DE2704258A1 - Digital-analog-wandler - Google Patents
Digital-analog-wandlerInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03M1/86—Digital/analogue converters with intermediate conversion to frequency of pulses
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Description
N.V.I.
PHN 8 VMAL/WIJN'/RJ
"Digital-Analog-Wandler".
Die Erfindung bezieht sich auf einen Digital-Analog— Wandler , wobei in einer Vergleichsschaltung
eine einer digitalen Zahl entsprechende Eingangssignalkombination mit einer einer periodisch auftretenden
Rtihe von Zahlen entsprechenden Signalkombination verglichen wird, die von einer ständig
von einem Taktimpuls gesteuerten Zählerschaltung erzeugt wird, und die ein impulsförmiges Ausgangssignal
erzeugt, dessen mittlerer Wert dem Vert der umzuwandelnden digital Zahl entspricht.
Aus der U.S. Patentschrift 3836908 ist ein
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- st-
PHN 8302 17.12.76
.sr·
Digital-Analog-Wandler der obengenannten Art bekannt. Ein derartiger Wandler bietet den Vorteil, dass darin
kein kostspieliges Präzisionswiderstandsnetzwerk verwendet zu werden braucht, so dass der Wandler
fast völlig als integrierte Schaltung ausgebildet werden kann.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen derartigen
Wandler für eine Ausbildung in integrierter Schaltungstechnik noch besser geeignet zu machen.
Ein Digital-Analog-Wandler der eingangs erwähnten Art weist deswegen nach der Erfindung das
Kennzeichen auf, dass die Vergleichsschaltung eine sequentielle Vergleichsschaltung ist, in der nacheinander
Signale entsprechend jeder der Ziffern der digitalen Zahl mit denen verglichen werden, die den
Ziffern der von der Zählerschaltung erzeugten Reihe von Zahlen entsprechen.
Durch diese Massnahme kann die Schaltungsanordnung
mit wesentlich weniger Elementen funktionieren, während die Anzahl Verbindungen zwischen den
Elementen viel geringer ist als bei den bekannten parallel arbeitenden Wandlerschaltungen. Weil dieser
Typ von Wandlerschaltung, der mit einer Zwischenumwandlung
von "digitaler Darstellung nach Impulsanzahl der Umwandlungsperiode oder Impulsbreite pro
Umwandlungsperiode arbeitet, praktisch nur un Schal-
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tungsanordnungen verwendet wird, in denen die Umwandlung sgeschwindigkeit nicht hohen Anforderungen entsprechen
muss, wie beispielsweise bei Schaltungen zum Erzeugen von Abstiiran- oder Einstellspannungen,
beispielsweise in Fernsehempfängern, ist in diesen Schaltungsanordnungen die etwas geringere Umwandlungsgeschwindigkeit
einer seriellen Schaltungsanordnung von untergeordneter Bedeutung.
Nachstehend werden für digitale Zahlen und Ziffern und entsprechende Signalkombinationen und
Signale im allgemeinen dieselben Ausdrücke verwendet.
Wenn die umzuwandelnde digitale Zahl eine gerade Anzahl Ziffern hat und die Ziffer mit dem
grössten Wert mit der Ziffer mit dem geringsten Wert der Vergleichungszahl verglichen wird usw.,
kann die Schaltungsanordnung besonders einfach ausgebildet werden, weil das Abtasten der Vergleichszahl mit Sprüngen erfolgen kann, wobei jeweils die
zwischenliegende Ziffer umgangen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Digital-Analog-Wandlers,
Fig. 2 eine Anzahl Vellenformen, die in
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der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftreten.
In Fig. 1 enthält ein Schieberegister 1 die umzuwandelnde digitale Zahl. Eine Zählschaltung
3 liefert eine digitale Vergleichszahlenreihe, deren Wert mit dem der umzuwandelnden 7.Uh.]. verglichen wird,
und zwar durch einen Vergleich der Ziffern mit den Ziffern der umzuwandelnden digitalen Zahl im Register
1. Dies erfolgt in einer Vergleichsschaltung 5» die ein Impulssignal abgibt, dessen mittlerer Wert
dem Wert der umzuwandelnden digitalen Zahl proportional ist. Dieses Impulssignal wird in einer Integrationsschaltung
7» die eine vom Impulssignal betätigte Auflade- und Entladeschaltung sein kann, in eine Gleichspannung umgewandelt, die dem Wert
der umzuwandelnden digitalen Zahl entspricht.
Das Schieberegister 1 ist ein Umlaufschieberegister. Es enthält eine Anzahl Stufen 9»
11, 13, 15, 17,.19, die aus je einer Flip-Flop-Schaltung
vom D-Typ bestehen können. Eine Flip-Flop-Schaltung vom D-Typ kann aus einer JK-Flip-Flopschaltung
bestehen, deren K-Eingang über einen Inverter mit dem J-Eingang verbunden ist und deren
J-Eingang als D-Eingang der D-Flip-Flopschaltung bezeichnet wird. Zu dem Auftrittszeitpunkt eines
Taktimpulses, der einem T-Eingang einer Schaltung zugeführt wird, wird die Information, die an einem
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- JZ -
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D—Eingang vorhanden ist eingeschrieben und dann an
einem Q-Ausgang verfügbar. Der Q-Ausgang der letzten
Stufe 19 ist über eine Torschaltung aus einem UND-Tor 21, einem ODER-Tor 23 und einem UND-Tor 25
mit dem D-Eingang des ersten Teils verbunden. Bevor die Umwandlung erfolgt, wird mit Hilfe dieser
Torschaltung 21, 23, 25, das Schieberegister 1 mit
der umzuwandelnden digitalen Zahl gefüllt. Ein Eingang 27, der am UND-Tor 25 liegt, wird dann hoch gemacht,
wodurch das UND-Tor 25 leiten kann und über einen invertierenden Eingang das UND-Tor 21 gesperrt
wird, was vermeidet, dass Information vom Ausgang des Schieberegisters 1 wieder seinem Eingang zugeführt
wird. Das. UND-Tor 25 gibt nun Signale, die einem Eingang 29 zugeführt werden und die den Zahlen der
umzuwandelnden digitalen Zahl entsprechen, über das ODER-Tor 23 zum D-Eingang der ersten Stufe 9. Das
Schieberegister 1 wird nun derart gefüllt, dass die Ziffer mit dem niedrigsten Wert (least significant
bit) in die letzte Stufe 19 gelangt und die Ziffer mit dem höchsten Wert (most significant bit)
in die erste Stufe 9· Nachdem das Schieberegister 1 gefüllt ist, wird der Eingang 27 niedrig, wodurch
das UND-Tor 25 sperrt und das UND-Tor 21 Signale vom Ausgang der letzten Stufe 19 über das ODER-Tor
23 zum D-Eingang der ersten Stufe weiterleitet. Das
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Einschieben sowie das Umlaufen der Information im Schieberegister erfolgt unter dem Einfluss eines einem
Eingang 31 zugeführten Taktimpulses. Dieser ist in Fig. 2 durch 231 bezeichnet.
Die Zählschaltung 3 enthält ein Umlaufregister mit einer Anzahl hintereinander geschalteter
Stufen 33. 35, 37, 39, 41, 43, die je durch
eine Flip-Flop-Schaltung vom D-Typ gebildet werden. Der Q-Ausgang der letzten Stufe 43 ist über ein
Exclusiv-ODER-Tor 45 mit dem D-Eingang der ersten
Stufe 33 verbunden. Dieses Tor 45 erhält weiter ein Ausgangssignal von einem Q-Ausgang einer D-Flip—
Flop-Schaltung 47. Das Q-Ausgangs signal der letzten
Stufe und das Q-Ausgangssignal der D-Flip-Flopschaltung
47 werden weiter einem UND-Tor 49 zugeführt, dessen Ausgang an einem Eingang eines ODER-Tores
51 liegt. Ein anderer Eingang des ODER-Tores 51 bekommt einen Impuls zugeführt, der in Fig. 2
durch 253 bezeichnet ist und durch den eine im Schieberegister 3 vorhandene Zahl um einen Wert
eins erhöht und abermals eingeschoben wird. Dies erfolgt in Zusammenarbeit mit der D-Flip-Flop-Schaltung
hl und den Toren 45 und 49. Der Q-Ausgang
der D-Flip-Flop-Schaltung bleibt hoch, bis der Ausgang der letzten Stufe 43 des Schieberegisters
der Zählschaltung 3 niedrig wird, wodurch dann
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das UND-Tor 49 gesperrt wird. Dadurch wird beim nachfolgenden
Taktimpuls der Q-Ausgang der D-Flip-Flop-Schaltung 47 niedrig. Das Tor 51» die D-Flip-Flop-Schaltung
47 und das Tor ^9 erfüllen die Ubertrag-
bzw. carry-Funktion beim Addieren der Zahl eins zu
der Zahl im Schieberegister 33 - 4-3· Das Addieren
erfolgt durcli das Exclusiv-ODER-Tor h$.
Das Signal 2531 das das ODER-Tor 51 vor
dem Anfang des Addiervorgangs hoch macht, wird von einem UND-Tor 53 erhalten, das einen Teil eines
Impulsgenerators 55 bildet.
Der Impulsgenerator 55 enthält drei D— Flip-Flopschaltungen 57» 59» 61, die an ihrem T-Eingang
den Taktimpuls zugeführt bekommen. Der Q-Ausgang der Flip-Flopschaltung 57 liegt am D-Eingang
der Flip-Flop-Schaltung 59 und der Q-Ausgang derselben an einem UND-Tor 63, dessen anderer Eingang
am Q-Ausgang der Flip-Flopschaltung 61 liegt. Der Q-Ausgang der Flip-Flopschaltung 59 liegt an
einem Eingang eines UND-Tores 65, dessen anderer Eingang mit dem Q-Ausgang der Flip-Flopschaltung
61 verbunden ist. Die Ausgänge der Tore 63 und 65 liegen über ein ODER-Tor 67 am D-Eingang der Flip-Flopschaltung
6i. Von dieser Flip-Flopschaltung 61 liegt der Q—Ausgang an einem Eingang eines UND—
Tores 69f dessen anderer Eingang am Ausgang eines
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UND-Tores 71 liegt, dessen Eingänge mit den Q- Ausgängen
der Flip-Flopschaltungen 59 bzw. 57 verbunden
sind. Der Ausgang des Tores 71 liegt am D-Eingang der Flip-Flopschaltung 57« An diesem Ausgang des
Tores 71 tritt das Signal mit der Wellenform 271
nach Fig. 2 auf, am Ausgang des Tores 6Q die Wellenform
269, am Q-Ausgang der Flip-Flopschaltung 57 die Wellenform 2571 am Q-Ausgang der Flip-Flopschaltung
59 die Wellenform 259, am Q-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung
61 die Wellenform 261, am Q-Ausgang der
Flip-Flopschaltung 61 die Wellenform 262, am Q-Ausgang
der Flip-Flopschaltung 59 die Wellenform 260 und am Q-Ausgang der Flip-Flopschaltung 57 die
Wellenform 258.
Die Signale 271, 257 und 259 werden drei UND-Toren 73, 75 bzw. 77 zugeführt, deren andere
Eingänge an den Q-Ausgängen der Flip-Flopschaltungen 33t 37 bzw. kl der Zählschaltung 3 liegen. Dadurch
wird Ober ein ODER-Tor 79, das mit den Ausgängen der UND-Tore 73, 75, 77 verbunden ist, ein Eingangssignal
zur Vergleichsschaltung 5 abgegeben, das nacheinader während eines Zeitabschnittes T die
Q-Ausgangsspannung der ersten Stufe 33» während
eines Zeitabschnittes T1 die der dritten Stufe
37» während eines Zeitabschnittes T„ die der fünften Stufe 4i, während eines Zeitabschnittes T„
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die der ersten Stufe 33» während eines Zeitabschnittes
T. die der dritten Stufe 37 und während eines Zeitabschnittes T die der fünften Teils kl ist.
Der Inhalt der Stufen der Zählerschaltung 3 und des Schieberegisters 1 ist in der untenstehenden
Tafel als Funktion des betreffenden Zeitabschnittes wie in Fig. 2 bei der Wellenform 231 angegeben,
wobei A die umzuwandelnde digitale Zahl mit den Ziffern A5, A4, A3, A2, Al, AO und B die vom Zähler 3
erzeugte Zahl mit den Ziffern B5, Bh, B3, B2, B1,
BO ist.
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Teil 33 35 37 39 2H 2O 9 11 13 15 17 19
το | B^ B4 | Β3 | Β2 | Β1 | Βο | Α5 | \ | Α3 | Α2 | Α1 | Α_ |
Τ1 | V Β5 | Β3 | Β2 | Β1 | Α0 | Α5 | \ | Α3 | Α2 | —— | |
Τ2 | Βι' Βο B * SJ I |
V | Β5 | Β2 Β3 |
Α1 | Α0 | Α5 | AU | Α3 | Αι | |
Τ3 | B3- B2. | ν | V | Β5 | \ | Α1 | Α0 | 5 | |||
Τ4 | V V | V | V | —°— | Β5 | Α3 | Α2 | Α1 | Αο | Α5 | |
Τ5 | 3 | 2 | 1 | 0 | Α4 | Α3 | Α2 | Α1 | Α0 | ||
το | B " B · O 5 |
B4' | V | B2' | B1' | 4 | 3 | Α1 | |||
T1 | Αο | Α5 | Α4 | Α3 | A2 | ||||||
T2 Β," B0" B5. B4. B3J^ B2-A1 A0: A5 A4 A3 A^
T3 B2J. B1" B0" B5. B4. B3. A2 A1 AQ A5 A4 A
In den betreffenden Vergleichsperioden werden die unterstrichenen Ziffern in der Vergleichsschaltung
5 miteinander verglichen. Für die Tafel gut weiter, dass Β· = B + 1 und Β·· = B" + 1.
Der Eingang der Vergleichsschaltung 5 wird durch ein ODER-Tor 81 und ein UND-Tor 83 gebildet.
Das ODER-Tor 81 gibt eine Ausgangsspannung ab, die
hoch ist, wenn A + B =1 ist, d.h. A ^B, und
' η m ' η ν? m
das UND-Tor 83, wenn A B = 1 ist, d.h. A < B . * η m η m
Während der ersten Verglexchsperxode TQ wird A_
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- yi -
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mit B verglichen. Wenn A^ B ist, wird die hohe
Ausgangsspannung des UND-Tores 83 über ein ODER-Tor
85 zum D—Eingang einer D-Flip-rFlopschaltung 87 weitergeleitet,
die diesen Wert während der Periode T1 festhält.
Wird nun A ^B,, so wird die Ausgangs spannung
des ODER-Tores 8i niedrig. Diese Ausgangsspannung
wird einem Eingang eines UND-Tores 89 zugeführt, dessen weitere Eingänge am Q—Ausgang der Flip—Flop-Schaltung
87 und über einen Inverter am Ausgang des Tores liegen, so dass die Wellenform 269 dafür sorgt,
dass das Tor 89 während T_ immer gesperrt ist. Die AusgangsSpannung des UND-Tores 83 ist auch niedrig,
wenn A1^ B. ist, und die D-Flip-Flopschaltung 87
übernimmt den Wert 0. Sollte dagegen A1 ^ B, sein,
so wäre die Ausgangsspannung des Tores 89 hoch, und es würde wieder ein hoher Wert in die Flip-Flop-Schaltung
87 eingeschrieben werden. Am Ende eines Vergleichszyklus ist der Q-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung
87 während des Zeitabschnittes TQ hoch, wenn A grosser als oder gleich der vom Zähler 3
gelieferten Vergleichszahl ist, und niedrig, wenn A kleiner als diese Vergleichszahl ist. Das Tor
ist während T gesperrt, über ein UND-Tor 91 und
ein ODER-Tor 93 wird während T das Q-Ausgangssignal
der Flip-Flopschaltung 87 in der D-Flip-Flop-Schaltung 95 gespeichert, die diesen Wert Ober ein
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mit dem Q-Ausgang gekoppeltes UND-Tor 97t das an einem weiteren Eingang das invertierte Signal 269 zugeführt bekommt, bis zur folgenden Periode TQ festhält.
zahl durch Umkehrung der Signifikanz der Ziffern der B-Zahl erhalten wird, wird pro Periode eine Impulsanzahl zum Integrator 7 zugeführt, die von dem Wert
der Zahl A abhängig ist. Wenn die Reihenfolge der
wäre, hätte die von den Toren 73f 75» 77» 79 gebildete Abtastschaltung fortfallen können und könnte
das Ausgangssignal der Flip-Flopschaltung kj als
Vergleichssignal dienen. Es würde dann eine Impuls
breitenmodulation des dem Integrator 7 zuzuführenden
Signals auftreten, und zwar abhängig von dem Wert der A-Zahl.
Breite-Modulation kann dadurch erhalten werden, dass ο eine teilweise gespiegelte
und-: teilweise nicht gespiegelte Reihenfolge der B-
Ziffern genommen wird. Dies kann dadurch erfolgen,
dass die Abtastschaltung den Ausgängen der Zählschaltung 3 angepasst wird. So kann beispielsweise
die Zahl A5 A4 A3 A2 A1 AQ mit B3 B., B1 BQ B4 B5
verglichen werden, wenn in T_ der Ausgang der
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Schaltung 37 und in den Perioden T bis T der der
Flip-Flopschaltung 35 abgetastet wird.
Dadurch, dass bei dem beschriebenen sequentiellen Vergleich in einer Vergleichsperiode
ein Teil einer Zahl B1 = B+1 und ein Teil einer
Zahl B genommen wird, ist das Impulsmuster am Ausgang der Flip-Flopschaltung 95 etwas anders als
bei einem Parallelverglexch. Die erhaltenen Ausgangs spannungen entsprechen einander in beiden Fällen
jedoch völlig. Damit die genannten kleinen Unterschiede in den Impulsmustern ausgeglichen werden,
könnte man mit dem Ausgang der Flip-Flopschaltung hj ein Schieberegister verbinden und mit der
Abtastschaltung die Ausgänge der Zählerschaltung und dieses Schieberegisters abtasten. Die Schaltungsanordnung
wird dann weniger einfach.
Der Impulsgenerator 55 kann weiter dazu verwendet werden, dem Eingang 27 des Schieberegisters
1 ein Signal zu liefern, wodurch das Einschreiben dieses Registers synchron zur Umwandlung verläuft.
Es dürfte einleuchten, dass durch eine Inversion in den Eingangssignalen der Tore 81 und
83 die Vergleichsschaltung 5 ein Signal liefern kann, das hoch ist, wenn die Vergleichszahl grosser
ist als die A-Zahl.
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Wenn die Anzahl Ziffern einer umzuwandelnden digitalen Zahl ungerade ist, wird eine Anzahl
Stufen des Schieberegisters der Zählerschaltung 3 ungerade, und die Abtastschaltung kann etwas verwickelter
werden, wenn die gesamte Reihenfolgeumkehrung der B-Zahl erforderlich ist.
Wenn man die Α-Zahl mit umgekehrter Zifferreihenfolge
in das Register 1 einschieben kann, kann für den beschriebenen Fall die Abtastschaltung
fortfallen.
Damit eine kombinierte Impulsanζah1-Impulsbreitemodulation
erhalten wird, kann auch der Inhalt der Zählschaltung 3 nach jedem Umlauf um dieselbe, beispielsweise ungerade Zahl erhöht werden.
Die Zifferreihenfolge braucht dann nicht umgekehrt
zu werden, und die Abtastschaltung kann fortfallen.
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Leerseite
Claims (4)
- - IB -PHN 8302 17.12.76PATENTANSPRÜCHE;• 1.j Digital-Analog-Wandler, wobei in einer Vergleichsschaltung eine einer digitalen Zahl entsprechende Eingangssignalkombination mit einer einer periodisch auftretenden Reihe von Zahlen entsprechenden Signalkoirbination verglichen wird, die von einer ständig von einem Taktimpuls gesteuerten Zählerschaltung erzeugt wird, und die ein impulsform!ges Ausgangssignal erzeugt, dessen mittlerer Wert dem Wert der umzuwandelnden digitalen Zahl entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung (5) eine sequentielle Vergleichsschaltung ist, in der nacheinander Signale entsprechend jeder der Ziffern der digitalen Zahl mit denen, die den Ziffern der von der Zählerschaltung (3) erzeugten Reihe von Zahlen entsprechen, verglichen werden.
- 2. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählerschaltung (3) ein Umlaufregister (33, 35, 37, 39, >1, 43) mit einer zwischen seinem Ausgang und seinem Eingang geschalteten Addierschaltung (45, ^7» ^9» 51) enthält, um den Zählinhalt nach jedem Umlaufvorgang um eins zu erhöhen, während die Ausgänge einer Anzahl Stufen (33, 37. 4i) des Umlaufregisters in einem der Art der Umwandlung angepassten Rhythmus von einer Abtastschaltung (73, 75, 77, 79) mit einem709833/0818ORIGINAL INSPECTEDPHN 8302 17.12.76Eingang der Vergleichsschaltung (5) verbunden werden.
- 3· Digital-Analog-Vandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufregister der Zählerschaltung (3) eine gerade Anzahl von Stufen (33, 35, 37, 39, 2H, 43) hat, wobei die Ausgänge der ungeraden Stufen von der Abtastschaltung (73, 75, 77, 79) zyklisch abgetastet werden.
- 4. Digital-Analog-Wandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei einem Eingang der sequentiellen Vergleichsschaltung ein X-Signal und einem anderen Eingang ein Y—Signal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die sequentielle Vergleichsschaltung eine erste Torschaltung (83) enthält, deren Ausgangssignal XY ist, eine zweite Torschaltung (81), deren Ausgangssignal X + Y ist, eine dritte Torschaltung (85), der das Signal XY zugeführt wird und deren Ausgang an einem D-Eingang einer von dem Taktimpuls betätigbaren D-Flip-Flopschaltung (87) liegt, deren Q-Ausgang am Eingang einer vierten Torschaltung (89) liegtf an deren anderem Eingang der Ausgang der zweiten Torschaltung (81) zum Sperren dieser vierten Torschaltung am Anfang eines Vergleichszyklus liegt, während mit dem Q-Ausgang der D-709833/0826PHN 8302 17.12.76-3.Flip-Flopschaltung (87) weiter eine Speicherschaltung (911 93» 95f 97) zum Speichern des von der Vergleichsschaltung erhaltenen Signals während eines Zählzyklus verbunden ist.098 33/082·
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