DE2502829A1

DE2502829A1 - Digital-analog-wandler

Info

Publication number: DE2502829A1
Application number: DE19752502829
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Niehaus
Original assignee: EGO Regeltechnik GmbH
Current assignee: EGO Regeltechnik GmbH
Priority date: 1975-01-24
Filing date: 1975-01-24
Publication date: 1976-07-29
Also published as: FR2298907A1

Description

Dipl.-lnQ. EIDENEtER Dipl.-Chem. Dr. RUFF Dlpl.-Ing. J. BEIER

/ STUTTGART 1 Neckarstraüe 5O Telefon CO71O 22 7O 51 Telex O7-23 412 erub d

15. Januar 1975 - JB/Rie

Anmelder: E.G.O. Regeltechnik GmbH 7519 Sulzfeld/Baden-Württ,

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Digital-Analog-Wandler

Die Erfindung betrifft einen Digital-Analog-Wandler zur Umwandlung eines in digitaler Form vorliegenden bzw. eingegebenen Wertes in einen analogen elektrischen Wert, insbesondere einen Strom- oder Spannungsvert, mit wenigstens einem durch ein Schaltelement ein- und ausscnaltbaren Stromgenerator.

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Übliche Wandler dieser Art besitzen für jedes Bit einen Stromgenerator, der auf einen Strom eingestellt ist, der dem jeweiligen Stellenvert des zugehörigen Bit entspricht. Die Stromgeneratoren sind parallelgeschaltet und besitzen Schaltelemente, die sie entsprechend den einzelnen Bits der Digitalzahl zu- oder abschalten. Diese Anordnung ist zwar sehr sinnfällig, hat jedoch Nachteile. Es werden sehr viele Stromgeneratoren benötigt und alle müssen einzeln eingestellt und geeicht werden. Der Fehler eines einem Bit einer höheren Stelle zugeordneten Stromgenerators geht sehr stark in den Gesamtfehler ein, so dass die Stromgeneratoren auch sehr aufwendig gebaut sein müssen. Durch fehlerhafte Einstellung oder Verjustierung einzelner Stromgeneratoren kann ausserdem die Zählreihe unerwünschte Knicke bekommen, d. h. es kann geschehen, dass eine höhere Digitalzahl einen etwas niedrigeren Strom- oder Spannungswert liefert als die niedrigere Digitalzahl.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Digital-Analog-Wandler der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der bei geringem Schaltungsaufwand und leichter Einstellbarkeit und Justierbarkeit eine grosse Genauigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die relative Einschaltdauer des Stromgenerators durch das Schaltelement in Abhängigkeit von dem Verhältnis des zu wandelnden Digitalwertes zu einem dem Strom des Stromgenerators entsprechenden maximalen Digitalwertes steuerbar ist.

Vorzugsweise ist dem Schaltelement dazu ein schneilaufender

Zähler zugeordnet. Dieser zählt mit hoher Zählfrequenz ständig bis zum höchsten einzugebenden Digitalwert durch.

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Dabei ist von dem Zählbeginn bis zu dem umzuwandelnden Digitalvert das Schaltelement so beeinflusst, dass der Strom des Stromgenerators fliesst, während beim Erreichen dieses Digitalwertes das Schaltelement den strom des Stromgenerators abschaltet.

Vorzugsweise ist der Zähler mit einem Vergleicher verbunden, der die zu wandelnden Digitalwerte mit den Ausgangssignalen des Zählers vergleicht und in Abhängigkeit davon das Schaltsignal für das Schaltelement erzeugt. Bei den verwendeten Bauteilen handelt es sich weitgehend um handelsübliche Bauelemente, die zuverlässig sind. Vor allem braucht nur ein Minimum an Bauteilen vorhanden zu sein, bei denen es auf quantitative Genauigkeit ankommt. Im wesentlichen handelt es sich dabei um den Stromgenerator, während alle übrigen Bauteile digital arbeiten und daher keinen Anforderungen an die quantitative Genauigkeit unterworfen sind. Sogar der Impulsgeber für den Zähler, ein üblicher Oszillator, ist keinen Genauigkeitsariforderungen unterworfen. Sofern er sich einigermassen in einem bestimmten Frequenzbereich hält, ist die Frequenzhöhe unerheblich, solange nur die Frequenz innerhalb einer Zählperiode weitgehend unverändert bleibt. Das ist aber selbst bei einfachen Oszillatoren gegeben.

Vorzugsweise ist eine Kapazität in Reihe mit dem Stromgenerator geschaltet. Diese Kapazität gleicht die einzelnen Stromimpulse des periodisch geschalteten Stromgenerators aus und integriert sie zu einem resultierenden strom, dessen Grosse dem Digitalwert entspricht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein zweiter Stromgenerator parallel zu dem schaltbaren

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Stromgenerator geschaltet sein. Dieser Stromgenerator kann zur Berücksichtigung eines konstanten Summanden dienen, beispielsweise(bei der Eingabe einer Temperatur in Celsiusgraden)der Kelvin-Temperatur von 0⁰C.

Vorteilhaft kann zur Schaffung eines dem Digitalwert entsprechenden Spannungswertes der Kapazität ein widerstand parallelgeschaltet sein. An beiden Seiten des Widerstandes kann dann der analoge Spannungswert unmittelbar abgegriffen werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Schaltbild eines Digital-Analog-Wandlers nach der Erfindung und

Figur 2 ein schematisches Diagramm des Stromes in Abhängigkeit von der Zeit.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Digital-Analog-Wandler wird von einer Veisorgungsspannung versorgt, die an zwei Anschlüsse 11, 12 gelegt ist. Mit dem Anschluss sind zwei Stromgeneratoren 13, 14 verbunden, die auf bestimmte feste Werte einstellbar sind. Bei diesen Stromgeneratoren handelt es sich um übliche elektronische Baugruppen, die einen konstanten Strom zu liefern in der Lage sind. Sie sind parallelgeschaltet. Mit dem Stromgenerator in Reihe geschaltet ist ein elektronisches Schaltelement Zwischen den Anschluss 12 und die parallelgeschalteten Stromgeneratoren 13, 14 sind ein widerstand 16 und eine Kapazität, d. h. ein Kondensator 17 in Parallelschaltung gelegt. Zwischen

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diesem und den Stromgeneratoren&findet sich ein Anschluss

Das elektronische Schaltelement 15 wird von einem Vergleicher 19 gesteuert, der einerseits mit einem schneilaufenden

Zähler 20 und andererseits mit einer Digitaleingabe 21 verbunden ist. Der Zähler kann üblicher Bauart sein und wird von einem Oszillator 22 gesteuert, der beispielsweise eine Frequenz von einem MHz erzeugt.

Die Digitaleingabe kann beispielsweise ein Tastenfeldspeicher sein, in dem eingetastete Digitalwerte gespeichert sind, ein schieberegister o. dgl. Wesentlich ist lediglich, dass der Digital-Code der Digitaleingabe demjenigen des Zählers entsprechen muss, über die entsprechenden dargestellten Verbindungen werden nunmehr die einzelnen Bits in ihrer Reihenfolge verglichen und über eine Leitung 23 wird ein Schaltsignal an das elektronische Schaltelement gegeben, wenn der Vergleicher feststellt, dass der in der Digitaleingabe vorliegende Digitalwert vom Zähler erreicht wurde. Ferner wird ein Scnaltsignal am Periodenbeginn des Zählers gegeben. Dieses ist normalerweise das Einschaltsignal, während beim Erreichen des Digitalwertes ein Ausschaltsignal gegeben wird. Diese Schaltsignale können jedoch auch umgekehrt werden, wenn es erwünscht ist, dass ein Analogwert erzeugt wird, der einem Maximalwert minus dem Digitalwert entspricnt.

Der Zähler zählt ständig vom Beginn bis zu einem vorgegebenen maximalen Digitalwert. Dementsprechend ist der Stromgenerator 13 auf eine Stromabgabe eingestellt, die diesem maximalen Digitalwert entspricht. Der Stromgenerator 14 ist dagegen unabhängig davon auf einen festen Wert eingestellt, der einem festen Summanden zu dem eingegebenen Digitalwert entspricht. Wenn es beispielsweise darum geht, einen Analog-

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wert zu erzeugen, der in linearer Abhängigkeit von/absoluten Temperatur steht, so kann trotzdem die Eingabe in Celsiusgraden erfolgen. Wenn beispielsweise die höchste einzugebende Temperatur 400 C beträgt, so wäre der Stromgenerator 13 auf einen Stromwert I_m - I_n entsprechend 400°C eingestellt und der Ringzähler 20 würde ständig von 0 bis 400 (bei ganzzahliger Eingabe) zählen. Dies nimmt eine Zeit t_ = 400 mal der Frequenz des Oszilla-

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tors 22 in Anspruch.

Der Stromgenerator 14 wäre dann auf ein I_Q entsprechend 273,16 ° K. eingestellt, der Kelvin-Temperatur von 0⁰C. In die Digitaleingabe 21 sei ein Temperaturwert von 160° digital eingegeben. Dementsprechend wird der Zähler nach Ablauf einer Zeit & t von 40 % seiner Gesamtzähldauer t das Ausschaltsignal über die Leitung 23 an den elektronischen Schalter 15 geben, so dass der Strom des Stromgenerators 13 abgeschaltet wird und somit statt des Stromes nur noch der Strom I_Q des Stromgenerators 14 fliesst. Diese Verhältnisse sind aus Fig. 2 zu erkennen. Die Kapazität 17 sorgt dafür, dass die mit sehr hoher Frequenz erfolgenden Stromstösse zu einem Gesamtstrom geglättet werden, der den Wert I annimmt, dec dem integrierten Gesamtstrom und damit dem eingegebenen Digitalwert entspricht. Zwischen den Anschlüssen 12 und 18 ist eine dem Digitalvert entsprechende Spannung abzugreifen.

Es ist zu erkennen, dass hier die Möglichkeit geschaffen wurde, eine besonders einfache und genaue Wandlung eines Digitalwertes in einen Analogwert zu bekommen. Wenn man einmal von dem zusätzlichen stromgenerator 14 zur Berücksichtigung eines Festwertes absieht, so kann mit einem relativ genau herstellbaren und einstellbaren Stromgenerator,

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der auch leicht nachjustiert werden kann, ein Analogwert erzielt werden, dessen Fehler stets nur einen Bruchteil des Fehlers dieses Stromgenerators ausmacht. Dagegen arbeitet die Steuerung des elektronischen Schaltelementes praktisch ohne Fehler, da es sich hier um digitale Vorgänge handelt. Die Schaffung eines integrierten Gesamtstromes aus dem "getakteten" Strom ist ebenfalls einfach; möglich. Bei dem RC-Glied aus Messwiderstand 16 und Kapazität 17 ist lediglich darauf zu achten, dass die Zeitkonstante vesentlich grosser ist als die Umlauffrequenz des Zählers.

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Claims

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Ansprüche

:i. Digital-Analog-Wandler zur Umwandlung eines in digitaler Form vorliegenden bzw. eingegebenen Wertes in einen analogen elektrischen Wert, insbesondere einen Strom- oder Spannungswert, mit wenigstens einem durch ein Schaltelement ein- und ausschaltbaren Stromgenerator, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Einschaltdauer des Stromgenerators (13) durch das Schaltelement (15) in Abhängigkeit von dem Verhältnis des zu wandelnden Digitalwertes zu einem dem Strom des Stromgenerators (13) entsprechenden maximalen Digitalwert steuerbar ist.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schaltelement (15) ein schnellaufender Zähler (20) zugeordnet ist.
3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (20) mit einem Vergleicher (19) verbunden ist, der die zu wandelnden Digitalwerte mit den Ausgangssignalen des Zählers (20) vergleicht und in Abhängigkeit davon das Schaltsignal für das elektrische Schaltelement (15) erzeugt.
4. Vergleicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Stromgenerator (14) parallel zu dem schaltbaren Stromgenerator (13) geschaltet ist.
5. Stromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapazität (17) in

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Reihe mit dem Stromgenerator bzw. den Stromgeneratoren (13, 14) geschaltet ist.
6. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaffung eines dem Digitalwert entsprechenden Spannungswertes der Kapazität (17) ein Widerstand (16) parallelgeschaltet ist.

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JO

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