DE2054007B2

DE2054007B2 - Analog/Digital-Umsetzer

Info

Publication number: DE2054007B2
Application number: DE2054007A
Authority: DE
Inventors: Robert S. West Paterson N.J. Prill (V.St.A.)
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1969-11-03
Filing date: 1970-11-03
Publication date: 1978-08-10
Also published as: FR2066938A1; IL35253A; SE364834B; DE2054007C3; FR2066938B1; GB1286069A; IL35253A0; DE2054007A1; US3678501A

Description

fungspunkt 29 geschaltet ist, zu dem eine Leitung 24 vom Eingang 23 und eine Leitung 28 von der Schaltung 26 führt, und von welchem eine Leitung 30 zur Register-Steuerschaltung 20 führt.

Die Register-Steuerschaltung 20 weist eine der Anzahl der einzelnen, noch zu schildernden, in der analogen Register-Steuerschaltung 20 erfolgenden Vergleichsvorgänge zwischen der Bezugsspannung 16 auf der Leitung 19 und der Prüfspannung 22 auf der Leitung 30 entsprechende Anzahl von Ausgangsleitungen 33 bis 38 auf. Die Ausgangsleitungen 33 bis 38 sind jeweils mit einem entsprechenden Eingang eines Registers 42 zur Speicherung einer digitalen Größe verbunden.

Ein dem Register 42 nachgeschalteter HilfsUmsetzer 41 weist mehrere analoge Schaltkreise auf, die nacheinander aktiviert, d. h. stromdurchlässig, gemacht werden können. Die Bezugsspannung 16 wird dem Hilfsumsetzer 41 über eine Leitung 43 zugeführt, welcher über eine Leitung 45 mit einem Verknüpfungspunkt verbunden ist, zu dem eine Leitung 44 vom Verknüpfungspunkt 14 führt. Die Leitung 44 führt den Strom, welcher sich aus der Subtraktion des jeweiligen Prüfstroms vom Eingangssignalstrom ergibt.

Im Betrieb speichert das Register 42 eine binäre, digitale Größe, und der binäre, digitale Ausgang des Registers 42 repräsentiert am Ende der Umsetzung die Größe des unbekannten analogen Eingangssignals 11. Der Hilfsumsetzer 41 wandelt die jeweils gespeicherte, digitale Größe in analoge Ströme um. Der entsprechende Summenstrom fließt in der Leitung 45 und wird von dem Strom in der Leitung 44 subtrahiert, der seinerseits der Differenzstrom aus dem jeweiligen Prüfstrom und dem unbekannten Eingangssignalstrom ist.

Der nach den beiden Subtraktionen übrigbleibende Reststrom wird einem Summierungsverstärker 46 über eine Leitung 47 zugeführt. Die analoge Stromsubtraktion wird dadurch erreicht, daß die Leitung 47 hinreichend genau auf Erdpotential gehalten wird. Folglich entspricht die Größe des unbekannten Eingangssignalstromes dem Quotienten aus der unbekannten Eingangssignalspannung 11 und der Größe R_m des Eingangswiderstandes 13. Der Prüfstrom, der von dem unbekannten Eingangssignalstrom subtrahiert wird, entspricht dem Quotienten aus der Prüfspannung 22 und der Größe 2 R_in des Widerstandes 27.

Der schematisch dargestellte Verstärker 46 enthält einen Gegenkopplungswiderstand 48 und ist mit einem zweiten Eingang an eine Quelle 49 zur Vorspannungskontrolle angeschlossen. Dieser Eingang kann als so vierter Eingang des A/D-Umsetzers 10 angesehen werden.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 46 am Verknüpfungspunkt 50 geht über eine Leitung 53 einem Eingang eines !Comparators 54 zu, dessen zweiter Eingang über eine Leitung 55 an ein Bezugspotential, zum Beispiel an Erdpotential, angeschlossen ist. Der Ausgang des !Comparators 54 ist über eine Leitung 56 mit einem weiteren Eingang des Registers 42 verbunden.

Im Betrieb aktivieren Steuersignale in den Ausgangsleitungen 33 bis 38 der analogen Register-Steuerschaltung 20 nacheinander analoge Schaltkreise im Hilfsumsetzer 41, welche dann jeweils in stromdurchlässigen Zustand gebracht werden. Zusätzlich werden die jeweils den Zustand der entsprechenden Stufe der Register-Steuerschaltung 20 kennzeichnenden Steuersignale jeweils dem entsprechenden Eingang des Registers 42 zugeführt. Die Ausgangssignale der analogen Register Steuerschaltung 20 werden nacheinander vom Zustanc »L« (Spannung vorhanden) in den Zustand »0< (Spannung nicht vorhanden) umgeschaltet, wobei dies« Umschaltung auf der Ausgangsleitung 33 beginnt unc sich bis zur Ausgangsleitung 38 fortsetzt

Wenn ein Ausgangssignal der Register-Steuerschal tung 20 seinen Zustand ändert, also beispielsweise vor »L« auf »0« übergeht, wird der entsprechenden Stuf« des Registers 42 ein Steuersignal zugeführt, so daß dei entsprechende, analoge Schaltkreis im Hilfsumsetzer 41 angesteuert werden kann. Die fortlaufende Umschal tung der Ausgangssignale in den Ausgangsleitungen 3; bis 38 der Register-Steuerschaltung 20 in festliegender Zeitabständen wird dadurch erreicht, daß die Prüfspan nung 22 von einem negativen Wert, der größer ist als di< Hälfte der Bezugsspannung 16, auf 0 abfällt und dabe mehrere nach Zweierpotenzen gestaffelte Prüfspan nungswerte durchläuft. Diese Prüfspannungswerte wer den aus der bekannten Bezugsspannung 16 mittels eine; Spannungsteilers gewonnen, der aus mehreren nacr Zweierpotenzen gestaffelten Widerständen besteht, unc dessen Abgriffe jeweils mit einem Eingang eines voi mehreren Komparatoren der analogen Register Steuerschaltung 20 verbunden sind.

In F i g. 5 stellt die Gerade 88' den Verlauf der Prüf oder Sägezahn- bzw. Kippspannung 22 dar. Mai erkennt, daß immer dann, wenn die Prüfspannung 2 entlang der Geraden 88' einen der nach Zweierpoten zen gestaffelten Bezugsspannungswerte V_n^, V_re//4 V_reA V„//16,V_re/32und V_re//64 durchläuft, der Zustanc eines der Signale bzw. Spannungen in den Ausgangslei tungen 33 bis 38 der Register-Steuerschaltung 20 voi »L« auf »0« übergeht, wobei diese Änderung zuerst ir der Ausgangsleitung 33 und zuletzt in der Ausgangslei tung 38 erfolgt. Die Zustandsänderung in eine: Ausgangsleitung 33 bzw. 34 bzw. 35 bzw. 36 bzw. 37 bzw 38 der Register-Steuerschaltung 20 hat zur Folge, daß ii der zugehörigen Stufe des Registers 42 das jeweils gerade vorhandene Ausgangssignal des Komparator: 54 fest eingespeichert wird. Die Ausgangssignale de: Registers 42 dienen zum einen dazu, die Aktivierung dei entsprechenden analogen Schaltkreise des Hilfsumset zers 41 zu steuern, und zum anderen der Anzeige der in Register 42 jeweis gespeicherten digitalen Größe. Di die Ausgangsspannungen der Register-Steuerschaltunj 20 entsprechende Schaltkreise im Register 42 und in Hilfsumsetzer 41 in genauer zeitlicher Folge steuern werden diese Ausgangsspannungen bzw. derei L/0-Wechsel als Steuersignale 81' bis 86' bezeichnet.

Das Register 42 arbeitet in folgender Weise. Wie erwähnt, wird das dem mit dem Ausgang 56 de; [Comparators 54 verbundenen Eingang des Registers 4i jeweils zugeführte Ausgangssignal des Komparator 5< im Register 42 gespeichert und zum Hilfsumsetzer 4" übertragen, wenn auf der entsprechenden Ausgangslei tung 33 bzw. 34 bzw. 35 bzw. 36 bzw. 37 bzw. 38 da: Steuersignal 81' bzw. 82' bzw. 83' bzw. 84' bzw. 85' bzw 86' von der Register-Steuerschaltung 20 abgegeber wird. Dann wird also das Ausgangssignal »L« oder »0« welches gerade im jeweiligen Augenblick vom Kompa rator 54 dem Register 42 zugeführt wird, im Register 4: fest eingespeichert und an den Hilfsumsetzer 4 weitergegeben. Die eingespeicherte, logische Größi »L« oder »0« bleibt unverändert während des restlichei Umsetzungszyklusses. Eine Änderung ist erst wiede möglich, wenn in der Register-Steuerschaltung 20 eil neuer Umsetzungszyklus eingeleitet wird, weil dann dii

Prüfspannung 22 wieder ihren ursprünglichen Wert annimmt und die Ausgangssignale bzw. -spannungen der Register-Steuerschaltung 20 sich alle wieder im Zustand »L« befinden.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in der Tatsache, daß die einzigen Augenblicke, in denen dem Summen:trom in der Leitung 45 und dem Reststrom in der Ldtur.g 47 Bedeutung zukommt, diejenigen sind, in denen die Prüfspannung 22 einen der analog programmierten, nach Zweierpotenzen gestaffelten Prüfspannungswerte 89' bis 94' gemäß Fig.5 durchläuft. In jedem dieser Augenblicke wird ein genau bekannter Strom, dessen Größe der jeweiligen Größe des Prüfstromes gleich ist, von dem unbekannten Eingangssignalstrom mittels der analogen Schaltkreise des Hilfsumsetzers 41 abgezogen. Die Größe des Prüfstromes, der beim Übergang eines Ausgangssignals bzw. einer Ausgangsspannung der Register-Steuerschaltung 20 von »L« auf »0« substrahiert wird, ist genau halb so groß wie der beim vorangegangenen L/0-Übergang eines Ausgangssignals bzw. einer Ausgangsspannung subtrahierte Strom.

Als Beispiel für die Funktionsweise der Schaltung nach F i g. 1 sei angenommen, daß der Eingangssignalstrom nach Abzug des über die Leitung 45 zum Hilfsumsetzer 41 fließenden Stromes größer sei als der Prüfstrom in dem Augenblick, in dem die Prüfspannung 22 einen der Prüfspannungswerte 89' bis 94' durchläuft, beispielsweise den zur Ausgangsleitung 35 gehörenden Prüfspannungswert 91'. In diesem Falle ist der über die Leitung 47 zum Summierungsverstärker 46 fließende Reststrom größer als 0. Dieser Reststrom hat die Größe des unbekannten Eingangssignalstromes abzüglich des zum Hilfsumsetzer 41 fließenden Stromes und des jeweiligen Prüfstromes. Wenn dieser zum Verstärker 46 fließende Reststrom größer als 0 ist, erscheint am Ausgang des Verstärkers 46 ein Signal, welches den Komparator 54 in den Zustand »0« bringt, so daß er das logische Signal »0« abgibt, welches dann, wenn ein Ausgangssignal bzw. eine Ausgangsspannung der Register-Steuerschaltung 20 von »L« auf »0« kippt, fest in die entsprechende Stufe des Registers 42 eingespeichert wird. Hierdurch wird der zugehörige, analoge Schaltkreis im Hilfsumsetzer 41 in den Stand versetzt, von dem Eingangssignalstrom einen zusätzlichen Strom zu subtrahieren, der genau so groß ist wie der Prüfstrom in dem Augenblick, in dem das Ausgangssignal bzw. die Ausgangsspannung der Register-Steuerschaltung 20 in deren Ausgangsleitung 35 von »L« auf »0« übergegangen ist bzw. das Steuersignal 83' abgegeben worden ist.

Wenn der Eingangssignalstrom abzüglich des zum Hilfsumsetzer 41 fließenden Stromes kleiner als der jeweilige Prüfstrom ist, erscheint das logische Signal »L« am Ausgang des !Comparators 54, welches dann, wenn die Prüfspannung 22 einen der Prüfspannungswerte 89' bis 94' passiert und die Register-Steuerschaltung 20 das zugehörige Steuersignal 81' bzw. 82' bzw. 83' bzw. 84' bzw. 85' bzw. 86' abgibt, fest in die zugehörige Stufe des Registers 42 für den Rest des Umwandlungszyklusses eingespeichert wird. In diesem Falle wird durch den zugehörigen analogen Schaltkreis des Hilfsumsetzers 41 kein Strom von dem Eingangssignalstrom subtrahiert

Der beschriebene Vorgang wiederholt sich jedesmal, wenn die Prüfspannung 22 einen der analog programmierten Prüfspannungswerte 89' bzw. 90' bzw. 91' bzw. 92* bzw. 93' bzw. 94' passiert. Zu jedem dieser Zeitpunkte wird festgestellt, ob der Eingangssignalstrom größer oder kleiner ist als die Summe aus dem jeweiligen Prüfstrom und dem Strom, der von dem Hilfsumsetzer 41 jeweils abgezogen wird, und zwar als Folge der im Register 42 bereits fest eingespeicherten binären Daten. In dieser Weise wird im Wege fortschreitender Annäherungen der Strom, der durch den Hilfsumsetzer 41 abgezogen wird, dem unbekannten Eingangssignalstrom angenähert, und die binäre, digitale Größe, die im Register 42 gespeichert wird, wird

ίο zum Maß für die Größe des unbekannten, analogen Eingangssignals 11. Da bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel dann die logische Größe »0« in das Register 42 eingespeichert wird, wenn der Eingangssignalstrom größer ist als die Summe aus dem jeweiligen Prüf strom und dem zum Hilfsumsetzer 41 jeweils fließenden Strom, stellt die im Register 42 gespeicherte, binäre digitale Größe das Komplement der binären, digitalen Größe dar, die unmittelbar das Eingangssignal 11 wiedergibt. Von diesem Komplement wird die das Eingangssignal 11 repräsentierende, binäre digitale Größe in der Weise abgeleitet, wie in Verbindung mit F i g. 2 nachstehend beschrieben.

Gemäß F i g. 2 weist die analoge Register-Steuerschaitung 20 mehrere in Reihe geschaltete und über die Leitungen 18 und 19 an der Bezugsspannung 16 liegende Widerstände 60 bis 66 der Größe Ä'bzw. Ä'bzw. 2R' bzw. 4Ä'bzw. 8Ä'bzw. 16/?'bzw. 32Ä'auf. Die Größen der Widerstände 61 bis 66 sind also nach Zweierpotenzen gestaffelt. Der Widerstand 60 ist an ein zweites Bezugspotential 67, vorzugsweise an Erdpotential, angeschlossen, so daß sich ein genau definierter Spannungsabfall an den Widerständen 60 bis 66 ergibt. Zwischen jeweils zwei einander benachbarten Widerständen 60 und 61 bzw. 61 und 62 bzw. 62 und 63 bzw. 63 und 64 bzw. 64 und 65 bzw. 65 und 66 ist ein Spannungsabgriff 68 bzw. 69 bzw. 70 bzw. 71 bzw. 72 bzw. 73 vorgesehen. Die jeweils abgegriffene Spannung wird über eine Leitung 74 bzw. 75 bzw. 76 bzw. 77 bzw. 78 bzw. 79 dem positiven Eingang eines zugeordneten, schnell ansprechenden Komparators 81 bzw. 82 bzw. 83 bzw. 84 bzw. 85 bzw. 86 zugeführt. Da die Bezugsspannung 16 gleich —10 Volt ist, liegt an den Abgriffen 73 bis 68 jeweils eine genau definierte Spannung von — 5 Volt bzw. -2,5 Volt bzw. -1,25 Volt bzw. -0,625 Volt bzw.

-0,3125 Volt bzw. -0,15625 Volt vor, so daß die jeweils auf einen Eingang der Komparatoren 81 bis 86 gegebene Spannung genau bekannt ist.

Die Umschaltung der Komparatoren 81 bis 86 erfolgt jeweils in dem Augenblick, in dem die an dem negativen Eingang des jeweiligen Komparators 81 bzw. 82 bzw. 83 bzw. 84 bzw. 85 bzw. 86 liegende Prüfspannung 22 genau denselben Wert annimmt, den die bekannte Spannung am zugehörigen positiven Eingang 74 bzw. 75 bzw. 76 bzw. 77 bzw. 78 bzw. 79 aufweist. Zum Beispiel geht der Komparator 85 von dem Zustand »L« in den Zustand »0« über, wenn die Prüfspannung 22 den Wert von — 2,5 Volt passiert, da am Eingang 78 die bekannte Spannung von -2,5 Volt liegt.

In F i g. 5 ist ein linearer Verlauf der sich fortlaufend ändernden Prüfspannung 22 am Eingang 23 durch die Gerade 88' veranschaulicht. Die Komparatoren 86 bis 81 ändern ihren Zustand von »L« auf »0« jeweils dann, wenn die Prüfspannung 22 den Wert 89' bzw. 90' bzw. 91' bzw. 92' bzw. 93' bzw. 94' annimmt. Der Prüfiipannungsverlauf 88' kann auch anders als linear sein. Verläuft die Prüfspannung 22 beispielsweise exponentiell, dann werden die Zeitintervalle zwischen den aufeinanderfolgenden Umschaltungen der Kompa-

ratoren 86 bis 81 annähernd gleich groß, welche bei der Umschaltung jeweils das Steuersignal 81' bzw. 82' bzw. 83' bzw. 84' bzw. 85' bzw. 86' abgeben, und zwar der Komparator 86 das Steuersignal 81' beim Prüfspannungswert 89' von -5 Volt, der Komparator 85 das Steuersignal 82' beim Prüfspannungswert 90' von — 2,5 Volt, und jeder der folgenden Komparatoren 84 bis 81 das Steuersignal 83' bzw. 84' bzw. 85' bzw. 86' beim Prüfspannungswert 91' bzw. 92' bzw. 93' bzw. 94' halb so groß wie derjenige, bei welchem der Komparator 85 bzw. 84 bzw. 83 bzw. 82 umgeschaltet hat.

Wie erwähnt und F i g. 2 zeigt, erzeugt das unbekannte, analoge Eingangssignal 11 einen Eingangssignalstrom, von dem der Prüfstrom im Verknüpfungspunkt 14 abgezogen wird. Da der Komparator 86 von »L« nach »0« schaltet, wenn die Prüfspannung 22 den Wert —5 Volt erreicht, um somit das höchstwertige Bit des binären, digitalen Ausgangssignals des A/D-Umsetzers

10 zu bestimmen, fließt in diesem Schaltaugenblick in der Schaltung 26 ein Prüfstrom gleich dem halben maximalen Eingangssignalstrom, weil die Widerstände 27 und 13 jeweils eine Größe von 2R'i„ bzw. R_m aufweisen. Um eine analoge Subtraktion der Ströme zu erreichen, liegt das Potential des negativen Eingangs des Verstärkers 46 und damit auch das Potential der Leitung 44 auf dem virtuellen Erdpotential, wie schon hervorgehoben.

Das Register 42 ist vorzugsweise als monolithische Schaltung mit mehreren Flip-Flops 88 bis 93 ausgebildet, von denen jedes zwei komplementäre Ausgänge Q und Q aufweist. Die Steuersignale 8Γ bis 86' auf den Ausgangsleitungen 33 bis 38 der Register-Steuerschaltung 20 werden zur Steuerung der Flip-Flops 88 bis 93 deren Eingängen CPzugeführt. Das Flip-Flop 88 ist dem höchstwertigen Bit der im Register 42 zu speichernden, binären digitalen Größe zugeordnet, die folgenden Flip-Flops 89 bis 93 jeweils dem Bit nächstniedriger Wertigkeit, das Flip-Flop 93 also dem niedrigstwertigen Bit.

Jedes der Flip-Flops 88 bis 93 weist einen weiteren Eingang D auf, der über die Leitung 56 an den Ausgang des Komparators 54 angeschlossen ist. Wenn dem Eingang CP ein Signal entsprechend der logischen Größe »0« zugeführt wird, nimmt das jeweilige Flip-Flop 88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93 den Zustand ein, der dem an seinem Eingang D anliegenden Signal entspricht, wonach jedoch dieses Flip-Flop nicht länger dem Signal am Eingang D folgen kann, so daß der Zustand des Flip-Flops 88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93 in dem Augenblick für die restliche Dauer des Umsetzungszyklusses also festgehalten wird, in dem das Signal am Eingang CP von »L« auf »0« umschaltet. Der Ausgang Q jedes de? Flip-Flops 88 bis 93 ist mit einem Signal entsprechend der logischen Größe »L« bzw. »0« belegt, wenn das jeweilige Flip-Flop 88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93 sich in dem Zustand »L« bzw. »0« befindet. Der Ausgang Q- jedes der Flip-Flops 88 bis 93 liefert jeweils das komplementäre, also entgegengesetzte logische Signal »0« bzw. »L«. Da das Register 42 das Komplement der binären, digitalen Größe speichert, die das unbekannte, analoge Eingangssignal

11 repräsentiert, liefern die Ausgänge Q- der Flip-Flops 88 bis 93 am Ende des Umsetzungszyklusses die digitale Größe selbst, welche das unbekannte, analoge Eingangssignal 11 darstellt

Der Hilfsumsetzer 41 weist mehrere analoge Schaltkreise A bis F mit jeweils einem Widerstand 95 bzw. 96 bzw. 97 bzw. 98 bzw. 99 bzw. 100 und einer damit in Reihe geschalteten Diode 101 bzw. 102 bzw. 103 bzw. 104 bzw. 105 bzw. 106 auf, wobei die Widerstände 95 bis 100 nach Zweierpotenzen gestaffelt sind und jeweils die Größe AR_in bzw. 8K,„ bzw. 16/?/„ bzw. 32fl_in bzw. 64R_1n bzw. \28Ri_n haben, so daß der in ihnen fließende Strom genau so groß ist wie der Prüfstrom in der Schaltung 26 in dem Augenblick, in dem der jeweilige analoge Schaltkreis A bzw. B bzw. C bzw. D bzw. E bzw. F aktiviert wird. Ein Ende jedes der Widerstände 95 bis

ίο 100 ist über die Leitung 43 an die Bezugsspannung 16 angeschlossen. Die Dioden 101 bis 106 sind mit ihren Anoden an das virtuelle Erdpotential auf der Leitung 44 angeschlossen, so daß ein analoger Summierpfad zwischen dem Bezugspotential 16 und dem Erdpotential geschaffen wird.

Die analoge Schaltung A führt also im aktivierten, d. h. im stromdurchlässigen Zustand den gleichen Strom, wie er in der Schaltung 26 in dem Augenblick fließt, in dem die Prüfspannung 22 den Wert 89' erreicht hat, bei dem der Komparator 86 anspricht. Die analoge Schaltung B führt im aktivierten Zustand den Strom, der in der Schaltung 26 im Augenblick des Ansprechens des Komparators 83 fließt. Entsprechend führen die analogen Schaltungen C bis F im aktivierten Zustand jeweils den Strom, der in der Schaltung 26 gerade im Augenblick des Ansprechens des entsprechenden Komparators 84 bzw. 83 bzw. 82 bzw. 81 fließt An die Kathoden der Dioden 101 bis 106 sind die Kathoden von Dioden 110 bis 1IS und 120 bis 125 angeschlossen.

Die Anoden der Dioden HO bis 115 sind jeweils an den Ausgang Q des zugehörigen Flip-Flops 88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93 angeschlossen, und die Anoden der Dioden 120 bis 125 sind jeweils über eine Leitung 127 bzw. 128 bzw. 129 bzw. 130 bzw. 131 bzw.

132 an die entsprechende Ausgangsleitung 33 bzw. 34 bzw. 35 bzw. 36 bzw. 37 bzw. 38 der Register-Steuerschaltung 20 angeschlossen. Jeder der analogen Schaltkreise A bis F ist dann aktiviert, wenn sich die beiden zugehörigen Dioden UO und 120 bzw. Ul und 121 bzw. 112 und 1122 bzw. 113 und 123 bzw. 114 und 124 bzw. 115 und 12Si im nichtleitenden Zustand befinden. Andernfalls befindet sich der jeweilige analoge Schaltkreis A bzw. B bzw. C bzw. D bzw. E bzw. F im nichtleitenden Zustand, da die entsprechende Diode 101 bzw. 102 bzw. 103 bzw. 104 bzw. 105 bzw. 106 in Sperrichtung mit einer Vorspannung beaufschlagt ist Die Dioden 110 bis 115 sind jeweils leitend, wenn der Ausgang Q des zugehörigen Flip-Flops 88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93 mit »L« belegt ist, andernfalls

so nicht leitend. In ähnlicher Weise ist jede der Dioden 120 bis 125 leitend, wenn die jeweilige Anode mit einem »L« belegt ist, und nicht leitend, wenn die jeweilige Anode mit »0« belegt ist

Die analogen Schaltungen A bis Fwerden also in der Reihenfolge aktiviert in der die Signale bzw. Spannungen auf den Ausgangsleitungen 33 bis 38 der Register-Steuerschaltung 20 jeweils von »L« auf »0« übergehen, sofern in dem zugehörigen Flip-Flop 88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93 gerade die logische Größe »0« gespeichert ist So wird der analoge Schaltkreis A aktiviert, wenn das Signal bzw. die Spannung auf der Ausgangsleitung 33 auf »0« übergeht und im Flip-Flop 88 zu diesem Zeitpunkt die logische Größe »0« gespeichert ist

Wenn das unbekannte, analoge Eingangssignal U beispielsweise eine Spannung von 5,0 Volt ist dann ergibt sich ein Eingangssignalstrom von 5,0/Λ«, (Ampere). In dem Augenblick, in dem der Komparator 86

seinen Zustand ändert, fließt ein Prüfstrom von 5,0/2/?,_n=2,5//?;„(Ampere). Der Prüfstrom ist also genau halb so groß wie der maximale Eingangssignalstrom.

Da der Eingangssignalstrom größer als der Prüfstrom ist, erscheint in dem Augenblick, in dem der Komparator 86 das logische Signal »0« abgibt, am Ausgang 56 des !Comparators 54 das Signal entsprechend der logischen Größe »0«. Da am Eingang D des Flip-Flops 88 das Signal »0« in diesem Augenblick anliegt, wird das Ausgangssignal »0« des !Comparators 54 fest in das Flip-Flop 88 eingespeichert. Die Diode 110 ist nicht leitend, da am Ausgang Q des Flip-Flops 88 das Signal »0« erscheint Mit dem Übergang des Signals bzw. der Spannung in der Ausgangsleitung 33 von »L« auf »0« geht auch die Diode 120 in den nichtleitenden Zustand über.

Mit der Sperrung der Diode 120 wird der analoge Schaltkreis A stromdurchlässig (aktiviert). Da der Spannungsabfall an den Dioden 101 bis 106 vernachlässigbar klein ist, fließt in einem aktivierten analogen Schaltkreis A bzw. B bzw. C bzw. D bzw. E bzw. F ein Strom entsprechend der Bezugsspannung 16 und dem Widerstand 95 bzw. 96 bzw. 97 bzw. 98 bzw. 99 bzw. 100, welcher also im analogen Schaltkreis A maximal eine Größe von 10,0/4 Ri_n=2,5/R_in (Ampere) hat. Dieser Strom ist genauso groß, wie der Strom in der Schaltung 26 in dem Augenblick, in dem auf der Ausgangsleitung 33 der Register-Steuerschaltung 20 das Signal bzw. die Spannung von »L« auf »0« übergeht, also das Steuersignal 81' abgegeben wird.

Wenn also die logische Größe »0« im Flip-Flop 88 fest eingespeichert ist, wird durch den analogen Schaltkreis A ein Strom von 2,5/R,„ (Ampere) subtrahiert Wenn die Prüfspannung 22 den Wert 90' (-2,5 Volt) erreicht geht das Signal bzw. die Spannung auf der Ausgangsleitung 34 auf »0« über (Steuersignal 92'). Der Prüfstrom beträgt zu dieser Zeit 1,25/R_in (Ampere). Da der analoge Schaltkreis A infolge der Einspeicherung der logischen Größe »0« im Flip-Flop 88 aktiviert bleibt, wird von dem Eingangssignalstrom insgesamt ein Strom von 2^//?ή,+ 1^5/Α/_π=3,75/Λ,_π (Ampere) abgezogen. Dieser ist kleiner als der maximale Eingangssignalstrom von 5/Rin (Ampere), der dem erläuterten Beispiel zugrunde gelegt wurde. Folglich erscheint am Ausgang 56 des !Comparators 54 das logische Signal »0«, welches fest in das Flip-Flop 89 eingespeichert wird. Es wird daher der analoge Schaltkreis B aktiviert und ein Strom von 10/8Ä,v,= 1,25//?;„ (Ampere) subtrahiert, welcher genauso groß wie der Prüfstrom im Augenblick des Ansprechens des (Comparators 85 ist In ähnlicher Weise wird die logische Größe »0« in alle übrigen Flip-Flops 90 bis 93 fest eingespeichert und werden die analogen Schaltkreise Cbis Fjeweils aktiviert, um einen entsprechend kleineren Strom von dem im erläuterten Beispiel zugrunde gelegten, maximal möglichen Eingangssignalstrom zu subtrahieren. Folglich ist am Ende des Umsetzungszyklusses in allen Flip-Flops 88 bis 93 jeweils die logische_Größe »0« eingespeichert, und zeigen die Ausgänge Q die komplementäre, größtmögliche, binäre digitale Größe »LLLLLL« an.

Nunmehr sei angenommen, daß das unbekannte, analoge Eingangssignal 11 einer Spannung geringfügig größer als 3,125 Volt entspreche. Der Eingangssignalstrom ist also etwas größer als 3,125//?,„ (Ampere). Wenn die Prüfspannung 22 den Wert 89' (-5 Volt) passiert, schlägt das Ausgangssignal bzw. die Ausgangsspannung des !Comparators 86 von »L« auf »0« um (Steuersignal 81'). Der Prüfstrom beträgt in diesem Augenblick 2,5/R,„ (Ampere), die also kleiner als der Eingangssignalstrom. Es wird daher, wie oben beschrieben, im Flip-Flop 88 die logische Größe »0« fest eingespeichert und der analoge Schaltkreis A aktiviert.
Der noch nicht von der Umsetzung eriaLSte Strom beträgt somit 3,125/R_1n-2,5//?;„=0,625/R_in (Ampere). Wenn die Prüfspannung 22 den Wert 90' (-2,5 Volt) erreicht, geht der Komparator 85 von »L« auf »0« über (Steuersignal 82'). Der Prüfstrom beträgt in diesem

ίο Augenblick 1,25/Ri_n (Ampere) und ist also größer als der noch nicht umgesetzte Strom. Damit ändert sich die Polarität des Stromes in der Leitung 47, und am Ausgang 56 des Komparator 54 erscheint das logische Signal »L«. Folglich wird die Diode 111 leitend und verursacht sie eine Sperrung der Diode 102. Eine Aktivierung des analogen Schaltkreises B unterbleibt daher.

Schließlich erreicht die Prüfspannung 22 den Wert 91' (-1,25 Volt), so daß der Komparator 84 von »L« auf »0« umschaltet (Steuersignal 83'). Der noch nicht umgesetzte Eingangssignalstrom beträgt weiterhin etwas mehr als 0,625//?,·„ (Ampere). Der Prüfstrom beträgt in diesem Augenblick 0,625//?/,, (Ampere) und ist also etwas kleiner als der noch nicht umgesetzte Eingangssignalstrom. Folglich wird im Flip-Flop 90 die logische Größe »0« fest eingespeichert und der analoge Schaltkreis C aktiviert.

Erreicht die weiterlaufende Prüfspannung 22 den Wert 92' (-0,625 Volt), dann spricht der Komparator 83 an (Steuersignal 84'). Der verbleibende, noch nicht umgesetzte Eingangssignalstrom ist jedoch sehr klein. Daher wird, wie mit Bezug auf den analogen Schaltkreis Äoben beschrieben, im Flip-Flop 91 die logische Größe »L« fest eingespeichert, und der analoge Schaltkreis D bleibt inaktiv, da seine Diode 104 gesperrt bleibt. Mit dem Weiterlaufen der Prüfspannung 22 wiederholt sich der gleiche Vorgang in bezug auf die Flip-Flops 92 und 93, da der noch nicht umgesetzte Eingangssignalstrom jeweils kleiner als der Prüfstrom beim Ansprechen des Komparators 82 bzw. 81 (Steuersignal 85' bzw. 86') ist Im Register 42 ist also die binäre, digitale Größe »0L0LLL« gespeichert, und an den Ausgängen Q— der Flip-Flops 88 bis 93 erscheint die binäre, digitale Größe »L0LOOO«, welche das analoge Eingangssignal U darstellt.

Das Ausgangssignal des Komparators 81, welches dem niedrigstwertigen Bit zugeordnet ist, wird über eine Leitung 138 einem Ausgang 139 zur Kontrolle dessen zugeführt, ob der Umsetzungszyklus beendet ist Ist dies

so der Fall, dann Hefen der Ausgang 139 ein Signal entsprechend der logischen Größe »0«.

Der Summierungsverstärker 46, der im einzelnen in F i g. 3 wiedergegeben ist, arbeitet im wesentlichen als Funktionsverstärker mit dem Verstärkungsgrad 1. Im normalen Betrieb ist der Gegenkopplungswiderstand — wenn man annimmt, daß eine der Dioden 140 und 141 im Gegenkopplungskreis leitend ist — genauso groß wie der Eingangswiderstand 13, da die beiden Teilwiderstände 142 und 143 zusammen so groß (Ri_n) wie der Eingangswiderstand 13 sind. Wenn jedoch das Steuersignal 86' vom Komparator 81 abgegeben wird, dann wird diese Information über eine Leitung 145 zu einem Schalter 146 übertragen, durch den ein Widerstand 148, der mit seinem einen Ende zwischen den beiden Gegenkopplungswiderständen 142 und 143 liegt an ein Bezugspotential 147, zum Beispiel das Erdpotential, angeschlossen wird. Wenn dies geschieht, erlangt der Verstärker 46 einen Verstärkungsgrad von 32, da der

größere Teil des Gegenkopplungsstromes über den relativ kleinen Widerstand 148 der Größe RJfA abgeleitet wird, was zu winer Erhöhung des Verstärkungsgrades führt. Anstelle des in Fig.3 darges'.ellten mechanischen Schalters kann jeder andere schnei! genug arbeitende Schalter, wie z. B. ein Schalttransistor, verwendet werden.

Die beiden Dioden 140 und 141 sind von solcher Beschaffenheit, daß sie erst stromdurchlässig werden, wenn in Durchlaßrichtung eine Schwellspannung von etwa 0,3 Volt vorhanden ist. Wenn das Eingangssignal des Summierungsverstärkers 46 so klein ist, daß sich die Ausgangsspannung im Bereich zwischen ±0,3 Volt bewegt, sind beide Dioden 140 und 141 nichtleitend. Das bedeutet, daß der Gegenkopplungskreis des Summierungsverstärkers 46 praktisch geöffnet ist bzw. einen unendlich hohen Widerstand hat. In diesem Betriebsfall wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers 46 sehr groß. Daher wird, während das Eingangssignal des Verstärkers 46 klein bleibt, seine Ausgangsspannung zunehmend größer, bis sie schließlich einen Wert erreicht, bei dem — je nach der Polarität der Ausgangsspannung — die eine der Dioden 140 und 141 stromdurchlässig wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Ausgangsspannung des Summierungsverstärkers 46 für fast alle Eingangssignale den Wert ± 0,3 Volt annimmt.

Der Verstärker 46 arbeitet also in den meistei Betriebszuständen mit einer Verstärkung 1:1, mi einem Verstärkungsgrad von 32, nachdem das niedrigst wertige Bit des zu ermittelnden, digitalen Ausgangssi gnals des A/D-Umsetzers 10 festgestellt ist, und mi einer sehr hohen Verstärkung, wenn die Ausgangsspan nung im Bereich von ±03 Volt liegt Dies ist erkennba aus Fig.4, die den Verlauf des Verstärkungsgrade! zeigt. Man erkennt einen sehr steilen Kurvenzug in Bereich des praktisch geöffneten Rück- bzw. Gegen kopplungskreises und einen mit der Steigung
verlaufenden Kurvenzug im Bereich des geschlossene) Rück- bzw. Gegenkopplungskreises. Der Oberganj liegt bei dem zugrunde gelegten Diodentyp bei etwi ±0,3 Volt.

Der beschriebene A/D-Umsetzer kann mit einen weiteren A/D-Umsetzer gleicher Art in Kaskadenschal tung betrieben werden. In diesem Fall arbeitet de Verstärker 46 der ersten Stufe mit einem Verstärkungs grad von 32 und das Fehleniignal, das über eine Leitunj 51 an einem Ausgang 52 erscheint, hat die Funktion de unbekannten, analogen Eingangssignals U für dii zweite Stufe. Es wird in gleicher Weise in eine digital· Größe umgewandelt, wie oben beschrieben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. A/D-Umsetzer, bei welchem das digitale Ausgangüsignal durch schrittweise Näherung an das unbekannte, analoge Eingangssignal erzeugt wird, mit einem Register zur Speicherung einer digitalen Größe, welche bei Ende der Umsetzung das digitale Ausgangüsignal darstellt, mit einem Hilfs Umsetzer zur Erzeugung eines analogen Ausgangssignals entsprechend der im Register jeweils gespeicherten, digitalen Größe, mit einem Differenzkomparator zur Abgabe eines die Differenz zwischen dem unbekannten, analogen Eingangssignal und dem analogen Ausgangssignal des an das Register angeschlossenen Hilfs-Untersetzers hinsichtlich des Vorzeichens charakterisierenden Ausgangssignals zur Steuerung des Registers, und mit einer Register-Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die analog arbeitende Register-Steuerschaltung (20) mit einem Prüfsignal (22, 88') nach Art einer Sägezahnspannung zur Abgabe mehrerer aufeinanderfolgender, diskreter Steuersignale (81' bis 86'} jeweils bei einem bestimmten Prüfsignalwert (89' bzw. 90' bzw. 91' bzw. 92' bzw. 93' bzw. !M') beaufschlagbar ist, daß der Differenzkomparator (13,14,26,44,45,47,46,54) zur Abgabe eines die Differenz zwischen dem analogen Eingangssignal (U) einerseits und dem jeweiligen, analogen Ausgangssignal des Hilfs-Umsetzers (41) sowie dem jeweiligen Prüfsignalwert andererseits hinsichtlich des Vorzeichens charakterisierenden Ausgangssignals zusätzlich mit dem Prüfsignal (22, 88') beaufschlagbar ist, und daß das mit den Steuersignalen (81' bis 86') beaufschlagbare Register (42) unmittelbar mit dem Ausgang (56) des Differenzkomparators (13,14, 26, 44,45,47,46, 54) verbunden ist, so daß das jeweilige Ausgangssignal desselben beim Eintreffen eines Steuersignals (81' *o bzw. 82' bzw. 83' bzw. 84' bzw. 85' bzw. 86') an der diesem zugeordneten Stelle im Register (42) gespeichert wird.

2. A/D-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Register-Steuerschaltung « (20) mehrere in Reihe geschaltete, nach Zweierpotenzen gestaffelte, an einer bestimmten Bezugsspannung (16) liegende Widerstände (66 bis 60) und Komparatoren (86 bis 81) aufweist, welche jeweils mit einem Eingang (79 bzw. 78 bzw. 77 bzw. 76 bzw. 75 bzw. 74) an den zugehörigen Widerstand angeschlossen sind, am zweiten Eingang mit dem Prüfsignal (22, 88') beaufschlagbar sind und bei Gleichheit der Eingangsspannungen ein Steuersignal (81' bzw. 82' bzw. 83' bzw. 84' bzw. 85' bzw. 86') abgeben.

3. A/D-Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Register (42) mehrere Stufen (88 bis 93) und der nachgeschaltete Hilfs-Umsetzer (41) entsprechend viele analoge ^M Schaltkreise (A bis F) aufweist, welche jeweils einer Register-Stufe (88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93) zugeordnet und gesondert zur Abgabe eines analogen, der Wertigkeit der zugehörigen Register-Stufe (88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93) entsprechenden Ausgangssignals aktivierbar sind.

4. A/D-Umsetzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Register (42) in jeder Stufe ein Flip-Flop (88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93) mit zwei Eingängen (CP und D) und einem Ausgang (Q) aufweist, wobei die beiden Eingänge (CPund D)jeweils mit der Register-Steuerschaltung (20) bzw. mit dem Ausgang (56) des Differenzkomparators (13, 14, 26, 44, 45, 47, 46, 54) und der Ausgang (Q) mit dem zugehörigen, analogen Schaltkreis (A bzw. B bzw. C bzw. D bzw. £bzw. F) des Hilfs-Umsetzers (41) verbunden sind.

5. A/D-Umsetzer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder analoge Schaltkreis (A bzw. B bzw. C bzw. D bzw. E bzw. F) des Hilfs-Umsetzers (41) eine Summierdiode (101 bzw. 102 bzw. 103 bzw. 104 bzw. 105 bzw. 106) und einen damit in Reih*: geschalteten Widerstand (95 bzw. 96 bzw. 97 bzw. 98 bzw. 99 bzw. 100) aufweist, wobei die Summierdiode (101 bzw. 102 bzw. 103 bzw. 104 bzw. 105 bzw. 106) zur Aktivierung des jeweiligen, analogen Schaltkreises (A bzw. 5 bzw. Cbzw. Dbzw. i; bzw. F) in den leitenden Zustand ist

6. A/D-Umsetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Summierdiode (101 bzw. 102 bzw. 103 bzw. 104 bzw. 105 bzw. 106) durch zwei Steuerdioden l[l 10 und 120 bzw. 111 und 121 bzw. 112 und 122 bzw. 1113 und 123 bzw. 114 und 124 bzw. 115 und 125) umschaltbar ist, von denen eine mit der zugehörigen Stufe des Registers (42) bzw. dem Ausgang (Q) des Flip-Flops (88 bzw. 89 bzw. 90 bzw. 91 bzw. 92 bzw. 93) derselben und die andere mit der Register-Steuerschaltung (20) verbunden ist

7. A/D-Umsetzer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (95 bis 100) der analogen Schaltkreise (A bis F) des Hilfs-Umsetzers (41) nach Zweierpotenzen gestaffelt sind.

8. A/D-Umsetzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzkomparator aus einer Verküpfungsschaltung (13, 14, 26, 441,, 45, 47) besteht und einen mit deren Ausgangssignal beaufschlagten Verstärker (46) aufweist

9. A/D-Umsetzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker (46) zur Stromsummierung ein Komparator (54) zur Abgabe eines logischen Signals entsprechend dem jeweiligen Ausgangssignal des Verstärkers (46) nachgeschaltet ist

10. A/D-Umsetzer nach Anspruch 13 oder 9, dadurch gekennzeichnet daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers (46) nach dem Ende jeder Umsetzung erhöhbar ist

11. A/D-Umsetzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers (ΊΙ6) bei Abfall seines Ausgangssignals unter einen bestimmten Grenzwert erhöhbar ist

12. A/D-Unisetzer nach Anspruch 8,9,10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (46) über Widerstünde (142, 143) rückgekoppelt ist so daß ein Verstä.rkungsgrad gleich 1 gewährleistet ist

13. A/D-Unrisetzer nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Widerständen (142,143) eine Shuntleitung (147, 148) abgeht, welche durch einen vom letzten Steuersignal (86') der Register-Steuerschaltung (20) gesteuerten Schalter (146) anschaltbar ist

14. A/D-Umsetzer nach Anspruch 12 oder 13 in Verbindung mit Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (142,143) mit zwei Dioden (140 und 141) in Reihe geschaltet sind, deren Anode

und Kathode mit der Kathode bzw. Anode der jeweils anderen Diode verbunden sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen A/D-Umsetzer der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung.

Derartige A/D-Umsetzer sind bekannt Dabei ist eine digital arbeitende Register-Steuerschaltung mit mehreren logischen Schaltgliedern, nämlich mehreren UND-Gattern und einem von mehreren Flip-Flops gebildeten Binärzähler bzw. Schieberegister vorgesehen. Die Register-Steuerschaitung wird mit Taktsignalen beaufschlagt, welche dem Binärzähler bzw. Schieberegister und einem einem Differenzkomparator nachgeschalteten UND-Gatter zugeführt werden, welches ausgangsseitig mit einer Reihe von UND-Gattern verbunden ist, von denen jedes ausgangsseitig mit einem zugehörigen Flip-Flop eines Registers zur Speicherung einer digitalen Größe, welche bei Ende der Umsetzung das digitale Ausgangssignal darstellt, und mit dem zweiten Eingang mit dem Ausgang des zugehörigen UND-Gatters des Binärzählers bzw. des zugehörigen Flip-Flops des Schieberegisters verbunden ist, welcher Ausgang darüber hinaus an einen weiteren Eingang des jeweils folgenden Flip-Flops des Registers angeschlossen ist. Jedem dieser Flip-Flops ist ein Analogschalter in einem Hilfsumsetzer zur Erzeugung eines analogen Ausgangssignals entsprechend der im Register jeweils gespeicherten, digitalen Größe zugeordnet, wobei des· Hilfsumsetzer weiterhin ein Widerstandsleiternetzwerk aufweist, das an die mit einer bestimmten Bezugsspannung beaufschlagten Analogschalter angeschlossen und ausgangsseitig mit einem Eingang des Differenzkomparators verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem unbekannten, analogen Eingangssignal beaufschlagt ist

Ein solcher A/D-Umsetzer funktioniert derart, daß ein Flip-Flop im Register nebst zugehörigem Analogschalter im nachgeschalteten Hilfsumsetzer nach dem anderen eingeschaltet wird, und zwar beginnend mit dem dem höchstwertigen Bit der zu speichernden, bei Ende der Umsetzung das digitale Ausgangssignal darstellenden Größe zugeordneten Flip-Flop, wobei das Widerstandsleiternetzwerk eine entsprechende Spannung abgibt, welche im Differenzkomparator mit dem unbekannten, analogen Eingangssignal verglichen wird, dessen Ausgangssignal dann, wenn letzteres größer als die Vergleichsspannung ist, das erwähnte Flip-Flop des Registers und den zugehörigen Analogschalter eingeschaltet läßt, andernfalls jedoch wieder umschaltet Dieser Schritt wird so oft wiederholt, wie das Register Flip-Flops aufweist, deren Zustände schließlich also das unbekannte, analoge Eingangssignal repräsentieren und somit das äquivalente, digitale Ausgangssignal des A/D-Umsetzers darstellen (D. F. H ο e s c h e 1 e, »Analog-to-Digital/Digital-to-Analog Conversion Techniques«, Seiten 8 und 9 sowie Seiten 385 bis 392, veröffentlicht bei John Wiley & Sons, Ine, 1968).

Bei A/D-Umsetzern mit digitaler Steuerung sind der bauliche Aufwand, der Leistungsbedarf und die Größe vor allem nachteilig, und häufig ist auch die Zuverlässigkeit nur gering, und ferner ergeben sich oft ernste Probleme des Rauschens beim analogen Eingangssignal, was zumindest eine verminderte Genauigkeit zur Folge haben kann. Insbesondere das geschilderte, probeweise Setzen und gegebenenfalls Löschen von Bits im Register erfordert auch eine relativ aufwendige Steuerung, welche darüber hinaus mit einem Taktsigrul von außen beaufschlagt werden und außerdem W-zögerungsglieder enthalten muß, so daß die Umsei-Zungsgeschwindigkeit nicht allzu hoch sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen A/D-Umsetzer der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung zu schaffen, bei welchem vor allem die geschilderten Nachteile vermieden sind. Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen A/D-Umsetzers sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet

Der erfindungsgemäße A/D-Umsetzer vermittelt

insbesondere die sich aus der genannten Aufgabenstellung ergebenden Vorteile. Darüber hinaus ist eine Kaskadenschaltung mehrerer erfindungsgemäßer A/D-Umsetzer in vorteilhafter Weise möglich, um eine entsprechend größere Auflösung des unbekannten, analogen Eingangssignals zu erzielen. Der im Differenzkomparator vorgesehene Verstärker geht nicht in den Sättigungszustand über, so daß Verzögerungen für das Zurücklaufen des Verstärkers aus dem Sättigungsbereich vermieden sind.

Nachstehend ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen A/D-Umsetzers anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild, F i g. 2 ein detaillierteres Schaltbild,

F i g. 3 Einzelheiten des Summierungsverstärkers,

Fig.4 den funktioneilen Verlauf des Verstärkungsfaktors des Summierungsverstärkers und

Fig.5 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Funktionsabläufe in der analogen Register-Steuerschal tung.

Gemäß Fig. 1 wird ein unbekanntes analoges Eingangssignal 11 einem Eingang 12 des A/D-Umsetzers 10 zugeführt Der Eingang 12 ist über einen Eingangswiderstand 13 der Größe R,„ an einen Verknüpfungspunkt 14 angeschlossen. Die unbekannten Eingangssignale sind unipolare, positive Gleichspannungen, von einer beispielsweise zu erwartenden Variationsbreite zwischen 0 und 5 Volt. Über einen zweiten Eingang 17 wird eine Bezugs spannung 16 eingespeist, die über Leitungen 18 und 19 einer analogen Register-Steuerschaltung 20 zugeführt wird. Die Bezugsspannung 16 ist eine negative, unipolare und genau bekannte Gleichspannung. Die Polarität der Bezugsspannung 16 ist vorzugsweise

so entgegengesetzt zu der Polarität des unbekannten Eingangssignals. Hierin wird jedoch lediglich eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung gesehen. Bei dem zu erläuternden Ausführungsbeispiel ist eine Bezugsspannung 16 von —10 Volt aus einer kompen sierten Gleichspannungsquelle vorgesehen.

Ein dritter Eingang 23 ist mit einer Prüfspannung 22 .beaufschlagt, deren Spitzenwert größer als die halbe Bezugsspannung 16 ist In dem gewählten Ausführungsbeispiel ist er also größer als 5 VoIi. Die Prüfspannung 22 ist eine Sägezahn- oder Kippspannung, d. h. eine Spannung, die sich als Funktion der Zeit verändert und somit ihre sämtlichen möglichen Werte durchläuft

Mitids einer schematisch angedeuteten Schaltung 26 wird ein bekannter Prüfstrom zu bestimmten Zeitpunk ten von dem unbekannten Eingangssignalstrom am Verknüpfungspunkt 14 subtrahiert. Die Schaltung 26 enthält einen Widerstand 27 der Größe 2 R_in der zwichen den Verknüpfungspunkt 14 und einen Verknüp-