DE2143523C3 - Analog-Digital-Umsetzer - Google Patents
Analog-Digital-UmsetzerInfo
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Description
Integrator die Differenzspannung aus der Bezugs spannung und der unbekannten Eingangsspannung. Bei
einem vorgegebenen Integralwert ändert der nachge
schaltete Differenzverstärker sprungartig die Pulantat
seiner Ausgangsspannung, so daß die im Rückführnetz s werke angeordnete Diode sperrt. Dadurch ist die
Zufuhr der Bezugsspannung unterbrochen. Es beginnt die Abintegrationszeit. Während dieser Zeit integrier!
der Integrator nur das analoge Eingangssign·<!. .Somit ist
die Steigerung de·, Verlaufs der Imegratorspannung ig
sowohl bei der Auf- als auch bei der Abintegrjtiori ion
der Eingangsspannung abhängig. De, Dignjiweri der
Eingangsspannung kann deshail nur durch die Messung der beiden Integrationszenen b-.-s. it-.t werden die
nach einer angegebenen Ki-.he-iv.or -■-rifi miteinander is
zu verknüpfen sind. Diese auf«. ·.' ■„· Rechnung wird
mit einem Digitalrechner uur c tunrt.
Die Aufgabe der rrfim ...<g besieht dann, ei'.e im
Vergleich zu den be .unten Anordnungen emlaehere
Schaltungsanordnung;... jgeben.
Ausgehend von einem A/D-Umsetzer tier eingangs
genannten Art. wird diese Aufgabe dadurch gelöst dlli
der Eingang des Integrators mit eine,· uas fkvugssignal
liefernden Quelle dauernd verbunden ist. und daß während der Aufintegritionszeit ein Schalter das
umzusetzende Analogsigr al und em dem Bezugssignal belragsmäßig mindestens gleich großes und entgegengesetzt
gepoltes Koinpensationssignal an den Eingang
des Integrators anlegt
Gemäß der Erfindung ist der Eingang des Integrators ^o
ständig mit dem Bezugssignal verbunden Der Vorteil dieser Maßnahme besteht dann, daß am Eingang des
Λ/D-Umsetzers nur noch ein einziger Ein/ Aus-Schalter
erforderlich ist. der das Analogsignal wahrend der Meßzeit an den Integratoreingang legt. Auf den
wesentlich komplizierter aufgebauten ind auch teure
ren Umschalter, der abwechselnd das Analog- oder Bezfgssignal an den Eingang schaltet, sowie die hier/u
erforderliche Auswahlschaltung kann daher verzichtet werben. Zur Kompensation des Bezugssignals, oas
während der Meßzeit vom umzusetzenden Analogsignal subtrahiert wird, wird erfindungsgemäß ein dem
Bezugssigrial gleich großes und entgegengehe'./? gepoltes
Kompensationssigna! verwendet. Das Kompensatioiissignal
wird während der Meßzeit zusammen mn dem Analogsignal an den Eingang des integrators
gelegt, wo es das Bezugssignai kompensiert, so daß dt
Integrator am Ende der Meßzeit ein nur das umzusetzende ivießanalogsigna! entsprechenden
Zeitintegralwert liefert.
Das Bezugssignal, das auch nach Ablauf der
Abintegrationszeit allein am Eingang des Integrators anliegt, zwingt den Integrator in den Pausen, die
zwischen zwei Meßzyklen liegen, in die Begrenzung. Diese Tatsache wird in vorteilhafter Weise dazu 5ς
benutzt, ein definiertes Ausgangspotentiai zu schaffen. von dem aus der Integrator in die Aufintegration
zurückgeht.
Bei einer bevorzugten A us füh rungs form des Frfin·
dungsgegenstandes, der speziell zur Umsetzung von Analogsignalen beliebiger Polarität geeignet st. wird
das Kompensationssignal betrafsmäßig im einen vorgeschriebenen Wert größer als das ßerugssignal
gewählt In di'-ser Ausführungsform dient das Kompensationssignal
nicht nur zur Kompensation des Bezugssignals, sondern es wird darüber hinaus auch noch dazu
benutzt, den Nullpunkt des Umsetzers zu verschieben. beispielsweise in die Mitte des Gesamtbereichs. Eine
zusätzliche Umsehalteinnchiung. die je nach Jem
Vorzeichen des Analogsignals ein positives odcf
negatives Bezugssignai fur die Vergleichsmessung
auswählt, ist nicht erforderlich
Ein Ausführungsbeispiel des eriiitdungsgeniaLien
AD-Umsetzers wird an Hand der f ig 7 erläutert Dc
im Blockschaltbild dargestellte AD-Umsetzer besteht
aus einem Analogteil nut einem integrierenden Verstar
ker 5 und einem Komparator 9 sowie aus einem
Digitaliei! 10 mit Impulsgeber. Zahler. Speicher uiul
Anzeigeleid. Auf die Darstellung der Baugruppen des
Digitaheils. das fur derartige ·\ I) I mseizcr bekannt ist
Würde ver/ichtei, du Sie mehl zum Sersmniini·. des
Anmeidurigsgegenstarnics nötig \s\
Der Verstärker 5 ist ein konventioneller Gleichstromverstärker
mit kapazitiver Gegenkopplung vom Aus gang 8 auf den Eingang 6 über emei. Kondensat >r 7 Der
Verstarker hat die negative V erstarku:^' - V'. Das
analoge Eingangssignjl. ζ B. eine G.L.ehspannung ( /
beliebiger Polantat, ode ein Signal, das sitii relativ
langsam ändert, wird an J- Eingangsktemme I des
Umsetzers gelegt und durch tier- f ingangsv» iderstand 2
in einen analogen Emgangssm-m // gewandelt. Der
umzusetzende Eingangssirom // gelang! zusammen m.i
dem von einer Stromquelle 3 gelieferten negativen itrom. dem Kompensationssirum /\. durch einen
Sch.liter S an den Eingang 6 des Verstärkt >
Der Schalter ist vorzugsweise ein Halbleiterschalter, der
vom Digiialteil 10 betätigt wird. Dem Ausgang 8 des
Verstärkers 5 ist ein K. .mparator 9 nachgeschaltet, der
die -ViSgangsspannung des Verstärkers mn einer
Referenzspannung I κ vergleicht und einen ImpuK
erzeugt wenn die Ausg.mgsspannung des Verstärkers in
einer vorgegebenen K.thtung den Pegel der Referenz
spannung überschreitet.
Vor Ablauf der Umsetzung ist der Schalter ^geöffnet
In den Eingang des Verstärker· 5 Hießt dauernd der von
einer Stromquelle 4 gelieferte positive Bezugsstrom Ip. wodurch seine Ausgangsspannung auf einen durch Ip
vorgegebenen negativen Wert festgehalten wird. In du ,cm Zustand verharrt der Verstärker so lange, bis
senern Eingang ein negativer Strom zugeführt wird.
Der Ablauf Jer Umsetzung finde: folgendermaßen stall Auf Cjrund eines SiartbeFehls des Impulsgebers irrt
Digitaheil IO wird eine Messung ausgelöst. Dieser
Staribelehl schließt den Schalter S Gleichzeitig werden Zählimpulse des Impulsgeber auf den Zähler gegeben.
Der Zähler erfüllt jetzt zusammen mit dem Impulsgeber
die Γ-unk'N.n tines Zeitgebers fu; die Schließzeit des
Schalters .'». Wahrend dieser Zeil der Aufintegrationszeit.
f.ießt in den Verstarkereingang cn negativer
Summenstrom, der sich zusammensetzt aus dem positiven Bezugsstrom Ip. beispielsweise + 100 μΑ. dem
negativen Kompensji.uii^n.m ,\. he:i pfeife?'?
- 200 μΑ. und dem Eingangsstrom //. der dem
gewählten Meßbereich entsprechend kleiner als ± JOO (.A sein soll. Vom Strom /\ dienen — 100 μ A zur
Kompensator; des Bezugssiromes Ip. Der verbleibende
Betrag von -ΙΟΟμΑ wird zur NullpunktveisL^u iunp
des Urnsetzers verwendet. Der nega'ive Eingarv ·<
>π; bewirkt.daß die Ausgangsspannungdes Versunken 5 .-.
positive: Richtung sagezahnförnug ansteigt Nach
Ablauf der Aufintegraiiunszei*. während der de- /al.!er
eine bestimmte vorgegebene Anzahl von Zahiinipulsen
abgezählt hat, wird der Schalter S »eöffnet * end
gleichzeitig der Zähler die Impulszählung w.c.c rn"
Null beginnen kann. In den Eingang des integrierender'
Verstärkers fließt jetzt nur noch der positive Meieren/
strom und seine Ausgangsspannung geht in den
negativen Rücklauf, die Abintegration, über. Sobald die Ausgangsspannung die Referenzspannung Ur von
positiven Werten her kommend unterschreitet, gibt der Komparator 9 einen Impuls ab und der Digitalteil
unterbricht die Impulszählung. Die Anzahl der bis zu
diesem Zeitpunkt in den Zähler eingelaufenen Impulse
ist der Meßgröße Ie proportional. Sie kann jetzt im
Anzeigefeld ziffermäßig angezeigt werden.
Da der Bezugsstrom weiterhin in den Verstärker
fließt, nimmt seine Ausgangsspannung wieder den negativen Wert an, der zu Beginn der !Messung
vorhanden war. Von dieser Ruhestellung aus kann eine
neue Umsetzung eingeleitet werden:
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Analog-Dig.tal-Umsetzer mit einem Integrator. Bei der praktischen Ausführung derartiger A/D-Um-
auf den das umzusetzende Analogsigna! zur Bildung 5 setzer werden im allgemeinen kapazitiv ruckgekoppelte
eines Zeitintegralwertes über eine bestimmte Zeit Gleichstromverstärker fur die Integration eingesetzt,
aufgeschaltet wird, und bei dem anschließend der Die Arbeitsweise eines derartigen A/D-Umsetzers wird
Zeitintegralwert durch ein auf den Integrator an Hand der Fig. 1 erläutert.
geschaltetes Bezugssignal wieder bis auf den Der Umsetzer besteht im wesentlichen aus einem
Anfangswert abintegriert wird, sowie mit einem io Integrationsverstärker, der beispielsweise ein Rechen-Impulszähler,
der die von einem Impulsgeber verstärker mit kapazitiver Gegenkopplung sein kann,
abgegebenen Impulse für die Dauer der Abinte- und der abwechselnd von dem umzusetzenden Analoggrationszeit
zählt, dadurch ge kennzeich- signal und von einem festen Bezugssignal beaufschlagt
net, daß der Eingang (6) des Integrates (5) wird. Die Umschaltung besorgt ein elektronischer
dauernd mit einer das Brzugssignal (fr) liefernden 15 Schalter. Zu Beginn der Umsetzung verbindet der von
Quelle (4) verbunden ist und daß während der einem Steuerwerk betätigte Umschalter den Verslar-Aufintegrationszeit
ein Schalter (S)das umzusetzen- kere-gang mit dem Analogsignal. Gleichzeitig wird
de Analogsignal (fr) und ein dem Bezugssignal über ein Gatter eine feste Impulszahl in den Zähler
betragmaßig mindestens gleich großes und entge- eingezahlt. Diese impulszahl definiert eine Zeitspanne
gengesetzt gepoltes Kompensa'ionssignal (In) an 20 (Meßzeit), während der das Analogsignal auf den
den Eirgart (6) des Integrators anlegt. Integrationsverstärker geschaltet ist. Die Ausgangs
2. Analog-Digital-Umsei/er nach Anspruch 1, zur spannung des Integrationsverstärkers entspricht am
Umsetzung-on Analogsignalen beliebiger Polarität. Ende der Meßzeit dem Zeitintegralwert des Analogdadurch
ge(.ennzeichnet. daß das !Compensations- signals. Anschließend erfolgt die Umschaltung des
signal (ls) betragsmäßig um einen vorgegebenen 25 Verstärkereingangs auf ein Be/ugssignal m:t entgegen
Wert größer als das Bezugssignal (fr) ist, derart, daß gesetzter Polarität. Der Integ/ationsverstärker wird
dieser Wert den Nullpunkt de<, Umsetzers ver- nunmehr mit diesem Signal so lange beaufschlag!, bis
schiebt. se;n Anfangswert zu Beginn der Meßzeit erreicht isi
Der Zeitpunkt für den Eintritt dieses Zustandes wird
jo z. B. von einem Komparatorverstärker durch Vergleich
mit einer gesonderten Referenzspannung festgestellt. Während dieser Abintegrationszeit (Vergleicbszeit)
Die Erfindung bezieht sich au. einen Analog-Digital- wird eine entsprechende Zahl von Impulsen in den
Umsetzer mit einem Integrato.. auf den das umzuset- Zähler eingegeben. Ist am Ende der Vergleichszeit die
/ende Analogsignal zur Bildung eines Zeitintegral- 35 Ausgangsspannung wieder erreicht, so veranlaßt die
wertes über eine bestimmte Zeit aufgeschaltet wird und schnell ansteigende Ausgangsspannung des Kompabei
dem anschließend der Zeitintegralwert durch ein auf ratorverstärkers die Abschaltung des Integrationsverden
Integrator geschaltetes Bezugssignal wieder bis auf stärkers von dem Bezugssignal. Der sich nach der
den Anfangswert abintegriert wird, sowie mit einem Ve.Jeichszeit ergebende Zählt .-stand ist ein digitales
Impulszähler, der die von einem Impulsgeber abgegebe- 40 Maß für das umzusetzende Analogiignal. Damit der
nen Impulse für die Dauer der Abintegrationszeit zählt. Umsetzer in aufeinanderfolgenden Meßzeiten arbeiten
Ein derartiger Umsetzer kann zum Messen von kann, wird der Speicherkondensator des Integrators vor
elektrischen Spannungen oder Strömen verwendet jedem Meßzyklus entladen. Das geschilderte Verfahren
werden. Dabei entspricht der Zählerstand am Ende des funktioniert wie gesagt nur dann fehlerfrei, wenn der
Meßintervalls der gemessenen analogen Größe in 45 Anfangswert und der Endwert des Integratorverdigitaler
Form. stärkers exakt gleicn ist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digital- Die bisher bekannten Umsetzer mit zweimaliger
Umsetzer, im folgenden als A/D-Umsetzer bezeichnet. Integration benöcigen im Meßteil einen elektronischen
der nach dem an sich bekannten Verfahren der Umschalter, der an den Integrator abwechselnd zwei
Auf-Ab-Integration arbeitet. Ein nach diesem Verfahren 50 verschiedene Eingangssignale schaltet. Bei Umsetzern,
arbeitender Umsetzer ist beispielsweise in der deut- die Analogsignale mit beiden Polaritäten verarbeiten
sehen Auslegeschrift 12 58 453 beschrieben. Bei diesem sollen, ist zusätzlich noch eine aufwendige Umschaltmit
zweimaliger Integration arbeitenden Umsetzer wird einrich:ung erforderlich, die je nach dem Vorzeichen
z. B. e:"c unbekannte Analugspauriurig cnie bcaiimmic des AnalogSigüais ein positives ouor negauvea Bc/-.ugb-Zeit
iang integriert. Die Integratorausgangsspannung 55 signal für die Vert?!eichsmessung auswählt,
steigt linear an und erreicht einen der unbekannten Aus der DT-C , 20 37 886 ist bereits ein nach dem
steigt linear an und erreicht einen der unbekannten Aus der DT-C , 20 37 886 ist bereits ein nach dem
Analogspannung zugeordneten Wert. Dann wird eine Prinzip der Auf-Ab-Integration arbeitender A/D-Um-Bezugsspannung
von entgegengesetzter Polarität inte- setzer bekannt. Dieser Umsetzer arbeitet mit einem
griert, bis die nun linear abfallende Integrator-Aus- Integrator mit Differenzeingängen, bei dem das
gang^spannung ihren Anfangswert wieder erreicht. 60 umzusetzende analoge Eingangssignal ständig am
Während der Integration dei Bezugsspannung werden invertierenden Eingang anliegt. Der zweite nichtinver-Taktimpulse
zur M -ssung der Zeit und damit zur tierende Eingang ist durch ein aus Widerständen und
digitalen Darstellung der Größe der unbekannten Dioden bestehendes Rückführnetzwerk mit dem Aus-Analogspannung
auf eiiicr. Zähler gegeben. Von den gang eines dem Ausgang des Integrators nachgeschaltevielen
bekannten Umsetzverfahren ist das Verfahren 65 ten Differenzverstärker verbunden, so daß eine aus der
der Auf-Ab-Integration gegen äußere Störeinflüsse auf Ausgangsspannung des Differenzverstärkers abgeleite-Grund
seines besonderen Prinzips relativ unempfind- te Bezugsspannung dem Integrator steuerbar zugeführt
lieh. Die erzielbare Meßgenauigkeit dieses Umset/ver- wird. Während der Aufintegrationszeit integriert der
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19712143523 DE2143523C3 (de) | 1971-08-31 | Analog-Digital-Umsetzer |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2143523A1 DE2143523A1 (de) | 1972-10-26 |
DE2143523B2 DE2143523B2 (de) | 1977-02-17 |
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