DE2114141A1 - Analog-Digital-Umsetzer mit einem integrierenden Verstaerker nach dem Mehrfach-Rampen-Verfahren - Google Patents
Analog-Digital-Umsetzer mit einem integrierenden Verstaerker nach dem Mehrfach-Rampen-VerfahrenInfo
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- DE2114141A1 DE2114141A1 DE19712114141 DE2114141A DE2114141A1 DE 2114141 A1 DE2114141 A1 DE 2114141A1 DE 19712114141 DE19712114141 DE 19712114141 DE 2114141 A DE2114141 A DE 2114141A DE 2114141 A1 DE2114141 A1 DE 2114141A1
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Description
21HH1
Dr. Hartmut Grützediek, Dipl.-Phys., 4952 Hausberge
Joachim Scheerer, Dipl.-Phys., 671 Frankenthal
Analog-Digital-Umsetzer mit einem integrierenden Verstärker nach
dem Mehrfach-Rampen-Verfahren.
Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Umsetzer nach dem Mehrfach-Äampen-Verfahren mit einem als Integrator heschalte teη
Verstärker, der einen Strom I (Spannung U1) kontinuierlich integriert,
und der zusätzlich in konstanten Zeitabständen mit Hilfe eines Schwellwertschalters, eines Impulsgenerators, mehrerer
Impulszähler, einer Logikschaltung, eines bistabilen Gliedes und Schaltern für bestimmte Zeitintervalle mit einem von zwei
Strömen I2 und I„ (Spannungen ll„ und U„) verbunden wird.
Derartige Umsetzer können beispielsweise zum digitalen Messen elektrischer Ströme, Spannungen und Widerstände (Einsatz bei digitalen
Volt- und Muliiimetern, Prozeßrechnern usw.) verwendet
werden. Der Stand des ImpulsZählers, der für die Bildung der
Summe der Zeitintervallängen benutzt wird, entspricht dabei nach Ablauf der vorgegebenen Anzahl dieser Intervalle dem digitalisierten
Wert der gemessenen analogen Größe.
Es ist bekannt, für diese Aufgaben Integratoren zu verwenden, bei denen jedoch das Eingangssignal zeitweise weggeschaltet werden
muß (deutsche Patentschriften Nr. 1 258 453, 1 288 632,
1 295 629, 1 150 537). Ein Anwendungsfall (deutsche Patentschrift
Nr. 1 289 10l) kommt zwar ohne diesen Nachteil aus, dafür muß aber eine lange Zeit gewartet werden, bis der nach einem iterativen
Verfahren erhaltene digitale Wert der gewünschten Genauigkeit entspricht. Bei einem Sprung des EingangsStroms von Null auf
2/3 des wegen der Konvergenzbedingung dieses Verfahrens maximal erlaubten Stromwertes benötigt man beispielsweise bei einer rela-
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tiven Meßgenauigkeit von 10 eine unerwünscht lange Zeit, in der man nach anderen, gleich lange integrierenden Verfahren bis zu 20 Messungen hütte durchführen können, gleiche Impulsgeneratorfrequenz vorausgesetzt. Zudem erfordern alle erwähnten Verfahren
tiven Meßgenauigkeit von 10 eine unerwünscht lange Zeit, in der man nach anderen, gleich lange integrierenden Verfahren bis zu 20 Messungen hütte durchführen können, gleiche Impulsgeneratorfrequenz vorausgesetzt. Zudem erfordern alle erwähnten Verfahren
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~2~ 2.1 HUI
(die obigen deutschen Patentschriften) einen sehr hohen Aufwand bei dem Integrator und dem Schwellwertschalter, um zur gewLmsehten
Auflösung des Digital-Analog-Umsetzers eine entsprechende Linearität zu erhalten. So müßte bei einer Meßzeit von 1 see und
einem Integrator mit einer Linearität von 10~ bis zu einer Aussteuerung
von maximal 5V am Ausgang der zugehörige Schwellwertschalter Spannungsänderungen von weniger als 5 \iY/\isec folgen.
Alle diese Verfahren schließen in der angegebenen Form eine zeit lich lückenlose Registrierung des zu digitalisierenden Stroms
aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, a.) die Anforderungen zu verringern. , die alle oben erwähnten Verfahren an Integratorlinearität
und Schwellwertschalterempfindlichkeit stellen, b.) eine schnellere Konvergenz des Digitalisierungsprozesses als die
des Verfahrens der deutschen Patentschrift Nr. 1 289 101 bei einem
großen Sprung der 3ingangsgröße zu erreichen, c.) das lüJingangsstromintegral
ohne durch den Meßvorgang erzwungene Pausen zeitlich lückenlos zu registrieren und d.) mit analogen Sehaltern
auszukommen, die nur konstante Analogsignale zu schalten haben im Gegensatz zu den Verfahren der deutschen Patentschriften
Nr. 1 288 632, 1 295 629 und 1 150 537.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der analoge
Strom I einem Integrierverstärker kontinuierlich zugeführt
wird, zwei in Serie geschaltete Impulszähler ständig die Impulse eines Impuls generators zählen, bei jedem Überlauf des^ ersten Impulszählers
ein bistabiles Glied in seine eine stabile Lage gebracht wird und es erst dann in seine andere Stellung gesetzt
wird, wenn a.) der Schwellwertschalter umspringt, oder wenn b.) der erste Impuls aus dem Impulsgenerator nach dem Umspringen des
Schwellwertsehalters eintritt, ersteres (a.) wenn der zweite Impulszähler
einen bestimmten .seiner N möglichen Zählzustände eingenommen hat, letzteres (b.\ in allen anderen Fällen, das bistabile
Glied in einer seiner beiden Lagen denjenigen der beiden Ströme unterschiedlicher Polarität I„ oder I„ über zugehörige
Schalter zusätzlich zum Strom I. aufintegrieren läßt, der der
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_ 3 —
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augenblicklichenSte11ung des !Comparators entspricht, und daß
der Wert W, der gleich der Summe der bei einem Durchlauf des zweiten ImpulsZählers auftretenden Zeitintervallängen, während
denen zusätzlich zum Strom I der Strom I0 aufintegriert wird,
abzüglich der Summe der beim gleichen Durchlauf des zweiten Impulszählers auftretenden Zeitintervalle ist,, während denen zusätzlich
zum Strom I. der Strom I0 aufintegriert wird, bei ge-
1 ο
eigneter Zuordnung der Ströme I0 und I0 zu jeweils einer der
Ci O
beiden Schwellwertsclialterstellungen, und bei geeigneter relativer
Größe der Ströme I0 und I0 zum Strom I. nach wenigen
Durchläufen des zweiten Impulszählers konstant bleibt.
Die Erfindung ist dadurch weitergebildet, daß die Ströme I„ und
I0 von gleichem Betrage und konstant sind, das bistabile Glied M
jeweils beim Überlauf des ersten Impulszählers in die Lage gesetzt wird, bei der sich einer der beiden Schalter in leitendem
Zustand befindet, und der Wert W spätestens nach wenigen Durchläufen
des zweiten Impulszählers stets proportional dem Verhältnis des Stroms I zum Strom I0 ist.
1 Ct \
Zur Erfassung des Wertes des Verhältnisses des Stroms I zum
Strom I„ ist die Erfindung derart ausgestaltet, daß die Impulse
des Impulsgenerators während der zusätzlichen Aufintegration des ^
Stroms ID zum Strom I in Vorwärtsrichtung in einen Vor-Rück-Im-
Ct 1
pulszähler eingezählt werden, die Impulse des Impulsgenerators
während der zusätzlichen Aufintegration des Stroms I0 zum Strom ν
I. in Rückwärtsri clit ung in den Vor-Rück-Impuls Zählers eingezählt ™
werden, der Vor-Rück-Impulszähler jeweils nach einem Durchlauf
des zweiten Impulszählers im Zeitintervall zwischen zwei zusätzlichen Aufintegrationen irgend eines der Ströme I0 oder I„ zum
Strom I1 als Zählzustand den Wert V hat, den man, falls gewünscht,
zu einer Meßwertverarbeitungseinrichtung weiterleiten kann, der Vor-Rück-Impulszähler vor oder mit Beginn der nächsten, zusätzlichen
Aufintegration eines der Ströme I0 oder I0 zum Strom I.
Ci ύ 1
Null gesetzt wird, und der Wert V dem Wert W und damit dem Verhältnis
des Stroms I zum Strom I0 proportional ist.
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Weitere Nutzungsmöglichkeiten bietet die Ausgestaltung des Grundverfahrens dergestalt, daß der Strom I sich als Summe
eines zu digitalisierenden Stroms I und eines Stroms I zusammen
setzt, das bistabile Glied jeweils beim überlauf des
ersten Impulszählers in die Lage gesetzt wird, bei der sieh einer
der beiden Schalter in leitendem Zustand befinden, der Wert W spätestens nach wenigen Durchläufen des zweiten Impulszählers
konstant bleibt.
Durch weitere Ausgestaltung, insbesondere durch Wahl eines genügend
großen, positiven Stroms I erreicht man durch die zuletzt beschriebene Summation der Ströme I und I zur Bildung
des Stroms I , daß der Strom I. stets positive Polarität besitzt.
Ip sei derjenige-der beiden Ströme Io und I„,der von negativer
Polarität ist« Das Verfahren ist dann derart weitergebildet, daß die Impulse des Impulsgenerators während der zusätzlichen Aufintegration
des Stroms In zum Strom I. in einen weiteren, dritten
CJ 1
Vorwärtszähler eingezählt werden, dieser Vorwärtszähler jeweils
nach einem Durchlauf des zweiten Impulszählers im Zeitintervall zwischen zwei zusätzlichen Aufintegrationen des Stroms I„ zu der
des Stroms I., als Zählzustand den Wert U hat, den man, falls erforderlich,
zu einer Meßwertverarbeitungseinrichtung weiterleiten kann,der dritte Vorwärtszähler vor oder mit Beginn der nächsten
zusätzlichen. Aufintegration des Stroms I2 zu der des Stroms
I auf den Wert - Ν·Τ·Ι /lo gesetzt wird (T ist die Zähllänge
1 C a
des ersten ImpulsZählers, N ist die Zähllänge des zweiten Impulszählers),
und der Wert U spätestens nach wenigen Durchläufen des zweiten Impulszählers stets proportional dem Verhältnis des
Stroms I zum Strom In ist.
e d,
e d,
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere im Folgenden: a.) die Anforderungen an Integratorlinearität und
Schwellwertschalterempfindlichkeit sind erheblich reduziert worden.
So kann bei der unten besprochenen Ausfülirungsform unseres
Verfahrens der Schwellwertschalter hundertmal unempfindlicher sein bei gleicher Integratoraussteuerung, bzw. braucht der Integrator
nur auf ein Hundertstel des bei allen eingangs erwähnten Verfahren notwendigen Wertes ausgesteuert werden, gleiche An-
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S -
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sprüche an den Schwellwertschalter vorausgesetzt, b.) Es wird
eine schnellere Konvergenz des Digitallsierungsprozesses als bei dem Verfahren der deutsehen Patentschrift Nr. 1 289 101 erreicht,
bei dem man beispielsweise, um bei einem Sprung des Eingangsstroms von Null auf 2/3 des Wertes des für Konvergenz dieses
Verfahrens maximal erlaubten Stroms eine relative Genauigkeit von 10 zu erreichen, eine Zeit benötigt, in der man nach
der später besprochenen Ausführungsform unseres Verfahrens etwa
20 Messungen durchführen kann, während nach unserer Erfindung spätestens die zweite Messung nach dem Sprung eine viel höhere,
relative Genauigkeit als 10 besitzt, c.) Das Eingangsstromintegral wird ohne durch den Meßvorgang erzwungene Pausen zeitlich
lückenlos registriert, d«) Im Gegensatz zu den Verfahren
der deutschen Patentschriften Nr. 1 150 537, 1 288 632 und
1 295 629 benötigt unsere Erfindung analoge Sehalter, die nur konstante Analogsignale zu schalten haben.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen und dreier Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen
Fig. l ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 ein Hilfsdiagramm zur mathematischen Erklärung,
Fig. 3 u. 4 Blockschaltbilder zweier weiterer Ausführungsbeispiele.
Aus der Fig. 1 kann man erkennen, daß der analoge Strom I1 kontinuierlich
einem Integrierverstärker (lO) zugeführt wird, zwei in Serie geschaltete Impulszähler (ll) und (l2) ständig die Impulse
eines Impulsgenerators (17) zählen, bei jeden Überlauf des ersten Impulszählers (ll) ein bistabiles Glied (18) in seine eine
stabile Lage gebracht wird und es erst dann mit Hilfe einer Logikschaltung
(23) in seine andere Stellung gesetzt wird, wenn a.) der Schwellwertschalter (16) umspringt, oder wenn b.) der erste
Impuls aus dem Impulsgenerator (17) nach dem Umspringen des Schwellwertschalters (16) eintritt, ersteres a.) wenn der zweite
Impulszähler (l2) den letzten seiner N möglichen Zählzustände eingenommen hat, letzteres b.) in allen anderen Fällen. Wir betrachten
den Fall, daß das bistabile Glied (l8) immer in der Lage einen der beiden Schalter (14) oder (15) leitend macht, die es nach
jedem Überlauf des ersten Impulszählers (ll) einnimmt, d. h.
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während der Zeiten t. .·γ in Fig. 2, wobei der Beginn eines sol-
3 K
chen Zeitintervalls t. ^'Tt wie oben besehrieben, durch den Überlauf
des ersten Impulszählers (ll) festgelegt ist. Die Information, welcher der beiden Schalter (14) oder (15) in den leitenden
Zustand versetzt wird, entnimmt die die Schalter (14) und (15) über Gatter ansteuernde Logikschaltung (23) dem Stand des
Schwellwertschalters (l6) im Moment des Überlaufs des ersten Impulszählers (ll). Erklärung der eingeführten Größen: y ist die
Zeitda'^r einer Periode des Impulsgenerators; t. ν·γ ist die Zeitdauer
der zusätzlichen Aufintegration eines der Ströme I2 oder
zusätzlich zum Strom I bei der k-ten Messung und dem Stand j des zweiten Impulszählers (l2) mit dem Wertebereich 0 ^t. ,^T für
1 ί j i N, t. , = ganze Zahl für 1 £ j * N und trt , ist definiert
3 iK ^ υ,κ
als tn , = tM v .; T ist die Anzahl der Zählzustände des ersten
K) 1 JC Ei 1JC — X
Impulszählers (ll). Das Diagramm von Fig. 2 gibt die Idtegratoraus
gangs spannung als Funktion der Zeit bei einem negativen Strom
I und dem hierfür während der Zeitintervalle t. , benötigten
1 J »κ
positiven Strom I3 wieder. Die Abszisse schneidet bei dieser Darstellung
die Ordinate in Höhe der Schwellwertspannung des Schwellwertschalters (16). Die Schwellwertspannung kann beliebig gewählt
werden und darf langsam gegenüber der Analog-Digital-Umsetzer-Meßfolge
driften, sollte aber in etwa so gewählt werden, daß der Integrator (lO) je nach vorkommendem Strom I gut ausgenutzt werden
kann, beispielsweise bei wechselndem Vorzeichen des Stroms I ungefähr bei Null Volt. U. . sei die Differenz zwischen Integra-
J fκ
torspannung und Schwellwertspannung zu Beginn des Zeitintervalls
torspannung und Schwellwertspannung zu Beginn des Zeitintervalls
t. ,. Es lassen sich dann mit Hilfe der oben angegebenen Bedingungen
für das Umschalten des bistabilen Gliedes (l8) folgende
Gleichungen bzw. Ungleichungen formulieren:
(A): U1" - i f (I3 + I1) dt <? 0 für 1 ^ j * N,
• U * T
1 k
(B): üi k - I ' (Ia + V) dt ^ 0 für 1 ί j O1
(B): üi k - I ' (Ia + V) dt ^ 0 für 1 ί j O1
(c>: UN,k -5 j (I3 + Ji) dt = °-
0 209840/0928
_7_ -21UW
Aus den Gleichungen (A) und (B) und aus der Ganzzahligkeit von
t^k folgt:
ü·
(D): t.. = entier ( £ ·?*-£- + l) für 1 έ j ^ H
Ji11 τ 3 1
(Erklärung: entier (x) ist die größte ganze Zahl, die kleiner gleich χ ist.)
Die gesuchte Größe W, ist die Summe über N der t. ,:
·**■ i —1 " '
Diese Summe läßt sich abschätzen durch die Summe
N
Rk = Τ ' Σ s. . mit
Rk = Τ ' Σ s. . mit
I1
S4 ν = * (sj_i,k - T) für 1 ^ j ^ N und sQ^
S4 ν = * (sj_i,k - T) für 1 ^ j ^ N und sQ^
das ist die Summe der Aufintegrationszeiten γ · s. . des Stroms
J »K I3 zusätzlich zum Strom I1, die man erhielte, wenn das Ende der
Zeitintervalle t. . *y in allen N Stellungen des zweiten Impuls-Zählers
(12) durch das Umspringen des Sehwellwertschalters (16) bestimmt würde anstatt, wie bei der Definition der Zeitintervalle
γ ' t. , festgelegt, in nur einer der N Stellungen. Es
3 »K
gilt
gilt
Es genügt also zur Berechnung des Grenzwertes von W, den Grenzwert
von R, zu ermitteln. Aus der obigen Definition von R. und
s. k (geometrische Reihe) folgt für JlJ ^ jlo/2| und sign I =
- sign Ig:
- - T * i;und damit
ak = - r · ν - τ . ii .
Man erhält also letztlich eine Konvergenz der digitalen Größe
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- s - 21UU1
I1
W, gegen den Wert - y · N · T · γ— (Eine Betrachtung über die Schnelligkeit der Konvergenz folgt weiter unten).
W, gegen den Wert - y · N · T · γ— (Eine Betrachtung über die Schnelligkeit der Konvergenz folgt weiter unten).
Wählt man dann noch in dem betrachteten Ausführungsbeispiel
(Fig. l) die Ströme I„ und I3 von gleichem Betrage und benutzt
zum Messen der Zeiten γ · t. , einen Vor-Rück-Zähler (l3)r der
J »K ■ beim Überlauf des zweiten Impulszählers (12) Null gesetzt wird
und der die Pulse des Impulsgenerators (l7) während der zusätzlichen
Aufintegration des Stroms I2 zum Strom I in Vorwärtsrichtung
und während der zusätzlichen Aufintegration des Stroms
I3 zum Strom I. in Rückwärtsrichtung einzählt, so ist der Zählerstand
vor dem Nullsetzen gleich __k und kann von einer Me ß-
wertverarbeitungseinriehtung (20) übernommen werden. Ein positiver
Wert von W1 entspricht dann einem im Mittel positivenT
Strom I1. Nach Konvergenz des Prozesses ist dann W,=yΊϋ·Τ'—τ—
ι κ ±2
mit automatisch richtigem Vorzeichen.
Abschätzung des Konvergenzverhaltens: Die oben beschriebene Ausführungsform
des Digital-Analog-Umsetzers sei so verwendet, daß - gjlol^ ^i * + g-j Io| ist - Direkt bei Beginn der ersten Messung
springe der Strom I vom Wert 0 auf den Wert + 4· | I3J · Ferner
sei N = 100 und T = 3 · 10 . Dann ergibt sich aus der Gleichung für Rk:
' \N TI,
daß Ro = R00(l - 10 ), d. h. auch beim ungünstigsten, vorkommenden
Eingangsspannungssprung ist der Fehler bei der zweiten Messung vernachlässigbar klein.
Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig.3) ermöglicht
es r ohne Verwendung eines Vor-Rück-ImpulsZählers (13) (Fig. l)
auszukommen. Der Strom I wird hierbei als Summe aus dem zu digitalisierenden
Strom I und einem Strom I zusammengesetzt. Der
Strom I ist derart gewählt, daß der Strom I. stets die gleiche
^ 1
(z. B. positive) Polarität besitzt, und der Strom I2 von zum
Strom I1 entgegengesetzter (z. B. negativer) Polarität ist. Das
bistabile Glied (l8)Wird bei diesem Ausführungsbeispiel genau
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wie beim zuerst beschriebenen gesetzt, wobei das bistabile Glied jetzt nur einen Schalter (l4) steuert, der hierbei immer beim
Überlauf des ersten Impulszählers (ll) in den leitenden Zustand gebracht wird. Die Impulse'des Impulsgenerators (l7) werden während
der zusätzlichen Auf Integration des Stroms I0 zti der des
Stroms I in einen vorwärtszählenden Impulszähler (22) eingezählt,
und der Impulszähler (22) wird jeweils zu Beginn eines Durchlaufs des zweiten Impulszählers (l2) auf den Wert - N · T ·
jl / !„J gesetzt. Nach einem Durchlauf des zweiten Impulszählers
(l2) im Zeitintervall zwischen zwei zusätzlichen Aufintegrationen
des Stroms I0 zu der des Stroms I hat der Zählzustand des Impulszählers
(22) einen Wert X, den man, falls erforderlich, zu einer Meßwertverarbeitungseinrichtung (20) weiterleiten kann. Ersetzt man in der Berechnung des ersten Ausführungsbeispiels, um
sie auch für das zweite anwenden zu können, die Größe W durch X + NT Jl / IJ und I durch Iß + I , so ergibt sich, daß der
Wert X spätestens nach wenigen Durchläufen des zweiten Impulszählers
(l2) stets proportional dem Verhältnis des Stroms I zum Strom I0 ist. Statt des Impulszählers (22), der beim Wert - Ν·Τ*
Jl /iJ zu zählen beginnt, läßt sich bei Übereinstimmung der Polaritäten
des Stroms I und des Stroms I auch ein Impulszähler (26) (Fig. 4) verwenden, der statt dessen vom Wert Null an zählt,
und während eines Durchlaufs des zweiten Impulszählers (12) beim erstmaligen Erreichen des Wertes NT(I / Ij über eine erweiterte
Logikschaltung (24) noch einmal Null gesetzt wird.
Ist der Variationsbereich des Stroms I so groß vorgegeben, daß
sich bei wachsender Betragsgröße des Stroms I wegen der Anfor-
derungen an die Konstanz dieses Stroms I die oben angegebene Bedingung
der gleichbleibenden Polarität von I nur schwer erfüllen läßt, so ist die in Fig. 3 beschriebene Ausführungsform der Erfindung
leicht derart zum dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) zu erweitern, daß man auch den Strom I und zudem einen weiteren
Strom - I über je einen Schalter zuführt und denjenigen dieser beiden Ströme kontinuierlich zum Strom I addiert, dessen Vorzeichen
dem des Stroms I gleicht. Man kann auch, wie in Fig. 4 dargestellt, den Strom + I immer fließen lassen und statt des
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2.1 UUl
Stroms - I den Strom - 21 über einen Schalter (25) zugeben.
Man braucht dann wie beim zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel (Fig. l) zum zusätzlichen Aufintegrieren bei der nun
auch erlaubten, anderen Polarität von I. noch einen.weiteren,
über einen Schalter (l5) zuschaltbaren Strom -I2* Die Information, welcher der beiden Schalter (14) oder (l5) durch das
bistabile Glied (l8) in den leitenden Zustand versetzt wird, entnimmt die die Schalter (l4), (15) und auch (25) über Gatter
ansteirrnde Logikschaltung (24) zu Beginn einer Messung beim Überlaufimpuls des zweiten Impulszählers (l2) aus der Tatsache,
ob bei der letzten Messung, d. h. seit dem letzten Überlauf des zweiten Impulszählers (l2), der Impulszähler (26) wenigstens
einmal den Wert N_· T · I / I0 erreicht hat oder nicht. Wenn
ja, so läßt die Logikschaltung (24) auch für die Dauer der nächsten Messung, d. h. bis zum nächsten überlauf des zweiten
Impulszählers (l2), denselben Schalter (l4) oder (l5) durch das bistabile Glied (l8) betätigen wie bei der letzten Messungj
wenn nicht, so gibt die Logikschaltung (24) für die Dauer der nächsten Messung jeweils den anderen der beiden Schalter (l4)
oder (l5) zur Betätigung durch das bistabile Glied (l8) frei. Der Schalter (25) wird hierbei so geschaltet, daß er dauernd
leitet, wenn zum zusätzlichen Aufintegrieren zum Strom I derjenige
der beiden Ströme I2 oder -I2 von gleicher Polarität wie
I verwendet wird. Entsprechend wie beim zweiten Ausführungs— beispiel kann man auch hier am Ende einer Messung aus dem Impulszähler
(26) den Wert X in die Meßwertverarbeitungseinrieh— tung (20) übertragen. Dieser Wert X ist spätestens nach wenigen
Durchläufen des zweiten Impulszählers (12) stets proportional dem Verhältnis des Stroms I zum Strom I0. Das Vorzeichen von
I läßt sich aus der Stellung von Sehalter (25) entnehmen.
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Claims (5)
1. Analog-Digital-Umsetzer nach dem Mehrfach-Rampen-Verf ahren
mit einem als Integrator beschalteten Verstärker, der einen
Strom I (Spannung U ) kontinuierlich integriert, und der zusätzlich,
in konstanten Zeitabständen mit Hilfe eines Schwellwertschalters, eines Impulsgenerators, mehrerer Zähler einer Logikschaltung,
eines bistabilen Gliedes und Schaltern für bestimmte Zeitintervalle mit einem der beiden Ströme I„ oder I„
verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß der analoge Strom
I einem Integrierverstärker (lO) kontinuierlich zugeführt wird,
zwei in Serie geschaltete Impulszähler (ll) und (l2) ständig die
Impulse eines Impulsgenerators (l7) zählen, bei jedem Überlauf
des ersten Impulszählers (ll) ein bistabiles Glied (18) in seine eine stabile Lage gebracht wird und es erst dann in seine andere
Stellung gesetzt wird, wenn a.) der Schwellwertschalter (l6) umspringt, oder wenn b.) der erste Impuls aus dem Impulsgenerator
(l7) nach dem Umspringen des Schwellwertschalters (l6) eintritt, ersteres (a.) wenn der zweite Impulszähler (l2) einen bestimmten
seiner N möglichen Zählzustände eingenommen hat, letzteres (b.) in allen anderen Fällen, das bistabile Glied (l8) in einer seiner
beiden Lagen denjenigen der beiden Ströme unterschiedlicher Polarität I„ oder I„ über zugehörige Schalter (14) oder (15) zusätzlich
zum Strom I. aufintegrieren läßt, der der augenblicklichen
Stellung des !Comparators entspricht, und daß der Wert W, der gleich der Summe der bei einem Durchlauf des zweiten Impulszählers
(l2) auftretenden Zeitintervallängen, während denen zusätzlich zum Strom I der Strom I„ aufintegriert wird, abzüglich
der Summe der beim gleichen Durchlauf des zweiten Impulszählers (l2) auftretenden Zeitintervalle ist, während denen zusätzlich
zum Strom I der Strom I3 aufintegriert wird, bei geeigneter Zuordnung
der Ströme In und I0 zu einer der beiden SchwellwertschalterStellungen,
und bei geeigneter relativer Größe der Ströme I0 und I„ zum Strom I. nach wenigen Durchläufen des zweiten Impulszählers
(l2) konstant bleibt.
2. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ströme I„ und I3 von gleichem Betrage und konstant
sind, das bistabile Glied (l8) jeweils beim Überlauf des ersten
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— 1ύ —
Impulszähler» (ll) in die Lage gesetzt wird, bei der sieh, einer
der beiden Schalter (l4) ode:r (lS) in leitendem Zustand befinden,
und der Wert W spätestens nach wenigen Durchlaufen des zweiten
Impulszähler« (l2) stets proportional dem Verhältnis des Stroms
I zum Strom I2, ist.
3. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch; Zx dadurch gekennzeichnet,
daß die Impulse des Impuls generators {lT) während dter- zusätzlichen
Auf integration des Stroms I^ zrum Strom I ita Vorwärts
richtung in einen Vor-Rück-Impulszähler (13) eingezahlt werden,
die Impulse des Impulsgenerators (IT) während der zusätzlichen
Auf integration des Stroms I„ zum Strom I in Rückwärtsrichtung
in den Vor—Rück—Impulszähler (l3) eingezählt werden, der
Vor-Rüek—Impulszähler (lS) jeweils naett einem Durchlauf des zweiten
Impulszählers (12) im Zeitintervall zwischen zwei zusätzlichen Auf Integrationen irgend-'elnes der Ströme I0 oder I„ zum Strom I
tu ο 1
als Zählzustand den Wert V hat, den man, falls gewünscht, zu einer
Meßwertverarbeitungseinrichtung (20) weiterleiten kann, der Vor-Rüek- Impuls zähler (l3) vor oder mit Beginn der nächsten, zusätzlichen
Aufintegration eines der Ströme I0 oder I0 zum Strom I.
dl O 1
Null gesetzt wird, und der Wert V dem Wert W proportional ist.
4. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strom I. sich als Summe des Stroms I und eines
1 e
Stroms I zusammensetzt, das bistabile Glied (l8) jeweils beim
Überlauf des ersten Impulszählers (ll) in die Lage gesetzt wird, bei der sich einer der beiden Schalter (l4) oder (l5) in leitendem
Zustand befinden, und der Wert W spätestens nach wenigen Durchläufen des zweiten Impulszählers. (12) konstant bleibt.
5. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch.4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strom I1 stets positive Polarität besitzt, der Strom
I„ von negativer Polarität ist, die Impulse des Impulsgenerators
(l7) während der zusätzlichen Aufintegration des Stroms I2 zu der
des Stroms I in den Vorwärtszähler (22) eingezählt werden, der
Vorwärtszähler (22) jeweils nach einem Durchlauf des zweiten Impulszählers
(l2) im Zeitintervall zwischen zwei zusätzlichen Auf-
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• _ 13"_ 2114U1
Integrationen des Stroms I0 zu der des Stroms I als Zählzustand
den Wert U hat, den man, falls erforderlich, zu einer Meßwertverarbeitungseinriehtung
(20) weiterleiten kann, der Vorwärtszähler (22) vor oder mit Beginn der nächsten zusätzlichen Aufintegration
des Stroms I0 zu der des Stroms I auf den Wert -Ν·Τ*Ι /lo gesetzt
wird, und der Wert U spätestens nach wenigen Durchläufen des Impulszälilers (l2) stets proportional dem Verhältnis des
Stroms I zum Strom I„ ist.
1 'j 1J H ^ .J / 0 9 ? B
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