen Phasendetektor ersetzt.Is solved this task according to claim 1. This is essentially the usual Dividers replaced by a phase detector.

Erforderlich ist dabei eine Amplitudenmodulation des Lichtsignals, was aber regelmäßig ohnehin zur Unterscheidung von Hintergrundlicht ratsam ist. Es wird von einer mit der bekannten Frequenz f modulierten Lichtquelle ausgegangen. Zwischen den beiden Signalen a, b wird nun eine Phasenverschiebung von 90° erzeugt, z.B. indem b in der Phasenlage um 90° gedreht wird. Dies ist mit einer einfachen, linearen Schaltung möglich. Danach wird die Summe gebildet,
also u = a + jb was ebenfalls mit einer linearen Schaltung (eventuell rein passiv) möglich ist. Der Phasenwinkel φ von u (0° bis 90°) ist nun ein Maß für die Flecklage φ(u) = arctan (a : b) = arctan [(1 + x) : (1 – x)].
What is required is an amplitude modulation of the light signal, which is advisable in any case to distinguish between background light anyway. It is assumed that a modulated with the known frequency f light source. Between the two signals a, b, a phase shift of 90 ° is now generated, for example by b is rotated in the phase position by 90 °. This is possible with a simple, linear circuit. After that, the sum is formed,
So u = a + jb which is also possible with a linear circuit (possibly purely passive). The phase angle φ of u (0 ° to 90 °) is now a measure of the stain position φ (u) = arctane (a: b) = arctane [(1 + x): (1-x)].

Der Zusammenhang zwischen φ(u) und x ist zwar nur näherungsweise linear, aber falls nötig leicht korrigierbar, da exakt bekannt. Die Phasenmessung kann über einen sehr weiten Amplitudenbereich mit Bausteinen aus der Kommunikationstechnik (ZF-Verstärker + FM-Demodulator) realisiert werden. Diese Bausteine enthalten einen sehr hoch verstärkenden Begrenzerverstärker sowie einen Phasendetektor. Als Phasenreferenz kann das Modulationssignal der Quelle, eines der Signale a oder b, oder besser ihre Summe a + b dienen.Although the relationship between φ (u) and x is only approximately linear, it can be easily corrected if necessary because it is known exactly. The phase measurement can be realized over a very wide amplitude range with components from communication technology (IF amplifier + FM demodulator). These devices include a very high gain limiting amplifier and a phase detector. As a phase reference, the modulation signal of the source, one of the signals a or b, or better their Sum a + b serve.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 und 3.advantageous embodiments are the subject of the dependent claims 2 and 3.

Die vorteilhafte Ausführung nach Anspruch 4 sieht vor, daß zwei Hilfssignale gebildet werden: u = a + jb, v = a – jb und nun der Phasenwinkel φ zwischen u und v gemessen wird: φ(u,v) = 2 arctan (a : b) = 2 arctan [(1 + x) : (1 – x)]. The advantageous embodiment according to claim 4 provides that two auxiliary signals are formed: u = a + jb, v = a - jb and now the phase angle φ between u and v is measured: φ (u, v) = 2 arctane (a: b) = 2 arctane [(1 + x): (1-x)].

Der nun verdoppelte Phasenhub (0° bis 180°) nutzt den Phasendetektor besser aus, der "mittlere Arbeitspunkt" (a = b) führt zu φ = 90°, dem mittleren Bereich des Phasendetektors. Falls – und das ist vorgesehen – u und v von gleichartigen Begrenzerverstärkern verstärkt werden, heben sich sowohl absolute, als auch amplitudenabhängige Laufzeitfehler auf. Da die erwähnten Kommunikationsbausteine typischerweise sehr breitbandig sind (> 10 MHz) können die Phasenverschiebungen bei z.B. einer Modulationsfrequenz f = 10 kHz ohnehin als klein angenommen werden. Wie leicht gezeigt werden kann, führt bei dem erweiterten Verfahren ein Fehler des absoluten Winkels zwischen a und jb (nominell 90°) nur zu Fehlern 2. Ordnung in φ und ist damit unkritisch.Of the now doubled phase stroke (0 ° to 180 °) uses the Phase detector better, the "middle Operating point "(a = b) leads to φ = 90 °, the middle Area of the phase detector. If - and that is provided - u and v amplified by similar Begrenzerverstärkern, both stand out absolute as well as amplitude dependent Runtime error. As mentioned Communication modules are typically very broadband (> 10 MHz), the Phase shifts at e.g. a modulation frequency f = 10 kHz anyway to be considered small. As can easily be shown leads the extended method is an error of the absolute angle between a and jb (nominally 90 °) only to 2nd order errors in φ and is so uncritical.

Die Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 5 ist besonders angezeigt.The Use of such a circuit arrangement according to claim 5 is particularly displayed.

Eine Anordnung der erfindungsgemäßen Schaltung ist gemäß Anspruch 6 in einer Zielsucheinrichtung, z.B. eines geodätischen Vermessungsinstruments, vorgesehen. Der dabei gegebenen hohen Dynamik der Signale, bedingt durch die extrem schwankende Lichtintensität, welche vom Ziel abhängig vom Zielabstand und anderem erfaßt und auf den Detektor remittiert wird, ist die erfindungsgemäße Schaltung besonders angepaßt.A Arrangement of the circuit according to the invention is according to claim 6 in a destination searcher, e.g. a geodetic survey instrument, intended. The given high dynamics of the signals, conditional by the extremely fluctuating light intensity, which depends on the target of the Target distance and other detected and remitted to the detector is the circuit according to the invention specially adapted.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.It will be explained in more detail the invention with reference to the drawings.

1 zeigt schematisch ein geodätisches Instrument mit Zielsucheinrichtung mit ortsempfindlichem Detektor und Auswerteschaltung mit Phasendetektor, im Zusammenwirken mit einem Retroreflektor als kooperativem Ziel; 1 schematically shows a geodetic instrument with homing device with location-sensitive detector and evaluation circuit with phase detector, in conjunction with a retroreflector as a cooperative target;

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schaltungsanordnung. 2 shows a further embodiment of the circuit arrangement.

Das nur als Block dargestellte geodätische Instrument GI der 1 ist z.B. ein Tachymeter oder ein Nivellier. Bei diesem besteht die Aufgabe, ein entferntes Ziel Z anzuvisieren. Das Ziel Z ist als kooperatives Ziel, nämlich als Retroreflektor, dargestellt.The geodetic instrument GI of the 1 is eg a tachymeter or a level. The task is to target a distant target Z. The goal Z is shown as a cooperative goal, namely as a retroreflector.

Ein Lichtsender M sendet über eine Sendeoptik LM ein mit der Frequenz f amplitudenmoduliertes Lichtbündel aus, welches den Bereich des Ziels Z beleuchtet und von dem Ziel Z reflektiert wird und über eine Empfangsoptik LD dem ortsempfindlichen Detektor D zugeführt wird. Der Lichtsender M wird durch eine Steuereinheit 32 und einen Modulationsfrequenzgeber 7 gesteuert. Für die am Ausgang des ortsempfindlichen Detektors D (hier eine Quadrantendiode, oder auch eine Differenzdiode) entstehenden Signale a und b gilt:

  • – Die Summe a + b ist der empfangenen Lichtintensität proportional.
  • – Die Differenz a – b ist der Koordinate x des Auftrefforts des Lichts (Schwerpunkt der Intensitätsverteilung) proportional. Beide, a und b sind synchron mit der Frequenz f amplitudenmoduliert.
A light transmitter M emits a frequency-amplitude modulated light beam via a transmission optical system LM, which illuminates the region of the target Z and is reflected by the target Z and is fed to the position-sensitive detector D via a receiving optical system LD. The light transmitter M is controlled by a control unit 32 and a modulation frequency generator 7 controlled. For the signals a and b produced at the output of the position-sensitive detector D (in this case a quadrant diode or else a differential diode), the following applies:
  • The sum a + b is proportional to the received light intensity.
  • - The difference a - b is proportional to the coordinate x of the place of incidence of the light (center of gravity of the intensity distribution). Both, a and b are amplitude modulated synchronously with the frequency f.

Die Auswerteschaltung A zusammen mit dem Funktionsgenerator 30 bestimmt daraus die Koordinate x, die z.B. in einem Display 31 angezeigt wird und zur manuellen oder automatischen Einpeilung des geodätischen Instruments GI auf das Ziel Z ausgewertet wird. Das Ziel Z ist dazu vorzugsweise als Tripelspiegel ausgebildet.The evaluation circuit A together with the function generator 30 determines from this the coordinate x, eg in a display 31 is displayed and is evaluated for manual or automatic bearing of the geodetic instrument GI on the target Z. The target Z is preferably designed as a triple mirror.

Neu ist die Auswerteschaltung A. An ihrem ersten Eingang 1 liegt das Signal a, am zweiten Eingang 2 das Signal b. Über Vorverstärker 10, 20 wird a direkt, b nach 90°-Phasenverschiebung im Phasenschieber 3 als jb dem Summationsverstärker 4 zugeführt, an dessen Ausgang die Vektorsumme u = a + jb ansteht. Einem zweiten Summationsverstärker 6 werden beide Signale a, b direkt von den Vorverstärkern 10, 20 zugeführt, so daß er die gewöhnliche Summe a + b bildet, welche hier statt dem auch geeigneten vom Modulationsfrequenzgenerator 7 abgegebenen Signal als Phasenreferenz benutzt werden kann.New is the evaluation circuit A. At its first entrance 1 is the signal a, at the second input 2 the signal b. About preamp 10 . 20 becomes a direct, b after 90 ° phase shift in the phase shifter 3 as jb the summation amplifier 4 fed to the output of the vector sum u = a + jb is pending. A second summing amplifier 6 Both signals a, b are directly from the preamplifiers 10 . 20 supplied so that it forms the ordinary sum a + b, which here instead of the also suitable from the modulation frequency generator 7 output signal can be used as a phase reference.

Kernstück ist der Phasendetektor 5, eine Schaltung, die den Phasenwinkel φ des Signals u gegenüber dem Signal a + b, bzw. gegenüber dem Ausgang des Modulationsfrequenzgenerators 7, bestimmt. Dieser Phasendetektor 5 ist kommerziell erhältlich mit sehr hoher Dynamik der verarbeitbaren Eingangssignale und davon weitgehend unabhängiger Genauigkeit.The centerpiece is the phase detector 5 , a circuit, the phase angle φ of the signal u with respect to the signal a + b, and with respect to the output of the modulation frequency generator 7 , certainly. This phase detector 5 is commercially available with very high dynamics of the processable input signals and largely independent accuracy.

Der Funktionsgenerator 30 bestimmt aus dem Phasenwinkel φ unter Zugrundelegung der oben genannten Gleichung für φ(x) die Koordinate x, bei der der Schwerpunkt des Lichtflecks auf den ortsempfindlichen Detektor D trifft. In guter Näherung kann dabei direkt x proportional φ(x) angenommen werden.The function generator 30 determines from the phase angle φ on the basis of the above-mentioned equation for φ (x) the coordinate x at which the center of gravity of the light spot strikes the position-sensitive detector D. In a good approximation one can assume directly x proportional φ (x).

Eine zweite Variante der Auswerteschaltung ist in 2 dargestellt. Das Signal u = a + jb wird genau gleich wie bei 1 erzeugt, dementsprechend tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen. Zur Bildung des Vergleichssignals v wird dem zweiten Summationsverstärker 26 neben dem Signal a vom Ausgang des Verstärkers 10 das Signal –jb zugeführt, welches von dem dem Phasenschieber 3 nachgeschalteten Vorzeichenwandler 28 aus dem Signal jb gebildet wird.A second variant of the evaluation circuit is in 2 shown. The signal u = a + jb is ge exactly like at 1 generated, accordingly, the same parts bear the same reference numerals. To form the comparison signal v is the second summation amplifier 26 next to the signal a from the output of the amplifier 10 the signal -jb is supplied, that of the phase shifter 3 downstream sign converter 28 is formed from the signal jb.

Der Phasendetektor 25, der an sich gleich ist, wie der Phasendetektor 5 der 1, bestimmt nun den Phasenwinkel φ zwischen u und v, der doppelt so groß ist wie der Phasenwinkel φ zwischen u und a + b, wie er in 1 bestimmt wird. Dies hat die in der Beschreibungseinleitung zu Anspruch 4 genannten Vorteile.The phase detector 25 , which is the same in itself as the phase detector 5 of the 1 , now determines the phase angle φ between u and v, which is twice as large as the phase angle φ between u and a + b, as in 1 is determined. This has the advantages mentioned in the introduction to claim 4.

Bei einem Ausführungsbeispiel nach 2 mit einem Quadranten-Detektor D Typ S6242 von Hamamatsu, Vorverstärkern 10, 20, Summationsverstärkern 4, 26, Phasenschieber 3 und einem Vorzeichenwandler 28 alle realisiert mit dem Baustein TLC2274 von Texas Instruments und mit einem Phasendetektor 25 Typ SA 604 A von Philips mit einer Modulationsfrequenz von f = 10 KHz hat eine Variation der Eingangsspannung von 100 nV bis 100 mV = 60 db einen Positionsfehler von weniger als 1% des Gesamtbereiches bewirkt.In an embodiment according to 2 With a quadrant detector D Type S6242 from Hamamatsu, preamplifiers 10 . 20 . Summing amplifiers 4 . 26 . phase shifter 3 and a sign converter 28 all realized with the Building block TLC2274 of Texas Instruments and with a phase detector 25 Type SA 604 A from Philips with a modulation frequency of f = 10 KHz, a variation of the input voltage from 100 nV to 100 mV = 60 db caused a position error of less than 1% of the total range.

Man erhält erfindungsgemäß eine Auswerteschaltung, die weitgehend linear ist und welche eine sehr hohe, nur durch das Rauschen begrenzte, Dynamik aufweist. Die Genauigkeit ist fast ausschließlich von passiven Komponenten, teilweise nur von den Gleichlauffehlern dieser Bauteile, abhängig.you receives According to the invention, an evaluation circuit, which is largely linear and which is very high, only through the Noise limited, dynamic. The accuracy is almost exclusively of passive components, partly only from the synchronization errors of these Components, depending.

Die benötigten elektronischen Bausteine sind preisgünstig verfügbar. Eine Pegelmessung ist einfach möglich, wie auch eine Digitalisierung durch Auszählen der Phasenlage.The required Electronic components are available at low cost. A level measurement is easy possible, as well as a digitization by counting the phase position.

Claims (8)

Schaltungsanordnung zur Bildung der normierten Differenz eines ersten analogen Signals (a) und eines zweiten analogen Signals (b) – mit je einem Eingang (1, 2) für das erste und zweite Signal (a, b), – mit einem dem Eingang (2) des zweiten Signals (b) nachgeschalteten 90°-Phasenschieber (3), – mit einem ersten Addierer (4, 24), der an dem Eingang (1) für das erste Signal (a) und dem Ausgang des 90°-Phasenschiebers (3) angeschlossen ist und der somit an seinem Ausgang das komplexe Summensignal (a + jb) der beiden analogen Signale (a, b) bildet mit einem Phasenwinkel (φ) gegenüber dem ersten Signal (a), und – mit einer Schaltung (5, 25), die an den Ausgang des ersten Addierers (4) angeschlossen ist und der eine Phasenreferenz zugeführt wird und den Phasenwinkel (φ) bestimmt.Circuit arrangement for forming the normalized difference of a first analog signal (a) and a second analog signal (b) - each having an input ( 1 . 2 ) for the first and second signals (a, b), - with an input ( 2 ) of the second signal (b) downstream 90 ° phase shifter ( 3 ), - with a first adder ( 4 . 24 ) located at the entrance ( 1 ) for the first signal (a) and the output of the 90 ° phase shifter ( 3 ) is connected and thus at its output the complex sum signal (a + jb) of the two analog signals (a, b) forms with a phase angle (φ) with respect to the first signal (a), and - with a circuit ( 5 . 25 ) connected to the output of the first adder ( 4 ) and to which a phase reference is supplied and determines the phase angle (φ). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Addierer (6) an die beiden Eingänge (1, 2) angeschlossen ist und die gewöhnliche Summe (a + b) des ersten und zweiten Signals (a, b) bildet, und dass sein Ausgang als Phasenreferenz mit einem zweiten Eingang der Schaltung (5) zur Bestimmung des Phasenwinkels (φ) verbunden ist.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a second adder ( 6 ) to the two inputs ( 1 . 2 ) and the ordinary sum (a + b) of the first and second signals (a, b) forms, and that its output as a phase reference to a second input of the circuit ( 5 ) is connected to determine the phase angle (φ). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste analoge Signal (a) oder das zweite analoge Signal (b) bei der Bestimmung des Phasenwinkels (φ) als Phasenreferenz benutzt wird.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized that the first analog signal (a) or the second analog signal (b) used in the determination of the phase angle (φ) as a phase reference becomes. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Addierer (26) an den ersten Eingang (1) für das erste Signal (a) angeschlossen ist und über einen zwischengeschalteten Vorzeichenwandler (28) an den Ausgang des 90°-Phasenschiebers (3) angeschlossen ist, und dass sein Ausgang mit dem komplexen Differenzsignal (a – jb) mit einem zweiten Eingang der Schaltung (25) zur Bestimmung des Phasenwinkels (φ) verbunden ist.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a second adder ( 26 ) to the first entrance ( 1 ) is connected to the first signal (a) and via an intermediate sign converter ( 28 ) to the output of the 90 ° phase shifter ( 3 ) and that its output is connected to the complex difference signal (a - jb) with a second input of the circuit ( 25 ) is connected to determine the phase angle (φ). Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Funktionsgenerator (30) vorgesehen ist, der aus dem Phasenwinkel (φ) die normierte Differenz des ersten analogen Signals (a) und des zweiten analogen Signals (b) bestimmt.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that a function generator ( 30 ) is provided, which determines the normalized difference of the first analog signal (a) and the second analog signal (b) from the phase angle (φ). Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–6 als Auswerteschaltung (A) eines ortsempfindlichen Detektors (D) insbesondere vom Typ positionsempfindlicher Detektor (PSD), Differenzdioden, oder Quadrantendioden.Use of a circuit arrangement according to one of claims 1-6 as Evaluation circuit (A) of a location-sensitive detector (D) in particular from Type position sensitive detector (PSD), differential diodes, or Quadrant diodes. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–6, gekennzeichnet durch die Anordnung als Auswerteschaltung (A) in einer Zielsucheinrichtung mit einem Lichtsender (M), der den Bereich eines Ziels (Z) beleuchtet, und einem ortsempfindlichen Detektor (D) für das vom Ziel (Z) remittierte Licht des Lichtsenders (M).Circuit arrangement according to one of claims 1-6, characterized by the arrangement as an evaluation circuit (A) in a target search device with a light emitter (M) illuminating the area of a target (Z), and a location-sensitive detector (D) for the remitted from the target (Z) Light of the light transmitter (M). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang eines Modulationsfrequenzgenerators (7) bei der Bestimmung des Phasenwinkels (φ) als Phasenreferenz benutzt wird.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that an output of a modulation frequency generator ( 7 ) in the determination of the phase angle (φ) is used as a phase reference.
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DE10325416B4 (en) * 2003-06-05 2005-12-22 Hilti Ag beam catcher

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