DE2309809C3

DE2309809C3 - Schaltungsanordnung zur Gewinnung eines oberwellenarmen Signals

Info

Publication number: DE2309809C3
Application number: DE2309809A
Authority: DE
Inventors: Eckart Dipl.-Ing. 1000 Berlin Cattien
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-23
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1981-04-30
Also published as: FR2219575A1; FR2219575B1; DE2309809A1; US3961205A; DE2309809B2

Description

a) daß der einen Speichereinrichtung (C3) das Eingangssignal über den einen Schalter (S 2) zugeführt wird und daß der Eingang der anderen Speichereinrichtung (C2) über den anderen Schalter (S 1) an den Ausgang (A 2) der Integrationsanordnung (I), angeschlossen ist,

b) daß die Steuereinrichtung (St) während jedes Amplitudenschrittes einen Schließimpuls an die Schalter (Sl, S 2) abgibt,

c) daß die Zeitkonstante der Integrationsanordnung (I) so gewählt ist, daß die Ausgangsspannung (Ua) der Integrationsanordnung (I) zwischen zwei in konstanten zeitlichen Abständen aufeinanderfolgenden Amplitudenschritten wie bei einer linearen Interpolation zwischen den Spannungswerten (U 2, UX) dieser Amplitudenschritte verläuft.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichercinrichtungen jeweils aus einem Kondensator (C 2, C3) bestehen und daß zwischen jedem Kondensator (C2, C3) und dem Eingang der Integrationsanordnung (I) ein Impedanzwandler (IVl, IV2) derart angeordnet ist, daß sein hochohmiger Eingang mit dem Kondensator (C2.C3) verbunden ist (F ig. 1).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (Sl, S2) Feldeffekttransistoren sind (F ig- 1).

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, wie sie im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung, mit der ein oberwellenarmes Signal durch lineare Interpolation zwischen den einzelnen Amplitudenschritten gewonnen wird, ist bereits aus der US-PS 33 66 935 bekannt. Jeweils abwechselnd für die Zeit eines Amplitudenschrittes führt hierbei eine der beiden Speichereinrichtungen eine Spannung, die sich aus der Differenz der Spannung des aktuellen Amplitudenschrittes und der Spannung des vorhergehenden Amplitudenschrittes bestimmt. Diese Differenzspannung wird über die Dauer des Amplitudenschrittes integriert. Die Integration erfolgt in einem aus einem Operationsverstärker und einem Kondensator im Rückkopplungszweig aufgebauten Analog-Integrator, über einen den Integrator kurzschließenden Schalter kann die Nullpunktspannungsdrift des Integrators vor jedem Durchfahren einer aus Amplitudenschritten bestehenden Treppenkurve kompensiert werden, jedoch nicht während des Durchfahrens einer Treppenkurve. Das Ausgangssignal weist aufgrund dieser Drift des Integrators noch einen relativ hohen Anteil an Oberwellen auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß eine weitere Verringerung des Oberwellenanteils beim gewonnenen Analogsignal durch ständige Kompensation der Nullpunktspannungsdrift der Integrationsanordnung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Mit dieser Schaltungsanordnung wird also beispielsweise zwischen dem Wert an der Vorderflanke eines Amplitudenschrittes und dem Wert an der Vorderflanke des folgenden Amplitudenschrittes linear interpoliert. Die lineare Interpolation ist nicht nur zwischen den Werten aufeinanderfolgender Amplitudenschritte jeweils zwischen deren Vorderflanken möglich, sondern läßt sich generell zwischen einander entsprechenden Punkten aufeinanderfolgender Amplitudenschritte vornehmen.

Die Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß in der Integrationsanordnung entstehende Ungenauigkeiten kompensiert werden; die Ausgangsgröße der Integrationsanordnung, die mit der Ausgangsgröße der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung identisch ist, wird nämlich jeweils in der einen Speichereinrichtung gespeichert und auf den Eingang der Integrationsanordnung zurückgeführt, wodurch die dort vorgenommene Summen- bzw. Differenzbildung zu einer Anhebung der Ausgangsgröße über das an sich erforderliche Maß bzw. zu einer entsprechenden Absenkung führt, wenn die Integratinnsanordnung mit gewissen inneren Ungenauigkeiten arbeitet.

Die Steuereinrichtung kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein; wichtig ist, daß sie in irgendeiner Weise in Abhängigkeit von den einzelnen Amplitudenschritten bzw. deren Auftreten beeinflußt wird und die Schalter entsprechend steuert.

Die Spcichereinrichtungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können unterschiedlich ausgebildet sein. Als vorteilhaft wird es wegen der einfachen Ausführung angesehen, v\ enn die Speichereinrichtungen aus jeweils einem Kondensator bestehen: zwischen jedem Kondensator und dem Eingang der Iniegrationsanordnung ist ein Impedanzwandler derart angeordnet, daß sein hochohmiger Eingang mn dem Kondensator verbunden ist. Auf diese Weise ist erreicht, daß während der Integrationszeit, die von einer Betätigung der Schalter bis zur nächstfolgenden reicht b/w. die durch den zeitlichen Abstand einander entsprechender Punkte zweier aufeinanderfolgender Amplitudenschritte gegeben ist, konstante Ströme in die Integrationsanordnung eingespeist werden.

Die Schalter sind vorteilhafterweise Feldeffekttransistoren.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargestellt; in der Fig.2 ist in einem

Diagramm der zeitliche Ablauf des aus einzelnen Amplitudenschritten bestehenden Signals wiedergegeben, und in der F i g. 3 ein Kurvenzug gezeigt, wie er sich mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aus einem aus einzelnen Amplitudenschritten bestehenden Signal gewinnen läßt

Das in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung enthält eine Integrationsanordnung /, die aus einem als Summationsintegrator geschalteten Operationsverstärker V besteht Der Operationsverstärker V ist demzufolge mit einem Kondensator Cl zwischen Eingang und Ausgang versehen und enthält an seinem Eingang einen Widerstand R2 und einen weiteren Widerstand R 1. Der Widerstand i?2am Eingang des Operationsverstärkers V ist an den Ausgang Λ 3 eines Impedanzwandlers W2 angeschlossen, der aus einem entsprechend geschalteten Operationsverstärker besteht Der hochohmige Eingang E2 des Impedanzwandler W2 ist an eine Speichereinrichtung angeschlossen, die von einem Kondensator C3 gebildet ist Der Kondensator C3 ist außerdem über einen von einem Feldeffekttransistor gebildeten Schalter 52 mit einer Eingangsklemme E3 der Schaltungsanordnung verbunden. Diese Eingangsklemme £"3 steht mit einer der besseren Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellten Anordnung in Verbindung, welche ein aus einzelnen Amplitudenschritten bestehendes Signal abgibt.

Der weitere Widerstand R1 ist mit dem Ausgang A 1 eines weiteren Impedanzwandlers Wl verbunden, uer ebenfalls von einem entsprechend geschalteten Operationsverstärker gebildet ist. An den hochohmigen Eingang Ei des Impedanzwandlers WX ist eine weitere Speichereinrichtung angeschlossen, die von einem Kondensator C2 gebildet ist. Der Eingang Ei des Impedanzwandlers Wi bzw. der Kondensator C2 ist über einen weiteren Schalter 51, der im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Feldeffekttransistor gebildet ist, an den Ausgang A 2 der Integrationsanordnung /angeschlossen.

Die Schalter Sl und 52 werden von einer Steuereinrichtung Sf gesteuert und sind zu diesem Zwecke mit dieser Steuereinrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung Si wird so betrieben, daß sie die Schalter S1 und S2 in der oben beschriebenen Weise in Abhängigkeit vom Auftreten der Amplitudenschritte kurzzeitig schließt und öffnet.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet in folgender Weise:

Tritt an der Eingangsklemme E 3 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein Amplitudenschritt auf, dann wird während des Vorhandenseins dieses Amplitudenschnttes der Schalter .9 2 kurzzeitig geschlossen und dadurch eine Aufladung des Kondensators Ci bewirkt. Die an dem Kondensator Ci entstehende Spannung Ui ist dann dem Wert des Amplitudenschrittes proportional. Von dem dem Kondensator Ci nachgeordneten Impedanzwandler W2 wird an seinem Ausgang A 3 eine entsprechende Spannung U1 erzeugt.

Zu derselben Zeit wird der weitere Schalter Sl kurzzeitig geschlossen, und dadurch eine der Spannung - U2 am Ausgang A 2 der Integrationsanordnung / entsprechende Spannung im Kondensator C2 gespeichert. Vom Impedanzwandler IVl wird dann an seinem Ausgang A 1 eine entsprechende Spannung — (72 erzeugt. Diese Spannung ~V2 ist dann ein Maß für den Wert des vorhergehenden Amplitudenschrittes.

In den Kondensator Cl der Integrationsanordnung / wird demzufolge ein Strom / eingespeist, der sich durch folgende Gleichung (1) beschreiben läßt:

Ul Rl

Am Ausgang A 2 der Integrationsanordnung / ergibt sich dann eine Spannung Ua, die sich durch folgende ίο Gleichung (2) beschreiben läßt:

Ua(t) = -

Cl

dr - 1/2.

Da die Spannungen i/l und t/2 während der Integrationszeit als konstant angenommen werden können, ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2) folgende Gleichung (3):

C7a(r) = -

Cl

Ul R2

-■£)■-■"■

Wählt man für ί die Zeitdauer T zwischen einem zweimaligen Schließen der Schalter Sl und S 2 und setzt man die Widerstände Ri und R 2 gleich und bezeichnet sie mit R, dann folgt aus Gleichung (3) die Gleichung (4):

CZa(T) = -

R · Cl

·(+ Ul-Ul)-T- Ul.

Da Ua wegen der Bedingung linearer Interpolation zwischen den Werten benachbarter Amplitudenschritte am Ende der Zeitdauer Tgenau so groß wie -Ui sein soll, folgt aus der Gleichung (4) die Gleichung (5)

R -Cl

( + CZl - Ul)- T- Ul.

Diese Gleichung ist nur erfüllt, wenn
T=Ci-R

ist.

Dies ist die Zeitkonstante der Integrationsanordnung. Es ist damit nachgewiesen, daß die Kapazität des Kondensators Cl und der Wert der ohmschen Widerstände R so gewählt werden müssen, daß das Produkt aus diesen beiden Größen der Zeitdauer zwischen einander entsprechenden Punkten aufeinanderfolgender Amplitudenschritte entspricht. Dann läßt sich die Aufgabe lösen, ein oberwellenarmes Signal aus einem aus einzelnen Amplitudenschritten bestehenden Signal mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zu bilden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in der F i g. 2 in einem Diagramm, in dem der Meßwert Müber der Zeit f aufgetragen ist, die ursprüngliche analoge Meßgröße Ml gezeigt, die durch Amplitudenschritte ASi, AS2 und AS 3 approximiert ist. Diese Amplitudenschritte werden bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Form des in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels dem Eingang Ei

zugeführt. In der Fig.3 ist in einem ähnlichen Diagramm unter Außerachtlassung der Phasenbeziehung der beiden Kurvenzüge von Fig. 2 und Fig.3 zueinander wiederum die analoge Meßgröße MX mit ihrem ursprünglichen Kurvenverlauf und der Kurvenzug des oberwellenarmen Ausgangssignals A/2 dargestellt, das unter Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gewonnen ist.

Man erkennt, daß jeweils zwischen den Punkten PX und P2, die nach Fig.2 durch den Amplitudenschritt AS X beschrieben sind, gemäß F i g. 3 linear interpoliert ist; Entsprechendes gilt hinsichtlich der Punkte P2 und P3 sowie P3 und P 4, zwischen denen jeweils ebenfalls linear interpoliert ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

10 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Gewinnung eines oberwellenarmen Ausgangssignals aus einem aus einzelnen Amplitudenschritten konstanten zeitlichen Abstandes bestehenden Eingangssignal mit einer aus einem Operationsverstärker mit einem Kondensator im Rückkopplungszweig und zwei Widerständen am Eingang bestehenden Integrationsanordnung, an deren Widerstände je eine Speichereinrichtung angeschlossen ist, von denen einer das Eingangssignal zugeführt wird, wobei mittels der beiden Speichereinrichtungen aus den Werten zweier aufeinanderfolgender Amplitudenschritte ein der Integrationsanordnung zugeführter Differenzv/ert gesteuert durch zwei Schalter gebildet wird, die von einer Steuereinrichtung bei jedem Amplitudenschritt betätigt werden, ge ken nzeichnetdurch folgende Merkmale: