DE2439475A1

DE2439475A1 - Analogue into digital signal conversion method - analogue signal and reference voltage during conversion period applied to integrator

Info

Publication number: DE2439475A1
Application number: DE2439475A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Smutny
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-08-16
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1976-02-26

Abstract

An analogue signal is applied together with a reference voltage during a conversion period to the input of an integrator clock pulses from a clock pulse generator being counted during the reference voltage application. After the reference voltage (U1) is disconnected from the integration stage (3) input (7), next integration process begins with the residual signal at the integration stage (3) output, and a mean value of the digital signal is formed over several conversion period. The comparator stage (4) determines the zero passing of the output signal (Ua). The control member (5) receives the command to open the contact (2) to disconnect the reference voltage (U1) from the input (1) of the integration stage (3).

Description

Verfahren zum Umsetzen einer analogen Größe in eine digitale Größe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umsetzen einer analogen Größe in eine digitale Größe, bei dem die analoge Größe an den Eingang einer Integrationsstufe gelegt und während einer Umsetzperiode zeitweise eine Referenzgröße an diesen Eingang angeschaltet wird und bei dem während der Zeit, in der die Referenzgröße an die Integrationsstufe geschaltet ist, die von einer Impulsquelle ausgesandten Impulse in einem Zähler gezählt werden.Method for converting an analog variable into a digital variable The invention relates to a method for converting an analog variable into a digital quantity, in which the analog quantity at the input of an integration stage and temporarily a reference variable at this input during a conversion period is switched on and during the time in which the reference variable to the Integration stage is connected, the pulses emitted by a pulse source can be counted in a counter.

Ein solches Verfahren ist durch die US-PS 3 051 939 bekannt.Such a process is known from US Pat. No. 3,051,939.

Die an den Eingang der Integrationsstufe anschaltbare Referenzgröße ist dem Betrag nach größer als die umzusetzende analoge Größe und von entgegengesetzter Polarität. Daher erfolgt nach dem Anschalten der Referenzgröße an den Eingang der Integrationsstufe ein Abintegrieren des Ausgangssignales der Integrationsstufe. Der Abintegrationsvorgang dauert so lange, bis das Signal am Ausgang der Integrationsstufe den Wert Null erreicht. Das Erreichen des Wertes Null fällt in der Regel nicht mit einer Impulsabgabe der Impuls quelle zusammen, so daß in jeder Umsetzperiode ein Quantisierungsfehler entsteht. Diese Quantisierungsfehler können beim Umsetzen von sehr kleinen analogen Größen in der Größenordnung dieser analogen Größe liegen, so daß die Umsetzergebnisse unbrauchbar werden.The reference variable that can be connected to the input of the integration stage is larger in amount than the analog value to be converted and of the opposite Polarity. Therefore, after switching on the reference variable to the input, the Integration stage a downintegration of the output signal of the integration stage. The downward integration process lasts until the signal at the output of the integration stage reaches the value zero. Reaching the value zero is usually not included a pulse output of the pulse source together, so that one in each conversion period Quantization error arises. These quantization errors can occur when converting very small analog sizes are in the order of magnitude of this analog size, so that the conversion results are unusable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umsetzen einer analogen Größe in eine digitale Größe anzugeben, bei dem die Umsetzgenauigkeit wesentlich verbessert ist.The invention is based on the object of a method for implementing to specify an analog quantity in a digital quantity, in which the conversion accuracy is much improved.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß nach jedem Abschalten der Referenzgröße von dem Eingang der Integrationsstufe der folgende Integrationsvorgang mit dem am Ausgang der Integrationsstufe noch anstehenden Restsignal beginnt und über mehrere Umsetzperioden ein Mittelwert der digitalen Größe gebildet wird.The object is achieved according to the invention in that that after each disconnection of the reference variable from the input of the integration stage the following integration process with the one still pending at the output of the integration stage Residual signal begins and a mean value of the digital over several conversion periods Size is formed.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusSührungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.On the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing the subject matter of the invention is described in more detail below.

Es zeigt: Fig. 1 eine Schaltungsanorndung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, Fig. 2 den Signalverlauf am Ausgang der Integrationsstufe.It shows: FIG. 1 a circuit arrangement for carrying out the described Method, FIG. 2 shows the signal profile at the output of the integration stage.

In Fig, 1 liegt an dem Eingang 1 einer Integrationsstufe 3 eine analoge Größe Ux an. An diesen Eingang 1 ist ferner über ein Kontaktglied 2 eine Referenzgröße U1 anschaltbar.In FIG. 1 there is an analogue input 1 of an integration stage 3 Size Ux. A reference variable is also at this input 1 via a contact member 2 U1 can be switched on.

Über eine Vergleichsstufe 4 liegt der Ausgang der Integrationsstufe 3 an einem Steuerglied 5. Von einer Impulsquelle 6 erhält das Steuerglied 5 Impulse zugeführt. Der Ausgang des Steuergliedes 5 ist mit einem Zähler 7 verbunden. Das Steuerglied 5 steuert ferner das Kontaktglied 2.The output of the integration stage is via a comparison stage 4 3 on a control element 5. The control element receives 5 pulses from a pulse source 6 fed. The output of the control element 5 is connected to a counter 7. That Control member 5 also controls contact member 2.

In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals Ua der Integrationsstufe 3 dargestellt. Während der Zeit tl bzw.In Fig. 2 is the time course of the output signal Ua of the integration stage 3 shown. During the time tl or

t1' ist die Referenzgröße.U1 an die Integrationsetufe 3 angeschaltet und es wird somit durch die Integrationsstufe 3 die Differenz der analogen Größe Ux und der Referenzgröße U1 integriert. Die Integration dieser beiden Größen erfolgt so lange, bis nach Erreichen des Wertes Null der nächste Zahlimpuls von der Impuls quelle 6 abgegeben wird. Da die Abgabe dieses Zählimpulses in der Regel zeitlich nicht mit dem Nulldurchgang des Ausgangssignales Ua zusammenfällt, unterschreitet das Ausgangssignal Ua den Wert Null mehr oder weniger.t1 'is the reference variable. U1 is connected to integration level 3 and the integration stage 3 thus becomes the difference in the analog variable Ux and the reference variable U1. The integration of these two variables takes place until the next counting pulse from the pulse after reaching the value zero source 6 is delivered. Since the delivery of this counting pulse is usually timed does not coincide with the zero crossing of the output signal Ua, falls below the output signal Ua has the value zero more or less.

Bei dem beschriebenen Verfahren wird nunmehr der Ausgang der Integrationsstufe vor Beginn des nächsten Integrationsvorganges nicht auf den Wert Null zurückgestellt, sondern der nächste Integrationsvorgang wird mit dem noch anstehenden Restsignal begonnen. Über die Vergleichsstufe 4, welche den Nulldurchgang des Ausgangssignales Ua feststellt, erhält das Steuerglied 5 Befehl, das Kontaktglied 2 zu öffnen und dadurch die Referenzgröße U1 vom Eingang 1 der Integrationsstufe 3 abzuschalten. Daraufhin liegt nur noch die analoge Größe Ux an dem Eingang 1 der Integrationsstufe 3 an. Während der Zeit t2 bzw. t2' wird somit die analoge Größe Ux aufintegriert.In the method described, the output of the integration stage is now not reset to zero before the start of the next integration process, but the next integration process will be with the remaining signal began. About the comparison stage 4, which the zero crossing of the output signal Among other things, the control member receives 5 command to open the contact member 2 and thereby switching off the reference variable U1 from input 1 of integration level 3. Thereupon only the analog variable Ux is still present at input 1 of the integration stage 3 at. The analog variable Ux is thus integrated during the time t2 or t2 '.

Die Zeiten t1 und t2 bzw. t1' und t2' ergeben zusammen jeweils eine Umsetzperiode T1 bzw. T2. In Fig. 2 sind zwei solche Umsetzperioden dargestellt. Die- Länge einer Umsetzperiode 1 bzw. T2 entspricht immer einer bestimmten Anzahl, z.B. tausend, von Impulsen der Impulsquelle 6. Ist dem Steuerglied 5 von der Impuls quelle 6 diese bestimmte Anzahl Von Impulsen zugeführt, so wird durch das Steuerglied 5 das Kontaktglied 2 geschlossen und die Referenzgröße U1 wieder an den Eingang 1 der Integrationsstufe 3 geschaltet. Mit dem Zuschalten der Referenzgröße U1 beginnt an der Integrationsstufe 3 das Abintegrieren des. Ausgangssignals Ua.The times t1 and t2 or t1 'and t2' together each result in one Conversion period T1 or T2. Two such conversion periods are shown in FIG. The length of a conversion period 1 or T2 always corresponds to a certain number, e.g. a thousand, of pulses from the pulse source 6. Is the control element 5 from the pulse source 6 this certain number of pulses supplied, so is by the control member 5 the contact member 2 is closed and the reference variable U1 back to the input 1 of integration level 3 switched. When the reference variable U1 is switched on, it begins at the integration stage 3, the downintegration of the output signal Ua.

Sobald das Ausgangssignal Ua wieder den Wert Null erreicht hat, wird über die Vergleichsstufe 4 und das Steuerglied 5 nach dem Eintreffen des nächsten Impulses das Kontaktglied 2 geöffnet und damit die Referenzgröße U1 wieder abgeschaltet. Die Zeiten t und t11 für das Abintegrieren sind unterschiedlich lang, somit auch die Zeiten t2 und t2' für das Äufintegrieren. Die Größe des Unterschiedes der betreffenden Zeiten hängt jeweils davon ab, wie weit das Ausgangssignal Ua den Wert Null unterschritten hat. Durch Nittelung der Zeiten t1 und t11 erhält man eine der an die Integrationsstufe 3 angelegten analogen Größe Ux entsprechende digitale Größe.As soon as the output signal Ua reaches the value zero again Has, is via the comparison stage 4 and the control element 5 after the arrival of the next Impulse the contact member 2 is opened and thus the reference variable U1 is switched off again. The times t and t11 for the down-integration are of different lengths, thus also the times t2 and t2 'for the integration. The size of the difference between the two in question Times depends on how far the output signal Ua has fallen below the value zero Has. By averaging the times t1 and t11 one obtains one of the levels of integration 3 applied analog size Ux corresponding digital size.

Der Quantisierungsfehler, der dadurch entsteht, daß das Erreichen des Wertes Null des Ausgangssignals Ua der Integrationsstufe 3 in der Regel nicht mit einer Impulsabgabe der Impulsquelle 6 zusammenfällt, wird somit durch die Mittelwertbildung ausgeglichen. Dadurch wird auch bei sehr kleinen umzusetzenden analogen Größen eine hohe Genauigkeit erreicht.The quantization error that arises from reaching the value of zero of the output signal Ua of the integration stage 3 is usually not coincides with a pulse output of the pulse source 6, is thus determined by the averaging balanced. This means that even with very small analog quantities to be converted, a high accuracy achieved.

Außerdem brauchen bei dem beschriebenen Verfahren keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit und Schnelligkeit der-Vergleichsstufe 4 gestellt werden.In addition, the method described does not require any high requirements the accuracy and speed of comparison level 4 are required.

2 Figren 1 Patentanspruch2 Figren 1 claim

Claims

Method for converting an analog variable into a digital quantity, in which the analog quantity at the input of an integration station and temporarily a reference variable at this input during a conversion period is switched on and during the time in which the reference variable to the Integration stage is connected, the pulses emitted by a pulse source are counted in a counter, characterized in that after each shutdown the reference variable (U1) from the input (1) of the integration stage (3) the following Integration process with that still pending at the output of the integration stage (3) Residual signal begins and over several conversion periods (T 2) a mean value of the digital Size is formed.

L e r s e i t e