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ZSnalog-Digital-Umformer Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Um.former,
in welchem die Umformung durch die Methode sukkzessiver Annäherungen bewirkt wird,
d.h. durch Vergleich des Analog-Signales (in der Form einer Spannung) mit einer
binären Folge von Bezugsspannungen, beginnend mit derjenigen der größten Digit-Signifikanz,
wobei jede Bezugsspannung eliminiert oder beibehalten wird, deren Addition zu einer
Überschreitung der Analog-Spannung führen oder nicht führen würde, worauf die digitierte
Version des Analog-Siqnales von den so eliminierten bzw. beibehaltenen Bezugsspannungen
abgeleitet wird.
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Eine Anordnung dieser Art, bei der eine digitierte Version einer analogen
Gleichspannung erzeugt wird, ist vereinfacht in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt.
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Die Analogspannung ist als ein Eingang an einen Komparator 9 gelegt.
An den anderen Eingang ist eine Spannung gelegt, die
an einem Summier-Widerstand
mit geringem Widerstandswert entsteht, durch den die Ströme laufen, die durch eine
Gruppe von Widerständen 11 bis 15 definiert sind, die binär auf die ohmischen Werte
fl, 2R, 4R, 8R und 16R bewertet sind und so angeordnet sind, daß sie selektiv parallel
zueinander mit dem Widerstand 10 und über Schalter S1 bis 5 mit einer Bezugsspannung
verbunden werden können.
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Um eine Umformung zu erreichen, ist der Schalter S1 geschlossen, wodurch
an den Komparator eine binäre Bezugsspannung von höchster Signifikanz angelegt wird.
Der Ausgang des Komparators wird dann geprüft, um festzustellen, ob diese Bezugsspannung
größer oder kleiner ist als die analoge Spannung, die am anderen Eingang des Komparators
liegt. Wenn sie größer ist, wird der Schalter S1 wieder geöffnet, um die Bezugsspannung
zu eliminieren, wenn sie dagegen kleiner ist, bleibt der Schalter S1 geschlossen,
um die Spannung beizubehalten.
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Darauf wird der Schalter S2 geschlossen, wieder geöffnet oder geschlossen
gehalten abhangig davon, ob der neue Vergleich zeigt, ob die analoge Spannung überschritten
worden ist oder nicht usw..
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Als Folge dieser Schaltoperationen wird der digitale Wert des Analogsignales
durch die Gruppe von offenen und geschlossenen Schaltern dargestellt, die entsprechend
die Ziffern 0 und 1 an den Ziffern-Positionen anzeigen, die durch die ohmischen
Werte der zugehörigen Widerstände gegeben sind.
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enn der Umformer ein Teil einer integrierten Schaltung ist, ist es
üblich, für die Schalter Sl bis S5 lialbleitereinrichtungen wie z.B. bipolare Transistoren
oder DIOSFETS zu verwenden. Solche Geräte können jedoch Schaltfehlern unterliegen.
Diese können die Form von Verschiebungsspannungen (offset voltages) haben, das sind
merklicne Spannungsabfälle, wenn die Geräte in ihrem
geschlossenen
Zustand sind, wenn ein minimaler oder ein Null-Abfall'erwünscht ist.
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Ein weiterer Nachteil einer solchen bekannten Anordnung nach Fig.
1 besteht in der Notwendigkeit, Widerstände mit so vielen unterschiedlichen ohmischen
Werten zu verwenden wie digitale Positionen in der binären Darstellung der Analogspannung
vorhanden sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Analog-Digital-Umformer
zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile vermeidet. Der Umformer soll ferner
in integrierter Schaltungsbauweise herstellbar sein unter Verwendung von Halbleitern
für die Schalter, bei denen Schaltfehler eliminiert oder mindestens beträchtlich
reduziert sind. Ferner sollen bei dem Umformer die Bezugsspannungen mittels eines
Widerstands-Netzwertes erzeugt werden, das nur Widerstände mit weniger unterschiedlichen
ohmischen Werten erfordert als digitale Positionen in der binären Darstellung der
Analogspannung vorhanden sind.
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Bei einem Analog-Digital-Umformer, der nach der Methode sukkzessiver
Annäherungen arbeitet und ein binäres Leiternetzwerk aus Widerständen aufweist,
mit einer Serien-Kette von Widerständen, die einen Teil des Netzwerkes bilden und
so erregt werden, daß Knotenpunkte längs der Kette eine binäre Folge von Bezugsspannungen
erzeugen, die eliminiert oder beibehalten werden, ferner mit Einrichtungen zum Darstellen
und/oder Speichern des digitalen Wertes der Analogspannung nach der Umformung, ausgedrückt
in der Form bzw. Anordnung der Knotenpunkte, deren Spannungen eliminiert oder beibehalten
worden sind, ferner mit individuellen Schalteinrichtungen für jeden Knotenpunkt
zum Anlegen der Spannung an diesem Punkt an den Eingang einer Summierstufe, die
gemeinsam für das Netzwerk ist, sowie einer logischen Stufe zur Betätigung der Schalteinrichtungen
nacheinander, beginnend mit derjenigen, die dem Knotenpunkt mit der größten digitalen
Signifikanz zgeordnet
ist, wird dies dadurch erreicht, daß jede
der Schalteinrichtungen außerhalb des Leiternetzwerkes anqeordnet ist und daß die
logische Stufe derart auf den Ausgang der Summtierstufe anspricht, daß die Spannung
eines Knotenpunktes am Eingang der Summierstufe eliminiert oder aufrecht erhalten
wird, abhängig davon, ob der resultierende Ausgang der Summierstufe die Analogspannung
übersteigt oder nicht.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung dargestellt, in der Fig. 1 vereinfacht und schematisch eine
Schaltung eines bekannten Analog-Digital-Umformers zeiqt.
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Fig. 2 zeigt eine entsprechende Schaltung einer Ausführungsform der
Erfindung.
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Fig. 3 zeigt im Detail einen Teil der Ausführungsform von Fig. 2 und
Fig. 4 zeigt eine Gruppe von Wellenformen zur Erläuterung der Betriebsweise der
Ausführungsform nach Fig. 3.
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Ein erfindungsgemäßer Analog-Digital-Umformer zur Umwandlung einer
analogen Gleichspannung in ein binäres 5-Bit-Signal umfaßt ein teiternetzwerk 20,
wie Fig. 2 zeigt. Dieses besteht aus einer Reihen-Kette von Widerständen 21 bis
26 zwischen einem Anschluß 27 und Erde. Der Widerstand 26 hat den Widerstandswert
2R Ohm, während jeder der anderen Widerstände 21 bis 25 den Widerstandswert R Ohm
hat. Der gemeinsame Punkt von jedem benachbarten Paar von Widerständen wird als
Knotenpunkt oder einfach als Knoten bezeichnet. Der Knoten zwischen den Widerständen
21 und 22 ist mit N1, derjenige zwischen den Widerständen 22 und 23 mit N2 usw.
bezeichnet.
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Das Netzwerk umfaßt ferner Verbindungen von den Knotenpunkten zur
Erde über Widerstände 31 bis 35, von denen jeder einen Widerstandswert von 2R Ohm
hat. Wenn jeder der Knotenpunkte auch über die Kette mit Erde verbunden wird, so
ist der resultierende Widerstand zwischen jedem Knotenpunkt und der Erde R Ohm.
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Der Knoten N1 ist ferner über einen Widerstand 41, eine Schalteinrichtung
in Form eines Verstärkers 51 (gated amplifier) und einen Widerstand 61 mit dem Wert
R an einen Eingang 37 eines Summierverstärkers 38 gelegt. Der Verstärker 38 hat
eine hohe Verstärkung mit einem negativen Rückkopplungs-Widerstand 39 mit dem Wert
R Ohm, um den Eingangspunkt 37 auf scheinbarem Erdpotential zu halten.
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Der Knotenpunkt 2 ist in gleicher entsprechender Weise mit dem Eingangspunkt
37 verbunden über einen Widerstand 42, einen Verstärker 52 und einen Widerstand
62 mit dem Wert R Ohm. Dasselbe gilt für die Knotenpunkte N3 bis Tal5.
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Der Ausgang vom Verstärker 38 wird als einer von zwei Eingangen an
einen Differenzverstärker 47 gelegt. Der andere Eingang ist für die digital darzustellende
Analogspannung vorgesehen, die über einen Anschluß 48 zugeführt wird. Der Ausgang
wird über eine Leitung 49 an eine logsche Stufe 57 gelegt, die mit den Steuerpunkten
der Verstärker 51 bis 55 verbunden ist. Mit der logischen Stufe 57 sind ferner Darstellungs-Einrichtungen
in Form eines Registers 58 gekoppelt, um die Analogspannung in digitaler Form darzustellen.
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Die logische Stufe 57 tastet die Verstarker 51 bis 55 im Wechsel ab,
beginnend mit denjenigen, der den Knotenpunkt mit der größten digitalen Signifikanz
zugeordnet ist, d.h. dem Verstärker 51.
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Da jeder dieser Verstärker die Spannung des zugehörigen Knotenpunktes
an den Verstärker 38 gibt, ist der Ausgang vom Verstärker
47 mit
einer abrupten Stufe versehen, deren Richtung davon abhängt, ob der Ausgang vom
Verstärker 38 die Analogspannung übersteigt oder nicht. Die Wirkung von jedem dieser
stufenförmigen Ausgang des Verstärkers 47 auf die logische Stufe 57 hängt davon
ab, ob die Analogspannung überschritten worden ist oder nicht.
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Wenn sie überschritten worden ist, schaltet die logische Stufe 57
den zuletzt erregten Verstärker (aus der Gruppe 51 bis 55) ab, wodurch am Verstärker
38 die Spannung des zugehöriqen Knotenpunktes eliminiert wird. Gleichzeitig steuert
die logische Stufe das Register 58, so daß dieses in der entsprechenden Ziffern-Stelle
eine 9 anzeigt. Wenn andererseits die Analogspannung nicht überschritten worden
ist, so hält die logische Stufe 57 den zuletzt erregten Verstärker leitend, wodurch
am Verstärker 38 die Spannung des zugehörigen Knotenpunktes aufrecht erhalten wird.
und im Register 58 eine 1 angezeigt wird.
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In jedem Fall, gegebenenfalls nach einer geringen Verzögerung, um
sicherzustellen, daß die Schaltoperation vollendet ist, schaltet die logische Stufe
57 den Verstärker (aus der Gruppe 51 bis 55) der nächst-niedrigeren digitalen Signifikanz
ein, worauf das Verfahren wie oben beschrieben weitergeht.
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Im Betrieb wird daher eine Basis-Bezugsspannung VR zwischen die Klemme
27 und Erde gelegt. Da der Widerstand zwischen dem Knotenpunkt N1 und Erde gleich
R ist, folgt daß die Spannung am Knotenpunkt NI gleich VR/2 ist. In ähnlicher Weise
ist die Spannung an jedem der übrigen Knotenpunkte N2 bis N5 die Hälfte derjenigen
des vorhergehenden Knotenpunktes, d.h. diese Spannungen sind Vor/4, q/8, VR/lG und
V/32. Die Analogspannung, die digital dargestellt werden soll, wird zwischen der
Klemme 48 und Erde zugeführt. Die logische Stufe 57 ist so ausgebildet, daß wenn
der Schaltkreis eingeschaltet ist, die Stufe damit beginnt, den Verstärker 51 zu
erregern, der mit dem Knotenpunkt 1
der größten Spannungs-Signifikanz
VR/2 verbunden ist. Da dies der einzige Eingang zum Verstärker 38 ist, wird die
Spannung im Verstärker 47 mit der Analogspannung verglichen. Unter der Annahme,
daß die letztere die größere ist, hat der Ausgang vom Verstärker 47 die Richtung
bzw. den Sinn, die logische Stufe 57 zu veranlassen, diesen Verstärker erregt zu
halten und in der Ziffern-Stelle der größten Signifikanz eine 1 anzuzeigen.
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Die Stufe erregt darauf den Verstärker 52. Der Ausgang de-s Verstärkers
38 hat nun den Wert VR/2 + Vor/4 Wenn dieser immer noch kleiner ist als die analoge
Spannung, wird der Verstärker 52 erregt gehalten und in der entsprechenden Position
eine 1 angezeigt. Wenn andererseits die Analogspannung nun überschritten worden
ist, hat der stufenförmige Ausgang des Verstärkers 47 die Richtung bzw. den Sinn,
die logische Stufe 57 zu veranlassen, diesen Verstärker abzuschalten und die Ziffer
0 anzuzeigen, usw..
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Am Ende des Schalt-Vorganges sind daher einige Knotenpunkte vorhanden,
deren Spannungen am Eingang zum Verstärker 38 aufrecht erhalten worden sind und
gewöhnlich einige, deren Spannungen eliminiert worden sind. Das Pluster der beibehaltenen
und eliminierten Knotenspannungen bildet daher den Stellen-Wert (digitalen Wert)
der analogen Spannung und dieser Wert wird durch das Register 1 mittels den Ziffern
1 und 0 dargestellt.
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Die Verstärker 51 bis 55 sollten definierte Verstärkungen haben, z.B.
1, und eine genügend hohe Eingangs-Impedanz, um zu verhindern, daß die Genauigkeit
der Knotenspannungen merklich durch Stromentnahme aus dem Leiternetzwerk reduziert
wird.
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Ein beachtlicher Vorteil der vorbeschriebenen Anlage ist der, daß,
da alle Schalteinrichtungen außerhalb des Leiternetzwerkes liegen, Schaltfehler
der oben genannten Art, wie sie bei bekannten Schaltungen, z.B. nac h Fig. 1 auftreten,
praktisch eliminiert
werden. Hierdurch wird eine sehr gute Stabilität
der Bezugsspannungen erreicht.
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In den Verstärkern 51 bis 55 kann eventuell ein kleiner Easis-Fehler
vorhanden sein infolge der Möglichkeit, daß die Charakteristiken der Eingangs-Transistoren
der Verstärker nicht vollständig einander angepaßt sind. Solche Fehler sind jedoch,
falls sie auftreten sollten, nur gering. Sie treten gewöhnlich in bekannten Formen
von Analog-Digital-Umformern auf, die Operationsverstärker verwenden.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß Widerstände mit nur zwei
ohmischen Werten, nämlich R und 2R, verwendet werden.
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Schließlich ist es vorteilhaft, daß die Schaltungen den Umformer zu
Herstellung in integrierter Schaltungsbauweise geeiqnet machen.
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In einer alternativen Darstellungseinrichtung 58' kann das Register
58 direkt durch den Verstärker 47 geschaltet werden, wobei die darzustellende Ziffer
von der Richtung des Schaltsignales abhängt.
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Die Widerstände 41 bis 45 können gegebenenfalls weggelassen werden.
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Für die logische Stufe 57 stehen verschiedene Tor-Netzwerke zur Verfügung.
Wie bereits erläutert, hat die Stufe nur jeden der Verstärker (aus der Gruppe 51
bis 55) nacheinander einzuschalten und entweder eingeschaltet zu lassen oder ihn
abzuschalten abhängig von dem Richtungssinn des resultierenden Signals vom Verstärker
47. Eine geeignete Ausführungsform für die logische Stufe wird nachfolgend anhand
der Fig. 3 und 4 beschrieben.
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Es wird zweckmäßigerweise wieder angenommen, daß der Umformer eine
5-Bit-Kapazität hat. Es wird ferner angenommen, daß die logische Stufe eine positive
Nand-Logik hat, die mehr geeignet
für die Art von Transistoren
ist, die gewöhnlich bei solchen Komponenten verwendet werden.
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Jeder Verstärker 51, 52 usw. (nur diese beiden sind dargestellt) wird
durch eine bistabile Stufe 151, 152 usw. gesteuert, wobei ein geeigneter Ausgancrspunkt
dieser Stufen mit dem Steuernunkt des Verstärkers verbunden ist. Jede bistabile
Stufe kann zweckmaßigerweise die Form eines überkreuz aeschalteten Paares von Nand-Toren
haben (nicht gezeigt). Wenn die Stufe eingestellt ist, erregt sie den zugehörigen
Verstärker, wodurch die Spannung des zugehörigen Enotenpunktes an den Verstärker
47 gelegt wird und zwar über den entsprechenden Widerstand aus der Gruppe der Widerstande
61, 62 usw. (Fig. 2) den Anschluß 37 und den Verstärker 38. Wenn eine bistabile
Stufe in ihrem Rückstellzustand ist, wird der Verstärker (aus 51 bis 55) abgeschaltet.
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Die fünf bistabilen Stufen 151 bis 155 werden ihrerseits gesteuert
durch die ersten fünf Stufen 161 bis 165 eines siebenstufigen Ringzählers 161 bis
167, von der nur die Steifen 161, 162, 166 und 167 dargestellt sind.
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Die Stufen des Zählers sind so angeordnet, daß sie nacheinander durch
ein Taktsignal mit rechtwinkeliger Wellenform geschaltet werden, das von einer quelle
171 abgenommen und parallel an alle sieben Stufen angelegt wird.
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Der Zähler ist so aufgebaut, daß jede Stufe, außer einem Takteingang,
noch zwei weitere Eingänge hat, die itr die Stufe 161 mit J und X bezeichnet sind,
sowie zwei Ausgänqe Q und NQ (nicht Q).
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Wenn die Stufe die Ziffer 1 hilt, sind diese Ausgänge entsprechend
auf logisch 0 und logisch 1, und sie sind umgekehrt, wenn die Stufe die Ziffer 0
halt. Die Stufe kann nur geschaltet werden, um diese Ausqïnge umzukehren, wenn beim
eintreffen eines Taktimpulses die Stufe durch Signale 0 und 1 auf den Leitungen
J und K
vorbereitet ist. Somit ist jede Stufe, ausgenommen der
ersten Stufe 161 nur vorbereitet, wenn die vorhergehende Stufe die Ziffer 1 hält
und damit Signale 0 und 1 entsprechend über die Leitungen 9 und NQ anlegt.
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Um die erste Stufe 161 bei Beginn der Umformung vorzubereiten, wird
dem Eingang K die Ziffer 1 durch eine O-Feststell-Stufe 172 zugeführt (in Form eines
Nand-Tores mit 6 Eingangen), die nur anspricht, wenn alle sechs Stufen 162 bis 167
logisch O halten, während dem Eingang J vom Ausgang der Stufe 172 über eine Phasenumkehrstufe
oder Negator-Stufe 172' die Ziffer O zugeführt wird.
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Zur Steuerung der bistabilen Stufe 171 wird der Ausgang vom Punkt
Q an die Stell- und Rückstelleingange der bistabilen Stufe über zwei Nand-Tore 173
und 174, die je zwei Eingänge haben, gelegt, wobei an jedes der Tore die Verbindung
von der Stufe 161 über eine Leitung 175 als ein Eingang gelegt wird.
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Um den zweiten Eingang für das Tor 173 zu erzeugen, wird das Taktsignal
in einer Stufe 176 differenziert, um einen negativgehenden oder logisch O-lmpuls
synchron mit jeder vorderen positiv-gehenden Flanke des Signals zu erzeugen. Nach
der Umkehr in einer .Tegator-Stufe 177 wird dieser Impuls an das Tor 173 gelegt
und an eine Leitung 17S, die für alle fünf Zählerstufen gemeinsam ist.
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Um den zweiten Eingang für das Tor 174 zu schaffen, wird das Taktsignal
in einer Negatorstufe 181 umgekehrt und in einer Stufe 182 differenziert, um einen
logisch O-Impuls zu erzeugen synchron mit jeder vorderen positiv-gehenden Flanke
des umgekehrten Taktsignals und damit mit jeder negativ-gehenden hinteren Flanke
des Taktsignals selbst. Dieses gepulste Signal wird nach Umkehr durch eine Negator-Stufe
183 zusammen mit dem Signal auf
der Leitung 49 (Fig. 2) vom Verstärker
47 als Eingänge an ein Nand-Tor 184 gelegt, dessen Ausgang nach Umkehr durch eine
Negator-Stufe 185 an das Tor 174 und an eine Zeitung 186 aelegt wird, die für alle
fünf Stufen gemeinsam ist.
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Der Ausgang der bistabilen Stufe 151 ist, außer daß er mit dem Verstärker
51 verbunden ist, als ein Eingang an eine Sperrschaltung 191 (latch) gelegt, deren
Ausgang an die entsprechende Ziffern-Position im Register 58 gelegt ist, um die
Ziffer 0 oder 1 darzustellen.
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Eine ähnliche Anlage, von der aus Gründen der Ubersichtlichkeit einiges
weggelassen worden ist, ist für die vier übrigen Schaltkreise zur Steuerung der
Verstärker 52 bis 55 vorgesehen. In jedem Fall erfolgt die Steuerung der bistabilen
Stufen 152 usw.
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über die beiden Nand-Tore, deren Eingänge von den Leitungen 178 und
186 und von dem Q-Ausgang der zugehörigen Stufe des Zählers abgeleitet werden. Verbindungen
bestehen ferner zu Sperrschaltungen 192 bis 195, die der Sperrschaltung 191 entsprechen,
wobei jedoch die Schaltungen 193 und 194 nicht gezeigt sind.
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Der Ausgang aus der Stufe 166 des Zählers ist über eine Leitung 190
mit dem zweiten Eingang von jedem der fünf Sperrschaltungen 191 bis 195 verbunden.
Der Ausgang aus der Stufe 167 ist über eine Leitung 201 an den Rückstell-Punkt von
jedem der fünf bistabilen Stufen 151 bis 155 gelegt.
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Nachfolgend wird der Betrieb der Schaltung nach Fig. 3 anhand der
Wellenformen a bis k von Fig. 4 beschrieben. Die Bezeichnungen a bis k werden hierbei
sowohl für die Signale selbst wie auch für ihre Wellenformen benutzt.
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Es wird angenommen, daß das in der Leitung 49 geführte Signal
eine
logische 1 ist, wenn aufgrund der Einschaltung eines der Verstärker 51 bis 55 die
Analogspannung überschritten wird, was zu der Forderung führt, daß dieser Verstärker
dann abgeschaltet wird, daß aber, wenn das Signal logisch 0 ist, der Verstärker
angeschaltet bleibt. Die erste dieser Bedingungen, nämlich das überschreiten der
Analogspannung, wird zuerst betrachtet.
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In Fig. 4 stellt die Welle a das Taktsignal dar, die Welle b die Impulse,
die durch Differenzierung in der Stufe 176 asynchron mit jeder positiv-gehenden
Flanke des Taktsignales erhalten werden; die Welle c das Ergebnis der Umkehr des
Signales b durch die Negator-Stufe 177; die Welle d das Signal vom Ausgang Q der
Zählerstufe 161; die Welle e das Signal, das durch das Tor 173 an den Stelleingang
der bistabilen Stufe 151 gelegt worden ist entsprechend den Signalen c und d an
seinen beiden Eingangen; die Welle f das Taktsignal nach Umkehr durch die Stufe
181, die Wellen g und h die gepulsten Signale, die von den positivgehenden Flanken
des Signales f durch die Stufe 182 angeleitet werden und ihre Umkehr durch die Stufe
183, um einen positiv gehenden Impuls 216 zu erzeugen; die Welle i das Signal auf
der Leitung 49, in der nach der Einschaltung des Verstärkers 51 ein Signal erzeugt
wird, das größer ist als der Analog-Eingang; die Welle j das Antwortsignal des Tores
184 und der Negator-Stufe 185 auf die Signale h und i und wobei schließlich die
Welle k das Signal darstellt, das vom Tor 174 an den Rückstelleingang der bistabilen
Stufe 151 aufgrund der Signale d und j gelegt wird.
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Vor Beginn des Betriebes halten alle sieben Stufen 161 bis 167 des
Zählers die Ziffer 0, wobei sie über die Tore 172 und 172' die Stufe 161 vorbereiten,
wobei ferner alle fünf bistabilen Stufen 151 bis 155 im Rückstellzustand sind. Der
Betrieb beginnt im Zeitpunkt t0 mit dem Anlegen der ersten Periode C1 des Taktsignales
an alle fünf Zählerstufen. Da nur die Stufe 161 vorbereitet
ist,
ist sie die einzige, die anspricht. Sie tut es synchron mit der positiv-qehenden
vorderen Flan 211 der ersten Periode, wobei sie über die Leitung 175 das Signal
d abgibt, um beide Tore 173 und 174 vorzubereiten. Diese Antwort der Stufe 161 hat
ferner die Wirkung, daß die Signale auf den Leitungen n und NQ umgekehrt werden
und so die nächste Zahlerstufe 162 vorbereiten und fertigmachen, daß sie auf die
vordere Flanke 212 der nächsten Taktperiode C2 ansprechen kann, wie noch beschrieben
wird.
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Von dem Taktsignal a werden ferner Impulse 213 und ihre Umkehr 214,
nämlich die ellen b und c abgeleitet. Die Kombination von c und d im Tor 173 führt
dazu, daß ein Impuls 215, Welle e, an die bistabile Stufe 151 gelegt wird, wodurch
die Stufe in ihren Einstell-Zustand geschaltet wird.
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Dies hat zwei Wirkungen: Erstens wird der Verstärker 51 eingeschaltet,
wodurch die Spannung am Knotenpunkt 1 an die Stufe 47 gelegt wird und zweitens wird
ein Vorbereitungssignal an die Verknüpfungsschaltung 191 gelegt, wobei dieses in
Abwesenheit eines Signales von der Z;ihlerstufe 166 noch keine Wirkung hat.
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Der resultierende Ausgang vom Verstärker 47 legt ein Signal 217, Welle
i, an die Leitung 49 und da angenommen worden ist, daß die analoge Spannung iberschritten
worden ist, führt die Leitung 49 das Signal logisch 1. Da die Kombination aus den
Toren 184 und der Negator-Stufe 185 ein Und-Tor bildet, wird durch die Signale 216
und 217 ein Impuls 221, Welle j, mit demselben Richtungssinn erzeugt.
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Die Kombination der Signale d und j im Tor 174 hat zur Folge, daß
ein Impuls 222, Welle k, im Zeitpunkt tl, etwa die halbe Zeit der Taktperiode Cl,
an die bistabile Stufe 151 gelegt wird, um diese in ihren Rückstellzustand zu schalten,
wodurch der Verstärker 51 abgeschaltet und die Spannung des Knotenpunktes N1 vom
Eingang
des Verstärkers 38 beseitigt und auch der Eingang zur Verknüpfungsschaltung 191
entfernt wird.
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Wäre die analoge Spannung nicht überschritten worden, so hätte die
Leitung 49 das Signal logisch O geführt, der Ausgang der Negator-Stufe 185 wäre
derselbe und das Tor 174 hatte kein Signal zur Rückstellung der Stufe 151 erzeugt,
so daß diese Stufe dementsprechend in ihrem eingestellten Zustand geblieben wäre,
in welchem die Spannung des Knotenpunktes 51 kontinuierlich an dem Verstärker 38
liegt.
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Das Tor 184 arheitet somit als eine Art Komparator, um das Signal
in der Leitung 43 mit dem Bezugssignal, das durch den Impuls 216 gebildet wird (Welle
h) zu vergleichen und nur dann ein Signal zu erzeugen, das geeignet ist die bistabile
Stufe zurückzustellen, wenn diese beiden Eingänge zum Tor 184 denselben Richtungssinn
haben.
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Im Zeitpunkt t2 endigt die erst Periode Cl und da die Stufe 162 vorbereitet
ist, schaltet die Flanke 212 der nächsten Taktperiode C2 die Stufe auf logisch 1,
wobei gleichzeitig die Stufe 161 auf logisch O rückgestellt wird. Dieser letzte
Vorganq beendet das Signal d und verhindert somit, daß die weiteren Impulse der
Signale c und j auf den Leitungen 178 und 185 die Stufe 151 beeinflussen. Der Impuls
zum Einstellen der zugehörigen bistabilen Stufe 152 ist bei 223 (Welle e) gezeigt,
während der nachfolgende Rückstellimpuls, falls durch den Zustand des Signales in
der Leitung 49 erforderlich, gestrichelt bei 224 in der Welle k gezeigt ist.
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Zu diesem Zeitpunkt ist die fünfte Zählerstufe auf logisch 0 rückgestellt
worden, die Sperrschaltungen 191 bis 195 sind vorbereitet worden entsprechend den
Ausgangssignalen von den Stufen 151 bis 155.
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Die Betätigung der Stufe 166 durch den Taktgeber führt dazu, daß
ein
Vorbereitungssignal über eine Leitung 190 an die Sperrschaltungen 191 bis 195 (latches)
gelegt wird, um diese zu betätigen und im Register 58 eine Ziffer 1 oder eine Ziffer
0 darzustellen, abhängig davon ob die zugehörige Stufe der Stufen 151 bis 155 in
ihrem Einstellzustand oder ihrem Rückstellzustand geblieben ist.
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Das digitale Äquivalent der Zahl, die die Analogspannung repräsentiert,
wird somit im Register 58 angezeigt.
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Die Betätigung der Stufe 157 durch den siebten Taktimpuis erzeugt
über eine Leitung 201 ein Signal, um alle fünf Stufen 151 bis 155 rückzustellen,
während die Sperrschaltungen 191 bis 195 die vorhandene Anzeige aufrechterhalten.
Bei der Umkehr auf logisch 0 am Ende des siebten Taktimpulses vollendet die Stufe
167 die sechs O-Eingänge zum Tor 172 und bereitet auf diese Weise die Stufe 161
vor, damit sie auf das nächste Taktsignal ansprechen kann. Normalerweise würde die
nächste Taktperiode unmittelbar folgen -und irgendeine Änderung in der Größe der
analogen Spannung, die innerhalb des Auflösungsgrades des Umformers liegt, wAde
dazu führen, daß die Sperrschaltungen entsprechend neu eingestellt und die Anzeige
geändert würde.
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Anstatt die Knotenpunktspannungen mittels der Verstärker 51 bis 55
an den Verstärker 38 zu legen, können auch Spannungen verwendet und an den Verstärker
gelegt werden, die den Knotenpunktspannungen proportional sind, vorausgesetzt, daß
die Konstanten der Proportionalität dieselben sind für jede der fünf Stufen.
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Für die Sperrschaltungen sind verschiedene Formen verfügbar. Eine
geeignete Anordnung für die Sperrschaltung 191 umfaßt eine bistabile Stufe (nicht
gezeigt), die, wenn sie sich in der einen oder der anderen ihrer stabilen Stellungen
befindet, in der Stufe 58 eine Ziffer 1 oder eine Ziffer 0, je nach dem entsprechenden
Fall, zur Anzeige bringt und die durch ein Signal von der Stufe 151 in die entsprechende
Stellung geschaltet wird, das über ein
nicht gezeigtes ubertragungs-Tor
unter der Steuerung eines Signales von der Stufe 166 geliefert wird.
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tAe bereits erwähnt, wird die Sperrschaltung durch das Signal von
der Stufe 167 nicht rückgestellt, sondern in ihrer Stellung belassen, wobei die
vorhandene Anzeige aufrecht erhalten wird, bis sie durch das Signal von der Stufe
151 auf den neuesten Stand gebracht wird, wenn nahe beim Ende der nächsten Periode
die Stufe 166 erreicht ist.
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Entsprechende Anordnungen können für die Sperrschaltungen 192 bis
195 getroffen werden.
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Der Grund, weshalb die Sperrschaltungen nicht auf den neuesten Stand
gebracht werden bis die Stufe 166 erreicht ist, ist der, daß die Signale von den
Stufen 151 bis 155 unvollstandig sind.
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Andererseits können die von den Sperrschaltungen erzeugten Signale
gespeichert werden, z.B. zur Verwendung durch einen Computer, anstatt oder zusätzlich
zu ihrer Darstellung.
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In der Praxis hat ein Umformer nach der Erfindung in der Regel einen
wesentlich größeren Bereich als 5 Bits, der zur Vereinfachung der Beschreibung gewahlt
wurde.