DE2223387C3 - Doppelt integrierender Analog-Digital-Umsetzer - Google Patents

Description

Integratorschaltung den ersten Pegel erreicht, eine Hilfsspannung integriert, deren Polarität der des Bezugssignals entgegengesetzt ist

Während erfindungsgemäß nur eine hochstabile Bezugsspannung erforderlich ist, benötigt der in der Druckschrift »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Band 11, Nr. 4, September 1968, Seiten 386 und 387, beschriebene Analog-Digital-Konverter dagegen zwei sehr stabile Bezugsspannungen der gleichen Polarität Die erfindungsgemäß vorgesehene Hilfsspaunung, deren Polarität der der stabilen Bezugsspannung entgegengesetzt ist, ist dagegen unkritisch. Bei der bekannten Schaltung ist ferner die Verwendung eines Differentialverstärkers in der Integratorschaltung erforderlich, während erfindungsgemäß ein einfacher Eingangsverstärker, d. h. ein hochstabiler Verstärker mit Eingangsunterbrecher, verwendet werden kann.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Umsetzer;, und

F i g. 2 ein Diagramm von Spannungen als Funktion der Zeit für verschiedene Punkte in dem Umsetzer gemäß Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 leitet ein automatischer oder manueller Impulsgeber 1 den Umsetzzyklus durch Übermittlung eines Impulses (Diagramm a in Fig.2) zu einem bistabilen Multivibrator 2 ein, der dann eingestellt wird (Diagramm b in F i g. 2) und über eine in der Figu - nicht dargestellte bekannte Treiberschaltung einen Kontakt 3 schließt. Dieser Impuls stellt auch einen Zähler 4 auf Null. Wenn der Kontakt 3 geschlossen wird, wird mit dem Eingang einer Integratorschaltung 6 eine Hilfsspannungsquelle 5 verbunden. Gleichzeitig wird mittels eines Umschalters 7 eine Quelle 8 für das umzusetzende Analogsignal mit dem Eingang der Integratorschaltung 6 verbunden. Aus dem Diagramm c in Fig.2 ist zu erkennen, wie das Ausgangssignal aus der Integratorschaltung 6 während des lntegrierens von einem Ausgangswert V₀ sich gegen einen ersten Pegel VV ändert, der dem Pegelschwellwert in einer Pegelvergleichsschaltung 9 gleich ist Die Hilfsspannung ist so hoch gewählt daß die Änderung selbst dann schnell erfolgt wenn das Analogsignal eine außerordentlich kleine Amplitude hat

Gerade izr.r., wenn das Ausgangssignal der Integratorschaltung 6 den Pegelschwellwert kreuzt liefert die Vergleichsschaltung (Diagramm d in F i g. 2) einen Signalsprung, der den Multivibrator 2 zurückstellt Der Kontakt 3 wird dadurch geöffnet, so daß das Analogsignal während einer ersten Zeitspanne von vorbestimmter Länge allein integriert wird. Der erwähnte Signalsprung (Diagramm d in Fig.2) wird auch dem einen der Eingänge eines UND-Gatters 10 übermittelt, dessen zweiter Eingang mit einem Impulsgenerator 11 verbunden ist so daß nun die Übermittlung von Impulsen zum Zähler 4 (Diagramm e in Fig.2) beginnt Am Ende des ersten Zeitintervalls ist der Zähler 4 voll, und das Ausgangssignal aus der Integratorschaltung 6 hat einen zweiten Pegel V_F erreicht, und dann wird mittels eines Überlaufsignals (Diagramm f in F i g. 2) der Umschalter 7 derart umgeschaltet, daß das Analogsignal von dem Eingang der integrierenden Schaltung 6 getrennt und dieser Eingang statt dessen mit einer Bezugssignalquelle 12 verbunden wird. Das Bezugssignal hat eine solche Polarität, daß das Ausgangssignal der Integratorschaltung 6 sich von dem zweiten Pegel V> zurück zum ersten Pegel Vj und über diesen hinaus verändert. Wenn das Ausgangssignal der Integratorschaltung 6 den Pegelschwellwert Vj der Vergleichsschaltung 9 kreuzt, hört das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 9 auf, das UND-Gatter 10 wird dann geschlossen, und es werden keine weiteren Impulse von dem Impulsgenerator 11 zum Zähler 4 übermittelt. Die Anzahl von Impulsen, die nun von dem Zähler registriert wurden, repräsentieren das Verhältnis zwischem dem Analogsignal und dem Bezugssignal.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Doppelt integrierender Analog-Digital-Umsetzer mil einem Impulsgenerator zum Erzeugen einer Reihe von Impulsen in regelmäßigen Zeitintervallen, einer Steuerschaltung zum Steuern der Übermittlung der Impulse zu einem Impulszähler für die Bildung eines Digitalsignals, das einer Anzahl von dem Eingang desselben zugeführten Impulsen entspricht, einer Integratorschaltung, die derart angeordnet ist, daß sie das umzusetzende Analogsignal mindestens während eines hinsichtlich seiner Länge vorherbestimmten ersten Zeitintervalls integriert, das zu dem Zeitpunkt beginnt, wenn das Ausgangssignal der Integratorschaltung unter Änderung von einem Anfangswert bei Beginn des Umsetzzyklus der Signalumsetzung einen ersten Pegel erreicht, einer zwischen der Integratorschaltung und der Steuerschaltung geschalteten Pegelvergleichsschaltung zum Einleiten der Übermittlung der Impulse des Impulsgenerators zu dem Impulszähler zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Ausgangssignal der Integratorschaltung rampenförmig auf einen zweiten Pegel am Ende des ersten Zeitintervalls ändert, wenn der Impulszähler überläuft, worauf anschließend die Integratorschaltung derart umgeschaltet wird, daß sie statt dessen ein Bezugssignal während eines zweiten Zeitintervalls integriert, so daß sich das Ausgangssignal der Integratorschaltung rampenförmig vom zweiten Pegel zum ersten Pegel ändert, wenn die Übermittlung der Impulse des Impulsgenerators zum Impulszähler beendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorscnaltung (6) derart ausgebildet ist, daß sie während eines Teiles der Zeitspanne oder während der ganzen Zeitspanne vom Beginn des Umsetzzyklus bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Ausgangssignal der Integratorschaltung (6) den ersten Pegel (V_T) erreicht, eine Hilfsspannung integriert, deren Polarität der des Bezugssignals entgegengesetzt ist.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorschaltung (6) vom Beginn des Umsetzzyklus bis zu dem Zeitpunkt, an dem ihr Ausgangssignal den ersten Pegel (Kt) erreicht, sowohl die Hilfsspannung als auch das Analogsignal integriert.

3. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorschaltung (6) vom Beginn des Umsetzzyklus bis zu dem Zeitpunkt, an dem ihr Ausgangssignal den ersten Pegel (Vj) erreicht, nur die Hilfsspannung integriert.

4. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Pegelvergleichsschaltung (9) zum Anlegen und Unterbrechen der Hilfsspannung für die Integratorschaltung (6) vorgesehen ist.

5. Umsetzer nach Anspruch 4 mit einem Impulsgeber zum Einleiten des Umsetzzyklus, dadurch gekennzeichnet, daß ein bistabiler Multivibrator (2) durch das Ausgangssignal des Impulsgebers (1) eingeschaltet und dadurch ein mit dem Ausgang des Multivibrators (2) verbundenes Kontaktglied (3) zwischen einer Hilfsspannungsquelle (5) und der Integratorschaltung (6) geschlossen wird und daß der Multivibrator (2) durch das Ausgangssignal der Pegelvergleichsschaltung (9) zum öffnen des Kontaktgliedes (3) rückstellbar ist.

Die Erfindung betrifft einen doppelt integrierenden Analog-Digital-Umsetzer mit einem Impulsgenerator zum Erzeugen einer Reihe von Impulsen in regelmäßigen Zeitintervallen, einer Steuerschaltung zum Steuern der Übermittlung der Impulse zu einem Impulszähler für die Bildung eines Digitalsignals, das einer Anzahl von dem Eingang desselben zugeführten Impulsen entspricht, einer Integratorschaltung, die derart angeordnet ist, daß sie das umzusetzende Analogsignal ίο mindestens während eines hinsichtlich seiner Länge vorherbestimmten ersten Zeitintervalls integriert, das zu dem Zeitpunkt beginnt, wenn das Ausgangssignal der Integratorschaltung unter Änderung von einem Anfangswert bei Beginn des Umsetzzyklus der Signalum-Setzung einen ersten Pegel erreicht, einer zwischen der Integratorschaltung und der Steuerschaltung geschalteten Pegelvergleichsschaltung zum Einleiten der Übermittlung der Impulse des Impulsgenerators zu dem Impulszähler zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Ausgangssignal der Integratorschaltung rampenförmig auf einen zweiten Pegel am Ende des ersten Zeitintervalls ändert, wenn der Impulszähler überläuft, worauf anschließend die Integratorschaltung derart umgeschaltet wird, daß sie statt dessen ein Bezugssignal während eines zweiten Zeitintervalls integriert, so daß sich das Ausgangssignal der Integratorschaltung rampenförmig vom zweiten Pegel zum ersten Pegel ändert, wenn die Übermittlung der Impulse des Impulsgenerators zum Impulszähler beendet wird, wodurch eine digitale Darstellung der Beziehung zwischen dem Analogsignal und dem Bezugssignal in dem Impulszähler zustande kommt.

Bei einem doppelt integrierenden Analog-Digital-Umsetzer muß der Pegelschwellwert des Vergleichers jederzeit gleich dem Anfangswert des Ausgangssignals der Integratorschaltung oder größer sein. Um diese Forderung bei einem Umsetzer mit einer bekannten Vergleichsschaltung zu erfüllen, die bekanntlich eine verhältnismäßig hohe Pegelschwellwertdrift aufweist, muß der Pegelschwellwert in der Vergleichsschaltung von dem Anfangswert am Ausgang der Integratorschaltung verhältnismäßig weit entfernt nein. Ein solcher Umsetzer arbeitet jedoch bei außerordentlich schwachen Analogsignalen sehr langsam, denn das Ausgangssignal aus der Integratorschaltung benötigt eine lange Zeit, um den Pegelschwellwert der Vergleichsschaltung zu erreichen.

Bei Verwendung einer verbesserten Vergleichsschaltung mit niedriger Pegelschwellwertdrift ist es möglich, einen Umsetzer herzustellen, der selbst bei außerordentlich schwachen Analogsignalen schnell ist, da der Pegelschwellwert in der Vergleichsschaltung dann in die Nähe des Anfangswertes des Ausgangssignals der Integratorschaltung verlegt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß die oben besprochenen Bedingungen nicht erfüllt werden. Eine solche Vergleichsschaltung ist jedoch erheblich teurer als eine solche, die aus herkömmlichen Komponenten aufgebaut ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen doppelt integrierenden Analog-Digital-Umsetzer mit einer herkömmlichen Vergleichsschaltung zu schaffen, der selbst bei außerordentlich schwachen Analogsignalen schnell ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Integratorschaltung derart ausgebildet ist, daß sie während eines Teiles der Zeitspanne oder während der ganzen Zeitspanne vom Beginn des Umsetzzyklus bis zum Zeitpunkt, an dem das Ausgangssignal der