DE2461378A1

DE2461378A1 - Bipolarer analog-digital-umsetzer

Info

Publication number: DE2461378A1
Application number: DE19742461378
Authority: DE
Inventors: Robert Cunningham Storar
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-24
Publication date: 1975-07-10
Also published as: GB1474970A; FR2256590A1; CA1033068A; US3930252A

Description

DR. BERG iMrT.-INO. STaPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR 2461378

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 860245

Dr, Berg Dipl.-Ing. Stapf und Partner, 8 München 86, P. O. Box 860245

Ihr Zeichen Your ref.

Unser Zeichen _ /- _ /■ Ourret 25 6O6

MÜNCHEN 80' Mauerkirchersiraße 45

2 k. Dez

Anwaltsakte 25 6o6

Monsanto Company

St.Louis, Missouri / USA

Bipolarer Analog - Digi^talumsetzer

Die Erfindung betrifft ein Analog-Digital-Signalumsetzsystem, und insbesondere einen bipolaren Analog-Digitalumsetzer, d.h.. einen Umsetzer, welcher entweder positive oder negative, ana löge Eingangssignale umsetzt.

Nachstehend werden insbesondere Analog-Digital-(A/D-)Umsetzer der Art beschrieben, mit welchen indirekt durch Zeitintegration zuerst ein analoges Eingangssignal in eine Zeitfunktion und an·

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schließend mittels eines Digitalzählers die Zeitfunktion in eine digitale Zahl umgesetzt wird, welche die Größe des analogen Eingangssignals wiedergibt. Bei derartigen Integrations-Umsetzern wird im allgemeinen eines von zwei unterschiedli chen Verfahren angewendet, nämlich das sogenannte "Single-Slope "-Verfahr en, d;h. ein Verfahren, das mit einer einzigen Steigung arbeitet, oder das sogenannte "Dual-Slope"-Verfahren, d.h. ein Verfahren, bei welchem mit doppelter Steigung gearbeitet wird.

In dem Umsetzer, in welchem eine einzige Steigung (die manchmal auch als einzige Rampe bezeichnet wird) verarbeitet wird, wird eine Bezugsspannung mit einer Polarität, welcher der des analogen Eingangssignals entgegengesetzt ist, integriert^bis der Integratorausgang gleich dem Signaleingang ist. Die für eine derartige Integration erforderliche Zeit ist dem Verhältnis des Eingangssignals zu der Bezugsspannung proportional. Üblicherweise wird ein Zähler verwendet, welcher Taktimpulse während der Integration zählt, und die Anzahl der Zählschritte des Zählers stellt dann eine digitale Zahl dar, welcher diesem in Verhältnis proportional ist. Dieses Verfahren weist jedoch verschiedene Nachteile auf, die dem Fachmann bekannt sind.

In einem Umsetzer, in welchem ein Signal mit doppelter Stei gung (was manchmal auch als doppelte Rampe bezeichnet wird) umgesetzt wird, wird das analoge Eingangssignal einem Integrator zugeführt. Am Ende dieser Periode hat der Integrator eine La -

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dung gespeichert, welche, dem Durchschnittswert des Eingangs über dem Zeitintervall proportional ist. Nach dieser vorbe stimmten Periode (welche mittels eines Zählers, der Taktim pulse zählt, bestimmt werden kann) wird eine Bezugsspannung mit einer Polarität, welcher der des analogen Eingangssignale entgegengesetzt ist, an den Integrator angelegt. Der Integrator erzeugt dann eine Steigung oder ansteigende Rampe, Das Bezugspotential wird dann integriert, um eine abfallende Rampe mit einer Neigung zu erzeugen, welche dem Bezugspotential proportional ist. Wenn der Integratorausgang das Nullpotential erreicht, wird der Zähler angehalten, und die Anzahl der Zählschritte in dem Zähler stellt ein Zeitintervall dar. Das Verhältnis dieses zweiten Intervalls zu dem ersten Intervall ist dem Verhältnis des analogen Eingangssignals zu dem Bezugspo tential proportional.

Die mit doppelter Steigung arbeitenden Integratio.nsverfahren weisen verschiedene Vorteile auf, und zwar insbesondere den Vorteil, daß die Umsetzgenauigkeit verbessert wird, was sich aufgrund von Änderungen in dem Wert der Schaltungselemente und infolge einer Taktfrequenzverschiebung ergibt. Folglich sind die mit doppelter Steigung arbeitenden Integrationsverfahren in großem Umfang, insbesondere für Versuchs- und Meß zwecke verwendet worden.

Hierbei ist es im allgemeinen vorteilhaft, bipolare A/D-Um setzer zu verwenden. Da Analogsignale mit der einen der bei-

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den Polaritäten anzutreffen sind, sollte mit dem Umsetzer die Größe des analogen Eingangssignals unabhängig von dessen Polarität gemessen werden können (und auch die Polarität angezeigt werden können). Bisher haben bipolare A/D-Umsetzer entweder Polaritäts-Fühlschaltungen oder andere komplizierte Polari täts-Bestimmungsschaltungen erfordert, oder es mußten zwei Bezugsquellen entgegengesetzter Polarität verwendet werden, wobei in Abhängigkeit von der Polarität des Eingangssignals zwischen den zwei Quellen umgeschaltet wid.

Nachteilig bei der Verwendung von zwei Bezugsquellen ist, daß eine Vielzahl von Schaltungen und Teile mit notwendigerweise kritischen Toleranzen für die Bauelemente erforderlich sind, und daß eine gesonderte Eicheinstellung' vorgenommen werden muß. Infolgedessen sind Versuche unternommen worden, zwei Bezugsquellen in bipolaren A/D-Umsetzern zu vermeiden.

Bei einer Ausführungsform eines bekannten Umsetzers wird das analoge Eingangssignal an den Integrator mittels eines VoIlwegbrückengleichrichters angelegt. Hierbei kann das Eingangssignal eine der beiden Polaritäten aufweisen. Obwohl eine .ein· zige Bezugsspannung verwendet wird, ist ,es bei dieser Art Umsetzer erforderlich, daß die Integratorschaltung vor jeder Messung wieder abgeglichen werden muß; durch diese zusätzli ehe Schaltungsanordnung werden die Kosten und der komplizierte Aufbau noch erhöht, was nicht erwünscht ist.

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Bei einem anderen bekannten, bipolaren Umsetzer wurde, obwohl er nach dem sogenannten "Single-Slope"-Verfahren arbeitet, eine Bezugsspannung verwendet, welche gegenüber einer Nullspannung versetzt war, um dadurch künstlich zwei Bezugspotentiale zu schaffen. Dieses Verfahren kann jedoch zu Fehlern aufgrund von Temperaturänderungen und anderer Verschiebungen in den Werten der Bauelemente führen und es können dann Temperatur- und Abweichungs-Kompensationsschaltungen erforderlich sein, was ebenfalls nicht erwünscht ist. Hierbei kann zum Stand der Technik auf folgende Druckschriften und Veröffentlichungen verwiesen werden, nämlich die US-PS'en 2 824 285;

2 885 663; 2 951 203; 3051 939; 3 111 662; 3 316 547; 3 449 741;

3 488 588; 3 665 3O5;und 3 703 001; sowie die unter dem Titel "Understanding Converter Circuitry" in -IEEE Spectrum, im Oktober I972 erschienene Veröffentlichung von Sheingold und auf die unter dem Titel "Analog-Digital-Umsetzer" in dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd.5, Nr.8 im Januar I963 erschienene Veröffentlichung von Propster.

Gemäß der Erfindung soll daher ein bipolarer Analog-Digital-Umsetzergeschaffen werden, der nach dem sogenannten "Dual-Slope "-Verfahren d.h. nach dem Verfahren mit doppelter oder zweifacher Steigung, arbeitet. Hierbei soll einVierartiger Umsetzer eine einzige Bezugsquelle verwenden, keine analogen, die Polarität bestimmenden oder fühlenden Schaltungen und keine komplizierte !Compensations- oder Nachgleichschaltung erfordern; obendrein soll er leicht geeicht und aufgebaut werden

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können. Ferner soll ein derariger Umsetzer verhältnismäßig wenige Bauelemente benötigen, damit er schnell und Wirtschaft <lieh zusammengebaut werden kann. Auch soll ein derartiger Umsetzer eine Einrichtung zum Anzeigen - eines analogen Eingangssignals mit einer den Bereidi überschreitendenGröße aufweisen und die Rriarität des analogen Eingangssignals anzeigen. Schließlich soll ein derartiger Umsetzer sehr genau, äußerst stabil und sehr zuverlässig sein und eine lange Lebensdauer besitzen.

Gemäß der Erfindung weist ein bipolarer Analog -Digitalum setzer einen Integrator, welcher ein Ausgangssignal schafft, das bezüglich des Zeit - Integrale eines an desssen Eingang angelegten Signals proportional ist, und eine Festkörperschalteinrichtung auf, mittels welcher abwechselnd an den Eingang des Integrators entweder ein erstes Signal, das einem analogen Eingangssignal unbekannter Größe und mit entweder positiver oder negativer Polarität entspricht, oder ein zweites Signal angeschaltet wird, welches ein analoges Bezugssignal vor gewählter Größe und einer bestimmten Polarität darstellt. Ein Impulsgenerator legt Impulse mit einer im wesentlichen kon stanten Impulswiederholungsfrequenz an, wobei zum Zählen der Impulse ein Digitalzähler vorgesehen ist. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um den Zähler bei einem vorbestimmten ersten Zählstand periodisch zurückzustellen.und mittels der Schalteinrichtung wird das erste Signal an den Eingang des Integrators angelegt, wobei das Ausgangssignal von dem Inte grator bezüglich der Zeit von einem rückgestellten Wert aus linear zunimmt, während der Zähler von dem ersten Zählerstand

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zu einem vorbestimmten, zweiten Zählerstand weitergeschaltet wird. Hierbei spricht eine Einrichtung auf den zweiten Zählerstand an, wobei dann die Schalteinrichtung das zweite Signal an den Eingang des Integrators anlegt, wodurch das Ausgangssignal von dem Integrator bezüglich der Zeit zu dem rückge stellten Wert hin linear abnimmt, während der Zähler von dem zweiten Zählerstand aus zu einem vorbestimmten dritten Zäh lerstand hin weitergeschaltet wird} der rückgestellte Wert wird für ein analoges Eingangssignal mit einer ersten Polarität vor dem dritten Zählerstand und für ein analoges Eingangssignal entgegengesetzter Polarität nach dem dritten Zähler stand erreicht. Das System weist ferner eine digitale Anzeigeeinrichtung und eine auf den Zählerstand ansprechende Ein richtung auf, wobei durch die digitale Anzeige eine Dezimal zahl angezeigt wird, welche dem Komplement des Zählerstandes in dem Zähler entspricht, wenn das Ausgangssignal von dem Integrator den rückgestellten Wert erreicht. Die auf den Zählerstand ansprechende Einrichtung weist auch richtige Zähleinrichtungen auf, wobei mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung eine Dezimalzahl angezeigt wird, welche dem richtigen Zähler stand in dem Zähler entspricht, wenn das Ausgangssignal von dem Integrator den rückgestellten Wert erreicht, und wenn die

auf'den Zählerstand, ansprechende Einrichtung den dritten Zäh lerstand erreicht, um die komplementäre Zähleinrichtung abzuschalten und die richtige Zähleinrichtung freizugeben. Die mittels der Anzeigeeinrichtung dargestellte Dezimalzahl gibt folglich digital die richtige Größe des analogen Eingang* sig-

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nals unabhängig von dessen Polarität wieder.

Die Erfindung schafft somit einen bipolaren Analog-Digitalumsetzer mit einem Integrator und mit einer Festkörper-Schalteinrichtung, mittels welcher abwechselnd an den Integrator entweder ein analoges Eingangssignal unbekannter Größe und mit einer der beiden möglichen Polaritäten oder ein analoges Bezugssignal ausgewählter Größe und mit einer bestimmten Polarität angeschaltet wird. Ein Impulsgenerator führt Impulse kon stanter Frequenz einem Digitalzähler zu. Ferner ist eine Ein richtung vorgesehen, um den Zähler bei einem vorbestimmten ersten Zählerstand zurückzustellen, und mittels der Schalteinrichtung wird das Eingangssignal an den Integrator angelegt, so daß dessen Ausgangssignal linear von dem rückgestellten Wert an zunimmt, während der Zähler von dem ersten zu einem vorbestimmten zweiten Zählerstand weitergeschaltet wird. Die auf den zweiten Zählerstand ansprechende Schaltung bewirkt, daß die Schalteinrichtung das Bezugssignal an den Integrator anlegt, so daß dessen Ausgang linear auf den zurückgestellten Wert zu abnimmt, während der Zähler von dem zweiten Zähler stand zu einem vorbestimmten dritten Zählerstand hin weitergeschaltet wird. Der rückgestellte Wert wird vor dem dritten Zählerstand erreicht, wenn ein analoges Eingangssignal eine erste Polarität aufweist, wird jedoch nach dem dritten Zäh lerstand erreicht, wenn es eine entgege /-setzte Polarität besitzt. Eine digitale Anzeigeeinrichtung and eine ihr zugeordnete digitale Schaltungsanordnung bewirken, daß eine Dezimal-

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zahl angezeigt wird, welche dem Komplement des Zählerstandes in dem Zähler entspricht, wenn das Ausgangssignal des Integrators den zurückgesteXlten Wert vor dem dritten Zählerstand erreicht; sie sprechen jedoch auf den Zähler an, welcher den dritten Zählerstand erreicht, wobei eine Dezimalzahl angezeigt wird, welche dem richtigen Zählerstand in dem Zähler entspricht, wenn das Integrator-Ausgangssignal den rückgestellten Wert er reicht. Die auf diese Weise dargestellte Dezimalzahl entspricht dann digital der richtigen Größe des analogen Eingangssignals.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Aus führungsforra unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Pig.l ein schematisches Schaltbild eines Analog-Digitalum setzers gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine Reihe von Linienzügen, welche Signale an verschiedenen Stellen in der Schaltung wiedergeben.

Hierbei sind in den Zeichnungen die entsprechenden Teile mit den entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig.l ist eine bevorzugte Ausführungsform des bipolaren A/D-Umsetzers gemäß der Erfindung dargestellt, mit welchem ein analoges Eingangssignal, d.h. eine Spannung E. , unbekannter Größe (aber innerhalb eines vorher ausgewählten Bereichs)

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in eine digitale Form umgesetzt und diese Größe digital als eine Dezimalzahl, angezeigt wird« Hierzu werden vorzugsweise Mehrsegment-Anzeigeeinrichtungen mit Licht emittierenden Dioden verwendet. Und zwar sind mit Licht emittierenden Dioden arbeitende, numerische Anzeigeeinrichtungen NDl bis ND4 mit sieben Abschnitten für vier Ziffern rechts neben einem (nicht dargestellten) Dezimalpunkt dargestellt, wobei jede der Anzeigeeinrichtungen die Ziffern 1 bis 0 anzeigen kann. Hierzu können übliche Anzeigeeinrichtungen, beispielsweise der Typ MAN IA verwendet werden, die von der Monsanto Commercial Products Company hergestellt werden. Eine vier Abschnitte aufweisende Anzeigeeinrichtung ND5 mit Licht emittierenden Dioden, welche zur Anzeige der Polarität und eines numerischen Über laufs verwendet werden (beispielsweise der Typ MAN 1001A von derselben Herstellerin), zeigt die Ziffer 1 links neben dem Dezimalpunkt und die Polarität (+) oder (-) des Eingangssignals an. Folglich kann eine Zahl von -1,9999 bis +1,9999 angezeigt werden..'

Mit Hilfe von herkömmlichen Zahlenbereichsänderungs—, Gleichrichtungs-, Stromnebenschluß- oder Stromquellennetzwerken kann die Eingangsspannung E. einer unbekannten Gleich- oder Wechselspannung oder ein entsprechender Strom in einem vorgewähl ten Bereich von mehreren verschiedenen Bereichen oder es kann ein Widerstand dargestellt werden. Infolgedessen wird ein A/D-Umsetzer gemäß der Erfindung im herkömmlichen Sinn verwendet, um digital einen von einer Vielzahl analoger Eingangsparame ~

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ter unbekannter Größe zu messen und anzuzeigen.

Die Eingangsspannung E. wird an einen Eii gangsverstärker angelegt, welcher von einem Funktions-.oder Operationsverstärker
Al in monolithischer integrierter Schaltkreistechnik und durch Widerstände Rl und R2 gebildet wird. Mittels dieses Eingangs Verstärkers wird die Eingangsspannung entsprechend maßstäblich geändert bzw. festgelegt, um am Ausgang des Operationsverstärkers Al eine Spannung E. zu schaffen, welche der Spannung E.
proportional ist und welche eine entsprechende Größe für eine
Umsetzung aufweist. Venn beispielsweise die Spannung E. einen Vollausschlag bei einer Gleichspannung von +_ 1»9999, V bewirkt, kann die Verstärkung des Verstärkers Al ao ausgelegt sein, daß er eine Verstärkung bzw. einen Ausschlag E. = +_ ),1V Gleich spannung schafft.

Der Eingangsverstärker schafft ferner eine Impedanzpufferung
zwischen dem Eingang, an welchem die Spannung E. angelegt
wird, und anderen Schaltungs elementen des Umsetzers. Üblicherweise werden entsprechende Filterelemente zum Steuern der Einschwingfrequenz und Klemm- bzw. Pegelhaitungs- oder Beschneidungs- bzw. Kappelemente als Überlastungsschutz in Verbindung
mit dem Eingangsverstärker verwendet. Um die Zeichnungen zu
vereinfachen, sind diese Schaltungselemente nicht dargestellt.

Bei einem zweiten Funktions- bzw. Operationsverstärker A2 ist ein Kondensator Cl zwischen den invertierenden Eingang und den

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Ausgang des Verstärkers geschaltet, wodurch ein Integrator gebildet ist, welcher am Ausgang des Verstärkers A2 ein Ausgangssignal schafft, d.h. eine Spannung E , welche bezüglich der Zeit dem Integral eines Signal proportional ist, das an den invertierenden Eingang des Verstärkers A2 angelegt ist. Der Integrator arbeitet als Rampengenerator, was noch näher erläutert wird. Hierzu wird eine Bezugsspannung mit einer Größe V an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers A2 angelegt· Dies Bezugspotential wird mittels eines Spannungsteilers aus Widerständen Rk und R5 von einem analogen Bezugsquellenpotential der

Größe V_n erhalten. Hierbei ist V = KV_n, wobei K eine Konstante xv r JK

ist, die gleich R4/(R4 + R5) ist. Das Bezugspotential V_R wird vorzugsweise mittels eines geregelten Netzgeräts erhalten. Die Bezugsspannung V_n kann beispielsweise eine genau geregelte

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Größe von etwa 6V sein. Die Konstante K ist so gewählt, daß die Spannung E. einen Absolutwert hat, welcher in dem Arbeitsbe -

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reich der Spannung E. nicht kleiner als KV_n (d.h. V) ist. Der

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integrierende Kondensator Cl weist vorzugsweise eine hohe Güte und wiederholbare Lade/Entladeeigensdi aften auf, d.h. eine niedrige dielektrische Hysterese, um Fehler bei der Ümsetzge nauigkeit aufgrund einer Nichtlinearität oder Asymmetrie des mittels des Integrators geschaffenen charakteristischen Ram penausgangssignals zu vermeiden.

An den Eingang des Integrators wird abwechselnd mittels eines Pestkörperschalters Sl über einen Widerstand R6 entweder das Ausgangssignal E von dem Eingangsverstärker Al (wobei das Sig-

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nal dem zu messenden, unbekannten, analogen Eingangssignal E. entspricht^ oder das analoge Bezugspotential V_ angelegt. Diese Schalteinrichtung ist vorzugsweise ein sogenannter analogerSchalter, welcher unter der Typenbezeichnung AHOI62 erhältlich ist und bei welchem Feldeffekttransistoren verwendet sind, deren Leitfähigkeit durch eine an den Schalter angelegte Steuerspannung bestimmt wird. Diese Einrichtung kann auch als ein "niederohmiger, mit Feldeffekttransistoren aufgebauter, einpoliger Umschalter" bezeichnet werden und sollte vorzugsweise eine geringe Streuung bzw. einen niedrigen Kopplungswiderstand und eine geringe Drift aufweisen. Durch eine gestrichelte Linie Ll ist symbolisch die Verbindung des Schalters Sl mit einem Flip-Flop FFl dargestellt, dessen Schaltungszustand die Lage des Schalters SWl steuert, wie später noch ausgeführt wird.

Die Ausgangsspannung E des Integrators wird an den nichtinvertierenden Eingang eines weiteren Funktions- bzw. Operationsverstärkers A3 angelegt, dessen invertierender Eingang mit der Erdung der Schaltungsanordnung verbunden ist, so daß er als ein Spannungsvergleicher arbeitet. Eine Diode Dl ist als Schwellenwertbegrenzer zwischen den Ausgang des Verstärkers A3 und Erde geschaltet, um dadurch große negative Spitzen der Ausgangsspannung E des Vergleichers zu verhindern. Der Vergleicher hat eine Rückkopplung, welche eine Serienschaltung aus einer Diode D2 und aus einem zu einem Widerstand R7 parallel geschalteten Kondensator C2 aufweist. Durch diese Rückkopplungsschaltung ist der invertierende Eingang des Verstärkers A2 mit dem Ausgang

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des Verstärkers A3 verbunden. Der Vergleicher und die Rückkopplungsschaltung arbeiten zusammen als eine Einrichtung, um das Ausgangssignal £ des Integrators im wesentlichen genau auf einem Rückstellwert zu halten, wobei einer Abnahme dieses Signals bis zu dem Wert gefolgt wird, wo ein Zähler' des Umsetzers auf einen ersten Zählerstand rückgesetzt wird, wie später noch beschrieben wird.

Ein Widerstand R7 und ein Kondensator C2 weisen solche Werte auf, daß sie als Dämpfungsnetzwerk für eine kritische Dämpfung des durch die Rückkopplungsschaltung geschaffenen Rückkopplungssignals dienen. Der Vergleicher A3 fühlt den Rückstellwert des Integrator-Ausgangssignals E und schafft ein Ausgangssignal E mit einer Impulswellenform, wenn das Integrator-Ausgangssignal den Rückstellwert erreicht. Aus Gründen, die später ausgeführt werden, hat das kritische Dämpfunge netzwerk zur Folge, daß die Impulswellenform ein Einzeliropuls ist.

Mittels einer Differenzierschaltung 13 (welche von einer herkömmlichen, integrierten Schmitt-Trigger-Schaltung gebildet sein kann) wird das eine Impulswellenform aufweisende Ausgangssignal des Vergleichers differenziert, um einen scharf begrenzten Impuls für eine Zählerstandübertragung zu schaffen, wie unten noch ausgeführt wird.

Mit rückstellbaren binärkodierten Dezimalzählern (BCD) BCDl bis BCD4 wird jeweils eine Dekade einer binärkodierten Dezimalzäh -

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lung anzeigt. Diese Zähler« welche einen herkömmlichen monolithischen integrierten Schaltungsaufbau aufweisen können, sind in Reihe geschaltet, wobei der Übertragausgang des ersten Zählers BCDl, der mit 15 bezeichnet ist, mit dem Takt- oder Zähleingang des nächsten Zählers BCD2 usw. verbunden ist, wie mit den Bezugszeichen 17 und 19 angezeigt ist. Folglich zählen diese Zähler von 0 bis 9999. Der Übertrageingang des Zählers BCD4 der letzten Dekade ist, wie durch das B.ezugszeichen 21 angezeigt ist, mit dem Takteingang eines Flip-Flops FF2 verbunden, dessen Q-Ausgang mit dem Takteingang eines weiteren Flip-Flops FF3 verbunden ist, dessen Q-Ausgang wiederum mit dem Takteingang eines weiteren Flip-Flops FF4 verbunderi ist. Hierbei können natürlich verschiedene Arten von Flip-Flops, bei spielsweise die J-K-Flip-Flops verwendet werden*

Diese Flip-Flops und verschiedene andere logische Verknüpfungsglieder und digitale Einrichtungen der vorbeschriebenen Art, deren Ausgänge logische Funktionen ihrer Eingänge sind, erzeugen ein Ausgangssignal oder an sie wird ein Eingangssignal angelegt, wenn der entsprechende Ausgang einen ersten eindeuti gen Spannungs- oder Strompegel (einen Zustand "1") aufweist, welcher einem zweiten bestimmten Spannungs- oder Strompegel (einem Zustand ¹¹O") entgegengesetzt ist. Hierbei ist eine positive Logik vorausgesetzt. Bei der vorliegenden Ausführungsform können jedoch auch durch negativ verlaufende Flanken angesteuerte Einrichtungen verwendet werden. Hierbei können •elbstverständlich die logischen Verknüpfungsglieder, Einrich-

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tungen und digitale Schaltungen der vorbeschriebenen Art durch ihre logischen Äquivalente (durch die herkömmliche Anwendung der Logiktheorie) ersetzt werden.

Die Dekadenzähler BCDl bis BCD4 und die Flip-Flops FF2 bis FF4 stellen zusammen einen Digitalzähler mit einem Zählinhalt von 79 999 dar, wobei die von einem entsprechenden Impulsgenerator oder -oszillator 23 zugeführten Impulse gezählt werden, wie durch das Bezugszeichen 25 an dem Takteingang des Zählers BCDl angezeigt ist. Der Oszillator 23 kann eine herkömmliche Ausführungsform aufweisen (beispielsweise ein Multivibrator sein), welcher Impulse mit einer im wesentlichen konstanten Impulswiederholfrequenz, d.h. beispielsweise mit einer Frequenz von 50OkHz, zuführt.

Ein ähnlicher Oszillator 27 arbeitet auf einer viel niedrigeren Frequenz. Der Oszillator 27 kann ein Multivibrator sein, welcher Impulse mit einer verhältnismäßig niedrigen Impulswiederholfrequenz, beispielsweise mit 5Hz zuführt. Sein Ausgang ist über eine Leitung 29 jeweils mit den Rückstelleingängen der Zähler BCDl bis BCD^ und der Flip-Flops FFl bis FF*i verbunden. Infolgedessen stellt der Oszillator 27 eine Einrichtung dar, um den Digitalzähler bei einem vorbestimmten ersten Zählerstand, d.h. null zurückzustellen; hierbei wird (durch Rückstellen des Flip-Flops FFl) mit der Schalteinrichtung Sl das Ausgangssignal E des Verstärkers Al an den Integrator (den Verstärker A2) angelegt.

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Die aus Licht emittierenden Dioden bestehenden Abschnitte der numerischen Anzeigeeinrichtungen NDl bis ND4 werden durch entsprechende herkömmliche binärkodierte Dekodieransteuereinrichtungen DDl bis OOk fürEinrichtungen mit sieben Segmenten in herkömmlicher integrierter Schaltungsausführung angesteuert und sind über mehrere Leitungen mit den Dekodieransteuereinrichtungen verbunden; die vier Anzeigeeinrichtungen sind symbolisch dargestellt. Ferner ist eine Ansteuereinrichtung DRl für die Ziffer eins der Überlauf-Anzeigeeinrichtung ND5 vorgesehen. Eine ähnliche Ansteuereinrichtung DR2 steuert selektiv das vertikale, von einer Licht emittierenden Diode gebildete Segment des Polaritätsvorzeichens an, da das horizontale oder das (-)-Segment so geschaltet ist, daß es ständig erregt wird.

Sogenannte Vierer-Mehrfach- oder Multiplexschaltungen MXl bis MX4 mit jeweils zwei Eingängen schaffen die binärkodierten Dezimaleingänge (eines 4-Bit-Parallelformats) an den entspre chenden Dekodieransteuereinrichtungen DDl bis DD4. Diese Multiplexschaltungen können herkömmliche integrierte Schaltungsanordnungen sein (welche auch als 4-Bit-Datenselektoren be zeichnet werden), mit welchen wahlweise am Ausgang jeweils einer von zwei Einstellungen von 4-Bit-Eingängen geschaffen werden kann. Die entsprechenden Ausgänge der Multiplexer MXl bis MX4 sind mit den Bezugszeichen 39, 4l, 43 und 45 bezeichnet.

Die durch die zuletzt erwähnten Multiplexer bewirkte Auswahl

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entweder eines ersten Satzes von entsprechenden 4-*Bit-Eingängen 47» 49, 51 und 53 oder eines zweiten Satzes von 4-Bit-Eingängen 55« 57» 59 und 6l wird durch ein Signal auf einer MuI tipiexsteuer-(auswahl-)Leitung 63 gesteuert, welche den Q-Ausgang des Flip-Flops FF3 darstellt. Diese Multiplex-Steuerlei tung steuert auch eine Einzelbit-Multiplexschaltung MX5 mit
zwei Eingängen, wodurch Eingangsdaten der Überlaufansteuerein richtung DRl zugeführt werden.

Die Dateneingänge für die Verriegelungs- oder Sperreinrichtung LAl sind die Q- und Q-Ausgänge des Flip-Flops FF4. Einer der
Ausgänge dieser Sperreinrichtung ist mit der Polaritätsvorzeichen-Ansteuereinrichtung DR2 verbunden. Eine Verriegelungsoder Sperreinrichtung LA2 derselben Ausführung erhält die Q-
und die Q~-Ausgänge des Flip-Flops FF2.

Verriegelungs- oder Sperreinrichtungen LA3 bis LA6 sind jeweils siit einem der Dekadenzähler BCDl bis BCd4 verbunden. Diese
Sperreinrichtungen (und die Sperreinrichtungen LAl und LA2)
sprechen während des Betriebs auf ein Übertragungssignal auf
einer gemeinsamen Übertragungsleitung 65 an (dieses Signal ist ein Impuls, welcher von der Differenziereinrichtung 13 erzeugt wird, wenn der Integratorausgang den Rückstellwert erreicht),
um den Zählerstand des Zählers dann an die Sperreinrichtungen
und folglich an die Multiplexer MXl bis MX4 entweder in der
Form des richtigen Zählerstandes in binärkodierter Dezimalform an Leitungen 47, 49, 50 und 5I oder in Form des Komplements

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des Zählerstandes in dem Zähler in binärkodierter Dezimalform über Leitungen 55, 57» 59 und 6l zu übertragen . Hierzu wird das Neunerkomplement des Zählerstandes durch Neunerkompleraent-Schaltungen 9Cl bis 9Ck in herkömmlicher integrierter Schal tungsausführung verwendet, so daß das Komplement des Zahler Standes in den Dekadenzählern BCDl bis BCD4 entsprechend dem Übertragungssignal über die Leitungen 35» 57» 59 und 6l den Sperr- oder Verriegelungsschaltungen zugeführt wird.

Der Q-Ausgamg eines einstell-rückstellbaren Flip-Flops FF5 ist über eine Leitung 67 mit den Dunkeltasteingängen jeder der Dekodieransteuerschaltungen DDl bis DD4 verbunden, "so daß die numerischen Anzeigeeinrichtungen NDl bis NOk dunkelgetastet werden, wenn der Q-Ausgang hoch liegt. Der Einstelleingang des Flip-Flops FF5 ist mit dem Q-Ausgang des Flip-Flops FF2 und der Rückstelleingang mit dem Ausgang eines zwei Eingänge aufweisenden UND-Glieds 69 verbunden, dessen Eingänge die entsprechenden Q-Ausgänge der Flip-Flops FF2 und FF*i sind. Diese Dunkeltast schaltung stellt eine die Bereichsüberschreitung fühlende Einrichtung zum Dunkeltasten der Anzeigeeinrichtungen NDl bis ND4 dar, um eine Bereichsüberschreitungsanzeige zu schaffen, wenn das analoge Eingangssignal E. eine den Bereich über schreitende Größe aufweist, d.h. wenn ihr Absolutwert größer als 1,9999V ist. Eine derartige, den Bereich überschreitende Größe ist größer,als daß sie mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung dargestellt werden kann. Das Flip-Flop FF5 wird normalerweise eingestellt, wenn der Zähler einen vorbestimmten Zäh-

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lerstand erreicht, (wobei der Q-Ausgang niedrig ist), um die An Zeigeeinrichtungen zu betätigen, es wird aber zurückgestellt,
wenn der Zähler einen anderen vorbestimmten Zählerstand erreicht, wenn der Rückstellwert des Integratorausgangs nicht nach dem
ersten Zählerstand und vor dem zweiten Zählerstand erreicht
wird.

Ein zwei Eingänge aufweisendes NAND-Glied 71 steuert das Kippen des Flip-Flops FFl in ähnlicher Weise. Infolgedessen ist ein Eingang des NAND-Glieds 71 mit dem Q-Ausgang des Flip-Flops FF2 verbunden. Hierbei ist selbstverständlich, daß bei Verwendung von
durch negative Flanken angesteuerten .,logischen Einrichtungen der Übergang dieses Q-Ausgangs einen Zählerstand von 10 000 dar stellt. Der andere Eingang (des NAND-Glieds 71) ist mit einem
der binärkodierten Ausgänge des Zählers BCD^ verbunden, welcher , einen Zählerstand von 8000 darstellt. Infolgedessen stellt das
Absinken der Q-Ausgänge der Flip-Flops FF3 und FF4 Zählerstände von 20 000 und ^O 000 dar. Infolgedessen wird das Flip-Flop FF5 bei einem Zählerstand von 20 000 eingestellt und bei einem Zählerstand von 60 000 zurückgestellt (wobei letzterer mittels des UND-Gliedes 69 gefühlt wird).

Nachstehend wird nunmehr die Arbeitsweise des Analog-Digitalum setzers der Erfindung beschrieben, wobei die Linienzüge Tl bis
T7 verschiedene Signalpegel als Funktion der Zeit darstellen.
Hierbei gibt der Linienzug Tl das Ausgangssignal (die Spannung) am Oszillator 27 wieder, während der Linienzug T2 die Zeit wie-

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dergibt, während welcher Strom von dem Eingangsverstärker Al zu dem Integrator fließt. Der Linienzug T3 stellt das Ausgangsspannungssignal E des Integrators für drei Zustände a, b und c dar, welche jeweils einer Gleichspannung E. von -1,9999» ^v<m bzw. von +1,9999V entsprechen; der Linienzug T^ gibt den Spanungspegel am Q-Ausgang des Flip-Flops FF2 wieder, während der Linienzug T5 den Spannungspegel am Q-Ausgang des Flip-Flops FF3 darstellt. Der Linienzug T6 gibt das Ausgangssignal (die Spannung) am Vergleicherverstärker A3 wieder, währerid der Linienzug T7 das Ausgangssignal (die Spannung) der Differenzieranordnung 13 auf der Übertragungsleitung 65 darstellt.

Ein Operationszyklus wird durch einen Rückstellimpuls von dem Oszillator 27 eingeleitet, wiB in Fig.2 an der Stelle 73 angezeigt ist. Hierdurch wird der Binärzähler in einen vorbestimmten ersten Zählerstand, d.h. null, zurückgestellt und ebenso wird das Flip-Flop FFl in einen Zustand zurückgestellt, in welchem die Festkörper-Schalteinrichtung Sl das Ausgangssignal E. von dem Eingangsverstärker Al, das eine Größe aufweist, welcher der des unbekannten, analogen Eingangssignals E. entspricht, mit dem Eingang des Integrators (des Operationsverstärkers A2) verbindet.

Wenn der Binärzähler von null zu einem vorbestimmten zweiten Zählerstand von l8 000 weiterschaltet (welcher mittels des NAND-Glieds 71 gefühlt wird), integriert der Integrator den Strom in positivem Sinn. Dieser Strom ist dann dem Wert

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.1

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(KV_n - E.) proportional. Infolgedessen weist die Integrator-Ausgangsspannung E eine linear ansteigende Rainpencharakteristik auf. Bei der Bedingung "a" (d.h. bei einer Gleichspannung E. = -1»9999V) zeigt die Ausgangsspannung E (der Linienzug T3) » wie dargestellt, eine steile Steigung. Die Steigung ist geringer für eine positivere Eingangsspannung E. . Wenn die Ein gangsspannung E. null ist, weist der Linienzug T3 den mit "b" bezeichneten Verlauf auf. Für positive Eingangsspannungen ist die Steigung somit sogar weniger steil. Eine Eingangsspannung mit der maximalen, positiven Amplitude (d.h. die Gleichspannung E. = +1,9999V) ergibt den Linienzug T3 mit der mit "c" bezeichneten Steigung·

Bei diesem zweiten Zählerstand, d.h. bei 18 000 (wie mit dem Bezugszeichen 75 an dem Linienzug 2 angezeigt ist) setzt das NAND-Glied 71 das Flip-Flop FFl, wodurch der Festkörperschal ter Sl betätigt wird, um die Integration der Spannung E. zu beenden, indem das Eingangssignal E. abgetrennt und stattdessen das Bezugspotential V_ an den Integrator angelegt wird. Infolgedessen integriert der Integrator nunmehr einen in negativer Richtung verlaufenden Strom (d.h. der Strom fließt von dem Integrator über den Widerstand R6 zu dem Schalter). Dieser Strom ist dem Wert V_R (1 - K) proportional. Folglich weist die Integrator-Ausgangsspannung E die Form einer Abwärts- bzw. abfallenden Rampe auf. Da das Bezugspotential an dem Integrator angelegt bileibt, nimmt die Ausgangsspannung weiterhin bis auf einen Sollwert von OV, obwohl auch ein versetzter Rückstellwert

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verwendet werden kann, ab.

Vor dem Erreichen eines vorbestimmten dritten Zählstandes (d.h. kO 000) ist der Pegel auf der Multiplex-Steuerleitung . 63 derart, daß die Multiplexschaltungen MPXl bis MPX4 die von den Verriegelungseinrichtungen LA3 bis LA 6 geschaffenen Neunerkomplement-Zähidaten und bei einem Zählerstand von kÖ 000 die mittels dieser Verriegelungseinrichtungen geschaffenen« richtigen Zähldaten auswählen. Da der Q-Ausgangspegel jeweils bei einem Zählerstand von 20 000 geändert wird, wählen die Multiplexschaltungen abwechselnd die komplementierten oder richtigen Zähleingänge jeweils mit einem einem Zählerstand von 20 000 entsprechenden Intervall aus. Da der Linienzug T5 den Q-Ausgangspegel für das Flip-Flop FF3 darstellt, gibt er auch den Auswahlvorgang der Multiplexschaltungen MPXl bis MPX4 (sowie von MPX5) wieder. Infolgedessen gibt der Zeitabschnitt 77 die komplementierte Datenauswahl, der Zeitabschnitt 79 die richtige Datenauswahl, usw. wieder.

Wie vorstehend ausgeführt, wird der Zählerstand in dem Binärzähler mittels der Sperr- oder Verriegelungsausgänge solange nicht geschaffen, bis ein Übertragungsimpuls auf der Leitung 65.anliegt. Der Vergleicherverstärker A3 fühlt den Rückstellwert der Spannung E . Wenn dieser Wert erreicht ist, nimmt die Ausgangsspannung E des Verstärkers A3 schnell auf null ab,

und die Diode Dl verhindert, daß sie wesentlich über OV hinaus schwingt. Diese schrittweise Abnahme wird mittels der Differen-

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zierschaltung 13 differenziert, wodurch ein scharfer Übertragungsimpuls geschaffen ist. Die Vergleicher-Ausgangsspannung E für die drei Zustände "a", "b",und "c" ist durch den Lini-

c ,

enzug T3 dargestellt. Ein Übertragungsimpuls bei dem Zustand "a" (der vollen negativen analogen Eingangsgröße) ist mit dem Bezugszeichen 8l, ein Übertragungsimpuls bei dem Zustand "b" (bei einer analogen Eingangsgröße von null) ist mit dem Be zugszeichen 83 und ein Übertragungsimpuls bei dem Zustand "c" (der vollen positiven, analogen Eingangsgröße) ist mit dem Bezugszeichen 85 bezeichnet. Durch die kritische Rückkopplungsdämpfung der Klemmschaltung ist sichergestellt, daß das Rück kopplungssignal kritisch gedämpft ist. Auf diese Weise ergibt sich nur ein einzelner Übertragungsimpuls, wodurch, wie ge wünscht, fehlerhafte Anzeigen oder andere Störungen der digitalen Schaltung verhindert sind.

Folglich wird der Übertragungsimpuls erzeugt, wenn die Integrator-Ausgangsspannung (welche fortlaufend in Richtung auf den Rückstellwert abnimmt, wenn der Zähler von einem Zähler stand 18 000 in Richtung auf den vorbestimmten, dritten Zäh lerstand von kO 000 weitergeschaltet wird) ihren Rückstell wert erreicht. Wenn daher dieser Rückstellwert vor dem Zählerstand kO 000 (dem Zeitpunkt t3) erreicht wird, werden die Sperr- bzw. Verriegelungsdaten durch die Komplementschaltungen 9Cl bis 9C4 komplementiert, welche mittels der Multiplexer MXl bis MX4 ausgewählt worden sind, und werden mittels der numerischen Anzeigeeinrichtungen NDl bis ND5 in Form einer Dezi-

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malzahl angezeigt, welche der richtigen Größe des analogen
Eingangssignals E. entspricht. Auf diese Weise ist dann ein
Eingangssignal mit positiver Polarität 'genau wiedergegeben
und seine Polarität ist korrekt in der Überlauf-Anzeigeein richtung ND5 dargestellt. Wenn seine Größe +1,0000 V oder größer ist, dann werden die der Ziffer 1 entsprechenden Segmente der Überlauf-Anzeigeeinrichtung erregt, da dieser Zustand von der Sperrschaltung LA2 gefühlt wird und deren Ausgangsdaten
durch Betätigung des Multiplexers MX5 ausgewählt werden.

Wenn jedoch der Rückstellwert der Integrator-Ausgangsspannung E erreicht ist, wodurch ein Übertragungsimpuls nach 40 000
Zählvorgängen (zum Zeitpunkt t3) geschaffen ist, was wiederum eintritt, wenn ein negatives, analoges Eingangssignal E. gemessen wird, dann wird der richtige Zählerstand in den Zählern BCDl bis BCD^, welcher mittels der Sperreinrichtungen LA3 bis LA6 geschaffen ist, mittels der Multiplexer MXl bis MX4 als Dateneingang ausgewählt und folglich als die richtige Dezimal größe mittels der Anzeigeeinrichtungen NDl bis ND4 angezeigt. Die negative Polarität wird dann mittels der Anzeigeeinrichtung ND5 angezeigt. Wenn die negative Größe gleich oder größer als -1,0000 V ist, wird, um dies anzuzeigen, die Einheitsanzeige
der Einrichtung ND 5 erregt.

Aus der Vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß der Zustand des Flip-Flops FF^ durch den Anschluß an den Zähler die Polaritätsanzeige steuert. Das heißt, das Flip-Flop FFk nimmt

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bei einem vorbestimmten ersten Zählerstand (null) einen ersten Zustand, um die positive Polarität anzuzeigen, und nimmt bei einem anderen Zählerstand, d.h. bei kO 000 seinen zweiten Zustand ein, um eine negative Polarität anzuzeigen.

Wenn das analoge Eingangssignal die Größe null hat, dann liegt, wie aus Fig.2 zu ersehen ist, der Ubertragungsxmpuls zum Zeitpunkt t3 (bei einem Zählerstand von 40 000) an. Folglich wird dann die Größe null digital mittels der Einrichtungen NDl bis angezeigt.

Ein anderer Rückstellimpuls leitet einen anderen A/D-Umsetzzyklus ein. Hierbei weist dann der Oszillator 27 eine Frequenz auf, die viel niedriger ist als die des Oszillators 23· Bei einer Frequenz von 5Hz werden dann fünf Umsetzungen pro Sekunde durchgeführt. Die Rückstellimpulse können auch von einer anderen Quelle als dem Oszillator 27 erzeugt werden. Beispiels weise kann ein Befehlsrückstellimpuls extern erzeugt werden, wobei dann der A/D-Umsetzer für eine einzelne.. Abtastmessung (der Rückstellimpuls stimmt dann mit dem gewünschten Zeitpunkt überein, um die Eingangssignalgröße zu messen) und nicht für die kontinuierliche Abtastung verwendet wird, wie sie bei der bevorzugten Ausführungsform durchgeführt wird.

Hierauf folgt dann eine Analog-Digitalumsetzung, wie sie gerade beschrieben worden ist; der Umsetzer verbleibt in dem Ruhezustand, in welchem der Festkörperschalter Sl ständig an dem in-

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tegrierenden Widerstand Ro und folglich der Integratoreingang an der Bezugsspannung V_ anliegt. Die Vergleicher-Ausgangs spannung E liegt dann bei einem Wert, welcher durch die Rückkopplungsschaltung aus dem Widerstand R7» dem Kondensator C2 und der Diode D2 bestimmt ist. Auf diese Weise wirkt die Rückkopplungsschaltung als Klemmschaltung, welche den Strom senkt, der mittels des integrierenden Widerstands R6 an dem Ausgang des Vergleichers angelegt wird. Dies hat die Wirkung, daß die Integratorausgangsspannung im wesentlichen genau auf ihrem Rückstellwert bleibt (d.h. im wesentlichen null ist oder genauer gesagt, gleich dem kleinen eigentlich versetzten Potential des Vergleichereingangs ist). Diese Ruhe- und Klemmzu stand dauert an, bis von dem Rückstelloszillator 27 ein weiterer Rückstellimpuls zugeführt wir d.

Eine eine Bereichsüberschreitung fühlende Einrichtung des Umsetzers schafft eine Anzeige eines analogen Eingangssignals, dessen Amplitude bzw. Wert größer als der voreingestellte Wert (eine Gleichspannung von +.1,9999 V) ist, welche mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung dargestellt werden kann. Dies wird dann mittels der vorbeschriebenen Dunkeltasteinrichtung durchgeführt, welche das Flip-Flop FF5 und das zugeordnete UND-Glied 69 aufweist. Die Dekodierer-Ansteuerschaltungen DDl bis DD^t werden durch ein Signal auf der Leitung 67 gesperrt, bis der Zähler einen Zählerstand von 20 000 aufweist, bei welchem dann das Flip-Flop FF5 gesetzt wird,(der Q-Eingang ist dann niedrig). Diese Dekodierer-Ansteuerschältungen sind von

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dem Zählerstand 20 000 bis zum Zählerstand 60 000 freigegeben. Bei dem Zählerstand 60 000 wird das Flip-Flop zurückgesetzt (sein Q-Eingang liegt auf einem hohen Pegel), wodurch dann die Dekodierer-Ansteuerschaltungen gesperrt sind. Venn ein Übertragungsimpuls zu irgendeinem Zeitpunkt während eines Umsetzzyklus· aes außer in der Periode anliegt, welche mit dem Zählerstand 20 000 beginnt und mit dem Zählerstand 60 000 endet, bewirkt der Übertragungsimpuls nur die Einheitsanzeige mittels der Anzeigeeinrichtung ND5, während die anderen Anzeigeeinrichtungen NDl bis ND4 dunkelgetastet sind. Dieser Zustand ist bereite als Anzeige von Bereichsüberschreitungszuständen festgestellt worden.

Aus Fig.2 ist ferner zu ersehen, daß bei einem negativen Ein gangssignal mit einer Amplitude bzw. einem Wert, welche(r) größer als -1,9999V ist, durch die Spannung E die positive durch eine gebrochene Linie 87 dargestellte Steigungskennlinie dargestellt wird. Wenn die Integration (in positiver Richtung) des Eingangssignals bei einem Zählerstand von 18 000 beendet wird und wenn dann der Integrator (in negativer Richtung) die Bezugsspannung V_, integriert, dann folgt die Spannung E der

JK O

mit 89 bezeichneten negativen Steigungskennlinie. Folglich wird deren Rückstellwert bis zu einer Stelle 91 nicht erreicht, bei welcher der Zählerstand größer als 60 000 ist. Auf diese Weise führt dann der sich an dieser Stelle des Umsetzzyklus ergebende Übertragungsimpuls zu einer Bereichsüberschreitungsanzeige.

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In entsprechender Weise kann festgestellt werden, daß ein positives Eingangssignal, das größer ist als +1,9999V, vor Errei chen eines Zählerstandes. 20 000 zu einem Übertragungsimpuls führt, da die Spannung E einer Kennlinie folgt, wie sie mit dem Bezugszeichen 93 bezeichnet ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß die Polarität auf diese Weise bei einem Zählerstand von 40 000 ge ändert wird. Mit anderen Worten, die Zahl, welche vor Errei chen des Zählerstandes kO 000 angezeigt wird (die jedoch größer als 20 000 ist) muß positiv sein und entspricht der Bedingung 0 < E. < +1,9999V. Für derartige Amplituden bzw. Größen kann die dargestellte Zahl als die Größe kO 000 minus der Größe des tatsächlichen Zählerstandes plus eins betrachtet werden. Der tatsächliche Zählerstand plus eins ist äquivalent dem Komplement des richtigen Zählerstandes, wobei unter Komplement das Neun er komp lernen t der vier niedrigstwertigen Ziffern und das Bi ηärkomplernent des Bits 10 000 verstanden wird. Beginnend mit dem Zählerstand kO 000 und bis zum Dunkeltasten (bei einem Zählerstand 60 000) muß die dargestellte Zahl negativ sein und der Bedingung 0 > E. /> -1,9999V entsprechen. Pur derartige Amplituden oder Werte kann die dargestelle Zahl als die Größe 40 000 minus dem tatsächlichen Zählerstand betrachtet werden. Die folgende Tabelle zeigt eina derartige Arbeitsweise für verschiedene Werte der Spannung E. einschließlich der kennzeichnenden Werte für eine Gleichspannung E. =+1,0000 V und für E. = -1,0000V.

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E. xn	Zählerstand	999 000	Anzeige	Bedeutung
+2,000V +1,9999V	19 20	999	+ 1, +1,9999	__— - Ziffern Dunkel tasten
+1,5000V	24	999	+1,5000
+1,0000V	29	999	+1,0000	Anzeige 40 000 - (Zähler stand)
+0,5000V	34	999	+0,5000
+0,0001V E. ov. xn	39	000	+0,0000
0 E. -0,001V xn	40	000	-0,0000
-0,5000V	45	000 000	-0,5000	Anzeige 40 000 - (Zähler stand)
-1,0000V -1,5000V	50 55	999	-1,0000 -1,5000
-1,9999V	59	000	-1,9999	Ziffern Dunkel tasten
-2,0000V	60	-ι,

Obwohl, wie beschrieben, integrierte Schaltungseinrichtungen bestimmter, üblicher Ausführungsformen (beispielsweise die mit einer Transistor-Transistor-Logik) verwendet werden können, kann der digitale Schaltungsaufbau des Umsetzers selbstver ständlich auch die Form von einer oder mehreren Schaltungen aufweisen, bei welchen verschiedene sogenannte LSI-(mit hohem Integrationsgrad) Logikausführungen verwendet werden. Ebenso können herkömmliche Multiplex-Anzeigeverfahren verwendet wer den.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1.) Bipolarer Analog-Digitalumsetzer gekennzeich·" net durch einen Integrator (A2), welcher ein Ausgangssignal (E ) erzeugt ι welches bezüglich eines analogen Bezugswertes (V ) vorgewählter Größe und der Polarität eines an den Eingang angelegten Signales zu dem Zeitintegral der Größe proportional ist; durch eine Festkörperschalteinrichtung (Sl), mittels weicher entweder ein erstes Signal, das einem analogen Eingangssignal unbekannter Größe und mit entweder positiver oder negativer Polarität entspricht, oder ein zweites, den analogen Bezugswert darstellendes Signal an den Eingang des Integrators (A2) abwechselnd angeschaltet wird; durch einen Impulsgenera tor (23) zum Anlegen von Impulsen mit einer im wesentlichen konstanten Impulswiederholfrequenz; durch einen Digitalzähler (BCDl bis BCD4; FF2 bis FF4) zum Zählen der Impulse; durch eine Einrichtung (27) zum Rückstellen des Zählers auf einen vorbestimmten, ersten Zählstand (¹¹O") und um mittels der Schalteinrichtung (Sl) eines der ersten und zweiten Signale an den Eingang des Integrators (A2) anzulegen, wobei das Ausgangssignal des Integrators (A2) linear bezüglich der Zeit von einem Rückstellwert an zunimmt, während der Zähler von dem ersten Zählerstand ("0") zu einem vorbestimmten zweiten Zählerstand weitergeschaltet wird; durch eine auf den zweiten Zählerstand ansprechende Einrichtung, um mittels der Schalteinrichtung (Sl) das andere der ersten und zweiten Signale an den Eingang des

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Integrators (A2) anzulegen, wobei das Ausgangssignal des Integrators (A2) linear bezüglich der Zeit auf den Rückstellwert zu abnimmt, während der Zähler von dem zweiten Zählerstand in Richtung auf einen vorbestimmten, dritten Zählerstand weitergeschaltet wird, wobei der Rückstellwert vor dem Erreichen des dritten Zählerstandes erreicht wird, wenn das erste Signal eine erste Polarität aufweist, und wobei der Rückstellwert nach dem dritten Zählerstand erreicht wird, wenn das erste Signal die andere Polarität aufweist; durch eine digitale Anzeigeeinrichtung (NDl bis ND^); durch eine Komplement-Zähleinrichtung (9Cl bis 9C4), um mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung (NOl bis ND4) eine Dezimalzahl anzuzeigen, welche dem Komplement des Zählerstandes in dem Zähler entspricht, wenn das Ausgangssignal des Integrators (A2) den Rückstellwert vor Erreichen des dritten Zählerstandes erreicht; und durch eine richtige Zähleinrichtung, welche auf den den ' dritten Zählerstand erreichenden Zähler anspricht, wobei mittels der digitalen Anzeigeein richtung (NDl bis ND4) eine dem richtigen Zählerstand in dem Zähler entsprechende Dezimalzahl angezeigt wird, wenn das Ausgangssignal des Integrators (A2) den Rückstellwert erreicht, wobei die mittels der Anzeigeeinrichtung (NDl bis ND4) dargestellte Dezimalzahl die richtige Größe des.«analogen Eingangssignals unabhängig von desssen Polarität digital darstellt.

2. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um den Rückstellwert des Integrator-Ausgangssignals zu erhalten, das im

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wesentlichen der Abnahme des Integratorausgangssignals bis zu dem Rückstellwert folgt, wenn der Zähler (BCDl bis BCD4) auf den vorerwähnten ersten Zählerstand ("0") rückgestellt wäd.

3. Bipolarer Änalog-Digitalumsetzer, gekennzeichnet durch einen Integrator (A2), welcher ein Ausgangssig nal (E ) erzeugt, welches im Hinblick auf einen analogen Be zugswert (V ) ausgewählter Größe und der Polarität eines an den Eingang angelegten Signals zu dem Zeitintegral der Größe proportional ist; durch eine Festkörper-Schalteinrichtung (Sl)₇ mittels welcher abwechselnd ein erstes Signal, das einem analogen Eingangssignal (E. ) unbekannter Größe und mit entweder positiver oder negativer Polarität entspricht, oder ein zwei tes den analogen Bezugswert (V ) darstellendes Signal an den Eingang des Integrators (A2) angeschaltet wird; durch einen Impulsgenerator (23), welcher Impulse einer im wesentlichen konstanten Impulsfolgefrequenz anlegt; durch einen Digitalzähler (BCDi bis BCD4) zum Zählen der Impulse; durch eine Ein richtung (27)» um periodisch den Zähler bei einem vorbestimmten ersten Zählerstand (¹¹O") zurückzustellen und um mittels der Schalteinrichtung (Sl) das erste Signal an den Eingang des Integrators (A2) anzulegen, wobei das Ausgangssignal des Integrators (A2) linear bezüglich der Zeit von einem Rückstellwert an zunimmt, während der Zähler von dem ersten Zählerstand zu einem vorbestimmten zweiten Zählerstand weitergeschaltet wird; durch eine Einrichtung (FF5), welche auf den zweiten Zähler stand anspricht, um mittels der Schalteinrichtung (Sl) das

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zweite Signal an den Eingang des Integrators (A2) anzulegen, wobei das Ausgangssignal des Integrators (A2) linear bezug lieh der Zeit zu dem Rückstellwert hin abnimmt, während der Zähler (BCDl bis BCD4; FFl bis FF4) von dem zweiten Zählstand zu einem vorbestimmten dritten Zählstand hin weiterschaltet, und wobei der Rückstellwert bei einem analogen Eingangssignal mit einer ersten Polarität vor dem dritten Zählstand erreicht wird, während der Rückstellwert bei einem analogen Eingangs signal der anderen, entgegengesetzten Polarität nach dem dritten Zählstand erreicht wird; durch eine digitale Anzeigeein richtung (NDl bis UOk), und durch eine auf den Zählerstand ansprechende Einrichtung mit einer Komplement-Zähleinrichtung, um mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung (NDl bis ND^) eine Dezimalzahl anzuzeigen, welche dem Komplement des Zählerstandes in dem Zähler (BCDl bis BCD4) entspricht, wenn das Signal von dem Integrator den Rückstellwert erreicht, mit einer den richtigen Zählstand wiedergebenden Einrichtung, wobei mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung (NDl bis ND4) eine Dezimal zahl angezeigt wird, welche dem richtigen Zählerstand in dem Zähler entspricht, wenn das Ausgangssignal des Integrators den Rückstellwert erreicht, und mit einer Einrichtung, welche auf den Zähler anspricht, der den dritten Zählerstand erreicht, um die Komplement-Zähleinrichtung zu sperren und die den richti gen Zählerstand wiedergebende Einrichtung freizugeben, wobei die mittels der Anzeigeeinrichtung dargestellte Dezimalzahl die richtige Größe des analogen Eingangssignals unabhängig von dessen Polarität digital anzeigt.

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k. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 3, dadurch g e k enn ζ ei c h n e t, daß die Einrichtung zum Fühlen des Rückstellwertes des Integrator-Ausgangssignals einen mit dem Ausgang des. Integrators verbundenen Spannungsvergleicher (A3) aufweist, und daß die Klemmeinrichtung eine Rückkopplungsscha 1 tung mit einer Diode (D2) aufweist, welche, zwischen einen Ausgang des Vergleichers (A3) und einen Eingang des Integrators (A2) geschaltet ist, wobei der Rückstellwert im wesentlichen genau erhalten wird, nachdem der Rückstellwert erreicht ist, indem der Abnahme des Integratorausgangssignals gefolgt wird, bis der Zähler (BCDl bis BCD4; FF2 bis FF*O auf den vorbestimmten, ersten Zählerstand ("0") rückgestellt ist.

5. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Rückstellen des Zählers (BCDl bis BCD^; FF2 bis FFk) einen Impulsgenerator aufweist, welcher mit der Schalteinrichtung (Sl) und dem Zähler verbunden ist und periodisch Rückstellimpulse mit einer Frequenz zuführt, welche erheblich niedriger als die konstante Impulsfolgefrequenz ist.

6. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Meßbereichsüber schreitung fühlende Einrichtung eine Anzeige des analogen Eingangssignals mit einem den Bereich überschreitenden Wert schafft, welcher größer als ein vorher ausgewählter Wert ist, welcher mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung (ND5) darge-

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stellt werden kann, und daß die eine Bereichsüberschreitung fühlende Einrichtung (FF5) Ziffern der digitalen Anzeigeein*· richtung dunkeltastet, wodurch angezeigt ist, daß das Ein gangssignal eine den Bereich überschreitende Größe aufweist.

7· Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, daß die die Bereichsüberschreitung fühlende Einrichtung ein Flip-Flop (FF5) mit einem ersten Schaltzustand, welcher eine Darstellung mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung (NDl bis ND5) ermöglicht, und mit einem zweiten Schaltzustand zum Dunkeltasten von Ziffern und eine Einrichtung aufweist, welche mit dem Zähler verbunden ist, damit das Flip-Flop den ersten Schaltzustand entsprechend einem vorbestimmten vierten Zählstand in dem Zähler und den zweiten Schaltzustand entsprechend einem vorbestimmten fünften Zähl zustand in dem Zähler einnimmt, ^wobei Ziffern dunkelgetastet werden, wenn der Rückstellwert des Integrators nach dem vierten Zählstand und vor dem fünften Zählstand nicht erreidit wird.

8. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennnzeichnet, daß der digitale Zähler einen binärkodierten Dezimalzähler (BCDl bis BCD(O mit einer Anzahl Dekaden aufweist, welche den jeweiligen Ziffern der Dezimal zahl entsprechen.

9» Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einen Zählerstand an-

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sprechende Einrichtung eine Anzahl Sperr- oder Verriegelungseinrichtungen (LA3 bis LA5) aufweist, welche jeweils einer der Dekaden entsprechen, und daß die Verriegelungs- oder Sperr-Schaltungen während des Betriebs miteinander verbunden „sind, wenn das Ausgangssignal des Integrators (A2) den Rückstell wert erreicht, um den Zählerstand in dem Zähler entweder an die Komplement-Zähleinrichtung oder an die den richtigen Zählerstand wiedergebende Einrichtung zu übertragen.

10. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Komplement-Zähleinrichtung eine Anzahl Neunerkomplement-Schaltungen (9Cl bis 9Ck) auf weist, welche jeweils mit einer der Sperr- oder Verriegelungsschaltungen (LA3 bis LA6) verbunden sind.

11. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche auf den den dritten Zählerstand erreichenden Zähler anspricht, eine Anzahl Multiplex-Schaltungen (MKl bis MX^) mit Eingängen, welche jeweils mit den Sperr- oder Verriegelungsschaltungen (LA3 bis LAO) und den Neunerkomplement-Schaltungen (9Cl bis 9C4) verbunden sind, und mit Ausgängen, welche mit der digitalen Anzeigeeinrichtung (NDl bis ND4) verbunden sind, und Multiplex-Steuer einrichtungen.aufweist, welche mit dem Zähler verbunden sind, um die Multiplex-Schaltungen' (MXl bis MX4) entsprechend dem dritten Zählerstand miteinander zu verbinden.

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12. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 4, g e kennzeichnet durch eine die Polarität fühlende
Einrichtung mit einem Flip-Flop, das einen ersten Schaltzu stand, um mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung ein erstes Polaritätsvorzeichen darzustellen , und einen zweiten Schaltzustand aufweist, um mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung
das andere, entgegengesetzte Polaritätsvorzeichen anzuzeigen, und eine Einrichtung aufweist, welche mit dem Zähler verbun den ist, damit das Flip-Flop den ersten Schaltzustand bei
einem vorbestimmten, ersten Zählerstand in dem Zähler und den zweiten Schaltzustand bei dem vorbestimmten dritten Zähler stand in dem Zähler einnimmt»

13· Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Opera tionsverstärker (A2) mit invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen, wobei die ersten und zweiten Signale abwech selnd an den invertierenden Eingang angelegt werden, einen Kondensator (Cl) , welcher zwiselen den Ausgang des Operationsver stärkers (A2) und dessen invertierenden Eingang geschaltet ist, und eine Einrichtung (Rk₁ R5) aufweist, um an den nichtinver tierenden Eingang ein Bezugspotential (V ) vorherausgewählter Größe anzulegen.

l4. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vorher ausgewählte Größe des Bezugspotentials (V ) größer als das erste Signal für

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irgendeinen Wert des analogen Eingangssignals ist, welches dureh die Anzeigeeinrichtung (NDl bis NOk) anzuzeigen ist.

15. Bipolarer Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch lA, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite^ein analoges Be zugssignal darstellende Signal eine Größe V hat, daß das Bezugspotential eine Größe von KV_n hat, wobei K eine Konstante

Xt

ist, daß das erste Signal eine Größe E. hat, wobei die Konstante K so gewählt ist, daß die Größe E. einen Absolutwert auf weist, welcher innerhalb des Arbeitsbereichs der Größe E. kleiner ist als der Wert KV , und daß der Integrator (A2) einen in positiver Richtung verlaufenden Strom integriert", welcher

dem Wert (KV_n-E.) proportional ist, wenn das erste Signal an α. χ

den invertierenden Eingang angelegt wird, und daß der Integrator (A2) einen in negativer Richtung verlaufenden Strom inte griert, welcher dem Wert V_n (l - K) proportional ist, wenn das

ti

zweite Signal an den invertierenden Eingang angelegt wird.

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