DE2356254A1 - Analog-digital-wandler - Google Patents

Description

-τ.- PP.1156

Groe/Va/WR,

" BiP. IIcrheii Sclioli

Patentanwalt

AamiMir: F£

, AkfeNU, ,., Aamaldunc vom» Q* π·Τ· 1973

Analog-Digital-Wandler

Die Erfindung bezieht sich auf Analog-Digital-Wandler vom "Dual-slop©"-Int©grationstyp und wird insbesondere, aber nicht aueschliesslich₉ in Fällen angewendet, in denen ein analoges Signal, das von. einem Aufnehmer herrührt, bei dem das Verhältnis zwischen der Eingangsgrosaa und dem analogen Ausgangssignal nichtlinear ist, in ein digitales Signal umgewandelt werden müsse

In Analog"Digital-Wandl©rn vom "dual-slope"=.Integrationstyp wird eine au digitalisierende EingangsSpannung V. an den Eingang eines Integrators während einer festen Zeitperiode ΐ·. angelegt« Wenn die Integratorzeitkonstajit© EG ist und die Integratorauagangsspannung Y bei 0 anfängt^ wird nach einer Zeit t^r

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Am Ende der Zeit t_i wird der Integrator von Y. abgeschaltet und aa ein stabiles Bezugspotential ¥„ angeschlossen, dessen Polarität der von Y.

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entgegengesetzt ist· Die Ausgangespannung des Integrators nimmt nun linear zu Null ab und erreicht den ursprünglichen Wert (θ) nach einer Zeit t_| die durchι

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gegeben wird· Da t„ und V_n beide konstant sind, ist t_o<*^7.·

Ein Taktimpulsgenerator liefert eine Reihe von Impulsen konstanter Frequenz« Sie Anzahl während des Zeitintervalls t₂ auftretender Taktimpulse wird gezählt» um ein digitales Ausgangssignal zu erhalten, das dem analogen Eingangs signal V. entspricht. Es sei bemerkt, dass die Kennlinie der analogen Eingangsgrusse als Funktion der digitalen Ausgangsgrosse linear ist· Serartige Wandler können daher vorteilhaft verwendet werden, wenn ein digitales Signal» das . einer elektrischen Grosse entspricht, benötigt wird, wie dies z.B. bei digitalen Voltmetern und Strommetern der Fall ist·

Wenn ein Signal benotigt wird, das einer nichtelektrischen Grosse, wie Temperatur oder Druck, entspricht, wird ein Aufnehmer verwendet} der ein elektrisches analoges Signal der Grosse erzeugt· Me Eingangs/Ausgangskennlinie des Aufnehmers ist häufig nichtlinear· Wenn das analoge Ausgangssignal des Aufnehmers einem Wandler vom obenbeschriebenen Typ zugeführt wird, wird die Gesamtkennlinie der Eingangsgrosae als Funktion der Ausgangsgrosse ebenfalls nichtlinear sein· So wird z.B. ein digitaler Temperaturanzeiger aus einem Thermoelement bestehen können, das ein digitales Voltmeter speist· Die Temperatur/ EMK-Kennlinie eines Thermoelements ist im allgemeinen nichtlinear, weswegen das digitale Ausgangesignal der Temperatur nicht gerade proportional sein wird· - . ·

Die vorliegende Erfindung bezweckt, einen Analog/Digital-Wandler mit einer Eingangs/Ausgangskennlini· zu schaffen, der mit der

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nichtlinearen. Eingangs/Ausgangskennlinie einer Quelle eines analogen Signals, wie eines Aufnehmers, in •TJebereinstimmung gebracht werden kann, in eine im wesentlichen lineare Gesamtkennlinie zu erhalten, die die Beziehung zwischen dem Eingangssignal des Aufnehmers und dem digitalen· Ausgangssignal angibt·

Nach der Erfindung ist ein Analog/Digital-Wandler vom

"I)ual-slope^ll-Integrationstyp erhalten, bei dem ein analoges Eingangssignal der einen Polarität und ein Bezugssignal entgegengesetzter Polarität abwechselnd an'eine Integrationsschaltung angelegt werden, die eine Vorrichtung zum Erzeugen eines veränderlichen Bezugssignals enthält, wobei die Grosse des Bezugssignals in Abhängigkeit von der Grosse des analogen Signals geändert wird, um ei-n vorher bestimmtes nichtlineares Verhältnis zwischen dem analogen Eingangssignal und dem digitalen Ausgangssignal des Wandlers au erhaltene . .

Dia Vorrichtung sum Erzeugen des Bezugssignals kann Mittel zum Ableiten eines ersten Signals von dem analogen Signal enthalten, derart^ dass das Verhältnis syrischen der Gross© des ersten Signals und der .Grosse des analogea Signals einen einer Anzahl fester Zahlenwerte besitzt₉ wobei dieser eine TJJert in Abhängigkeit von der Grosse des analogen Signals gewählt tirdp während diese Vorrichtung weiter Mittel zum Summieren dieses ersten Signals und eines zweiten Signals, konstanter Gross© enthält} tun das vorerwähnte Bezugssignal zu erhaltene

-Di© Mittel zum Ableiten des ersten Signals können aus einem .Spamrangsteileraetzwerk ba@tah©n_s .das eine Anzahl Widerstände snthaltj die je in Reihe mit ©inem bestiamten Schalter einer entsprechenden Anzahl von Schaltern geschaltet sind» wobei jeder der Schalter saiaen entsprechen- ' den Widerstand bm. das H©tsw®2?k Msehliessen kann? tarn- das Teilerverhältnis dieses Netzwerks sta sndam, trenn äas Ausgangasiglial des Netzwerks einen vorher bestimmton Pegel erreiohti der eindeutig au dem vorerwähnten ■ Schalter gehört· Di©'Torriohttang kann-'zur Kegölung der Polarität des

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Bezugssignals in Abhängigkeit von der Polarität des analogen Eingangssignals verwendet werden.

Der Vorteil eines Analog/Digital-Wandlers nach der Erfindung ist der, dass die Linearisierung in dem Bezugsquellenteil des Wandlers erfolgt und also während der.Entladezeit t_? wirksam ist, während in der Ladezeit t.. die bekannten günstigen Integrationseigenschaften des "Dual-slope^M-V!^randlers aufrechterhalten werden, weil die Eingangs spannung mit etwaigen Störspannungen direkt an den Integrator angelegt ist. Während dieser Zeit t. kann eine richtige stabile Bezugsspannung abgeleitet werden, die erst danach benutzt wird. Im Vergleich zu einer analogen Linearisierung der Aufnehmerspannung wird also ein Zeitgewinn erzielt. -

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der

Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigens

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Ausführung3form eines Analog/Digital—Wandlers,

ü'ig. 2 den Verlauf der Aus gangs spannung des Integrators in der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Analog/Digital-Wandlers nach der Erfindung,

J?'ig. 4 ein detaillierteres Schaltbild eines Bezugssignalgenerators zur Anwendung· bei der Ausführungsform nach Pig. 3» und

Fig. 5 eine Kennlinie zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 3·

Zunächst werden an Hand der Fig. 1 die wichtigsten Teile einer bekannten ΑμΒίΰ1ιπυ^&ί orm.eines digitalen nach dem "Dual-slope"-Integrationsverfahren wirkenden Voltmeters beschrieben.

Eine zu digitalisierende Eingangsspannung V₁ wird über eine

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Eingangsklemme 1 einem ersten festen Kontakt eines Schalters 2 zugeführt. Der bewegbare Kontakt des Schalters 2 ist an eine Eingangsklemme 3 einer Integrationsschaltung angeschlossen, die in dem strichpunktierten Rechteck 4 angegeben ist und aus einem Operationsverstärker 5» einem Eingangswiderstand 6 mit einem Wert R, der zwischen der Klemme 3 und clem Eingang des Verstärkers 5 eingeschaltet ist, und einem Rückkopplungskondensator 7 Mit einem Wert C besteht, der zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers 5 eingeschaltet ist·

Ein konstantes Bezugspotential mit einer Grosse V_n, die den

Xt

Höchstwert von V. übersteigt, wird von einer nicht näher dargestellten Bezugsspannungsquelle in Pig. 1 geliefert und über einen Schalter 16, der nachstehend näher beschrieben wird, an einen zweiten festen Fontakt des Schalters 2 angelegt. Der Schalter 2 wird von einer bistabilen Kippschaltung 8 gesteuert, die mit der strichpunktierten Linie 9 angegeben ist, um V. an die Eingangsklemme 3 eines Integrators anzulegen, wenn die bistabile Schaltung ihre erste stabile Lage einnimmt, und V_ an die

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Klemme 3 anzulegen, wenn sich die bistabile Schaltung in ihrer zweiten stabilen Lage befindet. Der Schalter 2 ist vorzugsweise eine Halbleiterschaltung und nicht der mechanische Schalter, der der Deutlichkeit halber in Pig. 1 dargestellt ist.

Ein Taktimpulsgenerator 10 führt eine Reihe von Impulsen konstanter Frequenz f dem Eingang eines Binärzählers 11 zu, der derart geschaltet ist, dass er einen Ausgangsimpuls für äe K Taktimpulse liefert und sich direkt auf Hull zurücksetzt. Der Ausgang des Zählers 11 ist an den Triggereingang der bistabilen Schaltung 8 angeschlossen.

Die Eingänge der gesonderten Stufen eines Binärspeichers

12 sind an die entsprechenden Stufen des Zählers 11 angeschlossen, wodurch dieser Speicher stets den Inhalt dieses Zählers speichert Die Ausgänge des Speichers 12 liegen an den Eingängen einer Dekodier- und Wiedergabeeinheit 13·

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Die Ausgangsklemme I4 des Integrators 4 ist an den Eingang einer Nulldurchgangsdetektionsschaltung 15 angeschlossen, die jeweils an ihren Ausgang einen Impuls liefert, wenn das ihrem Eingang zugeführte Signal durch Null geht. Der Ausgang der Einheit 15 liegt an einem tTebertragungs eingang des Speichers 12 und ebenfalls an einem Eücksetzeingang des Zählers 11, derart, dass ein Impuls des Detektors 15 die Uebertragung des augenblicklichen Inhalts des Zählers 11, der im Speicher 12 gespeichert ist, auf die Dekodier- und Wiedergabeeinheit bewirkt und auch den Zähler 11 auf Null zurücksetzt.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 wird nun an Hand der Pig. 2 "beschrieben, die die Ausgangsspannung des Integrators als Punktion der Zeit für einen kleinen (Kurve a) und einen grossen (Kurve b) Wert der Eingangsspannung V. darstellt.

Es sei angenommen, dass zu einem Zeitpunkt t gerade ein Zyklus des Zählers 11 beginnt, d.h., dass der augenblickliche Wert des Zählerstandes Null ist, und dass der Ausgangsimpuls des Zählers die bistabile Schaltung 8 in ihre erste stabile Lage gesetzt hat. Daher ist der Schalter 2 derart eingestellt, dass die Eingangsspannung V. der Eingangsklemme 3 des Integrators zugeführt wird. Es wird klar sein, dass zu dem Zeitpunkt t_Q der Augenblickswert der Ausgangsspannung V dea Integrators gleich Null ist,

V nimmt dann linear zu,· wie in Pig. 2 gezeigt ist, und zwar mit einem Tempo, das durch die Grosse von V. bestimmt wird, und diese Zunahme setzt sich fort, bis nach einer Zeitspanne t₁ der Zähler 11 seinen maximalen Stand erreicht; der dadurch erhaltene Impuls setzt die bistabile Schaltung 8 in ihre zweite stabile Lage. Dadurch wird V. von der Eingangskiemme 3 des Integrators abgeschaltet und wird Y„ an die Klemme 3 angelegt. Die Zeitspanne ^₁ wird durch die Kapazität N dee Zählers 11 und durch die Frequenz f des Taktimpulsgenerators 10 gemäss der BeziehHMg-t _e' N/f bestimmt.

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Da Y_x, eine Polarität aufweist, die der von V. entgegengeht χ ■

setzt ist, wird nun die Ausgangsspannung V mit einem Tempo linear abnehmen, das durch die Grosse von V_R bestimmt wird, wobei der Ursprung-" liehe Wert (θ) nach einer Zeitspanne t_ erreicht wird. Wie oben bereits nachgewiesen, wurde, ist t_? proportional zu Ύ.»

Wenn die Ausgangsspannung des Integrators gleich Hull wird, wird ein Ausgangsimpuls von dem liulldurchgangsdet ekt or 15 erzeugt und dem Uebertragungseingang des Speichers 12 zugeführt« Am Anfang dex Periode t_? beträgt der Augenblickswert des Inhalts des Zählers 11 Null. Während der Periode t_? werden die Taktimpulse gezählt und wird das Zählergebnis im Speicher 12 gespeichert. Infolge des Ausgangsimpulses der Einheit 15 wird die binäre Zahl n, die die Anzahl während der Periode t_p auftretender Taktimpulse darstellt, auf die Dekodier- und Wiedergabeeinheit 13 übertragen. Da t_o *= n/f ist, ist η zu V. propor-

tionale"

In der Einheit 13 wird die binäre' Zahl η in eine dezimale · Zahl umkodiert, die zur Steuerung.einer numerischen Wiedergabevorrichtung -verwendet wird, mit deren Hilfe die Grosse des Eingangssignals V. direkt abgelesen werden kann. . · -

Eine weitere Folge des von dem liulldurchgangsdet ekt or 15 herrührenden Impulses ist die, dass der-Zähler 11 auf. liull gesetzt wird. DadUi-.;Ii.liefert der Zähler einen Ausgangsimpuls, der die bistabile Schaltung 8 zurücksetzt, wobei die Ausgangsspannung V. wieder der.EingangskLeaun.e des Integrators zugeführt wird; nun fängt ein neuer ].Ie:;n~ zyklus an., an dessen Ende die Dekodier- und Y/iedergabeinheit ']'j> ..;', ^;, neuen Daten versehen wird.

Hach Pig. 2 nimmt die Aus gangs spannung T des Integrators von Hull auf" einen positiven Viert während der Periode t- zu und nimmt währ-Grtd der Periode t„ wieder auf Hull ab. Da das Aus gangs signal des

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ogra toi* s 4 An bezu;; nuf das üüngangasignal umgekehrt ist, ist es erforderlich, dass '/.. eine negative Polarität und da,ss V_ eino'ent- ßCf<c.nuc-3ecztQ Poli-ri ö^:lt a-Uvveiot·. Es leuchtet ein, daas, wenn '/. positiv und V^ negativ wäre, Y von liull auf einen negativen V/ert -.-fahrend der Periode t.. abnehnon und während der Petiode t wieder aui¹ liull zunehmen würde, v/ob ex die Schaltung übrigens auf die bereits beschriebene Weise wirken würde.

Da dor integrator am' Eingangs .signale jeder Polarität ansprechen kann, können zwei Bezu^Hspannuiiften V.. und -V- gleicher Grosse und entgegengesetzter Polaritäten vorhanden oein, die an einen ersten bs?i, einen zweiten festen Kontakt do3 Schalters 16 angelegt 3xnd, dessen bewegbarer Kontakt an den zweiten festen kontakt des Schalters 2 angeschlossen ist. Der Schalter 16 besteht vorzugsweise aus einer Halbleiterschaltung und nicht" aus dem der Deutlichkeit halber in Fig. 1 dargestellten mechanischen Schalter. Der Schalter 16 wird, wie mit der strichpunktierten Linie 17 angegeben ist, von dem Ausgangssignal einer Polaritätsdetektionsschnltung 18 gesteuert, deren Eingang an die Ausgangskieinme 14 des integrators 4 angeschlossen ist. Y/enn das Ausgangspotontial des Integrators während der Periode t.. positiv wird, liefert der Polaritätsdetektor 18 ein Ausgangssignal, das bewirkt, dass der Schalter 16 das negative Bezugspotential -V_R anninuat. V/enn dagegen V negativ wird, wird +V .gewählt. Der Polaritätsdetektor 18 kann ebenfalls eine (nicht näher dargestellte) V/iedergabevorrichtung steuern, um die Polarität des Eingangssignals V. anzugeben.

Bei dea Analog/Digital -Wandler nach i'ig. 1 besteht zwischen dem numerischen Wert des von der Einheit 1J wiedergegebenen Ausgangssignals und der Grosse des Eingangssignals V. eine lineare Beziehung.

liun wird eine Schaltung nach der vorliegenden Erfindung an Hand der Figuren 5 und 4 beschrieben. Schaltungselemente, deren Charakter und Funktion bereite "tosohri oben wurden, oind mit den gleichen Jiezugs-

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ziffern wie in j.''ig. 1 versehen und werden nachsbehend nicht näher beschrieben.

m irig. 3 ist die analoge E'ingang-sklei.i:.ie 1 an die ~.ingangöklemine 3 des Integrators 4 über einen Schalter 19 und ausserdem an einen Eingang einer Bezugssignalgcnerafcoreinheit angeschlossen, die in allgemeinen mit dem strichpunktierten Rechteck 20 angegeben ist. Die Einheit 20 wird nachstehend' an Hand der Fig. 4 näher beschrieben. Ein Signal mit einem konstanten positiven Potential +V_n wird ebenfalls der Einheit 20

Vj

aus einer stabilen Quelle augeführt, die in den Figuren 3 und 4 nicht . näher dargestellt ist·

Der Ausgang der Einheit 20 liegt an dem Eingang eines Umkehrverstärkers 21 mit einer Verstärkung -1 und ebenfalls an dem zweiten festen Kontakt des Schalters 16.~ Der Ausgang des Verstärkers 21 ist an den ersten festen Kontakt des Schalters 16 angeschlossen, dessen bewegbarer Kontakt über einen Schalter 22 an einer Eingangskiemme 23 des Integrators 4 liegt, im integrator 4 ist die Klemme 23 an den Eingang des Verstärkers 5 über einen Eingangswiderstand 24 angeschlossen.

Die Schalter I9 und 22 werden beide von der bietabilen

Schaltung 8 derart gesteuert, das·, wenn der Schalter I9 geschlossen ist, der Schalter 22 geöffnet ist, und umgekehrt. Vorzugsweise werden für die Schalter I9 und 22 Halbleiterschaltungselement® v«r7fendet.

In Fig. 4 i»t in der Bezugssignalgeneratoreinheit 20 das analoge Eingangssignal *n den einen Anschluss des Widerstandes 25 angelegt, dessen anderer Anschluss an einer Verbindungsleitung 26 liegt. Die ?fiderstände 27 und 28 sind über je den exnen Anschluss mit der Leitung 26 verbunden und über je den anderen Anschluss an den Emitter des betreffenden pnp-Transistors 29 bzw. 30 angeschlossen. Die Basis-Elektrode des Transistors 29 liegt an einer Leitung 31» die ein konstantes Potential +T. aufweist, das von einer nicht näher dargestellten

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stabilisierten Quelle herrührt. Die Basie des Transistors 30 ist auf gleiche weise an eine Leitung 32 angeschlossen, die ein konstantee Potential +7 aufweist. Die KolLektoren der Transistoren 29 und ^O sind miteinander verbunden und an eine Leitung 33 angeschlossen, deren Potential 0 beträft.

Die Leitung 26 ist an einen Eingang eines Operationsverstärkers 34 über einen Eingangswiderstand 35 angeschlossen· Das konstante

Potential +V liegt an dem genannten Eingang über einen Eingangswiderc

stand 36· Ein Riickkopplu»gewiÄesretaa4 37 i·* Mrieeken dem den Eingang des Verstärkers 34 eingeschaltet.

In der gezeigten Konfiguration sind die Transistoren 29 und 30 für alle negativen Vierte' von 7. gesperrt und fliesst kein Strom in den Widerständen 27 und 28. Wenn die Widerstände 36 und 37 denselben ■Vert aufweisen, ist die Aus gangs spannung ν_ηιητ1, die von dea Verstärker geliefert v/ird, gleich der algebraischen Summe von V und (V. ζ l^, wo"bei k das Widerstands verhältnis der Summe der Widerstände 25 und 35 zu dem Widerstand 37 ist. Ähnliches gilt für kleine positive Wert· von V., die derartig sind, daas da· Potential an der Leitung 26 niedriger als +7. ist. Sei gröseeren positiven Werten ν·η V, ist der Tränst·tor 29 leitend. Die Y/iderstände 25 und 27 bilden nun einen Spannungsteiler für da3 analoge Eingangsignal V.. infolgedessen wird der Wert voä Jc herabgesetzt. Für noch höhere positire Werte τοη V. ist der Transistor ebenfalls leitend, wodurch der Widerstand 28 zu de» Widerstand 27 parallel geschaltet und der Viert von j£ weiter herabgesetzt wird.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach den Figuren 3 und 4 wird nachstehend erläutert·

Es 3ei angenommen, dass im Integrator 4 der Widerstand denselben Wert wie der Widerstand 6 aufweist. Die Schaltung mit den Schaltern 19 und 22 und den Widerständen 6 und 24 (siehe .'ig. 3) ist dann elektrisch der nach *'ig. 1 mit dem !Schalter 2 und dem Widerstand äquivalent. 409123/1002

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Dp-s analoge Bingo rigs signal Y. vrird an den Eingang des j ( während einer Periode ,t r,r>,~fO-e.?t, die durch acn 'Zlihl-.r 11 auf genau die gleiche Weise bestimmt TriLrd wie an Hand der Pig. 1 beschrieben wurde. "Während der Periode t. führt der Polaritätn.detektor den Gehälter 16 in sine derartige Lage, das3 entweder das Au.a_lJangiir3J _f-;na,l -Y_p.„ des liezugssignalgenerators 20 oder das Aus gangs signal +V„ des Unkehrverstärker3 gewählt wird, in Abhängigkeit von der Tatsache, ob die Polarität des Potentials V am Ausgang.des Integrators positiv oder negativ., ist. Am.i-iude der Periode t. werden die Schalter 19 und 22 umgelegt, v/odurch die Ivingrmgs spannung Y. von den Integrator eingang abgeschaltet und das gewählte liezugspoteutial an diesen Eingang angelegt wird. I)a3 Int egr at oraus gangs signal kehrt dam während einer Perioue t_? zu Null zurück, welche Periode durch, einen Aus gangs impuls des Ilulldurc-hgangdetelctors 15 beendet wird.

Die ytoise,.in der sich die Periode t_ mit dem Wert und der Polarität, der Eingangs spannung Y. ändert, wird an Hand der. Fig. 5 beschrieben,: in der Werte von Y. als Abszisse und Werte von t„ als Ordinate aufgetragen sind. ..... . .

. - Es sei.angenommen, dass Ic anfänglich sehr klein ist. Der. Beitrag yon Y, zu dem JBezugssi-gnal Y^..,_ ist dann vernachlässigbar und t_ ändert-sich nahezu linear mit Y._t wie durch. >die strichpunktierte Linie 38a für negative Eingangssignale und durch die Linie 3-Oh für positive Eingangssignale ,angegeben ist. ,

Es sei ,nun ang-enQmrcen_s das3 für Werte von V.., die derartig sind, dass die Transistoren 29 und 30 gesperrt sind, der Wert von k T beträgt,, d.h., dass die Summe der Werte der Widerstände 25 und 35 gleich dem Wert des Widerstandes J>6 (zuzüglich des Wertes des Widerstandes 37) ist. ii'ür kleine Vierte von Y.. wird deren .Beitrag zu der g Vp₁-Ti ebenfalls klein sein und ist V.._F„ nahezu■ "gleich Y .

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Je nachdem V. negativer wird, nimmt der Wert von V₁₃,-,,, allmählich ab, tis ein Punkt erreicht Yfird, bei dem Y. die gleiche Grosse wie V , aber eine entgegengesetzte Polarität aufweist, ao dass V_n „, gleich Hull ist,

xiiür In. dieser Situation bleibt die Ausgangsspannung V des Integrators während der Periode t_? konstant und t wird dadurch unendlich. Bei negativen EingangsSignalen wird die Beziehung zwischen V. und t durch eine Kurve, wie die Kurve 39} angegeben, die die Kurve 38a "bei V. »0 berührt und sich asymptotisch der gestrichelten Linie 40 nähert, die V. » -Y

χ c

entspricht·

Bei .zunehmenden' positiven Werten von Y. nimmt der Wert von , allmählich zu. Dadurch wird t_ allmählich kleiner in TJebereinstim-

mung mit dem Falle, in dem k = 0 ist. Ohne das Vorhandensein der · Transistoren 29 und JO und der entsprechenden Widerstände 27 und 28 würde der Wert von k bei allen positiven Werten von V « 1 bleiben und würde die Beziehung zwischen t„ und Y. durch eine gleichmässige Kurve gegeben werden, die mit 41 bezeichnet ist« In der Praxis wird jedoch, sobald V. einen mit der gestrichelten Linie 42 in Fig. 5 angegebenen Wert erreicht, der Transistor 29 leitend werden, wodurch der V/ert von k herabgesetzt wird, so dass für höhere Werte iron V. die Beziehung gemäss einer Kurve 43 bis zu einem Punkt verläuft, der mit der Linie 44 angegeben ist und an dem der Transistor JO ebenfalle leitend ist. Dadurch wird der Wert von k weiter herabgesetzt und danach wird die Beziehung gemäss einer Kurve 45 verlaufen»

Es leuchtet ein, dass, wenn der anfängliche Wert von k_

kleiner als 1 ist, die Kurve 39 annähernd unendlich sein wird bei einem Wert von V., der entsprechend negativer als -Y ist, d.h., dass dieser der linearen durch die Kurve 38a angegebenen Beziehung näher liegen wird« Auf ähnliche Weise wird für positive Werte von V; die kombinierte Kurve 41-43-45 der Kurve 38b naher kommen. Wenn k anfänglich grosser als 1 ist, werden die Abweichungen von der Linearität entsprechend grosser als die

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in Figo 5 dargestellten Abweichungen sein_e

Der Bezugssignalgenerator 20 kann weitere Reihenschaltungen enthalten_s die aus je einem Transistor und einem zwischen dem Yerbindungspunkt 26 und der Kulleitung 35 eingeschalteten Widerstand bestehen, wobei jeder der zusätzlichen Transistoren derart geschaltet X3t₅ dass er leitend ist_s wenn das Potential am Terbindungspunkt 26 einen vorher bestimmten Pegel erreicht^ um zusätzliche Punkte zu erhalten, bei denen der Wert von k geändert wird« Einer oder mehrere solcher zusatzlicher Transistoren können derart geschaltet werden, dass sie leitend sind, wenn das Potential an der Leitung 26, ein vorher bestimmtes negatives Potential überschreitetο Ausserdem kann ein Steuersignal J negativ statt positiv sein« Im letzteren Falle ist die Wirkungsweise gleich der an Hand der Figuren 4 und 5.beschriebenen Wirkungsweise_s aber mit umgekehrter Polarität der Eingangssignaleο

Auf diese Weise kann in einem Analog/Digital-Wandler nach der Erfindung die Beziehung zwischen dem analogen Eingangssignal und dem digitalen Ausgangssignal entsprechend der Periode t₂ derart eingestellt -Ererdenj dass sie innerhalb enger Grenzen annähernd eine gemaischte nich^lineare Kennlinie aufweist₀ Insbesondere kann sie annähernd -die Kennlinie aufweisen₉ die erforderlich ist, um die nichtlineare Eingangs/ Ausgangskennlinie eines Aufnehmers auszugleichen, dessen Ausgangssignal digitalisiert werden muss₉ derart, dass das digitale Ausgangssignal nahezu dem Eingangssignal gerade proportional ist» Der Aufnehmer kann ein Thermoelement sein und die Apparatur kann ein digitales Ablesen der Temperatur gestatten.» '

.-·"■- In der bekannten an Hand der Fig. 1 beschriebenen Schaltung liegt das Bezugssignal, das dem Eingang des I_ntegrators zugeführt wird, immer in einer höheren Grossanordnung als das analoge Signal, wodurch die Periode t_? immer kleiner als die Periode t₁ ist* Die Anzahl während

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der Periode t austretender Taktimpulse ist also immer kleiner als die Kapazität des Zählers 11·

In Schaltungen nach der vorliegenden Erfindung tritt eine Reihe von Werten von V. auf, für die die Grosse des Bezugssignals V_n

kleiner als die von V, ist. Wenn keine besondere ilassnahmen getroffen werden wurden, würde dies zur Folge haben, dass die Periode t„ grosser als tj. wäre, so dass die Kapazität des Zählers 11 überschritten werden würde. Aus diesem Grunde wird das Bezugssignal "TV,™ über den Schalter der Eingangskierame 23 des Integrators zugeführt, von der es dem Eingang

des Verstärkers 5 über den Eingangswiderstand 24 zugeführt wird, während das analoge Signal V. über die Klemme 3 vaxü. den Eingangswiderstand 6 zugeführt wird. Die Integrationszeitkonstante ist CE für das analoge Signal und CIL für das Bezugs signal, wobei C, R und R. die Werte des · Kondensators 7 oxl^l der Widerstände 6 bzw« 24 darstellen. Indem R₁

kleiner als R gemacht wird, kann dafür gesorgt werden, dass bei allen Werten von V. innerhalb des Arbeitsbereiches die Aus gangs spannung des Integrators in einem Zeitintervall t~_s das kleiner als t. ist, gleich Null wird.

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Claims (1)

1. -15- PP.1136

   Patentanspruches

   ζ\ oj Analog/Digital-Y/andler von dem "Dual-slope"-Integrationstyp, in dem. ein analoges Eingangssignal der einen Polarität und ein Bezugssignal der entgegengesetzten Polarität abwechselnd an eine Integrationsschaltung angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler mit Mitteln zum Erzeugen eines veränderlichen Bezugssignals versehen ist, wobei sich die Grosse des Bezugssignals in Abhängigkeit von der Grosse des analogen Signals ändert^ um eine vorher bestimmte, nichtlineare Beziehung zwischen dem analogen Eingangssignal und dem digitalen Ausgangssignal des Wandlers zu erhalten₀

   2_e Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 1_? dadurch gekennzeichnet j dass die genannten Mittel eine erste Einheit zum Ableiten eines ersten Signals von dem analogen Signal enthalten^ derart, dass das Verhältnis zwischen der Grosse de© ersten Signals und der Grosse des analogen Signals einen einer Anzahl fester numerischer Werte aufweist, wobei dieser eine V/ert in Abhängigkeit von der Grosse des analogen

   . Signals gewählt wird,, während diese Mittel weit'er eine zweite Einheit, 'die ein konstantes Bezugssignal liefert_s und eine Summa, tionseinheit enthalten;, die das erste Signal und das konstante Bezugssignal zur Lieferung des vorerwähnten veränderlichen Bezugssignals summiert_o 3g Analog/Digitäl-Wandler nach Anspruch 2₉ daduroh. gekennzeichnet s dass die erste Einheit aus einem Spammngsteilernetzwerk mit einer Anzahl von Widerständen besteht, die mit je einem bestimmten Widerstand einer entsprechenden Anzahl von Schaltern in Beihe geschaltet sind, trobei die Schalter je den entsprechenden Widerstand an das Hetzwerk anschiiessen _v um das !Teilerverhältnis dieses Netzwerks zu andern, sobald das Ausgangssignal des Netzwerks einen vorher bestimmten Pegel erreicht, der eindeutig zu dem betreffenden Schalter gehörti

   4« Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schalter einen Transistor enthält, und dass der

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   obengenannte, vorher "bestimmte Pegel durch eine geeignete Vorspannung bestimmt wird, die der Basis des Transistors zugeführt wird· 5. Analog/Digital-Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur Regelung der Polarität des Bezugssignals in Abhängigkeit von der Polarität des analogen Eingangssignals enthält»

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