DE2548746A1

DE2548746A1 - Analog/digital-umsetzer

Info

Publication number: DE2548746A1
Application number: DE19752548746
Authority: DE
Inventors: Adrian Kryn Dorsman
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1974-11-18
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1976-05-26
Also published as: GB1465225A; IT1047726B; SE410523B; JPS5165866A; JPS5640536B2; SE7512829L; BE834035A; US3918050A; CA1049148A; NL7513003A

Description

PATEhJTANWALT
DlPL-ING.

HELMUT GÖRTZ

6 Frankfurt am Main 70 ,) r / η η ι C-

Schneckenhofsir. 27 - Tel. 017079 4 0 H 0 / ^ 0

30. Oktober 1975 ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION Gzw/goe

Analog/Digital-· Umsetzer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog/Digital-Urnsetzer gemäß dem Gattungsbegriff das Anspruches 1, d.h. also auf einen Umsetzer von dem Puls-Breiten-Modulationstyp und im speziellen auf einen Typ für inkrenentale Pulsmodulation; dabei wird ein Bezugsstrom als Funktion der Amplitude eines analogen Eingangsstromes sehr präzise geschaltet, wobei zur gleichen Zeit sehr präzise auf digitale Weise die Perioden gezählt werden, während der der Präzisionsstrom verwendet wurde.

Es sind bereits viele elektromagnetische Beschleunigungs-Digitalisierer, digitale Voltmeter und andere Analog/Digital-Umsetzer bekanntgeworden, die ein analoges Eingangssignal in ein digitales Ausgangssignal verwandeln können. Viele dieser bekannten Einrichtungen benutzen zum Umsetzen des analogen Eingangssignals in das digitale Ausgangssignal pulsbreitenmodulierte Signale. Der Stand der Technik läßt sich zweckmäßig anhand der folgenden US-Patentschriften repräsentativ darstellen.

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Die US-PS 3,500,109 offenbart einen Analog/Digital-Umsetzer, der nacheinander positive und negative Bezugsspannungen schaltet und dann diese geschalteten Bezugsspannungen in Bezugsströme umsetzt. Ein Integrat'or summiert selektiv diese Bezugsströme mit einem analogen Eingangsstrom, wobei die sich am Integratorausgang einstellende Spannung in einem Vergleichsglied mit einer dreiecksförmigen Welle verglichen wird. Ist die Ausgangsspan-,nung des Integrators größer als die Dreiecksspannung,dann wird die Summe des analogen Eingangsstromes und eines negativen Bezugsstromes integriert. Liegt die Integrator-Ausgangsspannung unterhalb der Dreiecksspannung, dann wird die Summe des analogen Eingangsstromes und eines positiven Bezugsstromes integriert. Das Ausgangssignal des Vergleichsgliedes ist ein pulsbreitenmoduliertes Signal, das proportional zu dem analogen Eingangssignal ist und das dazu dient, nacheinander das Schalten der positiven und negativen Bezugsspannung zu steuern. Die geschalteten Bezugsspannungen werden weiterhin dazu verwendet, das Hoch- und Runterzählen von Taktimpulsen in einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler zu steuern, um auf diese Weise ein digitales Ausgangssignal entsprechend dem Wert des analogen Eingangssignals zu erzeugen. Diese bekannte Einrichtung besitzt einige Nachteile. Das pulsbreitenmodulierte Ausgangssignal des Vergleichsgliedes ist nicht mit den Taktimpulsen synchronisiert. Dazu kann es zu Fehlern im digitalen Ausgangssignal kommen. Die Verwendung von· .

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zwei Bezugsspannungen führt zu zwei verschiedenen Maßstabsfaktoren für den Wert der positiven und der negativen Spannung, wobei das Maximum der Fehlerdifferenz bei einem Eingangssignal von Null Volt auftritt. Hinzu kommt, daß Fehler in der Linearität des Maßstabsfaktors und in der Genauigkeit der ausgegebenen Werte auftreten, wenn Spannungen geschaltet werden.

Bei dem Analog/Digital-Umsetzer nach der US-PS 3,316,547 v/erden die Bezugsspannungen und die analogen Spannungen alternativ geschaltet und in Ströme umgewandelt, bevor sie an einen Integrator gelangen. Der integrierte Wert der Ströme wird dann an ein Pegel-Vergleichsglied angelegt, das die Zufuhr von Taktimpulsen zu einem Zähler durch Steuerung eines Tores beeinflußt. Der Zähler gibt ein digitales Ausgangssignal vor und steuert weiterhin ein Flip-Flop, das seinerseits das Schalten der Bezugsund der analogen Spannung steuert. Auch diese bekannte Einrichtung besitzt verschiedene Nachteile. Zunächst ist es nur möglich, eine Eingangsspannung einer Polarität zu digitalisieren. Da die Eingangsspannung darüber hinaus nur zeitweilig anliegt, erzeugen irgendwelche Änderungen in der Amplitude des Eingangssignales, die während der. Zeit auftreten, in der die Bezugsspannung verwendet wird, einen Fehler in dem digitalen Ausgangssignal. Ein Schalter schließt den integrierenden Kondensator in dem Integrator

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aus, wodurch sich häufende Fehler verursacht werden. Das Vergleichsglied wird nicht durch den Impulsgenerator getriggert. Wenn somit das Vergleichsglied seinen Zustand· ändert, kann sich ein Fehler bis zu einer Taktzeit des Impulsgenerators einstellen, Darüber hinaus bedingt die Spannungs-Schalt-Technik, wie bereits oben erwähnt, einen Verlust in der Linearität des Maßstabfaktors und einen Verlust in der Genauigkeit der ausgegebenen Werte.

Weitere Analog/Digital-Umsetzer, die nach der Spannungs-Schalt-Technik arbeiten, sind in den US-PS'en 3,305,856; 3,^58,809 und 3,^88,652 offenbart. Jeder dieser Umsetzer besitzt somit ebenfalls die vorerwähnten Nachteile hinsichtlich des Linearitätsverlustes im Maßstabsfaktor und des Verlustes in der Genauigkeit der ausgegebenen Werte.

In der US-PS 3,305,856 ist dabei ein Analog/Digital-Umsetzer beschrieben, bei dem eine sägezahnförmige Spannung für einen Spannungs-Vergleichskreis bzw. Summierer als das den Schaltpunkt bestimmendes Signal dient, wobei das Ausgangssignal der Summe der Sägezahnspannung und eines integrierten Eingangssignals entspricht. Der Vergleichskreis steuert das Schalten einesPräzissions-Festkörperschalters, um abwechselnd positive und negative Spannung auf seine Ausgangsleitung aufzusehalten. Das Ausgangssignal des Festkörperschalters ist .ein pulsbreitenmoduliertes

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Signal, das eine konstante Periode besitzt und eine erste Polarität sdauer aufweist, die proportional der analogen Eingangsspannung ist. Ein anderer Nachteil dieses Umsetzers beruht auf der Tatsache, daß die Rückführungs-Schaltzeit des Pestkörper-Schalters nicht mit dem Ausgangssignal der Zeitbasis, d.h. den Mitteln, die die Zählperiode des Universal-Zählers bestimmen, synchronisiert ist. Dieser Umstand begrenzt die Genauigkeit des Ausgangssignals, da Fehler, die auf einem Verlust eines Teiles der Impulsbreite beruhen, am Ausgang des Pestkörper'schalters erscheinen.

Der Analog/Digital-Umsetzer vom Spannungs-Schalt-Typ nach der US-ES 3,^58,809 besitzt einen Umwandlungszyklus konstanter Periode. Während eines ersten Teiles des Zyklus wird mittels eines Taktimpilses ein Schalter angeschaltet, um dabei eine Bezugsspannung durchzuschalten, die dann in einem Bezugsstrom umgewandelt wird, der am Eingang eines Integrators algebraisch mit einem analogen Strom aufaummiert wird. Während des zweiten Teiles des Zyklus wird der Schalter ausgeschaltet, so daß nur der analoge Strom an den Eingang des Integrators gelangt. Der Betrag der Periode, die von dem ersten Teil des Zyklus eingenommen wird, ist so eingestellt, daß sie den Wert des analogen Eingangssignals repräsentiert. Ein Zähler zählt die Taktimpulse, die während eines Teiles des Zyklus auftreten, um damit den Wert des analogen

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Eingangssignals in digitaler Form zu bestimmen. Ein weiterer Nachteil dieses Umsetzers besteht darin, daß die Rückführ- Periode nicht mit den Taktimpulsen synchronisiert ist. Dadurch kann die Pulsbreite nicht exakt gemessen werden, und es entstehen große Linearitätsfehler.

Der Analog/Digital-Umsetzer, der in der US-PS 3,488,652 offenbart ist und der ebenfalls vom Spannungs-Schalt-Typ ist, ist ähnlich dem nach der US-PS 3,500,109, ausgenommen, daß die abwechselnd geschalteten positiven und negativen Spannungen gefiltert und nicht integriert werden, bevor sie mit einer analogen Spannung aufsummiert werden. Weiterhin ist kein Vergleich mit einer dreiecksförmigen Spannung vorgesehen. Dafür findet ein Vergleich der summierten Spannungen in Bezug auf das Massepotential statt. Da in diesem Fall kein Integrator benutzt wird, ist die ausgangsseitige Genauigkeit relativ klein.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß keine der vorstehend erläuterten Patentschriften ein Analog/Digital-System offenbart, das ein inkrementales pulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, das mit einer Taktfrequenz synchronisiert ist, um selektiv einen präzisen Bezugsstrom an den Eingang eines integrierenden Kreises zu schalten, an dem es mit einem analogen Eingangsstrom summiert werden kann, der jederzeit· anliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Analog/Digital-Umsetzer einen Umsetzer der vorgenannten Art anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs.

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen verbesserten Analog/ Digital-Umsetzer, der ein pulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt,

bei dem die Impulsbreite sich inkremental in Abhängigkeit von Taktimpulsen"ändert. Dabei wird in dem Umsetzer ein Präzisions-Bezugsstrom in den Eingang des integrierenden Kreises bz\f. von diesem hinweg geschaltet, und zwar als eine Punktion der Impulsbreite eines inkremental pulsbreitenmodulierten Signals. Der Analog/Digital-Umsetzer nach der Erfindung kann dabei Verwendung finden als elektromagnetischer Beschleunigungs-Digitalisierer, als integrierendes Digital-Ampsemeter, als integrierendes digitales Voltmeter oder als Analog/Digital-Umsetzer ganz allgemein. Der Umsetzer nach der Erfindung gibt ausgangsseitig eine Taktimpulsfolge ab, die proportional zu der Amplitude des analogen Eingangsignals ist. Bei dem Umsetzer nach der Erfindung wird so-" mit ein Bezugsstrom als Funktion eines inkremental pulsbreitenmodulierten Signals geschaltet, wobei in dem Umsetzer Taktimpulse und das inkremental pulsbreitenmodulierte Signal dazu verwendet

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werden, ein digitales Signal zu erzeugen, das der Amplitude und der Polarität des analogen Eingangssignals entspricht.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird während einer ersten Betriebsart eines Schaltkreises die Summe eines analogen Eingangsstromes und eines geschalteten Präzisions· Bezugsstromes an einen Integrator angelegt, wogegen während !einer zweiten Betriebsart des Schaltkreises nur das analoge Eingangssignal an diesen Integrator angelegt wird. Als Antwort auf Taktimpulse und das Ausgangssignal des Integrators erzeugt ein Generator ein inkremental pulsbreitenmoduliertes Signal, bei dem die Pulsbreite mit den Taktimpulsen synchronisiert ist und inkremental entsprechend den Taktimpulsen sich ändert, um damit sehr präzise die beiden Betriebszustände des Schaltkreises zu kontrollieren. Das inkremental pulsbreitenmodulierte Signal und Taktimpulse gelangen an einen Ausgangskreis, der eine Impulsfolge abgibt, die proportional zu der Amplitude des analogen Stromes ist.

Weitere· Merkmale,' Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich anhand von in der Zeichnung dargestellten · Ausführungsbeispielen der Erfindung.

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Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Digitalisierers nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Impulsschaltbild der im Digitalisierer nach Fig. auftretenden Größen;

Fig. 4 ein etwas abgeänderter Digitalisierer nach Fig. 2, und

Fig. 5 ein Impulsschaltbild zur Erläuterung des Digitalisierers nach Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt ein Blocks ehaltUId einer bevorzugten Ausführungsform des inkremental pulsbreitenmodulierten Systems nach der Erfindung. Auch dieses vorteilhafte Ausführungsbeispiel kann, wie eingangs generell erwähnt, beispielsweise als integrierendes Digital-Amperemeter, als elektromagnetischer Beschleunigungs-Digltalisierer für einen Kanal, als integrierendes Digital-Voltmeter oder als Analog/Digital-Umsetzer verwendet werden. Das dargestellte System spricht auf einen analogen Eingangsstrom I. an, der an die Eingangsklemme 11 eines Digitalisierers 13 angelegt wird, damit dieser ein digitales Abbild der Amplitude des ana-

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logen Eingangsstromes erzeugt. Dieser Strom I. kann zunächst von einer externen Quelle 15 des analogen Signals bereitgestellt werden. Diese Quelle 15 kann entweder eine analoge Stromquelle oder eine analoge Spannungsquelle sein.

Ist die Quelle 15 eine analoge Stromquelle, beispielsweise ein Kanal eines elektromagnetischen Beschleunigungsmessers oder andere Quellen mit unbekanntem analogem Strom, dann wird der analoge Strom I_ft von der Quelle 15 des analogen Signals bereitgestellt, von wo aus er zu dem Anschluß 17, und von dort aus

durch die beide Leitungen verbunden sind über eine nicht dargestellte Leitung zu dem Anschluß 11,/und da-r mit zu dem Digitalisierer 13 gelangt. Ist andererseits die Quelle 15 des analogen Signals eine analoge Spannungsquelle, beispielsweise für die Anwendung als integrierendes Digital-Voltmeter oder für die Anwendung als Analog/Digital-Umsetzer schlechthin, , dann wird ein Widerstand 19 anstelle der vorerwähnten ■Verbindungleitung zwischen die Anschlüsse 17 und 11 geschaltet, um damit die analoge Spannung der Quelle 15 in einen analogen Eingangsstrom für den Digitalisierer 13 umzuwandeln.

Der System-Taktgenerator oder kristallgesteuerte Oszillator 21 erzeugt Zeitsignale mit einer Frequenz F., die an einen Frequenzteiler 23 und an eine Recheneinrichtung 25 angelegt werden .DieBrequenzteiler 23 können in bekannter Weise eine Folge von Flip-Flops

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-Ilsein, um eine Vielzahl von Frequenzuntersetzungen zu gewährleisten. Die Recheneinrichtung 25 kann beispielsweise ein Zähler oder ein Digitalrechner sein. Die Frequenzteiler 23 setzen die Eingangsfrequenz F₁ herunter und erzeugen dabei Taktsignale mit den Frequenzen F_?, F-. und Fj.. Es können auch Kombinationen der Frequenzen F, bis F₁, verwendet werden, solange sie ganzzahlige Vielfache untereinander aufweisen, beispielsweise einen Faktor 5 oder einen Faktor 10. Im vorliegenden Beispiel, insbesondere auf dasjenige nach der Fig. 2, besitzen die Frequenzen F- bis Fh folgende Werte:
F=I MHz, F₂ = 50 KHz, F_ = 100 Hz, Fj₁ = 1 Hz.

Die Taktsignale mit den Frequenzen F₂ und F₅ werden an den Digitalisierer 13 angelegt, damit dieser in der Lage ist, den analogen Eingangsstrom I. in eine Ausgangs-Impulsfolge umzuwandeln, deren Folgefrequenz proportional zu der Amplitude des analogen Eingangsstromes I. ist. Diese Ausgangs-Impulsfolge des Digitalisierers 13 gelangt über die Leitung 27 an die Recheneinrichtung 25, die ein digitales Ausgangssignal entwickelt, das der Amplitude des Eingangsstromes I. entspricht. Damit die Recheneinrichtung 25 dies ausführen kann, benutzt sie das F,-Taktsignal des System-Taktgenerators 21 als Zeitbasis für den Zählvorgang sowie das Fj.-Taktsignal des Frequenzteilers 23 zum Einstellen der Abtastzeit, während der die Recheneinrichtung

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zählt. Während jeder Abtastzeit zählt damit die Recheneinrichtung 25 hoch. Während jeder Abtastzeit zeigt die Recheneinrich-' tung 25 das Meßergebnis des Stromes I. an oder speichert es. Es ist zu bemerken, daß die Leitung 27 auch eine Mehrfachleitung sein kann, um beispielsweise ein komplementäres Paar von Ausgangs-Impulsfolgen an die Recheneinrichtung 25 zu übertragen, die dann ihrerseits das komplementäre Paar wieder vereinigt, um die darin enthaltenen Informationen auszuwerten.

Anhand der Fig. 2 und 3 soll nunmehr der Digitalisierer 13 der Fig. 1 näher erläutert werden. Die Fig. 2 zeigt dabei den Digitalisierer 13 in Form eines Blockschaltbildes,während die Fig.3 zur Erläuterung dieses Blockdagrammes die auftretenden Impulse und Ströme zeigt.

Es ist eine Präzisions-Stromquelle 29 vorgesehen, die eine Präzisions-Bezugsspannungsquelle 31 aufweist, deren Spannung mittels eines Präzisions-Spannung/Strom-Umsetzers 33 in einen Präzisionsstrom I umgewandelt wird. Die Präzisions-Bezugsspannung wird über einen Widerstand 35 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 37 angelegt. Der Verstärkerausgang ist über den Widerstand 39 auf den invertierenden Eingang des Verstärkers 37·zurückgeführt. Im Ausgangskreis des Verstärkers

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liegt ein Meßwiderstand 4l, hinter dem eine Rückführung auf den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 37 vorgesehen ist. Der Wert dieses Meßwiderstandes 4l bestimmt die Amplitude des Präzisionsstromes I_. Zwischen den nicht-invertierenden Eingang und Masse ist ein Widerstand 43 geschaltet, um für jede Spannung an dem Ausgang des Widerstandes 4l ein Angleichen, Anpassen zu bewirken.

Das Aufschalten des Ausgangssignales des Verstärkers 37 auf den Widerstand 41 bewirkt die Umwandlung des Verstärker-Ausgangssignales in den Präzisionsstrom Ip, der seinerseits zu den Source-Elektroden von identischen Feldeffekttransistoren 45 und 47 eines Schaltkreises 49 angelegt wird. Die Arbeitsweise der Feldeffekttransistoren 45 und 47 wird durch ein Flip-Flop 51 gesteuert, der Bestandteil eines später noch zu erläuternden inkremental Puls-Breiten-Modulatorkreises 52 ist. Der Ausgang Q des Flip-Flops 51 ist mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 45, der Ausgang ^ ist entsprechend mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 47 verbunden.

Wenn die Ausgänge Q und § des Flip-Flops 51 im Zustand binär "0" bzw. binär "1" sind, dann ist der Feldeffekttransistor 45 gesperrt bzw. der Feldeffekttransistor 47 ist eingeschaltet, wodurch der Strom I_p von der Source-Elektrode des Feldeffekttran-

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sistors 47 zu seiner Drain-Elektrode und dann Über die gemein-

(nicht gezeigt) same Masse-Verbindung zurück zu der Spannungsquelle 31 fließt./ Sind die Ausgänge Q und Q des Flip-Flops 51 in dem Zustand binär "1" bzw. binär "0", dann ist der Feldeffekttransistor 47 gesperrt und der Feldeffekttransistor 45 ist leitend, wodurch der Strom von der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 45 zu seiner Drain-Elektrode und von dort aus zu dem Summierungspunkt 53 an einem Integrator 55 fließt.

Der Integrator 55 weist einen Operationsverstärker 57 auf, bei dem zwischen dem Summierungspunkt 53 und dem Verstärkerausgang ein Rückführungs-Kondensator 59 geschaltet ist. Der invertierende Eingang des Verstärkers 57 liegt am Summierungspunkt 53» wogegen der nicht-summierende Eingang an Masse liegt. Hinsichtlich der Arbeitsweise des Integrators 55 ist zu bemerken, daß der Summierungspurkt 53 im wesentlichen auf dem Masse-Potential liegen wird, weil der invertierende Eingang dahingehend tendiert, auf demselben Massepotential wie der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 57 zu arbeiten.

An den Summierungspunkt 53 wird weiterhin der unbekannte, umzusetzende analoge Eingangsstrom I^ angelegt. Aus dem Summierungspunkt 53 fließt ein zusätzlicher Strom, nämlich der Vorspann-Strom Ig heraus, und zwar fließt er über den Vorspann-Widerstand

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6l zurück in die Spannungsquelle 31 in der Präzisions-Stromquelle 29. Es ist ersichtlich, daß die Präzisions-Stromquelle 29 zwei konstante Präzisionsströme erzeugt, nämlich I_p und I_R. •Der Vorspann-Strom I_ß wird dazu benutzt, um den Arbeitspunkt des Digitalisierers 13 der Fig. 2 auf die Mitte des Bereiches einzustellen, so daß der Digitalisierer 13 den geschalteten Strom Ip einer Polarität in seiner Rückführ-Arbeitsweise in den Summierungspunkt 53 benutzen kann. Der Teil des Stromes I_p, der durch den Feldeffekttransistor 45 in den Summierungspunkt 53 gespeist wird, ist mit I„ bezeichnet.

Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß für eine einpolige Arbeitsweise der Fig. 2, bei der also der analoge Eingangsstrom I. nur eine Polarität aufweist, der Vorspann-Strom Ig nicht notwendig ist und daher durch Weglassen des Widerstandes 6l und der entsprechenden Verbindungsleitungen eliminiert werden kann. In diesem Fall werden bei dem Umsetzer nach der Erfindung wahlweise nur die Ströme I. und I„ an dem Summierungspunkt 53 summiert.

Beispiele für den Stromverlauf der Ströme I., I_n und I„ sind in der Fig. 3 anhand der Kurven 63, 65 und 67 dargestellt. Diese Ströme werden in dem Summierungspunkt 53 aufsummiert, um damit

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einen Gesamt-Eingangsstrom für den Integrator 55 vorzugeben, dessen zeitlicher Verlauf die Kurve 69 der Fig. 3 zeigt.

Der Integrator 55 erzeugt eine Ausgangsspannung V₀, die proportional zu dem Integral der Summe der Ströme I., I„ und I_p ist, die an dem Summierungspunkt 53 anliegen. Der zeitliche Verlauf der Integrator-Ausgangsspannung V_Q ist in der Fig. 3 anhand der Kurvenform 71 dargestellt. Natürlich ist für die bereits oben erwähnte unipolare Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 2 die Ausgangsspannung V_Q proportional dem Integral der Ströme I. und Ip allein.

Der eine Dreieckspannung erzeugende Generator 73 in dem Impulsbreiten-Modulationskreis 52 spricht auf die 100 Hz Rückstell-Taktimpulse F, des Frequenzteilers 23 der Fig. 1 an, um auf ddßse Weise ein 100 Hz null-zentrisches drecksförmiges Signal zu erzeugen, deasen zeitlicher Verlauf durch die Kurve 75 in der Fig. 3 beschrieben wird. Dieses dreieckförmige Signal (Kurve 75) und das Integrator-Ausgangsspannungssignal V_Q (Kurve 71) werden in einem Vergleicher 77 miteinander in Beziehung gesetzt, um am Ausgang des Vergleichers 77 die Kurvenform 79 gemäß Fig. 3 zu erzeugen. Untersucht man die Kurven 71, 75 und 79, so erkennt ' man, daß die Kurve 79 in dem Zustand binär "0" ist,wenn die Integrator-Ausgangsspannung V_Q negativ im Vergleich zu dem Drei-

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ecksignal ist. In gleicher Weise ist die Kurvenform 79 in dem Zustand binär "1", wenn die Integrator-Ausgangsspannung V_Q positiv in Bezug auf das dreiecksförmige Signal ist.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 77 (Kurvenform 79) wird an den D-Eingang eines Flip-Flops 51 angelegt. An den Takteingang Ck des Flip-Flops 51 wird der Takt F₂, ein 50 KHz-Ausgabetakt, dargestellt durch die Kurvenform 8l der Fig. 3, angelegt. Bei jedem Taktimpuls des Taktimpulsfolge F_ wird das Signal am Eingang D des Flip-Flops (Kurve 79 der Fig. 3) auf den Ausgang Q durchgeschaltet, d.h. das Signal am Ausgang Q hat denselben binären Wert wie das Signal am Eingang D. Das binäre Komplement des Ausgangssignals am Ausgang Q erscheint am Ausgang Q des Flip-Flops 51, wobei das Signal an diesem negierten Ausgang als Kurve 83 dargestellt ist. Wie die Fig. 3 erkennen läßt, ist dieses Signal eine Folge von impulsbreitenmodulierten Impulsen, einer mittleren Impulsbreite, die proportional zu der Amplitude des zu messenden analogen Eingangsstromes I. ist.

Wie bereits erwähnt, treiben die Ausgänge Q und Cj des Flip-Flop 51 abwechselnd ein Paar von Feldeffekttransistoren ^5 und kjdes Schaltkreises 49, damit der Präzisionsstrom I_p entweder direkt über die Masseverbindung zur Spannungsquelle 31 zurückfließt, oder am Summierungspunkt 53 mit den Strömen I_A und I_ß summiert

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wird. Der inkremental impulsbreitenmodulierte Ausgang des Flip-Flop 51 bestimmt daher die Zeitdauer, in der der Strom I_p und damit der Strom I„ mit dem analogen Eingangsstrom I. und dem Vorspann-Strom I_n summiert wird.

Das impulsbreitenmodulierte Signal des Ausganges Q des Flip-Flop 51 wird weiterhin auf ein AND-Gatter 85 geschaltet, wodurch die 50 KHz-Taktimpulse Fp nur während des Zustandes binär "1" des Signals 83 am Ausgang des Gatters durchgelassen werden. Diese Ausgangsimpulse des AND-Gatters 85, dargestellt durch die Kurve 87 in Fig. 3, werden in der Recheneinrichtung 25 gezählt, wobei der Zählstand der Recheneinrichtung 25 das digitale Abbild der Amplitude des unbekannten analogen Stromes I. ist. Ist eine Recheneinrichtung 25 vorhanden, die ein komplementäres Paar von , Eingängen aufweist, dann wird der Ausgang des AND-Gatters 85 durch ein NAND-Gatter 89 invertiert, um somit das Komplement 90 (Fig. 2) der Kurve 87 zu büden, wobei dann die Ausgänge beider Gatter 85 und 89 an die Recheneinrichtung 25 geschaltet sind.

Der Digitalisierer 13 arbeitet in der Weise, daß die Pulsbreite der impulsbreitenmodulierten Impulse von jedem der komplementären Ausgänge Q und Q des Flip-Flop 51 gesteuert wird, damit die Feldeffekttransistoren 45 und 47 in der Lage sind, den mittleren Wert des Rückführ-Stromes I_p derart zu steuern, daß der mittlere

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Wert der Ströme (I.» Ig und I„), die in den Sumraierungspunkt 53

hinein- und aus ihm herausfließen, Null ist. Damit diese Arbeitsweise des Digitalisierers 13 besser verständlich ist, sei angenommen, daß die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 31 -12 Volt beträgt, der Vorspann-Widerstand 61 einen Widerstandswert von 12000 Ohm hat und der geschaltete Strom I_p und damit der Strom I„ einen Wert von +2 mA beträgt, so wie es auch in der Fig. 3, Kurve 67, dargestellt ist. Da der Summierungspunkt 53 virtuell auf Masse liegt, beträgt der Vorspann-Strom I„ -1 mA, so wie es die Kurve 65 in der Fig. 3 zeigt.

Es sei ferner angenommen, daß der analoge Strom I. = 0 ist, so wie es die Kurve 63 zwischen den Zeitpunkten t. und t_ß zeigt. Wenn nun der Feldeffekttransistor *J5 gesperrt und der Feldeffekttransistor *I7 eingeschaltet wird, fließt ein ständiger Vorspann-Strom I„ von -1 mA unter Entladung des Kondensators 59 aus dem Summierungspunkt 53 heraus. Wenn der Feldeffekttransistor Ί5 eingeschaltet .und damit der Feldeffekttransistor kf ausgeschaltet wird, fließt ein Rückführ-Strom I₅₁ von 2 mA in den Summierungspunfct 53 hinein, während weiterhin der Vorspannstrom I_ß in Höhe von -1 mA aus dem- Summierungspunkt herausfließt, wodurch der Kondensator 59 insgesamt gesehen mit einem Strom von +1 mA aufgeladen wird. Da der mittlere Wert der Summe der Ströme (I_ß und Ip), die den Summierungspunkt 53 verlassen,, bzw. in ihn

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hineinfließen, gleich Null sein muß, und I_ß ständig den Wert von -1 mA besitzt, ist der Leistungszyklus des Feldeffekttransistors 45 gleich 505?, wobei er gleichlang ausgeschaltet wie eingeschaltet ist*

Es sei nunmehr angenommen, daß der analoge Strom I- = +-^ mA ist, wie es die Kurve 53 nach der Zeit t_ß darstellt. Da der Strom I. ι nunmehr einen positiven Wert aufweist, fließt er in den Summierungspunkt 53 hinein. Der Vorspann-Strom I_ß beträgt weiterhin -1 mA, unabhängig davon, ob der Feldeffekttransistor 45 ein- oder ausgeschaltet ist. Der Digitalisierer 13 ändert somit die Pulsbreite des impulsbreitenmodulierten Impulses des Flip-Flops 51 so, daß

¹B ^{+ 1}F

Da I. = +j mA und I„= -1 mA beträgt, beträgt der mittlere Wert (I„) des Rückführstromes I_p, der in den Summierungspunkt 53 hineinfließt, +■£■ mA. Aufgrund dieser angenommenen Werte beträgt der Leistungszyklus des Feldeffekttransistors 45 gemäß den nachfolgenden Beziehungen 25$:

Leistungszyklus ^ ¹⁰°

I_M \ /1/2 mA

100 % ■

100 % - 25 %.

2 mA

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Mit anderen Worten, die Impulsbreite des impulsbreitenmodulierten Signals 83 ist so, daß der Feldeffekttransistor 45 im Mittel der Zeit ein- und 75$ der Zeit ausgeschaltet ist.

sich, ^ λ

Entsprechend verhält es/wenn I. = —^- mA, I_B ⁼-1 mA und I.. = +75· mA beträgt. In diesem Fall wird der Leistungszyklus des Ieldeffekttransistors 45 durch den Schaltkreis 52 zu 75$ vorgegeben, d.h. der Feldeffekttransistor 45 ist im Mittel 75£ der Zeit ein- und 25$ der Zeit ausgeschaltet.

Mit dem gemäß der Fig. 2 ausgelegten Schaltkreis arbeitet der Digitalisierer mit Werten des Stromes I., die zwischen -1 mA und +1 mA liegen. Jegliche Änderungen in der Amplitude oder in der Polarität des analogen Eingangsstromes I. werden durch Änderungen in der Pulsbreite des positiven Teiles des impulsbreitenmodulierten Impulses angezeigt, und durch die entsprechende Änderung in der Zahl der Taktimpulse, die das AND-Gatter 85 (und gegebenenfalls das NAND-Gatter 89) passieren, mit der Recheneinrichtung 25 gemessen. Es ist jedoch verständlich, daß auch andere Arbeitsparameter in gleicher Weise im Rahmen der Erfindung Anwendung finden können. Ist beispielsweise der Digitalisierer 13 der Fig. 2, wie bereits erwähnt, für eine unipolare Arbeitsweise ausgelegt, dann kann der Digitalisierer mit Werten von I. arbeiten,

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die entweder zwischen O mA und +1 mA oder zwischen 0 mA und -1 mA liegen. Der Digitalisierer der Fig. 2 kann auch so ausgelegt werden, daß er erste bzw. zweite Ausgangsimpulse während der Zeit abgibt, wenn der impulsbreitenmodulierte Impuls positiv bzw. negativ war. In diesem Fall ist die Recheneinrichtung 25 ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der seinen Zählstand schrittweise mit den Impulsen der Folge, die während der Zeit erzeugt werden, \in der beispielsweise der impulsbreitenmodulierte Impuls positiv war, und der den Zählstand schrittweise vermindert mit der Impulsfolge, die während der Zeit entsteht, in der der impulsbreitenmodulierte Impuls negativ war.

Der Umsetzer nach der Erfindung weist verschiedene Vorteile auf. Indem zunächst der konstante Strom I_p der Präzisions-Stromquelle 29 geschaltet wird, sind die Impedanzwerte der Feldeffekttransistoren *J5 und 47 bedeutungslos. Beim Schalten dieses Präzisionsstromes Ip treten nur vernachlässigbare kleine Fehler auf. Bei den bekannten Umsetzern, die die Technik der Spannungsschaltung benutzen, entstehen Schaltfehler, die sich anhäufen, so daß relativ beträchtliche Ausgangsfehler entstehen.

Zweitens kann die Frequenz der impulsbreitenmodulierten Impulse jeder der komplementären Ausgänge Q und Q des Flip-Flops 51 niedrig und auf einem konstanten Wert gehalten werden, so daß die

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Schaltfehler venachlässigbar klein gemacht werden können.

Die Messung der Dauer oder der Impulsbreite des positiven Teils des impulsbreitenmodulierten Impulses ist drittens im wesentlichen eine sehr exakte Messung, weil die Impulsbreite sich nur in diskreten Stufen ändert, die der Periode der Ausgäbe-Taktimpulse entspricht, die an das Flip-Flop 51 angelegt werden und die von dem AND-Gatter 85 (gegebenenfalls auch von dem NAND-Gatter 89) ausgegeben werden. Bekannte Digitalisierungs-Systeme die Impulsbreitenmodulation verwenden, lösen Impulse aus, die fehlerhaft . entsprechend dem Anwachsen der Impulsbreite des impulsbreitenmodulierten Impulses mit den Ausgabe-Taktimpulsen sind. Dadurch weist die Messung der Impulsperiode mit den bekannten Systemen einen maximalen Fehler von + oder - einer Taktimpulsperiode pro Periode des impulsbreitennradulierten Impulses auf, wobei der Fehler ein sehr großer angehäufter Fehler sein kann. Die inkremental Pulsbreitenmodulations-Technik gemäß der Erfindung vermeidet einen solchen Anhäufungsfehler, weil jeder Fehler in der Messung der Dauer des positiven Teiles des inkremental pulsbreitenmodulierten Impulses entsteht, der entweder + oder - einer Ausgabe-Taktimpulsperiode besteht, in dem Integrator 55 gespeichert wird und nicht zu einem sich anhäufenden Fehler entwickeln kann. Für irgendeine gegebene Zahl von inkremen·

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tal pulsbreitenmodulierten Impulsperioden ist der gesamte Fehler in dieser gegebenen Zahl von Impulsperioden nur + oder eine Periode der Ausgabe-Taktimpulse. Dieser Fehler wird in der Ladung des integrierenden Kondensators 59 gespeichert und wird in die nächste Impulsperiode der pulsbreitenmodulierten Impulse übernommen, ohne daß jedoch ein zusätzlicher Fehler angehäuft wird.

Die Verwendung der inkrementalen Pulsbreitenmodulation gemäß der Erfindung erlaubt viertens die Verwendung einer relativ niedrigen Frequenz F,, d.h. eine niedrige Rückstell-Impulsfolge. Es sei in Erinnerung gerufen, daß in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Frequenz der Taktimpulsfolge F, 100 Hz ist. Diese 100 Hz-Rückstell-Taktimpulsfrequenz wurde in dem Schaltkreis 52 dazu verwendet, um die dreieckförmige Spannung (Kurve 75 in Fig. 3) für einen Spannungsvergleich mit dem Ausgang V_Q des Integrators 55 (Kurvenform 71) zu erzeugen. Dieser Spannungsvergleich ist die Grundlage für die Erzeugung des inkremental pulsbreitenmodulierten Impulses. Die Taktimpulee F, steuern dabei die Periode der inkremental pulsbreitenmodulierten Impulse (Kurve 83), und zwar an dem Ausgang des Flip-Flop 51. Die niedrigst mögliche Frequenz für die Taktimpulsfolge F, wird durch die benötigte Bandbreite für den Digitalisierer 13 vorgegeben. Daher kann für bestimmte Anwendungen die Frequenz der Taktimpuls-

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folge F, sehr niedrig sein und 10 Hz betragen oder sehr hoch sein und 1000 Hz betragen. Gleichzeitig kann die Auflösung des Ausgangssignals, d.h. die Genauigkeit der Messung der inkremental pulsbreitenmodulierten Impulse auf irgendeinen gewünschten Wert festgelegt werden. In der Ausfuhrungsform nach Fig. 2 wurde eine Taktimpulsfolge F₂ mit einer Ausgabefrequenz von 50 kHz gewählt. Bei einer derartigen Ausgäbefrequenz beträgt die Auflösung des Ausgangssignals 1:50000, bezogen auf die gesamte Skala für eine Abtastperiode mit der Dauer von 1 Sekunde (oder Fj,). Beträgt die Frequenz von Fp = 1 MHz, dann beträgt die ausgan.gsseitige Auflösung 1:1000000, ebenfalls bezogen auf die gesamte Skala für eine Abtastperiode von F^. mit der Dauer von 1 Sekunde. In gleicher Weise können noch höhere ausgangsseitige Auflösungen durch die Erfindung erzielt werden. Es sei jedoch noch einmal wiederholend darauf hingewiesen, daß die Rückstelltaktimpulsfolge F,, die Ausgabe-Taktimpulsfolge F_? und die Abtast-Impuls folge Fj, aus demselben Taktimpulsgenerator 21 (Fig.l) abgeleitet sein müssen, und daß sie gegenseitig ein geeignetes bestimmtes Verhältnis aufweisen müssen.

Schließlich ist als Vorteil zu werten, daß der Digitalisierer am Ausgang des AND-Gatters 85 bzw. am Ausgang des NAND-Gatters 89 Impulse erzeugt, die leicht zu zählen sind, gegenüber pulsbreitenmodulierten Signalen, die periphere Einrichtungen zum Messen der Zeitdauer der Impulsperioden besitzen müssen.

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Die Pig. 4 zeigt eine veränderte Ausführungsform des Digitalisierers 13 nach der Fig. 2.Das Impulsdiagramm nach der Fig. 5 erläutert dabei die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 4. In der Schaltung nach Fig. 4 ersetzen die D-Flip-Flop 101 und 103 sowie NAND-Gatter 105 und 107 das D-Flip-Flop 51 sowie das AND-Gatter 85 und das NAND-Gatter 89 der Fig. 2.

iDas Ausgangssignal 115 (Fig. 5) des Vergleichers 77 ist an den D-Eingang des Flip-Flop 101 angelegt. Die 50 kHz-Ausgabetaktimpulsfolge Fp, mit Α-Impulsen bezeichnet (Kurve 109), wird durch das NAND-Gatter 105 invertiert und um z.B. 50 Nanosekunden verzögert, woraus die Kurvenform 111, die B-Impulse entstehen. Diese B-Impulse werden ihrerseits durch das NAND-Gatter 107 invertiert und um z.B. 50 Nanosekunden verzögert, um dadurch die C-Impulse zu erzeugen, dargestellt durch die Kurve 113 der Fig.5. Die ansteigende Flanke jedes B-Impulses taktet das Flip-Flop derart, daß sein Ausgang Q sich auf den logischen Wert der Kurve 115 (sie kommt vom Vergleicher 77) der unmittelbar vor dem Erscheinen der Vorderflanke des B-Impulses vorhanden ist, ändert, oder auf diesem bleibt. Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, ändert die Kurve 115 zum Zeitpunkt t ihren Wert, und zwar geht sie von dem Zustand "0" auf den Zustand "1" über. Das Ausgangssignal des Ausganges Q des. Flip-Flop 101 bleibt jedoch, wie die Kurve 117

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zeigt, im Zustand ¹¹O", bis die nächste ansteigende Flanke eines B-Impulses auftritt, und zwar zum Zeitpunkt t.. Zu dem Zeitpunkt t^ ändern sich die Ausgangssignale der Ausgänge Q und "Q des Flip-Flop 101, und zwar geht der Ausgang Q auf den Zustand "1" und der Ausgang Q entsprechend auf den Zustand "0"; diese Ausgangssignale steuern, wie bereits oben erwähnt, die Arbeitswelse des Schaltkreises 49.

Das Signal 117 am Q-Ausgang des Flip-Flop 101 gelangt auf den D-Eingang des Flip-Flop 103. Die Ausgangssignale der Ausgänge Q und "Q des Flip-Flop 103, dargestellt durch die Kurven 119 und 121 der Fig. 5, bleiben in dem Zustand ⁿ0" bzw. "1",In dem sie unmittelbar vor dem Zeitpunkt t. waren, bevor nämlich die ansteigende Flanke des ersten C-Impulses 113 nach dem Zeltpunkt t. erscheint und das Flip-Flop 103 in seinen entgegengesetzten Zustand schaltet« Die Signale der Ausgänge Q und "Q des Flip-Flop 103 verbleiben dann in dem Zustand "1" bzw. "0", bis die nächste abfallende Flanke eines A-Impulses 109 das Flip-Flop 103 löscht. Nach dem Löschen ändern die Ausgänge Q und Q des Flip-Flops 103 ihren Zustand auf den Wert "0" bzw. "1"»

Solange der Ausgang Q des Flip-Flop 101 in dem Zustand "1" verbleibt, erzeugt d er Flip-Flop 103 eine Folge von Impulsen, die

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abwechselnd in der vorbeschriebenen Weise durch die C- und A-Impulse getaktet und gelöscht werden.

Im Zeitpunkt t~ ändert sich die Ausgangskurve 115 des Vergleichers 77 von dem "!"-Zustand in den "O"-Zustand. Das Signal des Ausganges Q des Flip-Flop 101 bleibt jedoch in seinem "1"~ Zustand, bis das Flip-Flop 101 durch die vordere Flanke des nächsten B-Impulses 111, der zu dem Zeitpunkt t, erscheint, getaktet wird. Zu diesem Zeitpunkt t-, ändern die Ausgänge Q und Q des Flip-Flop 101 ihren Zustand auf "0" bzw. "1", wodurch, wie bereits oben erläutert, die entsprechenden Schaltvorgänge in dem Schaltkreis 49 ablaufen. Zu diesem Zeitpunkt t, beendet der "O"-Zustand an dem Ausgang Q des Flip-Flop 101, der mit dem D-Eingang des Flip-Flop 103 verbunden ist, die Erzeugung von weiteren Impulsen an den Q- und Q-Ausgängen des Flip-Flop 103. An den Ausgängen Q und Q des Flip-Flop 103 tritt erst dann wieder eine Folge.von komplementären Impulsen auf, wenn durch die Kurve 115 das Flip-Flop 101 in dem entgegengesetzten Zustand getaktet wird.

Die Erfindung beschreibt somit ein inkremental pulsbreitenmoduliertes Analog/Digital-Umsetzersystem, bei dem während einer Periode des inkremental pulsbreitenmodulierten Impulses ein

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Präzislons-Bezugsstrom geschaltet wird, sowie in die Lage versetzt wird, zusammen mit einem unbekannten analogen Strom an dem Eingang eines Integrators als eine Funktion der Amplitude analogen Eingangsstromes aufsummiert zu werden, während zur gleichen Zeit synchronisierte Ausgabeimpulse präzise während einer Periode des pulsbreltenmodulierten Impulses gezählt werden, um damit sehr präzise die Perioden-Dauer der pulsbreitenmodulierten Impulse zu messen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein analoger Eingangsstrom an den Eingang eines integrierenden Schaltkreises gelegt, wogegen ein Schaltkreis während einer ersten Betriebsart vorsieht, daß ein Präzisions-Bezugsstrom mit dem analogen Eingangsstrom an dem Eingang des integrierenden Kreises aufsummiert wird, und der während einer zweiten Betriebsart den Präzisions-Bezugsstrom von dem Eingang des integrierenden Kreises fernhält. Der integrierende Kreis erzeugt ein erstes Signal, das proportional zu dem Integral der Summe der am Eingang angelegten Ströme ist. In Antwort auf dieses erste Signal und auf Taktimpulse,, erzeugt ein Generator ein inkremental pulsbreitenmoduliertes Signal, um sehr präzise den ersten und zweiten Betriebszustand des Schaltkreises zu steuern. Das inkremental pulsbreitenmodulierte Signal und die Taktimpulse werden in einem

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Ausgangskreis dazu verwendet, ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Eingangsstromes zu erzeugen.

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Claims

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Patentansprüche

Analog/Digital-Umsetzersystem, gekennzeichnet durch:

erste Mittel (29) zum Erzeugen eines Präzisions- und eines Vorspann-Stromes,

durch Schaltmittel mit zwei Betriebszuständen, wobei während des ersten Betriebszustandes der Präzisionsstrom als Ausgangsstrom abgegeben wird und wobei während des zweiten Betriebszustandes der Präzisionsstrom direkt zu den ersten Mitteln zurückgeführt wird;

durch integrierende Mittel zum Erzeugen eines ersten Signals, das proportional zu dem Integral der Summe des Vorspann-Stromes und des Ausgangs-Präzisionsstromes und eines unbekannten analogen Eingangsstromes ist;

durch zweite Mittel zum Erzeugen eines zweiten Signals als Antwort auf das erste Signal, wobei dieses zweite Signal als Punktion der Amplitude des ersten Signals einen ersten und einen zweiten Zustand besitzt;

durch dritte Mittel, die auf das zweite Signal und auf Taktimpulse ansprechen, um die beiden Betriebszustände der Schaltmittel zu steuern und um eine ausgangsseitige Folge von Taktimpulsen zu erzeugen, die proportional zu dem unbekannten analogen Eingangsstrom sind.

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2. Analog/Digital-Umsetzersystem, gekennzeichnet durch:

erste Mittel zum Erzeugen eines Präzisions-Stromes; durch Schaltmittel mit zwei Betriebszuständen, wobei während des ersten Betriebszustandes der Präzisionsstrom ausgangsseitig erscheint und wobei während des zweiten Betriebszustandes die ausgangsseitige Abgabe des Präzisionsstromes verhindert wird;

durch integrierende Mittel, die auf den ausgangsseitigen Präzisionsstrom und eine unbekannte analoge Eingangsspannung ansprechen, um ein Signal zu erzeugen, das proportional zu dem Integral der Summe der angelegten Ströme ist; durch zweite Mittel zum Erzeugen eines ersten pulsbreitenmodulierten Signals als eine Punktion des ersten Signals, und dritte Mittel, die auf das erste pulsbreitenmodulierte Signal und auf Taktimpulse ansprechen, um ein zweites pulsbreitenmoduliertes Signal zu erzeugen, das die beiden Betriebs· zustände der Schaltmittel steuert und das eine ausgangsseitige Impulsfolge von Taktimpulsen erzeugt,, die proportional zu dem unbekannten analogen Eingangsstrom sind.

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3. Umsetzersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel einen Generator zum. Erzeugen eines zweiten Signals und einen Vergleicher aufweisen, der mit dem Generator zwecks Erzeugung des ersten pulsbreitenmodulierten Signals gekoppelt ist, wobei dieses erste pulsbreitenmodulierte Signal in dem binären Zustand "1" ist, wenn das erste Signal eine erste Polarität im Vergleich zu
dem zweiten Signal hat, und das in einem binären Zustand "0" ist, wenn das erste Signal eine zweite Polarität im Hinblick auf das zweite Signal hat.

4. Analog/Digital-Umsetzer, gekennzeichnet
durch erste Mittel zum Erzeugen eines Präzisions-Bezugs· stromes,

durch einen integrierenden Schaltkreis, an dessen Eingang ein analoger Strom anliegt,

durch Schaltmittel, die zwei Betriebszustände aufweisen, wobei während des ersten Betriebszustandes der Bezugsstrom mit dem analogen Eingangsstrom am Eingang des integrierenden
Schaltkreises summiert wird, und wobei während des zweiten
Betriebszustandes der Bezugsstrom von dem Eingang des integrierenden Schaltkreises ferngehalten wird, wobei der integrierende Schaltkreis ein erstes Signal erzeugt, das proportional zum Integral der Summe der am Eingang angelegten

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Ströme ist,

durch Generatormittel, die auf das erste Signal ansprechen, um ein pulsbreitenmoduliertes Signal zu erzeugen, das die beiden Betriebszustände der Schaltmittel steuert, und durch Ausgangsmittel, die auf das pulsbreitenmodulierte Signal und auf Taktimpulse ansprechen, um damit ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Eingangsstromes zu bilden.

5. Umsetzer nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Generatormittel zunächst eine Signalquelle zum Erzeugen der Taktimpulse und eines Bezugssignals sowie zweite Mittel aufweisen, die als Antwort auf das erste Signal, das Bezugssignal und die Taktimpulse das pulsbreitenmodulierte Signal erzeugen, um damit die beiden Betriebszustände der Schaltmittel zu steuern-.-

6. Umsetzer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennze i chne t, daß die ersten Mittel zunächst eine Spannungsquelle (31) zum Erzeugen einer Präzisions-Bezugsspannung und zum anderen eine Stromquelle (33) aufweisen, die entsprechend der Präzisions-Bezugsspannung einen Präzisions- Bezugsstrom erzeugt.

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7. Umsetzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel weiterhin Vorspannmittel (61) aufweisen, die zwischen die Spannungsquelle und

• · den Eingang des integrierenden Schaltkreises gelegt sind, um für diesen Eingang einen Vorspannstrom vorzugeben, wobei der integrierende Schaltkreis ein erstes Signal erzeugt, das proportional zu dem Integral der Summe des Bezugsstromes, des Vorspannstromes und des analogen Eingangsstromes ist, und zwar während des ersten Betriebszustandes des Schaltkreises. "

8. Umsetzer nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen ersten Schalter aufweisen, der, gesteuert durch die Generatormittel, in der Lage ist, während eines ersten Betriebszustandes den Bezugsstrom an den Eingang des integrierenden Kreises durchzulassen, und die weiterhin einen zweiten Schalter aufweisen, der, gesteuert durch die Generatormittel, in der Lage ist, während eines zweiten Betriebszustandes den Bezugsstrom zu den besagten ersten Mitteln zurückzuführen.

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9. Umsetzer nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalter durch Feldeffekt- ■ transistoren (45, 47) gebildet werden.

10. Umsetzer nach Anspruch 5 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle einen Taktgenerator zum Erzeugen von Zeitbasis-Impulsen und Frequenzteilmittel aufweist, die aufgrund der
Zeitbasis-Impulse Taktimpulse und ein Bezugssignal erzeugen.

11. Umsetzer nach Anspruch 5 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel einschließen

einen Generator, der auf das Bezugssignal anspricht und dabei ein Signal mit einer vorbestimmten Signalform erzeugt,
einen Vergleicher (77) zum Erzeugen eines Rechtecksignals
in Antwort auf das erste Signal und das Signal mit der vorbestimmten Signalform, wobei das Rechtecksignal in einem ersten binären Zustand ist, wenn das erste Signal eine erste
Polaritätsbeziehung zu dem Signal mit dem vorbestimmten Verlauf hat und die in einem zweiten binären Zustand ist, wenn
das erste Signal in einer zweiten Polaritätsbeziehung zu dem Signal mit dem vorbestimmten Verlauf ist, und Flip-Flop-Mittel.(51), die auf das Rechecksignal die Taktimpulse ansprechen und das pulsbreitenmodulierte Signal erzeugen.

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12. Umsetzer nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß die Flip-Flop-Mittel ein erstes Flip-Flop (51) aufweisen.

13. Umsetzer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmittel einschließen Gatter-Mittel, die auf das pulsbreitenmodulierte Signal an-

j sprechen, um Taktimpulse während des ersten Betriebszustandes durchzulassen und diese Taktimpulse während des zweiten Betriebszustandes zu sperren, und

Zahl-Mittel, die auf die Taktimpulse ansprechen, die von den Gatter-Mitteln während des ersten Betriebszustandes durchgelassen werden, um damit ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Eingangsstromes zu erzeugen.

1*1. Umsetzer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmittel weiterhin einen Inverter aufweisen, damit an die Zählmittel auch die Komplemente der von den Gatter-Mitteln durchgelassenen Taktimpulse anlegbar sind.

15. Umsetzer nach Anspruch 11 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flip-Flop-Mittel einen ersten Verzögerungskreis aufweisen, der in Antwort auf die angelegten Taktimpulse erste verzögerte

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Taktimpulse erzeugt , und der weiterhin ein erstes Flip-Flop aufweist, das in Antwort auf das Rechtecksignal und die ersten verzögerten Taktimpulse das pulsbreitenmodulierte Signal erzeugt.

16. Umsetzer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmittel einen zweiten Verzögerungskreis aufweisen, der als Antwort auf die erste verzögerte Taktimpulsfolge eine zweite verzögerte Taktimpulsfolge erzeugt, die weiterhin ein zweites Flip-Flop aufweist, die auf die Tak'timpulse, die .zweiten verzögerten Taktimpulse und das pulsbreitenmodulierte Signal anspricht, um Ausgangsimpulse während des ersten Betriebszustandes zu erzeugen, und die Zählmittel aufweisen, die auf diese Ausgangsimpulse ansprechen, um ein digitales Abbild des analogen Eingangsstromes zu erzeugen.

17. Umsetzer nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen ersten Schalter aufweisen, der durch die zweiten Mittel in der Lage ist, während eines ersten Betriebszustandes den Bezugsstrom an den Eingang der integrierenden Mittel durchzulassen, und die einen zweiten Schalter aufweisen, der aufgrund der zweiten Mittel während des zweiten

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Betriebszustandes den Bezugsstrom an die ersten Mittel zurückführt.

18. Umsetzer nach Anspruch 17,dadurch gekennz e i c-h η e t, daß die zweiten Mittel einen Generator aufweisen, der in Antwort auf das Bezugssignal ein Signal mit vorbestimmtem Verlauf erzeugt,

sowie ein Vergleichsglied, das in Antwort auf das erste Signal und das Signal mit vorbestimmtem Verlauf eine Rechteckspannung erzeugt, wobei die Rechteckspannung in einem ersten binären Zustand ist, wenn das erste Signal in einer ersten Polaritätsbeziehung zu dem Signal mit dem vorbestimmten Verlauf ist, und das in einem zweiten binären Zustand ist, wenn das erste Signal in einer zweiten Polaritätsbeziehung mit dem Signal mit dem vorbestimmten Verlauf ist, und die Flip-Flop-Mittel aufweisen, die als Antwort auf das Rechtecksignal und die Taktimpulse das pulsbreitenmodulierte Signal erzeugen.

19. Umsetzer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle einen Taktgenerator zum Erzeugen von Zeitbasis-Impulsen und Frequenzteilmittel aufweisen, die auf die Zeitbasis-Impulse ansprechen, um die Taktimpulse und ein Bezugssignal zu erzeugen.

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20. Umsetzer nach Anspruch 19,dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel eine Spannungsquelle zum Erzeugen einer Präzisions-Bezugsspannung und eine Stromquelle aufweisen, die aufgrund der Präzisions-Bezugsspannung den Präzisions-Bezugsstrom erzeugt«

21. Umsetzer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel Vorspann-Mittel aufweisen, die zwischen die Spannungsquelle und den Eingang des integrierenden Kreises gelegt sind, um einen Vorspann-Strom für diesen Eingang vorzusehen, wobei der integrierende Kreis ein erstes Signal erzeugt, das proportional zu dem Integral der Summe des Bezugs-Vorspann- und analogen Eingangsstromes während dem ersten Betriebszustand sind.

22* Umsetzer nach Anspruch 21,dadurch gekennz e i c h η e t, daß die Ausgangsmittel Gattermittel enthalten, die auf das pulsbreitenmodulierte-Signal ansprechen und dabei während des ersten Betriebszustandes Taktimpulse durchlassen, sowie während des zweiten Betriebszustandes bezüglich der Übertragung an Impulsen gesperrt sind, und die Zählmittel besitzen, die auf die Taktimpulse ansprechen, die. die Gattermittel während des ersten Betriebszustandes durchlassen, wobei ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Eingangsstromes erzeugt wird.

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23. Umsetzer nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzei chnet, daß die Flip-Flop-Mittel einen ersten Verzögerungskreis aufweisen, der als Antwort auf die Taktimpulse erste verzögerte Taktimpulse erzeugt, und die ein erstes Flip-Flop aufweisen, das auf das Rechtecksignal und die ersten verzögerten Taktimpulse anspricht, um das pulsbreitenmodulierte Signal zu erzeugen.

2k, Umsetzer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmittel einen zweiten Verzögerungskreis aufweisen, der als Antwort auf die ersten verzögerten Taktimpulse zweite verzögerte Taktimpulse erzeugt, die ferner ein zweites Flip-Flop besitzen, das auf die Taktimpulse, die zweiten verzögerten Taktimpulse und das pulsbreitenmodulierte Signal ansprechen, um während des ersten Betriebszustandes Ausgangsimpulse zu erzeugen, und die schließlich Zählmittel besitzen, die auf diese Ausgangsimpulse ansprechen, um ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Eingangsstromes zu erzeugen.

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