DE2334030A1

DE2334030A1 - Digital-analog-umsetzer

Info

Publication number: DE2334030A1
Application number: DE19732334030
Authority: DE
Inventors: Werner Woschetzky
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1972-07-14
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1974-01-24
Also published as: GB1442427A; SE393499B; JPS4985949A; FR2197276A1; DE2334030C2; US3806914A; FR2197276B1

Description

Patentanmeldung

The Perkin-Elmer Corp., Norwalk/Conn., USA

Digital - Analog - Umsetzer

Die Erfindung "betrifft einen Digital-Analog-Umsetzer, dem eine mehrstellige digitale Information in einem Zahlensystem mit einer vorgegebenen ganzzahligen Basis zuführbar ist, bei welchem ein Transformator eine Mehrzahl von induktiv gekuppelten Wicklungen aufweist, die jede durch Anzapfung in Wicklungsabschnitte unterteilt sind, wobei jede Wicklung einer Stelle der digitalen Information zugeordnet ist, die Anzahl der Wicklungsabschnitte in jeder Wicklung durch die besagte ganzzahlige Basis bestimmt ist und die Windungszahlen der Wicklungen zueinander im Verhältnis der den jeweils zugeordneten Stellen entsprechenden Potenzen,dieser Basis stehen, bei welcher mit den Anzapfungen jeder ^Wicklungen eine von der digitalen Information gesteuerte ScEaItvorrichtung verbunden ist, durch die von den einzelnen Wicklungen Anzahlen von Wicklungsabschnitten entsprechend den zugehörigen Ziffern der digitalen Information in Reihe in einen Ausgangskreis einschaltbar ist, und bei welcher eine Eingangswicklung zur Erregung des Transformators an eine Wechselspannung anlegbar ist.

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Diese Erfindung "bezieht sich auf Digital-Analog-Umsetzer und insbesondere auf einen verbesserten multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer.

Es ist häufig wünschenswert, eine Punktion, die in elektrischdigitalör Form auftritt, in eine in analoger Form auftretende Funktion umzusetzen. Dieses Erfordernis kann bei Synchro- und Regelsystemen, bei der Datenverarbeitung in Flugzeugen und Schiffen, bei Feuerleitgeräten oder dgl. auftreten.

Es sind verschiedene elektromechanische Anordnungen zur Durchführung der Umsetzung bekannt. Eine besonders vorteilhafte Form von integriertem, multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer enthält einen Transformator mit einem Satz oder einer abgestuften Mehrzahl von induktiv gekoppelten Wicklungen, von denen jede einer Stelle in einem Zahlensystem mit einer vorgegebenen Basis entspricht. Die Wicklungen sind durch eine Mehrzahl von Anzapfungen in gleiche Wicklungsabschnitte untex'teilt, und die Anzahl der Wicklungsabschnitte wird von der Basis des Zahlensystems bestimmt, in welchem die umzusetzende Digitalzahl vorliegt. Jeder Wicklungsabschnitt hat eine Windungszahl, die durch die Potenz der Basis bestimmt ist, welche durch die der Wicklung entsprechende Stelle repräsentiert wird, und durch eine willkürliche Windungszahl, die als der Einheit der Digitalzahl entsprechend gewählt wird. An eine der Wicklungen wird eine Wechselspannung angelegt, und durch eine digitalgesteuerte Schaltvorrichtung, die auf ein elektrisches Signal in digitaler Form anspricht, sind Teile der Wicklungen in Seihe schaltbar, so daß eine Summe der in den Wicklungsteilen erzeugten Spannungen

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gebildet wird. Der so erhaltene Ausgang "bildet eine relativ genaue analoge Darstellung der Digitalzahl. Dieser Umsetzer ist weiterhin insofern vorteilhaft, als das analoge Ausgangssignal, das Produkt der gemischten analogen und digitalen Eingangssignale darstellt. Ein Umsetzer dieser Art ist in der US-Patentschrift 3 603 971 beschrieben.

Es-ist manchmal wünschenswert, kompliziertere Funktionen, die in gemischt analoger und digitaler Form auftreten, zu verarbeiten, als dies mit dem vorerwähnten Umsetzer möglich ist. Beispielsweise ist es häufig wünschenswert, Resolver-Informationen wie sin ( Φ + θ ) und cos ( Φ + (·; ) zu verarbeiten, wobei sin Φ und cos Φ analoge Eingangs spannungen und sin θ und cos θ digitale Eingangsdaten sind. Vorhandene Systeme zur Bildung dieser Funktion haben Sinus-Kosinus-Potentiometer verwendet. Diese Potentiometer zeigen jedoch Verschlechterungen in der Genauigkeit während ihrer Lebensdauer und sind hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit begrenzt, da sie verdrehbare Bauteile und Bürstenkontakte verwenden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Umsetzung von digitaler Information in analoge Signale zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Form von multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Digital-Analog-Umsetzer zur Verarbeitung von relativ komplizierten Funktionen zu schaffen, die in gemischt analoger und digitaler elektrischer Form vorliegen.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Digital-Analog-Umsetzer zu schaffen, der eine Mehrzahl von Umsetzungen zwischen gemischt digitalen und analogen Eingängen ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Digital-Analog-Umsetzer zur Verarbeitung relativ komplizierter Punktionen zu schaffen, bei welchem bewegliche Bauteile vermieden werden.

Eine weitere speziellere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Digital-Analog-Umsetzer zur Verarbeitung von Funktionen der Form f (# + 9 ) zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Digital-Analog-Umsetzer der eingangs definierten Art dadurch gelöst, daß der Transformator eine Mehrzahl von Wicklungssätzen mit angezapften Wicklungen enthält, die von der an Wechselspannung anlegbaren Eingangswicklung gemeinsam erregbar sind, und daß jedem der Wicklungssätze je eine von einer gesonderten digitalen Information steuerbare Schaltvorrichtung und ge ein Ausgangskreis zugeordnet ist und durch jede dieser Schaltvorrichtungen Wicklungsabschnitte des zugehörigen Wicklungssatzes nach Maßgabe dieser digitalen Information in Reihe in den zugehörigen Ausgangskreis einschaltbar ist.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung enthält somit der Digital-Analog-Umsetzer einen Transformator mit einer Mehrzahl von Sätzen von induktiv gekoppelten Wicklungen, wobei jede Wicklung eines Satzes einer Stelle einer Digitalzahl in einem Zahlsystem mit einer vorgegebenen Basis entspricht. Jede Wick-

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lung ist durch eine Mehrzahl von Anzapfungen in gleiche Wicklungsabschnitte unterteilt, und die Anzahl der Wicklungsabschnitte ist durch die Basis des Zahlensystems "bestimmt, in welchem die Digitalzahl vorliegt. Die Anzahl der Wicklungen in einem Wicklungsabschnitt jeder der Wicklungen ist bestimmt durch die Potenz der Basis, welche durch die der Wicklung entsprechende Stelle repräsentiert wird, und durch eine willkürliche Windungszahl, die als der Einheit der Digitalzahl entsprechend gewählt ist. Jeder dieser Wiäklungssätze enthält die gleiche Eingangswicklung, die allen Wicklungssätzen gemeinsam ist und an welche ein analoges Eingangssignal angelegt wird. Es ist eine Mehrzahl von digitalgesteuerten Schaltvorrichtungen vorgesehen. Jede Sc leitvorrichtung ist mit einem zugehörigen Wicklungssatz verbunden. Die Schaltvorrichtungen sprechen auf digitale elektrische Steuersignale an, die daran angelegt werden und die eine Zahl in einem Zahlensystem mit einer vorgegebenen Basis darstellen. Jede der auf ein digitales Eingangssignal ansprechenden Schaltvorrichtungen schaltet Teile der Wicklungen des zugehörigen Wicklungssatzes in Reihe und bildet somit eine Summe der an den Wicklungsteilen erzeugten Spannungen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist der Umsetzer so ausgebildet, daß er ein komplementäres Ausgangssignal liefert. Das Komplement wird gebildet, indem ein gegenphasiges Signal von der allen Wicklungssätzen gemeinsamen Wicklung abgenommen wird. Dieses gegenphasige Signal wird übertragen über eine zugehörige Schaltvorrichtung zusammen mit gegenphasigen Spannungen, die von jeder der einer niedrigen Stelle entsprechenden Wicklungen abgenommen wird, wenn eine Digitalzahl mit dem Wert Null an den Eingang der Schaltvorrichtung gelegt wird. Gemäß einem

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spezielleren Merkmal der Erfindung enthält eine Wicklung, die einer niedrigen Stelle entspricht, zusätzliche Windungen, um eine vollständige Komplementbildung bei dieser Betriebsweise zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben:

Jig. 1 ist eine schematische Darstellung und zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Digital-Analog-Umsetzers.

Fig. 2 ist ein stärker detailliertes Blockschaltbild und zeigt die Verbindung der Transformatorwicklungen und der digitalgesteuerten Schaltvorrichtung von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer anderen Anordnung eines erfindungsgemäßen Digital-Analog-Umsetzers.

Fig. 4 ist ein stärker detailliertes Blockschaltbild und zeigt die Verbindung der Transformatorwicklungen und der digitalgesteuerten Schaltvorrichtung von Fig. 3 und

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild und zeigt Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale des Umsetzers von Fig. 1 und 2.

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In Fig. 4- ist ei" Transformator dargestellt, der generell mit 10 bezeichnet ist und einen Kern 12 aufweist, welcher aus einem üerromagnetischen Material hergestellt ist und vorzugsweise torische Form besitzt. Auf dem Kern sind mehrere Sätze von induktiv miteinander gekoppelten Wicklungen gebildet. Ein erster Satz enthält die Mehrzahl von Wicklungen 14-, 16, 18 und dO. Die Wicklung 14- ist gemeinsam mit einem zweiten Wicklungssatz, der auch die Mehrzahl von Wicklungen 22, 24- und 26 umfaßt. Es sind zwar in Fig. 1 zwei Sätze von Wicklungen dargestellt, es können jedoch zusätzliche Wicklungssätze, die auch die gemeinsame Wicklung enthalten, auf dem Kern gebildet werden. Jede der Wicklungen eines Satzes weist eine Mehrzahl von Anzapfungen auf, beispielsweise die Anzapfungen 1-8 der Wicklung 14-, welche die Wicklung in gleiche Abschnitte unterteilen, wobei jeder Abschnitt einer Wicklung die gleiche Windungszahl besitzt..

Ein erster digitaler Dekodierer und Anzapfungsumschalter ist mit den Ausgangsanzapfungen des zugehörigen ersten Satzes von "Wicklungen verbunden. Dieser Dekodierer und Anzapfungsumschalter enthält die Schalter 30, 32, 34 und 36» die mit den Wicklungen 14, 16,, 18 bzw. 20 verbunden sind. Diese Schalter sind so ausgebildet, daß sie auf ein digitales Eingangssignal A in elektrischer Form ansprechen und Wicklungsabschnitte der verschiedenen Wicklungen des Satzes in Reihe schalten, so daß sie ein Ausgangssignäl an einer Klemme 38 liefern, welches proportional dem Produkt des digitalen Signals und eines V/echselspannungs-Eingangssignals C ist. Das Signal C wird an die Wicklung 14 über Klemmen 40 und 42 von einer Signalquelle 44 angelegt und erregt den Transformator. Eine Spannung, die

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an den Wicklungen als Ergebnis der Erregung des Signals C erzeugt wird, v,^Tird über Ausgangsleitungen 46, 4-8 und pO der Schalter 30, 32 bzw. 3^ an Eingangsanzapfungen von Wicklungen 16, 18 bzw. 20 angelegt, Vielehe niedrigeren Stellen entsprechen. Ein Ausgangssignal dieses ersten Wicklungssatzes wird von der Wicklung 20 durch den Schalter 36 über die Schalterausgangsleitung 52 an die Ausgangsklemme 38 angelegt.

Das Digitalsignal A, welches von einem mehrstelligen, in elektrischer Form vorliegenden Signal gebildet wird und welches in eine analoge Darstellung umzusetzen ist, wird von einer Signalquelle 54 geliefert und an die Dekodierer und Anzapfungsschaltmittel 30 - 36 angelegt. Das Digitalsignal kann zwar eine von verschiedenen Basen besitzen, es ist jedoch als Beispiel ein elfstelliges binäres Eingangssignal A dargestellt. D^s elfstellige Signal wird an die Dekodierer und Anzapfungsumschalter bis 36 in binärverschlüsselter oktaler Form angelegt. Der dig_- tale Eingang des Systems enthält somit eine elfstellige Zahl, in welcher die erste oder höchste Gruppe von drei Stellen den Dekodierer und Anzapfungsumschalter 30 steuert, die nächstniedrige Gruppe von Stellen steuert den Dekodierer und Anzapfungsumschalter 32, die nächstniedrige Gruppe von Stellen steuert den Dekodierer und Anzapfungsumschalter 34, während die restlichen beiden Stellen den Dekodierer und Anzapfungsumschalter 36 steuern. Die Dekodierer und Anzapfungsumschalter 30 - 36 bestehen bei einem Ausführungsbeispiel aus einem integrierten Schaltungsbaustein, beispielsweise einem Model 3705 MOS Monolithic 8 Channel Multiplex Switch, der von der Fairchild Camera and Instrument Corporation hergestellt und verkauft wird. Die Dekodierer und Anzapfungsumschalter 30 - 36 sind jeder eingerichtet zur Aufnahme des binärversclilüsselten oktalen Steuereingangssignals und zur Verbindung einer der Anzapfung einer zu-

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gehörigen Wicklung, d.h. 14-20, mit der zugehörigen Ausgangsleitung des Schalters nach Maßgabe der Form des Eingangssteuersignals.

Jeder Wicklungssatz ist als eine gestufte Merhzahl von Wicklungen angeordnet, in welcher für jede Stelle einer Digitalzahl eine Wicklung vorgesehen ist. Jede der Wicklungen 14-20 entspricht somit einer Stelle der Zahl. Jede der Wicklungen ist durch eine Mehrzahl von Ausgangsanzapfungen unterteilt; wie beispielsweise durch die Anzapfungen 1-8 der Wicklung 14» und zwar in gleiche Abschnitte. Die Anzahl der Wicklungsabschnitte ist bestimmt durch die Basis des Zahlensystems, in welchem die Digitalzahl vorliegt. Die Windungszahl in einem Wicklungsabschnitt ist bestimmt durch die Potenz der Basis, die durch die Stelle repräsentiert wird, welcher die Wicklung entspricht, und durch eine willkürliche Windungszahl, die als einer Einheit der Digitalzahl entsprechend gewählt ist. Die Wicklung 20 entspricht der niedrigsten binärverschlüsselten Oktalstelle oder 3 , die Wicklung 18 entspricht der nächsthöheren Oktalstelle oder 8 , die Wicklung 16 entspricht der nächsthöheren Oktalstelle,

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nämlich 8 und die Wicklung 14 entspricht der nächsten und höchsten Oktalstelle oder 8 . Bei dem in iPig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Wicklung 14 acht Seg-mente, die Wicklungen 16 und 18 enthalten acht Segmente, während die Wicklung 20 aus nachstehend noch erläuterten Gründen in drei Segmente unterteilt ist. Die Windungszahl für jedes Segment in der Widiung 14 ist 256 Windungen, die Windungszahl pro Segment in der Wicklung 16 ist 32 Windungen, während die Windungszahl pro Segment in der Wicklung 18 zu 4 Windungen gewählt ist. Die Windungszahl in den Segmenten der Wicklung 20 ist eine Windung pro Segment.

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Genäß Ilerkmalen der Erfindung enthält der zweite Wicklungssatz eine gestufte Hehrzahl von Wicklungen, die induktiv gekoppelt auf dem Transformator angeordnet sind. Es ist eine digitalgesteuerte Schaltvorrichtung vorgesehen und mit diesem Wicklungssatz verbunden. Die digitale Schaltvorrichtung spricht auf ein zweites elektrisches mehrstelliges digitales Steuersignal 3 an und liefert ein zweites Ausgangssignal an einer Klemme 56. Dieser zweite Satz von 'Jic JLungen verwendet vor teilhaxte rweise die mit dem ersten Wicklungssatz gemeinsame Wicklung 14. Da die Wicklung 14 die höchste Stelle darstellt und eine relativ große Windungszahl pro Segment besitzt, bringt die gemeinsame Verwendung der Wicklung 14 eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der zur Erzeugung mehrerer Ausgangssignale erforderlichen Größe des (Transformators sowie hinsichtlich der Herstellungskosten des Transformators. Da außerdem eine einzige analoge Eingangsspannung an die Wicklung 14 angelegt und zur Erregung beider Wicklungssätze verwendet wird, ist die Stabilität des Aus gangs sign al s an der Klemme ?6 in bezug auf das Signal an der Ausgangsklemme J>3 wesentlich verbessert. Außerdem v/ird die Signalspannungsquelle 44 nur durch eine einzige Transformatorwicklung 14 belastet.

Der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnete digitale Lekodierer und Anzapfungsumschalter enthalt 3inen Schalter 58, der mit den Anzapfungen der Wicklung 14 verbunden ist, einen Schalter 60, der mit der Wicklung 22 verbunden ist, einen Schalter 62, der mit der Wicklung 24 verbunden ist,und einen Schalter 64, der mit der Wicklung 26 verbunden ist. An geden dieser Schalter v/erden digitale Steuereingangsspannungen von einer Signalquelle angelegt, die ein mehrstelliges digitales Signal B in elektrischer Form abgibt, wie im Hinblick auf die Signalquelle 54 schon

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■beschrieben vrurde. Die Wirkungsweise der Dekodierer und Schalter ist ähnlichder, wie sie rait Hinblick auf den ersten V/icklungssatz beschrieben wurde, und ein Ausgangssignal an der Klemme ^o wird von einem digital-analog-umgesetzten Signal gebildet, welches direkt proportional dem Produkt des digitalen Signals B und des analogen Signals C ist. Bei einer typischen Anwendung wird die analoge Eingangs spannung D von der Spannungsquelle 44 von einer Funktion Kosinus Φ gebildet, während die Signale A und B in digitaler Form die Funktionen Sinus 9 bzw. Kosinus θ darstellen.

Die Verbindung zwischen den Wicklungen der Wicklungssätze und den Schaltern ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Jeder der digitalen Dekodierer und Anzapfungsumschalter bis 36 und 58 bis 64 enthält eine Kehrzahl von Klemmen S1 bis 38 die mit Anzapfungen der zugehörigen Wicklungen verbunden sind. Jeder dieser digitalen Dekodierer und Anzapfungsumschc.lter enthält auch Eingangsklemmen zum Empfang der digitalen Steuersignale. Diese Klemmen sind durch die binärverschlüsselte oktale Bezeichnung in dem unteren Teil des Rechtecks für jeden dieser Schalter gekennzeichnet. Betriebsspannungen V und V,- werden an jeden der Dekodierer und Anzapfungsumschal-

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ter angelegt. Aux^erdem ist für jeden Schalter eine Ausgangsfreigabeklemme vorgesehen. Die Schalter 30» 32 und 3^ sowie die Schalter 58, 60 und 62 erhalten eine Freigabespannung, die an die Ausgangsfreigabeklemme angelegt wird, wodurch diese Schalter in Betriebszustand gehalten werden. Die Schalter 36 und 64 erhalten ein Ausgangsfreigabesignal von einer Klemme SG, wodurch Kittel zum wahlveisen Freigeben oder Sperren der Ausgänge der Schalter gesu-iaffen werden.

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Im Betrieb sind die Schalter alle so angeordnet, daß "bei Anlegen eines binärverschlüsselten Eingangssign-als an den Schalter eine bestimmte Schalterklemme S1 - S8 mit der Ausgangsklemme verbunden wird. Das Potential an dieser bestimmten Eingangsklemme wird dann auf die Schalterausgangsklemme geschaltet. Die Ausgangsklemme der den höheren Stellen zugeordneten Schalter sind als Eingang auf eine einer niedrigeren Stelle zugeordnete Wicklung geschaltet. So führt beispielsweise das Auftreten der binärverschlüsselten Oktal-r ziffer 000 an der binären EingangskleBime des Schalters 30 dazu/ daß die Eingangsklemme S1 dieses Schalters mit seiner Ausgangsklemme verbunden wird. Das Auftreten der binärverschlüsselten Zahl 111 an der binären Eingangsklemme führt dazu, daß die Eingangsklemme S8 des Schalters mit dessen Ausgangsklemme verbunden wird. Die verschieden ansteigenden Werte des binärverschlüsselten Eingangssignals, welches an dem Schalter 30 anliegt, verbinden jeweils eine der Klemmen S1 - S8 mit der Ausgangsklemme. In ähnlicher Weise erhalten die Schalter 32 - 36 und 58 - 62 digitale Eingangssignale, um nacheinander die Spannungen an bestimmten Teilen der Wicklungen des zugehörigen Wicklungssatzes in Reihe zu schalten und zu addieren.

Eine Eingangsklemme einer höheren Stelle der Schalter 36 und ist mit Erdpotential verbunden und stellt gemäß der Polarität der digitalen Signalgabe eine logische 0 an dieser Klemme dar. Somit ist das größte binärversciilüfflslte Oktalsignal, welches an die Eingangsklemmen der Schalter 36 und 64 anlegbar ist, 011. Diese Anordnung ist vorgesehen im Hinblick auf die Tatsache, daß die Wicklung 20 drei Abschnitte enthält, die durch vier Anzapfungen gebildet werden. Die vier Kombinationen, die zum Verbinden

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irgendeiner dieser Anzapfungen mit der Ausgangsklemme der
Schalter verfügbar sind, werden durch die Kombinationen der
beiden niedrigsten binärverschlüsselten Oktalstellen geliefert.

Die Ausgänge des bisher beschriebenen multiplizierenden
Digital-Analog-Umsetzers werden im allgemeinen Verstärkern zugeführt. Ein Verstärker erfaßt ein Eingangssignal günstiger,
wenn er invertierend arbeitet statt daß er nicht-invertierend arbeitet. Es ist somit manchmal wünschenswert, ein digitalanalog-umgesetztes Signal in komplementärer Form zu erzeugen, welches den Gleichlauf eines invertierenden Verstärkers ausnutzt und welches am Ausgang des Verstärkers in der richtigen Phase ist.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein multiplizierender Digital-Analog-Umsetzer zur Erzeugung eines komplementären Ausgangssignals eingerichtet. Der Umsetzer zur Erzeugung dieses komplementären Ausganges ist in den ^xig. 3 und 4
dargestellt. Diejenigen Teile der Fig. 3 und4-» die Funktionen ähnlich den von Bauteilen der Fig. 1 und 2 erfüllten Bauteile erfüllen, tragen das gleiche Bezugszeichen. Die Wicklungssätze enthalten eine gestufte Mehrzahl von Wicklungen 14, 80, 82 und 84, die zwar ähnlich wie die Wicklungen 14, 22, 24 und 26 von Fig. 1 angeordnet sind aber in umgekehrter Reihenfolge 60, 62 bzw. 64 verbunden sind, verglichen mit der Verbindung der Wicklungen des ersten Satzes mit deren zugehörigen Schaltern. Wenn die Größe des binärverschlüsselten oktalen Eingangs an einem
Schalter sich zunehmend erhöht, werden die Wicklungsanzapfungen mit fortschreitend abnehmendem Potential entsprechend mit der

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Schalterausgangsklemme verbunden. Spezieller gesagt wird "beispielsweise die Anzapfung 1 der Widiung 14 zwar mit der BIngangsklemme S1 des Schalters 30 in Fig. 1 verbunden aber auch mit der Eingangsklenmis S8 des Schalters 58. Die gleiche Verbindung in umgekehrter Reihenfolge gilt hinsichtlich der übrigen Klemmen 2-8 der Wicklung 14. Zusätzlich zu der-umgekehrten Verbindung enthält die Wicklung 84 eine zusätzliche Vv indung 86. Dank dieser umgekehrten Verbindung und der Verwendung der zusätzlichen Windung 86 wird an einer Ausgangsklemme 88 ein vollständiges Komplement des Produkts des digitalen Signals B und des analogen Signals D erzeugt.

Im Betrieb wird bei Anlegen binärverschlüsselten Oktalsignals 000 an den Schalter 58 von Fig. 4 die Schalterklemme S1 und die Anzapfung der Wicklung 14 mit relativ hohem Potential auf die Ausgangsklemme des Schalters geschaltet. Das steht im Gegensatz zu dem Schalter 32, bei welchem ein digitaler Eingang 000 die Aufschaltung der Anzapfung mit dem niedrigsten Potential auf die Ausgangsklemme des Schalters bewirkt. Der Schalter 53 mit einem Eingang 600 schaltet 7/8 der zwischen den Klemmen 40 und 42 anliegenden Spannung auf die Ausgangsklemme dieses Schalters. Somit wird bei Auftreten einer oktalen 0 ein maximaler Ausgang abgegriffen. Der Ausgang ist äquivalent dem, der erhalten wird, wenn eine oktale 7 als Eingang an dem Schalter 30 anliegt. Der Ausgang des Schalters 58 wird mit der Anzapfung niedrigen Potentials der Wicklung 80 verbunden, die auch ein Eingang an der Klemme S8 des Schalters 60 ist. Eine an den Schalter 60 angelegte okta_e 0 verbindet in ähnlicher Weise die Klemme S1 mit dessen Ausgangsklemme. Wegen der umgekehrten Verbindung der Wicklung 80 wird die maximale Spannung an der Wicklung auch an die Eingangsklemme S1 des Schalters 60 gelegt. Demgemäß

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erzeugt eine binärverschlüsselte oktale 0 an dem Schalter einen Ausgang an dem Schalter, der äquivalent dem Anlegen einer oktalen 7 c-~ den Schalter. 32 ist. Die Schalter 62 und OM- von Fig. 4 wirken in ähnlicher Weise und stellen die Verbindung eines maximalen Ausgangs mit ihren Ausgangsklemmen her, wenn daran binärverschlüsselte oktale O-Eingänge angelegt werden. Der zusätzliche Abschnitt 86 der Wicklung 8M- ist vorgesehen, um einen Ausgang entsprechend einer binären 1 zu erzeugen, wenn der Eingang des Schalters 6M- eine oktale 0 ist. Dieser Abschnitt wird benutzt, um den Ausgang zu versetzen, so daß ein vollständiges Komplement erzeugt wird.

Verschiedene relativ komplizierte Funktionen, clie bisher durch Sinus-Kosinus-Potentiometer u. dgl. geliefert wurden, welche einer Verschlechterung der Genuaigkeit während ihrer Lebensdauer unterworfen waren, können durch die Verwendung des beschriebenen multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzers erfüllt v/erden. Insbesondere kann Re solver-Information, wie sin ( Φ + θ ) ¹¹¹¹O. cos (φ + θ ) ι "bei welcher sin Φ und cos .j analoge Jiingangsspannungen und sin Q und cos ;; digitale Eingänge sind, leicht durch die Kombination der Umsetzer von Jj¹IiJ,- 1 und 3 azeugt wurden. Diese Funktionen können wie t aufgelöst werden:

sin ( φ + Θ ) = cosi sinO+ sin<j?cos D cos ( φ + 0 ) = cos i>cos9- sinisin 9

Zwei der Tenne haben die gleichen/ßultiplikatoren. /analogen Bei Vorwendung der beschriebenen Digital-Analog-Umsetzer wird Cas analoge Signal C von cos φ gebildet, während das analoge .Signal D von sin ^ gebildet wird. Das digitale Eingangssignal A

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wird von sin q gebildet, während das digitale Eingangssignal B von cos β gebildet wird.

"Fig. 5 zeigt ein Netzwerk zur Summation dieser Funktionen einschließlich invertierender Verstärker und differenzbildender
Netzwerke zur Erzeugung der gewünschten Funktionen.

Im Vorstehenden ist ein verbesserter multiplizierender Digital-Analog-Umsetzer beschrieben worden, welcher vorteilhafterweise zwei Ausgänge liefert, dabei aber nur einen einzigen Tranforiaatorkern erfordert und die gleiche Primärwicklung mehrfach ausnutzt. Außerdem ist eine komplementbildende Arbeitsweise vorgesehen, wodurch vorteilhafterweise eine phasengleiche Verstärlcung mit invertierenden Verstärkern möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

Digital-Analog-Umsetzer, dem eine mehrstellige digitale Information in einem Zahlensystem mit einer vorgegebenen ganzzahligen Baa*e zuführbar ist,- bei welchem ein Transformator eine Mehrzahl von induktiv gekuppelten Wicklungen aufweist, die jede duroh Anzapfungen in Wicklungsabschnitte unterteilt sind, wobei jede Wicklung einer Stelle der digitalen Information zugeordnet ist, die Anzahl der Wicklungsabschnitte in jeder Wicklung durch die besagte ganzzahlige Basis bestimmt ist und die Windungszahlen- der Wicklungen zueinander im Verhältnis der den jeweils zugeordneten Stellen entsprechenden Potenzen dieser Basis stehen, bei welcher mit den Anzapfungen^icklungen eine von der digitalen Information gesteinte Schaltvorrichtung verbunden ist, durch die von den einzelnen Wicklungen Anzahlen von Wicklungsabschnitten entsprechend den zugehörigen Ziffern der digitalen Information in Reihe in einen Ausgangskreis einschaltbar ist, und bei welcher eine Eingangswicklung zur Erregung des Transformators an eine Wechselspannung anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (10) eine Mehrzahl von Wicklungssätzen (14, 16, 18, 20} 14, 22, 24, 26) mit angezapften Wicklungen enthält, die von der an Wechselspannung anlegbaren Eingangswicklung (14) gemeinsam erregbar sind, und daß jedem der Wicklungssätze je eine von einer gesonderten digitalen Information (A, B) steuerbare Schaltvorrichtung (30, 32, 34, 36; 58, 60, 62, 64) und je ein Ausgangskreis (38, 56) zugeordnet ist und durch jede dieser Sehaltvorrichtungen Wicklungsabschnitte des zugehörigen Wicklungssatzes nach Maßgabe dieser digitalen Information (A, B) in Reihe in den zugehörigen Ausgangskreis (38, 56) einschaltbar ist.

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2. Digital-Analog- Umsetzer nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transformator (10) einen Kern (12) aus ferromagnetischem Werkstoff:' aufweist und daß die besagte Mehrzahl von Wicklungssätzen (14...20, 14» 22...26) einen ersten und einen zweiten Wicklungssatz aufweist, die auf diesen Kern (12) gewickelt sind.
3. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schaltvorrichtung (30,*.36, 58...64) eine Anzapfung (1...S) jeder der Wicklungen (14...20, 14, 22*»*26) eines bestimmten Wicklungssatzes mit dem Ende geringeren Potentials der jeweils der näclBfcniedrigen Stelle zugeordneten Wicklung dieses Wicklungssatzes verbunden ist und daß die Schaltvorrichtung Ausgangsklemmen der der niedrigsten Stelle entsprechenden Wicklung (20, 26) jedes Wicklungssatzes auf eine erste bzw. zweite Ausgangsklemme (38, 56) schaltet.
4. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten und dem zweiten Wicklungssatz gemeinsame Eingangswicklung (H) mit einer Mehrzahl von Anzapfungen (1...8) versehen ist, die mit Schaltern (30, 58) sowohl der dem ersten Wicklungssatz als auch der dem zweiten Wicklungssatz zugeordneten Schaltvorrichtung verbunden sind.
5. Digital*-Analog*-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Wicklungssätze (H, 30, 82, 84) mit seinen Anzapfungen (1...S) mit der zugeliöx'i.ju-·! üehaltvorrichtung (58, 70, 60, 62, 64) in umgekehrter Reihenfolge verbunden ist, derart, daß als analoges Signal an der zugehörigen Ausgangsklemme (88) das Komplement des Produktes der digitalen Information (B) und des an der Eingangswicklung (14) anliegenden analogen Wechselspannungssignala (D) gebildet wird (Fig.3).

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6. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der niedrigsten Stelle entsprechende Wicklung (88) des komplementbildenden Wicklungssatzes im Vergleich zu dtx der niedrigsten Stelle entsprechenden Wicklung (20) eines nichtkomplementbildenden Wicklungssatzes eine zusätzliche Windung (86) aufweist.
7. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

einen ersten Transformator mit. einem ersten und einem zweiten Wieklungssatz,

eiren zweiten Transformator mit einem dritten und einem vierten Wieklungssatz,

wobei jeder Wieklungssatz eine abgestufte Mehrzahl von induktiv gekoppelten Wicklungen enthält,

der erste und der zweite Wieklungssatz eine gemeinsame Eingang swicklung enthalten, und

der dritte und vierte Wieklungssatz eine gemeinsame Eingangswicklung enthalten,

Mittel zum Anlegen einer ersten Wechselspannung an die Eingangswicklung des ersten Transformators und zum Anlegen einer zweiten Wechselspannung an die Eingangswicklung des zweiten Transformators,

wobei jede der Wicklungen in den Wieklungssatzen einer Stelle einer Digitalzahl in einem Zahlensystem mit einer vorgegebenen ßapis entspricht und

jede der Wicklungen durch eine Mehrzahl von Abgriffen in gleiche V/icklungsabschnitte unterteilt ist, deren Anzahl durch die Basis des Zahlensystems bestimmt ist, und

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wobei die Windungszahl in einem Wicklungsabschnitt in jeder der Wicklungen bestimmt ist durch die von der Stelle, welcher die Wicklung entspricht, dargestellte Potenz der Basis und durch eine willkürliche Windungszahl, die der Einheit der ^igitalzahl entspricht,

eine erste und eine zweite digital gesteuerte Schaltvorrichtung, die von ersten bzw. zweiten mehrstelligen elektrischen Digitalsignalen gesteuert sind, welche letzteren eiste bzw. zweite Zahlen mit der vorgegebenen Basis darstellen, und durch die Teile jeder der Wicklungen des ersten und des zweiten Wicklungssatzes des ersten Transformators zur Bildung von ersten und zweiten Summen der in den Wicklungsteilen erzeugten Spannungen in Reihe schaltbar sind,

eine dritte und eine vierte digital gesteuerte Schaltvorrichtung, die von den besagten ersten bzw. zweiten mehrstelligen elektrischen Steuersignalen, welche letzteren die besagten ersten bzw. zweiten Zahlen mit der vorgegebenen Basis darstellen, und durch die Teile jeder der Wicklungen des dritten und des vierten Wicklungssatzes des zweiten Transformators zur Bildung von dritten und vierten Summen der in den Wicklungsteilen des zweiten Transformators erzeugten Spannungen in Reihe schaltbar sind,

wobei die dritte digital gesteuerte Schaltvorrichtung und der dritte Wicklungssatz des zweiten Transformators so miteinander gekuppelt sind, daß das Komplement des Produktes der ersten Digitalzahl und des zweiten Wechselspannungssignals gebildet wird, und

Mittel zum Auf schalten der Summe von Spannungen von jedem Wicklungssatz auf eine Ausgangsklemme.

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