DE2523366A1

DE2523366A1 - Analog-digital-umsetzer

Info

Publication number: DE2523366A1
Application number: DE19752523366
Authority: DE
Inventors: Robert Emile Johan Van D Grift; Abraham Hoogendoorn; Theodorus Jozef Van Kessel
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1975-05-27
Publication date: 1975-12-18
Also published as: US4057796A; NL7407631A; JPS5917566B2; CA1055613A; DE2523366B2; FR2330213B1; DE2523366C3; GB1512726A; FR2330213A1; JPS518858A

Description

i»_ai,:ua«.H PHN. 7581

««««Mr- N Y- Philips üioeilampenfabrlekea Va/FF/SCHS

l PHN7581 2941975

Anmeldung vomj

p //

PHN-7581 29-4-1975

?-Mai 1975

"Analog-Digital-Umsetzer"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digital-Umsetzer mit einem Kondensator mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, wobei die Spannung an der ersten Elektrode dem Eingang eines !Comparators zugeführt wird, der einen Bezugseingang, dem eine Bezugsspannung zugeführt wird, und einen Ausgang besitzt, der mit einem Flipflop verbunden ist, dem ausserdera ein Taktsignal zugeführt wird und das, von diesem Taktsignal synchronisiert, einen ersten Transistorschalter steuert, der mit der ersten Elektrode des Kondensators verbunden ist, wodurch, in Abhängigkeit von der Lage des Transistorschalters, ein Lade- oder Entladestrom durch den Kondensator geschickt wird, wobei das Ausgangssignal des Flipflops eine

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digitalisierte Form eines Eingangssignals ist, das von einem Spannungs-Strom-Umsetzer in einen kontimiierlichen Strom umgesetzt wird, der durch den Kondensator fliesst.

In dem Aufsatz "Integrating digital

voltmeter: operating principles and accuracy" von P.A. Neeteson in "Electronic Applications Bulletin" Nr. 1, .1972, S. 37 - 58, ist ein Analog-Oigital-Umsetzer beschrieben, in dem eine erste Elektrode eines Kondensators mit einem ersten Eingang eines Komparators verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Flipflop verbunden ist, dem ein Taktsignal zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Flipflops steuert einen Schalter, der einerseits über einen Widerstand mit der ersten Elektrode des Kondensators verbunden ist. Der bekannte Umsetzer ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter andererseits, je nach seiner Lage, mit einer positiven oder negativen Bezugsspannungsquelle verbunden ist, während die zweite Elektrode des Kondensators mit einem Punkt fester Spannung, namentlich Erdpotential, verbunden ist und das Eingangssignal dem Bezugseingang des Komparators zugeführt wird.

Der bekannte TJmsetzer weist den Nachteil auf, dass der Kondensator einerseits geerdet ist, wodurch der Umsetzer sich weniger gut zur Umsetzung von Eingangsdifferenzsignalen eignet. Ausserdem sind zur Anwendung des Umsetzers in einer integrierten Schaltung Bezugsspannungsquellen bedenklich.

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Der letztere Nachteil kann dadurch behoben werden, dass unter Berücksichtigung des Theveninschen Theorems, nach dem eine Spannungsquelle mit³ einem Reihenwiderstand durch eine Stromquelle mit einem parallelgeschalteten Widerstand ersetzt werden kann, die Bezugsspannungsquellen in Bezugsstromquellen umgesetzt werden, wobei der genannte Widerstand zu dem Kondensator parallel angeordnet wird. Für sehr genaue Umsetzer ist es mehr oder weniger bedenklich, dass zwei Bezugsstromquellen benötigt werden.

Die Erfindung bezweckt, einen Analog-Digital-Umsetzer zu schaffen, der sich zur Umsetzung von Eingangsdifferenzsignalen eignet und als integrierte Schaltung ausgeführt werden kann, während Ausführungsformen mit nur einer einzigen Bezugsstromquelle möglich sind.

Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an der zweiten Elektrode des Kondensators einem ersten Eingang eines Differenzverstärkers zugeführt wird, dessen Ausgangssignal dem Eingang eines als Stromqxielle geschalteten Transistors zugeführt wird, der in dem gemeinsamen Kreis des ersten und eines zweiten Transistorschalters aufgenommen ist, wobei der zweite Transistorschalter mit der zweiten Elektrode des Kondensators verbunden ist und ebenfalls, jedoch gegenphasig zu dem ersten Transistorschalter, von dem Ausgangssignal des Flipflops gesteuert wird, während einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers

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eine Steuerspannung zugeführt wird, wodurch infolge der Gegenkopplungsschleife, die durch den Differenzverstärker und den als Stromquelle geschalteten Transistor gebildet wird, die Spannung an der zweiten Elektrode des Kondensators dieser Steuerspannung gleichgehalten wird, und dass die erste Elektrode des Kondensators über die Hauptstrombahn eines ersten Transistors und die zweite Elektrode des Kondensators über die Hauptstrombahn eines zweiten Transistors mit einer Bezugsstromquellenschaltung verbunden sind, während das Eingangssignal als Differenzsignal entweder zwischen dem Bezugseingang des Komparators und dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers oder zwischen den Steuereingängen des ersten und des zweiten Transistors angelegt wird.

Die Massnahmen nach der Erfindung weisen eine gewisse Aehnlichkeit mit den Massnahmen nach der niederländischen Offenlegungsschrift 7,007.870 auf. Diese Anmeldung beschreibt auch die "schwebende Aufhängung" eines Kondensators zwischen dem Eingang eines Komparators und dem Eingang eines Differenzverstärkers, dessen Alis gangs signal einen als Stromquelle geschalteten Transistor steuert. Es handelt sich hier aber um eine Dreieckspannungsgenerator, der nicht nur funktionell, sondern auch schalttechnisch von dem Umsetzer nach der Erfindung abweicht, indem kein Taktsignal vorhanden ist, ein Eingangssignal fehlt, die Gegenkopplungsschleife mit dem Differenzverstärker und dem als Stromquelle geschalteten Transistor nicht die zweite Elektrode 509851/0754

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(Punkt 2 in Fig. 2 der betreffenden Anmeldung) auf einer gewissen Spannung hält, sondern ein konstantes Verhältnis der Spannungen an den beiden Elektroden des Kondensators bewirkt, und indem die Funktion des !Comparators mit dem Flipflop des Umsetzers nach der Erfingun in diesem Dreieckspannungsgenerator von einem Multivibrator erfüllt wird, der von der Spannung an der ersten Elektrode des Kondensators gesteuert wird.

Einige Ausführungsformen der Erfindung

sind in der Zeichnung dargestellt und werden imfolgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den atis der genannten Veröffentlichung bekannten Analog-Digital-Umsetzer,

Fig. 2 einige zu den Umsetzer nach Fig. 1 gehörige Spannungsformen,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines Analog-Digital-Umsetzers nach der Erfindung,

Fig. h den Verlauf der Spannung über dem Kondensator beim Fehlen eines Eingangssignals,

Fig. 5 den Verlauf der Spannung über dem Kondensator beim Fehlen eines Eingangssignals, während der Zeitabstand zwischen den Schaltzeitpunkten geändert wird,

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform eines Analog-Digital-Umsetzers nach der Erfindung,

Fig. 7 einen abgeänderten Teil des Umsetzers nach Fig. 6, und

Fig. 8 eine Ausführungsform eines ab-

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geänderten Teiles des Umsetzers nach Fig. 6 für die Erapfindlichkei tseinsteilung.

Fig. 1 zeigt den aus der genannten

Veröffentlichung bekannten Analog-Digital-Umsetzer. Ein Kondensator C ist mit einer ersten Elektrode 1 an einen Eingang 6 eines !Comparators K und über einen Widerstand R an einen Schalter S angeschlossen, der hier symbolisch dargestellt ist, aber tatsächlich ein komplexer Transistorschalter sein kann. Eine zweite Elektrode 2 des Kondensators C ist mit einem Punkt festen Potentials, im vorliegenden Beispiel mit Erdpotential, verbunden. Eine Eingangsspannung V. wird einem Bezugseingang 3 des Komparators K zugeführt, desser Ausgang mit einem Flipflop F verbunden ist. Dieses Flipflop weist einen ziisätzlichen Eingang h auf, dem ein von einem Taktgenerator 7 herrührendes Taktsignal zugeführt wird. Ein Alisgang 5 des Flipflops F steuert den Schalter S, was symbolisch mit dem gestrichelten Pfeil angegeben ist. Der Schalter S ist, je nach seiner Lage, entweder mit einer positiven Bezugsspannungsquelle +V „ oder mit einer negativen Bezugsspannungsquelle -V _ verbunden. Der Schalter S wird derart gesteuert, dass, wenn die Spannung V über dem Kondensator C die

Eingangsspannung V. unterschreitet, die Spamrungsquelle +V „ mit dem Kondensator C verbunden ist, und wenn die

Spannung V die Eingangsspannung V. überschreitet, die c ι

Spannungsquelle -V mit dem Kondensator C verbunden ist. Diese Steuerung erfolgt mit Hilfe des Ausgangs-

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signals des Flipflops. Dieses Ausgangssignal weist zwei Spannungspegel auf. "Die Pegeländerung erfolgt nur dann, wenn das Ausgangssignal des !Comparators K sich infolge der Auf- oder Entladung des Kondensators geändert hat und ein Taktimpuls vorhanden ist. Das Taktsignal erfüllt dabei eine synchronisierende Funktion. Die Aenderung der Lage des Flipflops erfolgt z.B.beim Auftreten der negativen Flanke des Taktimptilses.

Wenn der Kondensator C mit der positiven Bez\igsspanmmgsquelle verbunden ist, fliesst durch den Kondensator C ein Strom I :

V_V

τ ^{ref c} (_Λ\

¹C ⁼ R ~ R ^U;

und wenn der Kondensator C mit der negativen Bezugsspannungsquelle verbunden ist:

V „ V

τ ^{ref c} (?\

¹C = R " R ^(Z)

Durch den Kondensator G fliesst somit, je nach der Lage des Schalters S, ein Lade- oder Entladestrom gleich

ref
+ — , während unabhängig von der Lage des Schalters

~ ^R V

ein Entladestrom - —— fliesst. Wenn anfänglich die Spannung über dem Kondensator C gleich 0 ist und eine Eingangsspannung V. angelegt wird, wird der Kondensator C aufgeladen, bis V grosser als die Eingangsspannung V. geworden ist. Beim Aiiftreten des nächstfolgenden Taktimpulses ändert sich die Lage des Schalters S und wird der Kondensator C entladen, bis V kleiner als die Eingangsspannung V. geworden ist, so dass sich beim Auftreten des dann folgenden Taktimpulses die Lage des Schalters S wieder ändert. Die Spannung über dem

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Kondensator C wird also bei genügend hoher Eingangsspannung annähernd gleich der Eingangsspannung V. sein, so dass in den Ausdrucken (i) und (2) V. für V substittiiert werden darf. Die Steilheit der J-adekurve ist dann:

V -V

RC

und die Steilheit der Entladekxirve :

V + V
^f1

RC
Oa das Verhältnis zwischen der Steilheit der J.adekurve und der der Entladekurve durch die Eingangsspannung bestimmt wird, ist die Schaltfunktion ein Mass für die Eingangsspannung.

Der Verlauf der verschiedenen Spannungen

ist in Fig. 2 dargestellt, wobei Fig. 2a das Taktsignal Fig. 2b die Spannung über dem Kondensator und Fig. 2c die am Schalter S vorhandene Spannung zeigen. Wenn die Eingangsspannung angelegt wird, nimmt die Kondensatorspannung zu, bis zu dem Zeitpunkt t.. sich die Lage des Schalters S ändert lind die Kondensatorspannung abnimmt, bis (V - V.) beim auftretenden Taktimpuls zu dem

C IL

Zeitpunkt t„ negativ ist. Die Lage des Schalters S ändert sich wieder und der Kondensator C wird aufgeladen. Das Schaltmuster nach Fig. 2c ist dabei eine digitalisierte Form des Eingangssignals, mit anderen Worten: aus diesem Signal kann das Eingangssignal wiedergewonnen werden. Oa der Schalter S vorn Aus gangs signal des Flipflops F gesteuert wird, wird vorzugsweise dieses Ausgangssignal als Ausgangssignal des Analog-Digital-Um-

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, * 29-4-1975

setzers gewählt. Es ist einleuchtend, dass sich bei abnehmenden Eingangsspannungen das Verhältnis zwischen der Zeitdauer, in der sich der Schalter S in der einen Lage befindet, und der Zeitdauer, in der sich der Schalter S in der anderen Lage befindet, dem Wert 1 nähern wird, weil die Steilheiten der Lade- und der

Entladekurven einander wegen des abnehmenden Stromes V V₄

rr— , der annähernd gleich —— ist,, gleich werden, so JK JK.

dass die Eingangsspannung V. in einen kontinuierlichen Entladestrom umgesetzt wird. Indem nach dem Theveninschen Theorem die Bezugsspannungsquellen durch Bezugs-

ref
Stromquellen mit Strömen _+ rj ersetzt werden und

der Widerstand R zu dem Kondensator C parallel angeordnet wird, werden Lade- und Endladeströme gleich den Ausdrücken (1) und (2) erhalten.

Wie bereits beschrieben wurde, weist

der Umsetzer nach der Erfindxmg im Vergleich zu dem bekannten Umsetzer Vorteile auf.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform

eines Analog-Digital-Umsetzers nach der Erfindung. Der Kondensator C ist von dem Widerstand R überbrückt. Die erste Elektrode 1 des Kondensators C ist mit einem Eingang 6 des Komparators K und mit den Kollektoren der Schalttransistoren T.. und T«, verbunden. Die zweite Elektrode 2 des Kondensators C ist mit einem Eingang 8 eines Differenzverstärkers V und mit den Kollektoren zweier Schalttransistoren T₂ und T^ verbunden. Der Ausgang des Komparators K ist mit dem Flipflop F ver-

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bunden, mit dem auch ein Taktgenerator 7 verbunden ist. Der Ausgang 5 des Flipflops F steuert die Eingänge 11, 12, 13 und 14 der Schalttransistoren T , T , T„ bzw. ΊΥ derart, dass entweder die Transistoren T₁ und Tr oder die Transistoren T„ und T„ sich in dem leitenden Zustand befinden. Der Ausgang des Differenzverstärkers V ist mit der Basis eines als Stromqiielle geschalteten Transistors T_ verbunden, dessen Kollektor mit den Emittern der Transistoren T₁ und T„ verbunden ist, während in dem gemeinsamen Emitterkreis der Transistoren T„ und Tr eine Bezugsstromqiielle 10 aufgenommen ist. Die Eingangsspannung V. + (\ V wird dem Bezugseingang 3 des Komparators K und die Eingangsspannung V. wird dem Eingang 9 des DifferenzVerstärkers V zugeführt, so dass zwischen den beiden Eingängen die Eingangsdifferenz· spannung Δ V vorhanden ist.

Infolge der Gegenkopplung mittels des

Differenzverstärkers V und des als Stromqiielle geschalteten Transistors T~ wird der Eingang 8 des Differenzverstärkers V auf derselben Spannung wie der Eingang gehalten, d.h., dass an der zweiten Elektrode 2 des Kondensators C eine Spannung V. vorhanden ist. Die Spannung an der ersten Elektrode 1 des Kondensators C wird, gleich wie bei dem Umsetzer nach Fig. 1, annähernd gleich V. + Av sein, vorausgesetzt dass /\ V genügend gross ist. Wenn sich die Transistoren T lind Tk in dem leitenden Zustand befinden, ist der Strom I gleich:

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τ τ Δν

⁷C ^{= X}

und wenn sich die Transistoren T„ und T^ im leitenden Zustand befinden:

welche Ausdrücke gleich den Ausdrücken (i) und (2) sind, wenn substituiert wird:

■''ref ⁼ ~R ^Und ^^{V = V}i*
Durch den Kondensator C fliesst also ein J^ade- oder

Entladestrom mit einer Grosse von I „. während ein

ref

/^ V
Strom -—— dtirch den Kondensator C fliesst, unabhängig von der Stetierung der Schalttransistoren. Die Eingangsdifferenzspannung Δ V wird in einen kontinuierlichen Strom umgesetzt, der durch den Kondensator C fliesst, so dass von einem Spannungs-Strom-Umsetzer die Rede
ist, der durch· den Widerstand R gebildet wird. Ausgenommen die Steuerung der Ströme durch den Kondensator C, ist die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Analog-Digital-Umsetzers gleich der des Umsetzers nach Fig. Bei der Bestimmung der Ausdrücke (5) und (6) sind die Basisströme der Schalttransistoren T„ und T^ vernachlässigt. Für genaue Umsetzer können die Eingangsströme am Eingang 6 des !Comparators K und am Eingang 8 des
Differenzverstärkers V gleich den Basisströmen der
Transistoren T„ und Tr gewählt werden, so dass die I^ade- und Entladeströme genau gleich I „ sind.

Diese Eingangsströme werden durch die

Ruhestromeinstellung der Eingangstransistoren der betreffenden Schaltungen bestimmt. Wenn diese Eingangs-

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transistoren mit den Transistoren T„ und T. identisch sind, soll der Rxihestrom durch diese Eingangstransistoren gleich I „ sein.

Sowohl bei dem Umsetzer nach Fig. 1

als auch bei dem Umsetzer nach Fig. 3 wurde davon ausgegangen, dass die Eingangsspannung bzw. die Eingangsdifferenz spannung genügend gross sind. An Hand der Fig. k wird nachgewiesen, dass der Umsetzer eine Schwell· wertspannung für niedrige Eingangsdifferenzspannungen aufweist.

Fig. k zeigt den Verlauf der Spannung

über dem Kondensator C, wenn die Eingangsdifferenzspannung Δ V gleich 0 ist. Die Steilheiten der J-ade- und Endlade kurven sind dann einander gleich. Steigt die Eingangsdifferenzspannung auf den in der Figur angegebenen Pegel an, so wird sich die Schaltfunktion nicht ändern, weil zu den Entscheidungszeitpunkten t.., t_, t„ ... das Komparatorausgangssignal unverändert ist. Erst wenn die Eingangsdifferenzspannung Δ V grosser als die in der Fi.gur angegebene Spannung V, ist, wird die Schaltfunktion von der Schaltfunktion bei einer Eingangsdifferenzspannung ^ V gleich 0 abweichen.

Um die Schwellwertspannung V herabzusetzen, kann die Frequenz des Taktsignals vergrössert oder kann der Bezugsstrom I „ herabgesetzt werden. Beide Massnahmen können für die Bemessung des Analog-Digital-Umsetzers ungünstig sein. Ein erstes Verfahren zur Vergrösserung der Empfindlichkeit des Umsetzers

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besteht darin, dass ein Hilfssignal der Eingangsdifferenzspannung z.B. in dem Komparator zugesetzt wird. Die Amplitudenverteilung dieses Hilfssignals soll bekannt sein, und zwar in der Weise, dass der Mittelwert 0 ist und dass das Signal, wenn es ein Rechtecksignal ist, eine Vielzahl verschiedener Amplitudenpegel zwischen 0 und der Schwellwertspannung V, atifweist und, wenn es eine kontimiierlich Funktion ist, die maximale Amplitude mindestens gleich V, ist. Bei zunehmender Eingangsdifferenzspannung £ V wird die Summe der Eingangsdifferenzspannung und des Hilfssignals bei einem zunehmenden Teil der Entschex dungs Zeitpunkte t.., t„ ... grosser als die Schwellwertspannung V, sein, wodurch die Empfindlichkeit des Umsetzers grosser geworden ist, ohne dass dabei Messfehler auftreten, weil das Hilfssignal durchschnittlich gleich 0 ist. Als Hilfssignal kann z.B. Geräusch oder ein scheinbar stochastisches Signal gewählt werden. Ein zweites Verfahren besteht darin, dass die Entscheidungszeitpunkte t.., t„ ... nach einem Muster geändert werden, 'bei dem die Verteilung der Zeitabstände zwischen den Entscheidungszeitpunkten bekannt ist. Dies kann u.a. durch Modulation der Frequenz des Taktsignals mit Geräusch oder einer scheinbar stochastischen Funktion erfolgen..

Fig. 5 zeigt den Verlauf der Spannung

über dem Kondensator C in dem Falle, in dem sich das Entscheidungsmuster zeitlich ändert. Längs der Zeitachse der Figur ist der relative Zeitabstand der Entscheidungs·

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Zeitpunkte axif getragen.

Die Einsicht, dass die Schwellwertspannung dadurch herbeigeführt wird, dass der kontinuierliche Strom durch den Kondensator C nicht direkt durch die Eingangsdifferenzspannung, sondern durch die augenblickliche Spannung über dem Kondensator bestimmt wird, die nur bei verhältnismässig hohen Eingangsdifferenzspannungen annähernd gleich der Eingangsdifferenzspanmmg ist, führt zu der zweiten Ausführungsform des Umsetzers nach der Erfindung, die in Fig. 6 dargestellt ist und bei der die Eingangsdifferenzspannung direkt in einen kontinuierlichen Strom durch den Kondensator C umgesetzt wird. Der Umsetzer nach Fig. 6 ist gleich dem Umsetzer nach Fig. 3, mit Ausnahme des Widerstandes R, der Transistoren T„ und T2 und der Bezugsstromquelle 10. Der übrige Teil des Umsetzers nach Fig. 6 ist mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 versehen. Die Elektroden 1 und 2 des Kondensators C sind über die Anschlusspunkte 17 und 18 mit der Kombination der Bezugsstromquelle und der Eingangsschaltung verbunden, welche Schaltung in der Figur mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Der Anschlusspunkt I7 ist mit dem Kollektor des Transistors T„ und der- Anschlusspunkt 18 mit dem Kollektor des Transistors T. verbunden. Zwischen den Basis-Elektroden 13 und 14 der genannten Transistoren wird die Eingangsdifferenzspanmmg Λ V zugeführt. Die Emitter der genannten Transistoren sind über den Widerstand R mit-

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1S

einander verbunden, während der Emitter des Transistors T„ mit einer Stromquelle 15» die einen Strom mit einer Grosse von I „ führt, und der Emitter des Transistors

ref

Tk mit einer identischen Stromquelle 16 verbunden ist. Oie Eingänge 3und 9 des !Comparators K bzw. des Oifferenzverstärkers V werden mit einem Punkt fester, vorzugsweise positiver Spannung verbunden.

Venn sich der Schalttransistor T₁ im

leitenden Zustand und sich der Schalttransistor T₂ im nichtleitenden Zustand befindet, ist der den Kondensator durchfliessende Strom I gleich:

I = I _ - Λ I (7)

c ref ^v '

wobei ^ I der den Widerstand R durchfliessende Strom ist. Venn sich der Schalttransistor T₁ im nichtleitenden Zustand und sich der Schalttransistor Tp im leitenden Zustand befindet, ist der den Kondensator C durchfliessende Strom I gleich:

Venn gilt, dass der Strom ΔI klein gegenüber dem Bezugsstrom I ist, gilt, dass /\ T = Δν/R ist. "Dadurch werden die Ausdrücke (7) und (8) gleich den Ausdrücken (5) und (6), wobei aber der kontinuierliche Strom Δ V/R direkt durch die Eingangsdifferenzspannung bestimmt wird, wodurch die genannte Schwellwertspannung nicht auftritt. Der Spannungs-Strom-Umsetzer wird in dieser Ausführungsforni also dadurch gebildet, dass der Viderstand R zwischen den Emittern der Transistoren und T. eingeschaltet ist.

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Die beiden Stromquellen 15 und 16 lassen sich nach der Integrationstechnik auf einfache Weise durch Anwendung eines "lateralen" Transistors mit zwei identischen Kollektoren verwirklichen. Wenn jedoch nur eine einzige Bezugsstromquelle verlangt wird, kann mit Hilfe einer einfachen Umsetzung der in Fig. 6 mit einer gestrichelten Linie umrahmte Teil des Umsetzers durch die in Fig. 7 gezeigte Schaltung ersetzt werden, deren Anschlusspunkte 17 und 18 mit den Elektroden 1 und 2 des Kondensators C verbunden werden sollen.

Die Schaltung nach Fig. 7 ist mit dem

entsprechenden Teil des Analog-Digital-Umsetzers nach Fig. 6 identisch, mit Ausnahme des Widerstandes R und der Stromquellen 15 und 16. Der Widerstand R besitzt in der Schaltung nach Fig. 7 eine Mittelanzapfung, die mit einer Stromquelle 19 verbunden ist. Die Stromquelle 19 führt einen Strom mit einer Grosse von 21 „. Von den Anschlusspunkten 17 und 18 her gesehen, ist diese Schaltung mit dem entsprechenden Teil des Analog-Digital-Umsetzers nach Fig. 6 identisch.

Die kombinierte Stromquellen- und

Eingangsschaltung, die in dem mit einer gestrichelten Linie umrahmten Teil der Fig. 6 dargestellt ist, bietet die Möglichkeit, auf einfache Weise die Empfindlichkeit des Analog-Digital-Umsetzers zu ändern.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform des

betreffenden Teiles des Analog-Digital-Umsetzers nach Fig. 6, wobei die Eingangsempfindlichkeit geändert

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werden kann. Die Schaltung enthält zwischen den Anschlusspunkten 17 und 18 eine der gewünschten Anzahl Einstellmöglichkeiten gleiche Anzahl kombinierter Stromquellen- und Eingangsschaltungen entsprechend dem betreffenden, von einer gestrichelten I-inie umrahmten Teil des Umsetzers nach Fig. 6. Der Widerstand R ist in den drei dargestellten kombinierten Stromquellen- und Eingangsschaltungen durch die Widerstände R₁, R₉ und R ersetzt, während die Bezugsstromquellen in den drei dargestellten Schaltungen die Ströme I¹ ,1" _ und I¹" „ führen. Mittels der in den Stromquellenkreiser aufgenommenen Doppelschalter S₁, S und S„ ist symbolisch dargestellt, dass wahlweise eine der Schaltungen eingeschaltet werden kann. Die Empfindlichkeit des Analog-Digital-Umsetzers wird dann durch den Widerstand und die Stromquellen des eingeschalteten Teiles bestimmt.

Durch Anwendung von Stromquellen und infolge der Tatsache, dass die Schaltung nur einen einzigen Widerstand enthält, eignet sich der Umsetzer dazu, als integrierte Schaltung aasgeführt zu werden. Erwünschtenfalls können dabei der Kondensator C und der Widerstand R extern angebracht werden.

Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und auf die in den Figuren gezeigten Transistortypen beschränkt. ■

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Claims

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PATEWTANSPRUECHE:

Π "

(1/ Analog-Digital-Umsetzer mit einem Kondensator mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, wobei die Spannung an der ersten Elektrode dem Eingang eines !Comparators zugeführt wird, der einen Bezugseingang, dem eine Bezugsspannung zugeführt wird, und einen Ausgang besitzt, der mit einem Flipflop verbunden ist, dem ausserdem ein Taktsignal zugeführt wird und das, von diesem Taktsignal synchronisiert, einen ersten Transistorschalter steuert, der mit der ersten Elektrode des Kondensators verbunden ist, wodurch, je nach der Lage des Transistorschalters, ein Lade- oder Entladestron] durch den Kondensator geschickt wird, wobei das Ausgangssignal des Flipflops eine digitalisierte Form eines Eingangssignals ist, das von einem Spannungs-Strom-Umsetzer in einen kontinuierlichen Strom umgesetzt wird, der durch den Kondensator fliesst, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an der zweiten Elektrode (2) des Kondensators (c) einem ersten Eingang (8) eines Differenzvers tärkers (v) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal dem Eingang ( ) eines als Stromquelle geschalteten Transistors (Tj-) zugeführt wird, der in dem gemeinsamen Kreis des ersten und eines zweiten Transistorschalters (T^, T„) aufgenommen ist, welcher zweite Transistorschalter (t„) mit der zweiten Elektrode (2) des Kondensators (c) verbunden ist und ebenfalls, jedoch gegenphasig zu dem ersten Transistorschalter (T.j ) , von dem Aus gangs signal des Flipflops (f) gesteuert wird, während einem zweiten Eingang (9) des S098S1/075Ü

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Differenzverstärkers (ν) eine Steuerspannung zugeführt wird, wodurch, infolge der durch den Differenzverstärker (v) und den als Stromquelle geschalteten Transistor (Τ_) gebildeten -Gegenkopplungsschleife die Spannung an der zweiten Elektrode (2) des Kondensators (c) dieser Steuerspannung gleich gehalten wird, und dass die erste Elektrode (i) des Kondensators (c) über die Hauptstrom-~ bahn eines ersten Transistors (T„) und die zweite Elektrode (2) des Kondensators (c) über die Hauptstrombahn eines zweiten Transistors (T.) mit einer Bezugsstromquellenschaltung verbunden sind, während das Eingangssignal als "Differenzsignal entweder zwischen dem Bezugseingang (3) des Komparators (κ) und dem zweiten Eingang (9) des Differenzverstärkers (v) oder zwischen den Steuereingängen (13, 1*0 des ersten (T^) und des zweiten (tJ Transistors angelegt wird.

2. . Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsdifferenzsignal zwischen dem Bezugseingang (3) des Komparators (κ) und dem zweiten Eingang (9) des Differenzverstärkers (v) angelegt wird, dass der Spannungs-Strom-Umsetzer durch einen den Kondensator (c) überbrückenden Widerstand (r) gebildet wird, dass der erste (T„) und der zweite (τ.) Transistor Schalttransistoren sind, die vom Ausgangssignal des Flipflops (P) gesteuert werden, wobei der erste Transistor (Τ_) gleichphasig zu dem zweiten Schalttransistor (Τ_) und der zweite Transistor (tJ gleichphasig zu dem ersten Schalttransistor (T^) gesteuert wird, und dass die Bezugsstromquellenschaltung

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aus einer in dem gemeinsamen Emitterkreis des ersten (Τ«) und des zweiten (τ.) Transistors aufgenommenen Bezugsstromquelle (ΐθ) besteht, (Fig. i).

3. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsdifferenzsignal zwischen den Steuereingängen (13, 1^) des ersten (T„) und des zweiten (tJ Transistors angelegt wird; dass sowohl dem Bezugseingang (3) des !Comparators (κ) als auch dem zweiten Eingang (9) des DifferenzVerstärkers (v) eine konstante Spannung zugeführt wird, und dass der Spannungs-Strom-Umsetzer durch einen Widerstand (r) gebildet wird, der zwischen den Emittern des ersten (t„) und des zweiten (Ti ) Transistors aufgenommen ist (Fig. 6).

h. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsstromquellenschaltung aus einer ersten in dem Emitterkreis des ersten Transistors (T„) aufgenommenen Bezugsstromquelle (15) und einer zweiten mit der ersten identischen, in dem Emitberkreis des zweiten Transistors (T^) aufgenommenen Bezugsstromquelle (16) besteht (Fig. 6).

5. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsstromquellenschaltung durch eine Bezugsstromquelle gebildet wird, die in einer Mittelanzapfung des genannten Widerstandes (r) aufgenommen ist (Fig. 7)·

6. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte, aus dem ersten (T , T„, T₉ ...) und dem zweiten (T^, T^, T₁₀ ...) Transistor, dem Widerstand (R₁, Rp, R,, ·♦·) und der

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Bezugestromquellenschaltung bestehende Schaltung vielfach ausgeführt ist, während jede Schaltung auf entsprechende Weise mit beiden Elektroden des Kondensators (c) verbunden ist und wahlweise eine der gesonderten Schaltungen erregt werden kann, wobei die Werte des Widerstandes (R₁, R₀, R„ .*.) und die Ströme der Bezugsstromquelle (n) die Eingangsempfindlichkeit bestimmen (Fig. 8).

7. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsstrom am Eingang (6) des Komparators (κ) gleich dem Steuereingangsstrom des ersten Transistors (T„) und der Eingangsstrom am ersten Eingang (8) des Differenzverstärkers (v) gleich dem Steureingangsstrom des zweiten Transistors (T₄) ist.

8. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer Mittel enthält, mit deren Hilfe dem Eingangssignal ein Hilfssi gnal zugesetzt werden kann, das durch Geräusch oder wenigstens ein scheinbar stochastisches Signal gebildet wird.

9· Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Taktsignals mit einem Geräuschsignal oder wenigstens einem scheinbar stochastisehen Signal moduliert ist. 10. Analog-Digital-Umsetzer nach einem der

vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der . Analog-Digital-Umsetzer einen Teil einer integrierten Schaltung bildet.

S09851/07S4