DE2352049B2 - Anordnung zur selbsttaetigen nullpunkt-korrektur von analog-digital-umsetzern - Google Patents
Anordnung zur selbsttaetigen nullpunkt-korrektur von analog-digital-umsetzernInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur selbsttätigen Nullpunkt-Korrektur eines Analog-Digital-Umsetzers,
der einen Komparator zum Vergleich eines analogen Eingangssignals mit einem Referenzsignal
aufweist und während des Vergleiches Impulse in einen Vor-Rückwärtszähler zählt, bei der periodisch
Nullsignal auf den Eingang des Umsetzers gegeben wird und gleichzeitig Impulse in den Vor-Rückwärtszähler
eingezählt werden, deren Zählwert der Nullpunktabweichung
entspricht.
In der DT-OS 22 01 440 ist eine Schaltungsanordnung für die automatische Driftkorrektur von Analog-Digital-Umsetzern
beschrieben, die die nachteiligen Drifteffekte der in einem Umsetzer enthaltenen Gleichspannungsverstärker
unterdrückt. Die Anordnung besteht aus einem .Speicherkondensator, der am nichtinvertierenden
Eingang des Gleichspannungsverstärkers angeschlossen ist. Ferner ist ein Zusatzschalter vorgesehen,
der bei anliegendem Ruhesignal den Kondensator mit dem Verstärkerausgang verbindet, so daß sich der Co
Kondensator auf die Driftspannung in gewünschter Weise auflädt. Bei anliegendem Arbeitssignal öffnet der
Schalter, der Kondensator bleibt jedoch mit dem Verstärkereingang verbunden. Die am Kondensator
entstehende Spannung wird dem Arbeitssignal als <>5 Korrektursignal so zugeschaltet, daß eine Driftkorrektur
erfolgt. Diese Anordnung kann jedoch die Nullpunktfehler derjenigen Baustufen nicht erfassen, die
dem Gleichstromverstärker nschgeschaltct sind, deren
Eigenschaften sich aber auch auf die Genauigkeit des Umsetzers auswirken.
Aus der US-PS 34 45 839 ist eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Driftkorrektur für einen Analog-Digital-Umsetzer
beschrieben, bei der nach jedem Meßzyklus der Eingang des Umsetzers auf Nullpotential
gelegt und ein der Driftspannung entsprechender Digitalwert ermittel'. wird. Die Korrektur erfolgt in der
Weise, daß zunächst der mit der Drift behaftete Analogwert umgesetzt wird durch Auszählen von
Impulsen in einen Vor-Rückwärtszähler. Anschließend wird das Analogsignal vom Umsetzer getrennt und die
Nullpunktabweichung ermittelt, deren entsprechender Zählwert sofort zu dem im Zähler bereits enthaltenen
Zählwert addiert bzw. subtrahiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Korrektur der Nullpunktdrift von
Analog-Digital-Umsetzern anzugeben, die auch für solche Umsetzer anwendbar ist, die mit einem dauernd
laufenden Zähler arbeiten. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch I gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel eines mit der erfindungsgemäßen Anordnung versehenen Analog-Digital-Umsetzers
wird anhand der Zeichnung näher erläutert. F.s zeigt
F1 g. 1 das Blockschaltbild eines nach dem Verfahren
der Auf/Ab-Integration arbeitenden Analog-Digital-Umsetzers mit der erfindungsgemäßen Nullpunkt-Korrekturanordnung
und
Fig. 2 das Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Integratorausgangsspannung im Vergleich mit dem
Zählstand eines Vor- Rückwärtszählers.
Der in der Fig. 1 dargestellte integrierende Analog-Digital-Umsetzer
besteht aus einem Integrator 1 und einem Komparator 2 sowie aus dem Digitalteil mit
einem Impulsgeber 10, einem vor\varts-/rückwärts-zählenden
Zähler 4, einer Ablaufsteuerung 3 und einer Anzeigeeinheit 5. Die Ablaufsteuerung 3 erzeugt die
notwendigen Steuersignale, um die einzelnen Funktionsgruppen des Umsetzers im richtigen Augenblick zu
steuern.
Am Eingang des Integrators 1 liegt ein von der Ablaufsteuerung 3 betätigter (Halbleiter-)Schalter S2.
Der Schalter S2 legt abwechselnd eine unbekannte
Eingangsspannung (/, und eine Bezugsspannung L/s„an
den Integrator. Gemäß der Erfindung besitzt der Analog-Digital-Umsetzer nach Fig. 1 einen Digitalspeicher
6 sowie einen (Halbleiter-)Schalter S\, der die Eingnngsklemme 8 des Umsetzers mit dem Nullpunkt,
es ist der Massepunkt 9, verbindet. Der Zähler 4 besitzt drei Steuereingänge It, 12, 13, einen Steuerausgang 14
und zwei Datenausgänge 15 und 16, die folgende Funktionen haben:
Über den Steuereingang Il gelangen Zählimpulse vom Impulsgeber 10 an den Zähler 4.
An den Steuereingang 12 wird ein Signal V/R gelegt, wenn die Zählrichtung des Zählers geändert werden
soll. Das Steuersignal V/R liefert die Ablaufsteuerung 3.
An den Steuercingang 13 gelangt ein von der Ablaufsteuerung 3 abgegebenes Überiragsignal Ü,
wenn der Zählerstand des Zählers 4 in den Digitalspeicher 6 zu übertragen ist
Am Steuerausgang Herscheint ein Signal Z, wenn ein
voller Zählerdurchlauf erreicht ist.
Über die Datenausgänge 15 und 16 wird der
Zählerstand in die Anzeigeeinheit 5 bzw. in den Digitalspeicher 6 übertragen. Die Daten des Digitalspeichers
6 gelangen von diesem wieder in den Zähler, wenn die Ablaufsteuerung 3 ein Signal D an den Steuereingang
17 des Digitalspeichers 6 abgibt.
Bei dem nach dem Verfahren der Auf/Ab-Integration
arbeitenden Umsetzer nach Fig. 1 werden die unbekannte Analogspannung Ux und eine bekannte Bezugsspannung
L/fl„ entgegengesetzter Polarität abwechselnd
über den Umschalter S2 an den Eingang des
Integrators 1 gelegt. Um sowohl positive als auch negative Spannungen verarbeiten zu können, wird zur
Analogspannung Ux eine vorgegebene konstante Vorspannung
Uy zugeschaltet, die den Nullpunkt des Integrators in die Mitte seines Aussteuerbereiches
verschiebt. Hierdurch wird die Umschiltung des Integratoreinganges zwischen Analogspannung und
positiver bzw. negativer Bezugsspannung vermieden.
Es sei angenommen, daß der Vor/Rückwärtszähler 4 aus vier Zähldekaden besteht und die Vollzählung
tO000 beträgt. Der Impulsgeber 10 liefert ständig Zählimpulse an den Zähler. Durch Umschaltung der
Zählrichtung wird erreicht, daß der Zählerstand direkt und vorzeichenrichtig dem Digitalwert der Meßgröße
entspricht. Bei Eintreffen eines Komparatorsignals K wird der augenblickliche Zählerstand in den Anzeiger-Speicher
5 gespeichert und angezeigt.
Steht der Zähler auf 0000, es sei der Zeilpunkt 71,.
dann entsteht an seinem Steuerausgang 14 ein Überlaufsignal Z, welches die Ablaufsteuerung 3
veranlaßt, den Schalter S2 so zu betätigen, daß die analoge Spannung Ux auf den Iniegratoreingang
geschaltet ist. Zugleich liegt die zur Nullpunktverschiebung dienende Spannung Ux an. Der Schalter Si ist
geöffnet. Beide Spannungen Ux und Ux werden im
Integrator während einer Zeitspanne Tn... 7Ί aufintegriert,
deren Dauer durch Auszählung von Taktimpulsen im Zähler 4 bestimmt ist. Der Zähler zählt während
der Aufintegrationszei; in Vorwärtsrichtung eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen ab. Es sei
angenommen, daß diese einem vollen Zählerdurchlauf, also 10 000 Impulse, entspricht. Nach Ablauf dieser Zeit
wird der Schalter S2 betätigt, so daß nunmehr die Bezugsspannung {./«„am Eingang des Integiators liegt.
Zur gleichen Zeit liefert die Ablaufsteuerung 3 an den Steuereingang 12 des Zählers 4 ein Signal, das den
Zähler auf Rückwärtszählung umschaltet. Die Ausgangsspannung des Integrators geht jetzt in den
negativen Rücklauf, die Abintegration über. Der Zahler zählt rückwärts von 10 000 bis 0000 und überstreicht
dabei die zur positiven Eingangsspannung gehörenden Digitalwerte. Beim Zählerstand 0000 wird der Zähler
wieder auf Vorwärtsrichtung geschaltet. Er läuft nun von 0000 ab wieder vorwärts und überstreicht dabei den
Bereich der negativen Eingangsspannungen. Die Bezugsspannung Ubc/ bringt während der zweiten Zeitspanne
T1 bis Ti die Ausgangsspannung ii des
Integrators wieder auf den Wert zurück, den sie zu Beginn der ersten Zeitspanne, also zum Zeitpunkt T0,
einnahm. Der Komparator 2 vergleicht die Ausgangsspannung ti des Integrators mit einem Referenzwert
URei, der der Ausgangsspannung des Integrators zum
Zeitpunkt To entspricht. Sobald die Ausgangsspannung
des Integrators diesen Wert erreicht, gibt der Komparator zum Zeitpunkt Tj ein Signal K an die
Ablaufsteuerung 3 ab. Sie bewirkt, daß einmal die Integration der Bezugsspannung beendet wird und zum
iiiuiern der Zählerstand zum Zeitpunkt T>
in d'i· Anzeigeeinheit 15 übernommen und zur Anzeige gebracht wird. Der erreichte Zählerstand ist ein
digitales Maß für die analoge Eingangsgröße.
Zur Nullpunktkorrektur des gesamten Umsetzers S wird gemäß der Erfindung vor Beginn einer Messung an
den Eingang des Integrators 1 die Spannung Null gelegt, die im Ausfuhrungsbeispiel dem Massepotential des
Punktes 9 entspricht. Der Vorgang der Nullpunktkorrektur läuft zeitlich genauso ab wie ein Meßvorgang.
Zur Veranschaulichung wird hierzu das Diagramm nach Fig. 2 herangezogen. Es zeigt den zeitlichen Verlauf
der Integratorausgangsspannung u und dazu auf der
unteren Skala den jeweiligen Zählerstand.
Zum Zeitpunkt Tn beim Zählerstand 0000 schließt die
'5 Ablaufsteuerung den Schalter S\ und legt gleichzeitig den Schalter S2 an die Eingangsklemme 8. Der Eingang
ist kurzgeschlossen. Der Integrator beginnt mit der Aufintegration und integriert für die Dauer eines
Zählerdurchlaufes nur die Vorspannung U1* Sind zum
-° Zeitpunkt 71 10 000 Taktimpulse abgezählt, erscheint
am Steuerausgang 14 des Zählers das Signal Z, welches das Ende der Aufintegration signalisiert. Danach legt die
Ablaufsteuerung den Schalter S2 an die Klemme 7. Der Schalter Si kann nach der Aufintegration geöffnet
-5 werden; er kann aber auch bis zu Beginn der nächsten Messung von Ux geschlossen bleiben.
Vom Zeitpunkt 7"! an wird die Bezugsspannung U Be/
abintegriert, während der Zähler von der Stellung 0000 beginnend jetzt weiter in Vorwärtsrichtung zählt.
Sobald der Komparator die Gleichheit der Ausgangsspannung u des Integrators mit der Referenzspannung
UHei feststellt, es ist wieder zum Zeitpunkt Tj, gelangt
ein Steuersignal K an die Ablaufsteuerung 3. Diese gibt sodann ein Übernahmesignal L) an den Steuereingang
H des Zählers, wodurch sein Zählerstand über den Dalenausgang 16 in den Digitalspeicher 6 gelangt. Der
Vorgang der Ermittlung der Nullpunktabweichung ist damit beendet. Die Korrektur des Nullpunktes erfolgt
unmittelbar im Anschluß an die darauf folgende Messung der Analogspannung Ux, indem der Inhalt des
Digitalspeichers 6 vor Beginn der Abintegration der Bezugsspannung UBe/ in den Zähler 4 zurückübertragen
und je nach Vorzeichen der ermittelten Nullpunklabweichung zum momentanen Zählerstand addiert bzw.
subtrahiert wird. Die Rückübertragung wird durch ein von der Ablaufsteuerung erzeugtes Signal D eingeleitet,
die an den Steuereingang 17 des Speichers 6 gegeben wird.
Die Vorspannung U, wurde — wie bereits gesagt —
so gewählt, daß sie den Nullpunkt in die Meßbereichsmitte des Umsetzers legt. Das bedeutet also, daß bei der
Eingangsspannung Ux = 0(Nullspannung)die Komparatorindikation
(/(-Signal) erfolgt, wenn der Zähler während der Abintegrationszeit gerade den Zählerstand
0000 erreicht. Kommt das Komparatorsignal K früher, z. B. beim Zählerstand 9980, so ist die angelegte
Spannung um 20 digitale Einheiten kleiner als die Nullspannung. Ist die Spannung jedoch gleich der
Nullspannung, so zeigt der Umsetzer einen Nullpunkt-
''" fehler von -20 digitale Einheiten an. Diesen Fall zeigt
die Kurve 18 in F i g. 2. Das ermittelte Zählergebnis von 9980 digitalen Einheiten wird nun bei der Nullmessung
statt auf die Anzeigeeinheit in den Digitalspeicher fe gegeben.
(l5 Der Inhalt des Digitalspeichers kann mit einem
Impuls D in den Zähler übertragen werden. Dieser Impuls wird, wie beschrieben, bei der ίΛ-Messung mit
Beginn der Abintegration gegeben; er setzt also den
Zähler mit dem Komplement der Nullpunktabweichung
vor, so daß der Zähler, der während der Abintegration
rückwärts zählt, zu Beginn der Abiniegralion um den ermittelten Nullpunktfehler von -20 digitalen Einheilen
vorgestellt wird.
Die Kurve 19 in Fig. 2 zeigt den /weilen mogliehen
Fall einer Nullpunktabweichung. bei der die Nullpunktabweichung des Umsetzers so geartet ist, daß erst bei
einem Zählerstand über 10 000. /.B. bei 10 OJO, das
Komparatorsignal K auftritt. Da der Zähler während der Nullmessung weiter vorwärts zählt, ist der
Zählerstand 30 digitale Einheilen. Der Umsetzer weist
also eine Nullpunktabweichung von +JO digitalen Einheiten auf. Auch dieses Zählcrgebnis von JO digitalen
Einheilen wird zum Zeitpunkt der Komparatorindikation
in den Digitalspeicher 6 übernommen. Bei der folgenden ί/,-Mcssung wird der Zähler mit Beginn der
Abintegration auf 30 digitale Einheiten vorgesetzt. Bei
der IK-Messung zählt der Zähler mit Beginn der
Abintegration rückwärts von 10 000 beginnend bis /ur Zählrichtungsänderung bei 0000. Wird der Zähler /ur
Nullpunktkorrcktur auf JO Einheiten vorgesetzt, so erscheint bereits nach JO Zählschritten ein l'seudoilbertrag
Z, der jedoch von der Ablaufsteuerung unterdrückt wird. Damit gelingt es. auch hei positiver
Nullpunktabweichung den Zähler bis /ur Zählrichtungsänderung
bei 0000 10 OJO Impulse zählen zu lassen. l);i
der Zahler um 30 digitale Einheiten früher angefangen
hat /u zählen, erfolgt die Komparaiorindikalion λ'jetzt
genau beim Zählerstand 0000, also JO Zählschriiie
früher.
Der (iedanke, sich bei der Ermittlung der Nullpunktabweichung
der gesamten Einrichtung des Umsetzers /u bedienen und den ermittelten Wen der Abweichung
in digitaler Eorm auszuwerten, hat gegenüber bekannten Methoden den Vorteil, daß die ein/einen l'ehler
sämtlicher am Umset/ungsvorgang beteiligter Funk lionsgruppen lies Aiialogieiles eliminiert weiden können.
Die (jenauigkeit tier Fehlerermittlung hängt letztlich nur von den gewählten Spannungen ab und von
der digitalen Unsicherheil ± I digitale Einheil. Läßt man
i\cn Zähler während der Ermittlung der Nullpunktabweichung
nur in Vorwärtsrichtung zählen, dann kann das ermittelte Zählergebnis ohne Komplementbilduni:
in ilen Digitalspeicher übernommen werden. Der Digitalspeicher Lrauchi selbst nur die Kapazität
entsprechend der maximal vorkommenden Nullpunktabweichung zu besitzen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnunuen
Claims (3)
1. Anordnung zur selbsttätigen Nullpunkt-Korrektur eines Analog-Digital-Umsetzers, der einen
Komparator zum Vergleich eines analogen Eingangssignals mit einem Referenzsignal aufweist und
während des Vergleiches Impulse in einen Vor-Rückwärtszähler zählt, bei der periodisch Nullsignal
auf den Eingang des Umsetzers gegeben wird und gleichzeitig Impulse in den Vor-Rückwärtszähler
eingezählt werden, deren Zählwert der Nullpunktabweichung entspricht, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Digitalspeicher (6) den der Nullpunktabweichung
entsprechenden Zählwert speichert und daß bei der Umsetzung des analogen Eingangssignals
der im Digitalspeicher enthaltene Zählwert in den Zähler (4) übernommen und sein Zählstand um
den gespeicherten Zählwert verändert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, unter Verwendung eines Umsetzers mit einem Integrator, der das
umzusetzende Analogsignal zur Bildung eines Zeitintegralwertes über eine bestimmte Zeit aufintegriert
und der den erreichten Zeitintegralwert durch Integration eines Bezugssignals wieder bis auf den
Anfangswert abintegriert, währenddessen ein dem Integrator nachgeschalteter Komparator die Digitalausgabe
des mit konstanter Frequenz betriebenen dauernd laufenden Zählers steuert, dadurch gekennzeichnet,
daß der im Digitalspeicher (6) abgespeicherte Zählwert zu Beginn der Abintegration in den
Zähler (4) übernommen wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Ermittlung der NuII-punkiabweichung
der Zähler (4) in Vorwärtsrichtung zählt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2352049A DE2352049C3 (de) | 1973-10-17 | 1973-10-17 | Anordnung zur selbsttätigen Nullpunkt-Korrektur von Analog-Digital-Umsetzern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2352049A DE2352049C3 (de) | 1973-10-17 | 1973-10-17 | Anordnung zur selbsttätigen Nullpunkt-Korrektur von Analog-Digital-Umsetzern |
Publications (3)
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DE2352049A1 DE2352049A1 (de) | 1975-04-30 |
DE2352049B2 true DE2352049B2 (de) | 1977-07-14 |
DE2352049C3 DE2352049C3 (de) | 1978-03-02 |
Family
ID=5895657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2352049A Expired DE2352049C3 (de) | 1973-10-17 | 1973-10-17 | Anordnung zur selbsttätigen Nullpunkt-Korrektur von Analog-Digital-Umsetzern |
Country Status (1)
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Families Citing this family (3)
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NL7712273A (nl) * | 1977-11-08 | 1979-05-10 | Philips Nv | Werkwijze en inrichting voor het automatisch ijken van een analoog-digitaal-omzetter. |
US4344067A (en) * | 1979-11-21 | 1982-08-10 | Motorola, Inc. | Analog to digital converter and method of calibrating same |
-
1973
- 1973-10-17 DE DE2352049A patent/DE2352049C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2352049C3 (de) | 1978-03-02 |
DE2352049A1 (de) | 1975-04-30 |
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