DE2358378A1

DE2358378A1 - Analog-digital-wandler

Info

Publication number: DE2358378A1
Application number: DE2358378A
Authority: DE
Inventors: Eswin Fauser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-11-23
Filing date: 1973-11-23
Publication date: 1975-06-05

Description

12.11.1973 Ve/Ml

Anlage zur Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1 Analog-Di gi t al-Wandler

Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Impulsfrequenz mit proportionaler Impulsbreite.

Bei elektronischen Schaltungen, die insbesondere im Kraftfahrzeug von der Bordbatterie betrieben werden sollen, und in allen anderen Fällen, wo nur eine Versorgungsspannung vorhanden ist, ergeben sich Probleme, wenn man Messspannungen von Null Volt bis zur Betriebsspannung digital verarbeiten will.

Es ist ein Analog-Digital-Wandler für diesen Zweck bekannt, der jedoch den Nachteil hat, daß er Messspannungen nicht ganz bis zum Wert Null herunter verarbeiten kann. Ein weiterer Wandler dieser Art ist bekannt, der den ganzen Betriebsspannungsbereich umfasst. Dieser ist jedoch sehr aufwendig aufgebaut und benötigt insbesondere ein Netzteil zur.Erzeugung einer negativen Betriebsspannung.

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ORIGINAL INSPECTED

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Analog-Digital-Wandler zu entwickeln, der sehr einfach und billig aufgebaut ist und mit dem dennoch Messspannungen von Null Volt an bis zur Betriebsspannung verarbeitet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Kondensator vorgesehen ist, der durch eine Ladestromquelle aufladbar und über einen steuerbaren Schalter entladbar ist, daß die Kondensatorspannung in einer Vergleichsstufe mit der Messgleichspannung vergleichbar ist, daß durch die Vergleichsstufe eine durch eine Taktfrequenz gesetzte, bistabile Schaltstufe rücksetzbar ist und daß durch das Ausgangssignal der bistabilen Schaltstufe der Schalter im Entladestromkreis des Kondensators steuerbar ist.

Um eine einfache Messbereichumschaltung oder Umsetzfaktorumschaltung (Zeit/Spannung) zu erreichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Ladestromquelle auf verschiedene Ladestromstärken umschaltbar.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein einfacher und billiger Aufbau erreicht wird, daß ein großer Spannungsbereich erfasst werden kann und daß eine sehr einfache Messbereichsums ehaltung möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels und Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels .

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Kondensator 10 zwischen eine Konstant-Ladestromquelle 11 und Masse' geschaltet. Diese Ladestromquelle 11 ist umschaltbar, d.h. es können verschiedene konstante Ladeströme für den Kondensator gewählt werden. Die Entladung des Konden-

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sators 10 erfolgt über einen steuerbaren Schalter 12, vorzugsweise ein Halbleiterschalter, und einen Entladewiderstand 13. Der Verknüpfungspunkt des Entladewiderstands 13 und des Schalters 12 ist über einen Widerstand Ik mit einer Versorgungsbatterie 15 verbunden, deren zweiter Anschluß an Masse liegt. Die Versorgungsbatterie 15 ist weiterhin über einen, aus zwei Widerständen l6, 17 bestehenden Spannungsteiler mit Masse verbunden. Eine Klemme 18, an der die Messspannung anliegt, ist über einen Widerstand 19 mit dem Abgriff des Spannungsteilers 16, 17 sowie mit einem Eingang einer Vergleichsstufe 20 verbunden. Der andere Eingang der Vergleichsstufe 20 ist mit dem Kondensator 10 verbunden. Der Ausgang der Vergleichsstufe 20 ist an den Rücksetzeingang eines SR-Plip-Flops 21 angeschlossen. Eine Klemme 22, an der eine Taktfrequenz anliegt, ist mit dem Setzeingang des Flip-Flops 21 verbunden. Der Ausgang des Flip-Flops 21 ist sowohl mit einer Ausgangsklemme 23, wie auch mit dem Steuereingang des steuerbaren Schalters 12 verbunden.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird im folgenden anhand der in Fig. 2 dargestellten Diagramme erläutert. Es werden dazu die in der Digitaltechnik üblichen Ausdrücke Eins-Signal und Null-Signal eingeführt, wobei ein Null-Signal ein Potential bezeichnet, das ungefähr dem Massepotential entspricht und ein Eins-Signal einem Potential entspricht, das in der Größenordnung der Versorgungsspannung liegt.

Durch einen Taktimpuls f erscheint am Ausgang des Flip-Flops 21 ein Eins-Signal, wodurch sich der Schalter 12 öffnet. Der Kondensator 10 wird mit einem konstanten Strom der Konstant-Stromquelle 11 geladen, wodurch ein linearer Spannungsanstieg entsteht. Diese Kondensatorspannung wird in der Vergleichsstufe 20 mit einer Gleichspannung verglichen, die sich aus der am Abgriff des Spannungsteilers 16, 17 anliegenden

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Spannung und der an der Klemme 18 anliegenden Messspannung zusammensetzt. Wird Spannungsgleichheit erreicht, so erscheint am Ausgang der Vergleichsstufe 20 ein Eins-Signal. Durch dieses Eins-Signal wird der Ausgang des Flip-Flops 21 auf ein Null-Signal zurückgesetzt, wodurch sich der Schalter 12 schliesst. Der Kondensator 10 entlädt sich über den Widerstand 13, bis seine Spannung einen Wert erreicht hat, der der Abgriffspannung des Spannungsteilers 13» 14 entspricht. Durch diese Abnahme der Kondensatorspannung wird der Ausgang der Vergleichsstufe 20 sofort wieder auf ein Null-Signal gesetzt. Am Ausgang des Flip-Flops 21 bleibt das Null-Signal so lange bestehen, bis ein neuer Taktimpuls f erscheint.

Wird die Messspannung an der Klemme IC erhöht, so erhöht sich die Spannung Ul an dem einen Eingang der Vergleichsstufe 20 und der Kondensator 10 muß länger geladen werden, um die Vergleichsstufe 20 auszulösen. Das Eins-Signal am Ausgang des Flip-Flops 21 wird dadurch länger. Da der Abstand der Anstiegsflanken dieser Eins-Signale jedoch fest durch die Taktfrequenz f vorgegeben ist, ändert sich das Tastverhältnis der an der Klemme 23 anliegenden Spannung. Die Signallänge des Eins-Signals an der Klemme 23 ist somit ein direktes Maß für die Größe der an der Klemme 18 anliegenden Messspannung.

Eine Messbereichsumschaltung erfolgt dadurch, daß an der Konstant-Stromquelle 11 ein Umschalter vorgesehen ist, durch den die Größe des Ladestroms für den Kondensator 10 variiert werden kann. Für kleine Messspannungen kann die Messbereichsumschaltung vorzugsweise dadurch geschehen, daß ein kleiner Ladestrom für den Kondensator 10 gewählt wird.

Eine weitere Möglichkeit zur günstigen Anpassung von Messspannung und Ladezeit des Kondensators 10 ergibt sich durch Variation der Widerstände 16, 17, 19. Durch diese Maßnahme kann die Vergleichsspannung Ul variiert werden.

Eine günstige Auswertung der an der Klemme 23 anliegenden Spannung ergibt sich z.B. dadurch, daß ein in der Zeichnung nicht

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näher dargestellter digitaler Zähler angeschlossen wird, der während der Zeitdauer eines an der Klemme 23 anliegenden Impulses eine Taktfrequenz zählt. Die an der Klemme 18 anliegende Messspannung kann dadurch direkt als Zahlenwert erfasst v/erden.

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Claims

Ansprüche

Γΐ j Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Impulsfrequenz mit proportionaler Impulsdauer, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (10) vorgesehen ist, der durch eine Lades.tromquelle aufladbar und über einen steuerbaren Schalter (12) entladbar ist, daß die Kondensatorspannung in einer Vergleichsstufe (20) mit der Messgleichspannung vergleichbar ist, daß durch die Vergleichsstufe (20) eine durch eine Taktfrequenz f gesetzte, bistabile Schaltstufe (21) rücksetzbar ist und daß durch das Ausgangssignal der bistabilen Schaltstufe (21) der Schalter (12) im Entladestromkreis des Kondensators (10) steuerbar ist.
2. Analog-Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromquelle (11) auf verschiedene Ladestromstärken umschaltbar ist.
3. Analog-Digital-Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromquelle (11) eine Konstant-Stromquelle ist.
4. Analog-Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung des Kondensators (10) bis auf eine Restspannung erfolgt, die durch einen Spannungsteiler (13> .1A) im.Entladestromkreis vorgegeben ist.

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5· Analog-Digital-Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur beliebigen Festsetzung der Ansprechschwelle der Vergleichsstufe (20) der Messspannung eine feste Spannung überlagert ist, die vorzugsweise gleich der Restspannung am Kondensator (10) ist.
6. Analog-Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Schaltstufe (21) als SR-Flip-Flop ausgebildet ist.

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