DE2321517C3 - Analog-Digitalwandler - Google Patents
Analog-DigitalwandlerInfo
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/50—Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
- H03M1/52—Input signal integrated with linear return to datum
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
Description
20, die einen Bezugsstrom h erzeugt der als negativ
angenommen sei. Dieser Bezugsstrom k gelangt an ein
Paar UND-Gatter 22 und 24. Beide sind mit dem ODER-Gatter 16 verbunden und mit einem weiteren
ODER-Gatter 26. Letzteres ist mit einem Gatter 28 verbunden, und solange der Bezugsstrom k in die
Integrierschaltung 18 fließt, ist das Cutter 28 durchgeschaltet so daß ein Oszillator 30 einen Ausgangszähler
32 treibt Der Oszillator 30 kann ein freilaufender Multivibrator sein, der Impulse mit einer Frequenz Fi to
erzeugt
Die Schaltung umfaßt ferner Zähler 34 und 36. Der Zähler 34 legt einen Zeitabschnitt T1 fest währenddessen der Strom Λ in die Integrierschaltung 18 fließt Der
Zähler 35 erzeugt eine Anzahl aufeinanderfolgender Zeit-Unterabschnitte innerhalb des Zeitabschnittes Γι.
Die beiden Zähler 34 und 36 werden durch einen Oszillator 38 getrieben, der etwa ein freilaufender
Multivibrator ist und mit einem Frequenz F0 schwingt
Der Oszillator 38 kann gegebenenfalls den Ausgangszähler 32 über einen Frequenzvervielfacher treiben
(nicht dargestellt).
Die Schaltung wird durch Freigeben des Oszillators 38 über eine Startschaltung 40 in Betrieb gesetzt Der
Oszillator treibt die Zähler 34 und 36, bis der Zähler 34 den Wert /Vi erreicht hat oder ein Vielfaches davon
entsprechend der Zeit Γι. Während dieser Zeit wird der
Zähler 36 während einer bestimmten Anzahl von Zeitunterabschnitten gespeist Beim Erreichen des
Zählwertes N\ wird der Zähler 34 zurückgestellt und der Oszillator 38 angehalten. Der Zähler 36 wird am E;ide
jedes Zeitunterabschnittes zurückgestellt
Der Ausgang des Zählers 34 ist an den Umschalteingang eines üblichen Flip-Flops 42 angeschaltet und dient
ferner zum Zurückstellen des Zählers 34 nach dem Zählwert N1 und zum Anhalten des Oszillators 38. Der
Umschaltausgang des Flip-Flops 42 ist mit einem UND-Gatter 24 verbunden. Der Ausgang des Zählers
36 andererseits 'St mit den beiden UND-Gattern 44 und 46 verbunden. Das UND-Gatter 44 ist mit dem
Umschalteingang des Flip-Flops 48 verbunden und das UND-Gatter 46 mit dem Rückstelleingang des Flip-Flops. Der Flip-Flop 48 ist mit dem UND-Gatter 22
verbunden. Der Ausgang des Zählers 36 wird zum Rückstellen des Zählers beim Erreichen des Zählwertes
Na verwendet
Die Spannung Ec am Ausgang der Integrierschaltung
18 ist an einen Schwellenwertdetektor 50 geleitet, welcher von bekannter Bauart ist und an dem Anschluß
X ein Ausgangssignal erzeugt wenn die Spannung Ec
der Integrierschaltung größer ist als eine vorgegebene Spannung £1. Der Schwellenwertdetektor erzeugt an
dem Anschluß Y ein Ausgangssignal, wenn die Spannung E1. kleiner ist als eine vorgegebene Spannung
£2, welche kleiner gewählt ist als die Spannung £1 Der
Ausgangsanschluß X des Schwellenwertdetektors ist mit dem UND-Gatter 44 verbunden und über einen
Inverter 52 mit dem UND-Gatter 46. Der Anschluß Y des Schwellenwertdetektors ist mit dem Kückschalteingang des Flip-Flops 42 verbunden. Der Ausgang des
Zählers 34 ist ferner über einen Inverter 54 mit dem UND-Gatter 14 verbunden. Der Betrieb der Schaltung
geschieht in der Weise, daß die Startschaltung 40 einen Impuls (A in Fig.2) an den Oszillator 38 leitet und
diesen in Betrieb setzt. Dieser Oszillator treibt die b5
Zähler 34 und 36. Am Ende des Zyklus N\ erzeugt der Zähler 34 einen Ausgangsimpuls (B in Fi g. 2), der das
Ende des Zeitabschnittes ΤΊ angibt. Während dieses
Zeitabschnittes erzeugt der Zähler 36 eine Reihe von Ausgangsimpulsen entsprechend den Zeitunterabschnitten während des Zeitabschnitte;, T\ (Cm Fig.2).
Der von dem Zähler 34 erzeugte Ausgangsimpuls (B in F i g. 2) dient zum Rückstellen des Zählers 34 und stoppt
auch den Oszillator 38.
Während des Zeitabschnittes Γι ist das UND-Gatter
14 freigegeben, da der Zähler 34 den Zählwert Nx noch
nicht erreicht hat, so daß der Flip-Flop 42 zurückgeschaltet ist Während des Zeitabschnittes T\ fließt also
der Strom I\ durch das UND-Gatter 14 und das ODER-Gatter 16 (Ein Fig. 2) in die Integrierschaltung
18 und erzeugt eine Ladung Qx auf dem Kondensator C
der Integrierschaltung. Die Größe der Ladung ist:
e, = λ
Der Zeitabschnitt 7) ist in eine ganzzahlige Anzahl η
von Zeit-Unterabschnitten l\ln eingeteilt wie durch die
Kurve Cin Fig. 2 angedeutet ist Wenn am Ende eines solchen Zeit-Unterabschnittes die Spannung Ec den
Wert £Ί überschreitet der durch den Schwellenwertdetektor 50 festgestellt wird, entsteht ein Ausgangssignal
am Ausgang X des Schwellenwertdetektors, der das UND-Gatter 44 freigibt so daß der Flip-Flop 48
eingeschaltet wird. Dadurch wird das UND-Gatter 22 freigegeben und der Bezugsstrom I2 fließt in die
Integrierschaltung. Da der Strom h eine umgekehrte Polarität hat wie der Strom /1, wird die Spannung Ec
verringert (Kurve Fin F i g. 2), wodurch ein Ladungsanteil Qr von dem Kondensator Cin der Integrierschaltung
fortgenommen wird entsprechend:
(2)
Nachdem dieser Ladungsanteil abgeführt ist, wird der
Kondensator C in der Integrierschaltung 18 weiter durch den Strom I\ geladen. Wenn am Fnde des
nächsten Zeit-Unterabschnittes T\ln die Spannung Ec
wiederum die Spannung £Ί überschreitet, wiederholt
sich der voranstehend beschriebene Vorgang entsprechend der Kurve Fin F i g. 2. Der Bezugsstrom I2 ist so
gewählt, daß zu keiner Zeit während des Zeitabschnittes T\ die Spannung £c negativ werden kann.
Nunmehr sei angenommen, daß die Spannung Ec zu
Beginn des Zeitabschnittes Γι gleich E2 war und daß NB
Ladungsmengen Qr von dem Kondensator C in der Integrierschaltung 18 während des Zeitabschnittes T1
abgeleitet wurden. Dann ist am Ende des Zeitabschnittes Γι die Spannung Ec:
EC=E2
Nb I2 Ά
iiC
Während des Zeitabschnittes Γ2, der unmittelbar an
den Zeitabschnitt Γι anschließt, ist das UND-Gatter 14
gesperrt, so daß der Strom l\ nicht mehr in die Integrierschaltung fließen kann. Während des Zeitintervalls Ti ist jedoch das UND-Gatter 24 freigegeben, so
daß der Bezugsstrom I2 noch in die Integrierschaltung
fließt. Dadurch wird die Spannung Ec verringert, bis die
Spannung £2 erreicht ist, die durch den Schwellenwertdetektor 50 festgestellt wird. Sobald dieser Zeitpunkt
erreicht ist, wird der Flip-Flop 42 zurückgeschaltet, so daß der Stromfluß von /2 in die Integrierschaltung 18
unterbrochen wird und der Zeitabschnitt Γ> zu Ende ist
Die Spannung E1- am Ende des Zeitabschnittes T2 ist Daher:
sodann E2, so daß gilt:
£2 - F2 + -c ~c
/V8 /2 T1 /2 Γ,
Daher ist'
/ι Ti
/ι Ti
/, Γ, /2 T2
= 0 (5)
und weiterhin
Λ T, -
Nb T1 I2
(6)
Der Zeitabschnitt 7Ϊ wird festgelegt durch Laufenlassen
des Oszillators 38 mit der Frequenz /0 während ΛΑ
Zyklen. Daher gilt:
1T-
(7)
In ähnlicher Weise wird jeder der η Zeitunterabschnitte
von Γι durch eine kleinere Anzahl von Zyklen
festgelegt, wobei gilt:
T1
η
η
(8)
20
25
JO
Jedesmal, wenn die Bezugsstromquelle angeschaltet ist ist das Gatter 28 freigegeben, so daß der Ausgang
des Zählers 32 mit einer Geschwindigkeit von f\ zählt. Daher wird während jedes Zeit-Unterabschnittes
während des Zeitabschnittes Tj der Ausgangszählwert Λ/01 akkumuliert zu:
Nn, =
T1/,
(9)
Nimmt man nun an, daß/, = K ■ /0 ist, dann gilt:
(10)
K fa'
Einsetzen der Formeln 7 und 10 in die Gleichung 6
ergibt:
/,JV1 N BI2N0,
/o
/o
K-f ο
-I2T2 = O. (11)
Während des Zeitabschnittes T2 akkumuliert der
Ausgangszähler Zählwerte mit einer Rate von U, da das UND-Gatter 24 freigegeben ist, so daß während des
Zeitabschnittes T2 der Ausgangszählwert Λ/02 aufläuft bis
auf den Wert:
60
T1 =
N02
/1 '
/1 '
(12)
Einsetzen von Gleichung 12 in Gleichung 11 ergibt:
65
/0
I2NBN0l
Kfn
= 0. (13)
^•L _ k"°2 = 0 (I4)
^(N11N01 + N02), (15)
- (N11N01 4 N02). (16)
Also ist:
40
N0= ' KJV1. (17)
'2
Aus Gleichung 17 erkennt man, daß der Ausgangszählwert Λ/ο, der gleich NB ■ N0x + Λ/02 ist, direkt
proportional dem Eingangsstrom /ι ist also auch proportional der Eingangsspannung Ex\. Man erkennt
ferner aus Gleichung 15, daß der Ausgangszähl wert Λ/ο
unabhängig von dem Wert des Kondensators C in der Integrierschaltung 18 ist und unabhängig von der
Oszillatorfrequenz, vorausgesetzt daß diese Parameter während der Umsetzung konstant bleiben. Daher läßt
sich eine hohe Genauigkeit leicht und einfach erreichen, da keine engen Toleranzen dieser Parameter eingehalten
werden müssen.
Da die maximale Spannung an dem Kondensator C
der Ladung bei Vollausschlag geteilt durch τ entspricht,
ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung des Schwellenwertdetektors
50 bei der Schaltung nach der Erfindung im Vergleich zu bekannten vergleichbaren
Analog-Digitalwandlern. Außerdem erfolgt die Umwandlung bei der Schaltung nach der Erfindung
schneller im Vergleich zu bekannten Wandlern, da die maximale Dauer des Zeitabschnittes T2 durch den
Faktor Ί dividiert ist
Da die Genauigkeit der Schaltung unabhängig von der Spannung E2 ist läßt sich mit einer Gegenkopplungsschleife
um den Schwellenwertdetektor 50 am Ende der Ablesung erreichen, daß Anfang und Ende der
Messung genau bei der Spannung E2 erfolgen, so daß
eine etwaige Temperaturdrift des Schwellenwertdetektors keinen Einfluß hat
Bei einer ersten Ausführungsiorm, die der Schaltung nach F i g. 1 entspricht akkumuliert der Zähler 36 die
Zählsignale des Oszillators 38 (f0) und legt den
Zeitabschnitt 71 fest während der Ausgangszähler 32 die Zählsignale des Oszillators 30 akkumuliert Diese
Schaltung ermöglicht eine Beeinflussung des Faktors K, also des Verhältnisses zwischen der Frequenz Z1 und der
Frequenz k, so daß sich demgemäß der Skalenfaktor
digital beeinflussen läßt entsprechend einer nichtlinearen Beziehung zwischen der Eingangsspannung Ex\ und
dem Ausgangszählwert N0.
Bei einer zweiten Ausführungsform ist der Wert Kauf
eins eingestellt so daß k und f\ gleich sind, indem z. B.
ein gemeinsamer Oszillator die beiden Zähler 32 und 36 antreibt Der erste Zähler wird dabei während des
Zeitabschnittes T1 verwendet um die Zeit-Unterabschnitte
von T] zu erzeugen, und während der zweite
Zähler die Zeit-Unterabschnitte zählt und das Ende von T\ nach der bestimmten Anzahl von Zeit-Unterabschnitten
festlegt Ein dritter Zähler dient zum Zählen der
Anzahl von Malen während des Zeitabschnittes 7Ί, in
der der Bezugsstrom angeschaltet ist. Dieser dritte Zähler enthält dann die Ziffern höchster Odnung des
Ausgangszählwertes. Während des Zeitabschnittes T2
kann der erste Zähler zum Akkumulieren der Zählimpulse verwendet werden, bis die Spannung £2 erreicht
ist, wobei der dritte Zähler nötigenfalls den Überlauf aufnimmt. Der erste und der dritte Zähler enthalten
dann den digitalen Ausgangswert. Man erkennt, daß mit dieser Ausführungsform weniger digitale Schaltungs-
·-> kreise erforderlich sind wegen des Time-Sharing-Betriebes des ersten Zählers.
Hier/11 2 BIaII Zeichnungen
Claims (5)
1. Analog-Digitalwandler mit einem Impulsgenerator, einem Impulszähler, einem Integrator, einer
ersten Einrichtung zum Anlegen eines ersten Eingangssignals an den Integrator während eines
ersten Zeitabschnittes, daß eine Einrichtung zum Unterteilen des ersten Zeitabschnittes in eine
Anzahl Zeitunterabschnitte vorgesehen ist, einer to zweiten Einrichtung zum Anlegen eines Bezugssignals
mit gegenüber dem ersten Eingangssignal entgegengesetzter Polarität an den Integrator
während eines zweiten Zeitabschnittes, und mit einer an diese angeschalteten Schalteinrichtung zum
Übertragen von Impulsen des Impulsgenerators an den Eingang des Impulszählers, sobald das Eezugssigaal
an dem Integrator anliegt, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Unterteilen des ersten Zeitabschnittes in eine
Anzahl Zeitunterabschnitte vorgesehen ist, daß ein Schwellenwertdetektor (50) vorgesehen ist, der an
den Ausgang des Integrators (18) angeschaltet ist, und daß die Schalteinrichtung zum Obertragen der
Impulse mit dem Schwellenwertdetektor gekuppelt ist, so daß die Impulse während des ersten
Zeitabschnittes (T\) dann und nur dann an den Impulszähler weitergeleitet werden, wenn die am
Ende jedes Zeitunterabschnittes innerhalb des Zeitabschnittes (Tx) gemessene Amplitude des so
Ausgangssignals des Integrators (18) unter einem vorgegebenen Wert liegt
2. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, mit dem
Schwellenwertdetektor (50) gekuppelte Abschalt- r> einrichtung zum Beenden des zweiten Zeitintervalls
(T2), wenn das Ausgangssignal des Integrators eine
vorgegebene Amplitude erreicht, die kleiner ist als die die Schalteinrichtung umsteuernde Amplitude.
3. Analog-Digitalwandier nach Anspruch 1, -to
gekennzeichnet durch einen zweiten Impulsgenerator, durch einen zweiten, mit diesem gekuppelten
Zähler zum Erzeugen des ersten Zeitabschnitts und der Zeitunterabschnitte und zum Steuern der
Beendigung des ersten Zeitabschnitts (T\), und durch ir>
unterschiedliche Impulsraten der beiden Impulsgeneratoren.
4. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten, mit dem
Impulsgenerator verbundenen Zähler zum Zählen w der Zeitunterabschnitte, durch einen dritten Zähler
zum Zählen der Anzahl von Zeitunterabschnitten während der Steuerung des Integrators mit dem
Bezugssignal und zur Beendigung des ersten Zeitabschnittes, durch die Verwendung des ersten «
Zählers während des ersten Zeitintervalls zum Erzeugen der Zeitunterabschnitte und zum Summieren
der Impulse so lange, bis eine zweite vorgegebene Amplitude erreicht ist, die kleiner ist
als die den Schwellenwert umsteuernde Amplitude, w» und zum Überleiten der Impulse in den dritten
Zähler nach Erreichen der erstgenannten vorgegebenen Amplitude, so daß der dritte Zähler die
höchstrangigen Ziffern des Zählwertes speichert, während der erste Zähler die niederrangigen Ziffern h >
speichert.
Die Erfindung betrifft einen Analog-Digitalwandler, insbesondere in integrierter Bauweise, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Integrierende Analog-Digitalw andler, etwa Digitalvoltmeter,
die ein digitales Ausgangssignal als Funktion des Integrals eines analogen Eingangssignals erzeugen,
sind bekannt Derartige Wandler erfordern jedoch lange Umsetzungszeiten, um Störungen durch die
Netzfrequenz oder dergleichen auszuschließen. Außerdem sind große, teure Kondensatoren für die Integrierschaltung
erforderlich, wenn eine hohe Genauigkeit gewünscht wird. Die Umsetzungsgeschwindigkeit und
die Genauigkeit sind außerdem durch den Verstärkungsfaktor, die Bandbreite und den Störpegel der
Komparatorschaltung begrenzt
Es ist bereits ein Analog-Digitalwandler bekannt, der
nach dem »Dual-Ramp-Verfahren« arbeitet und einen Impulsgenerator, einen Impulszähler, einen Integrator,
eine erste Einrichtung zum Anlegen eines ersten Eingangssignals an den Integrator während eines ersten
Zeitintervalls, eine zweite Einrichtung zum Anlegen eines Bezugssignals an den Integrator während eines
zweiten Zeitabschnitts mit gegenüber dem ersten Eingangssignal entgegengesetzter Polarität, und eine an
diese angeschaltete Schalteinrichtung zum Übertragen von Impulsen des Impulsgenerators an den Eingang des
Impulszählers, sobald das Bezugssignal an dem Integrator anliegt, aufweist (IBM Technical Disclosure Bulletin,
Vol.
5, Nr. 8, Jan. 1963). Derartige Analog-Digitalwandler erfordern einen Komparator mit hoher Verstärkung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analog-Digitalwandler der eingangs genannten Art zu
schaffen, der eine hohe Umsetzungsgeschwindigkeit aufweist, mit einem kleinen Kondensator für die
Integrierschaltung auskommt und eine geringere Verstärkung und Bandbreite der Komparatorschaltung
benötigt
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Ein
derartiger Wandler hat eine hohe Genauigkeit, die unabhängig von der Frequenz des Impulsgenerators ist
und von irgendwelchen Drifterscheinungen. Sie weist außerdem eine hohe Störsicherheit auf, bedingt durch
die niedrige Verstärkung der Komparatorschaltung.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend
beschrieben.
F i g. 1 ist ein Blockschaltbild eines Digital-Analogwandlers;
Fig.2 zeigt Kurvendarstellungen an verschiedenen
Stellen der Schaltung nach F i g. 1.
Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung hat Eingangsklemmen 10, an die eine Eingangsspannung Ex\ angelegt
wird, die die unbekannte Analoggröße darstellt, die in eine entsprechende Digitalgröße umgewandelt werden
soll. Die Eingangsklemmen 10 sind mit einem Spannungs-Stromwandler
12 verbunden, der von an sich bekannter Bauart ist und dazu dient, die Eingangsspannung
in einen Strom I\ = KEx\ umzuwandeln. Bei dem Ausführungsbeispiel ist dieser Strom als positiv
angenommen.
Der Eingangsstrom /1 gelangt über ein UND-Gatter 14 und ein ODER-Gatter 16 an eine Integrierschaltung
18, welche von bekannter Bauart ist und einen Kondensator umfaßt, der durch den ankommenden
Strom geladen wird und eine Spannung £cam Ausgang
der Integrierschaltung erzeugt.
Die Schaltung umfaßt ferner eine Bczugsstromquelle
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US24907772A | 1972-05-01 | 1972-05-01 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2321517A1 DE2321517A1 (de) | 1973-11-15 |
DE2321517B2 DE2321517B2 (de) | 1978-11-23 |
DE2321517C3 true DE2321517C3 (de) | 1979-07-19 |
Family
ID=22941966
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2321517A Expired DE2321517C3 (de) | 1972-05-01 | 1973-04-27 | Analog-Digitalwandler |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5348068B2 (de) |
DE (1) | DE2321517C3 (de) |
FR (1) | FR2180932A1 (de) |
GB (1) | GB1385455A (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS50159241A (de) * | 1974-06-12 | 1975-12-23 | ||
JPH0546744U (ja) * | 1991-11-22 | 1993-06-22 | 石本マオラン株式会社 | ウインドゲット用包装資材 |
JPH06239355A (ja) * | 1992-04-08 | 1994-08-30 | Hiramasa Muroi | 包装用袋集合体 |
-
1973
- 1973-04-17 FR FR7314077A patent/FR2180932A1/fr not_active Withdrawn
- 1973-04-27 DE DE2321517A patent/DE2321517C3/de not_active Expired
- 1973-04-27 GB GB2004873A patent/GB1385455A/en not_active Expired
- 1973-05-01 JP JP4959073A patent/JPS5348068B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1385455A (en) | 1975-02-26 |
DE2321517A1 (de) | 1973-11-15 |
DE2321517B2 (de) | 1978-11-23 |
JPS49116942A (de) | 1974-11-08 |
FR2180932A1 (de) | 1973-11-30 |
JPS5348068B2 (de) | 1978-12-26 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |