DE2715484C3 - Anzeigeeinrichtung - Google Patents

Description

— eine Rechenstufe (2) zum Unterteilen jeder Analoggröße (P) in mehrere Teil-Bereiche und zum Verstärken jedes Teil-Bereichs bis einem vorbestimmten Pegel (F i g. 4),

— einen Teiler (3) zum Unterteilen des vorbestimmten Pegels in mehrere Teil-Pegel,

— Vergleicher (A), die für die Teil-Pegel vorgesehen sind, um das Erregen der Anzeigeelememe (7) durch Vergleichen der Teil-Pegel mit erinem Bezugssignal zu bestimmen,

— einen Taktgeber (5) zum Erzeugen eines Taktsignals, um den Erregungszeitpunki der Anzeigeelemente (7) zu bestimmen, und

— Treiber (6), die jeweils zwischen den Vergleichern (4) und den Anzeigeelementen (7) liegen, um Effektivspannungen zum Erregen der Aitizeigeelemente (7) abhängig von den Ausgangssignalen der Vergleicher (4) und vom Taktsignal abzugeben (F i g. 2).

2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Rechenstufe (2) erste Operationsverstär- ^Jo ker (215, 225...) aufweist, die jeweils für einen der Teil-Bereiche (F i g. 4) vorgesehen sind, und

— daß jede Analoggröße in mehrere Spannwngs-Teil-Bereiche unterteilt ist, indem eine vorbestimmte Spannung am invertierenden Eingangs- ^J5 anschluß der ersten Operationsverstärker i[215, 225...) anliegt (F ig. 3).

3. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Rechenstufe (2) erste und zweite Operationsverstärker (215, 225) aufweist, die jeweils für einen der Teil-Bereiche vorgesehen sind,

— daß jede Analoggröße in mehrere Spannungs- ^4> Teil-Bereiche unterteilt ist, indem eine vorbestimmte Spannung am invertierenden Eingangsanschluß der ersten Operationsverstärker (215) liegt,

— daß jeder Vergleicher (4) eine Logikstufe ist, und ^w

— daß die Ausgangsspannung der ersten Operationsverstärker (215) und die vorbestimmte Spannung gleich der Schwellenwertspannung (Vu; in Fig.4) der Logikstufen jeweils am nichtinvertierenden Eingangsanschluß der zweiten Operationsverstärker (225) liegen.

4. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikstufe ein 2-Eingangs-UND-GIiCd(G₁₁, G₁₂...) ist (F i g. 3). _bo

5. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikstufe ein 2-Eingangs-NAND-Gliedist.

6. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche

—5, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber (6) _h·, ein Exklusiv-ODER-Glied (E₁ ,, Ei₂ ...) ist (F i g. 3).

7. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche —6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente Flüssigkristall-Bauelemente (LCu, LQ₂...) sind (F ig. 3).

8. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet daß die Anzeigeelememe Leuchtdioden sind.

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige von Analoggrößen durch Erregen von Leucht-Anzeigeelementen, insbesondere eine Anzeigeeinrichtung mit Flüssigkristall-Anzeigeelementen für die Instrumententafel in einem Kraftfahrzeug, um z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Maschinen-Drehzahl, Temperatur, Rest-Kraftstoff.nenge und Strom durch Aufleuchten der Anzeigeelemente anzuzeigen.

Eine herkömmliche Anzeigeeinrichtung mit Flüssigkristallen hat eine ausreichende Auflösung nur dann, wenn die Anzahl der verwendeten Flüssigkristall-Elemente ziemlich klein ist; wenn jedoch relativ zahlreiche Flüssigkristall-Elemente verwendet werden, kann keine zufriedenstellende Auflösung für jeden Vergleicher erzielt werden, so daß die genaue Steuerung des Aufleuchtens der Elemente unmöglich ist Zusätzlich ist die herkömmliche Anzeigeeinrichtung nicht vorteilhaft wenn Koniplementär-MOS-(CMOS-)Bauelemente mit hohen Schwellenwerten als Vergleicher verwendet werden, da dann die Anzahl der Anzeigeelememe, die leuchten können, ebenfalls begrenzt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigeeinrichtung der eingangs genannten Art mit hoher Auflösung unabhängig von der Anzahl der Anzeigeelememe anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Bei der Erfindung ist also jede anzuzeigende Analoggröße in mehrere Teil-Bereiche unterteilt, deren jeder innerhalb eines vorbestimmten Amplitudenbereichs verstärkt wird, z. B. von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert der (ursprünglichen) Analoggröße, um die Auflösung über alle sich ändernde Teil-Bereiche der Analoggrößen zu verbessern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung hat insbesondere die folgenden Vorteile:

(1) Der sich ändernde Bereich der Analoggrößen, insbesondere Spannungen, kann klein gemacht werden, und es kann eine ausreichende Auflösung selbst dann erzielt werden, wenn zahlreiche Flüssigkristall-Anzeigeelemente verwendet werden;

(2) es kann eine ausreichende Auflösung unabhängig von der Art des als Vergleicher verwendeten Digital-Bauelements erreicht werden, und die Flüssigkristall-Anzeigeelemente sind gleichmäßig steuerbar;

(3) es können nicht nur zunehmende, sondern auch abnehmende Analoggrößen angezeigt werden.

Unabhängig von der Anzahl der zu verwendenden (Flüssigkristall-)Anzeigeelemente und des sich ändernden Bereiches der jeweiligen Analoggröße kann angezeigt werden, wieviel Prozent ihres zulässigen Maximums jede Analoggrößc ausmacht, so daß zahlreiche Anzeige-Informationen, wie z. B. Geschwin-

digkeit Drehzahl usw. eines Fahrzeugs, mit ausreichender Genauigkeit anzeigbar sind

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. la ein Schaltbild einer Anzeigeeinrichtung mit relativ wenigen Anzeigeelementen,

Fig. Ib die Beziehung zwischen der Eingangsspannung der Anzeigeeinrichtung und den durch Erregen der Flüssigkristall-Elemente der Anzeigeelemente anzuzeigenden Werten,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung,

F i g. 3 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung,

Fig.4 die Beziehung zwischen den Ausgangsspannungen der Operationsverstärker und den durch ETegen der Flüssigkristall-Elemente anzuzeigenden Werten bei der Anzeigeeinrichtung der F i p. 3,

F i g. 5 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung und

F i g. 6 die Beziehung zwischen den Ausgangsspannungen der Operationsverstärker und den durch Erregen der Flüssigkristall-Elemente anzuzeigenden Werten bei der Anzeigeeinrichtung der F i g. 5.

In Fig. la ist der Aufbau einer Anzeigeeinrichtung dargestellt Diese wird zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst näher erläutert

In Fig. la sind vorgesehen ein Eingangsanschluß Q, ein Widerstand ffi, der an seinem einen Ende mit dem Eingangsanschluß Q verbunden ist, ein Widerstand R₂, der an seinem einen Ende mit dem Widerstand R\ und an seinem anderen Ende mit einem weiteren Widerstand /?3 verbunden ist Der Widerstand A_n ist an seinem einen Ende mit dem Widerstand R_n-I verbunden; der Widerstand R_n+i ist an seinem einen Ende mit dem Widerstand R_n verbunden und mit seinem anderen Ende geerdet

Im folgenden wird der Betrieb dieser Schaltung näher erläutert

Wenn die Eingangsspannung am Eingangsanschluß Q den Wert V_1n hat und wenn die Widerstandswerte der Widerstände R)- R_n+ι jeweils n —r_n+i betragen, sind die Spannungen V«i — Vr „ an den Verbindungspunkten der Widerstände gegeben durch:

r.\ + r₄ +

Π + r, +

■ ■ + >„ + /·„, 1 ,

• + '■„ + '·„ . 1

r,

/·, if;! ■ ■ · f C, + I',, . I

Folglich wird die Eingangsspannung V_1n entsprechend den Widerstandswerten der jeweiligen Widerstände unterteilt. In F i g. la dienen UND-Glieder G\ — G_n mit jeweils zwei Eingängen als Vergleicher. Die beiden Eingangsanschlüsse des UND-Gliedes Gi sind jeweils mit dem einen Ende des Widerstandes R\ und dem einen Ende des Widerstandes A₂ verbunden. Die beiden Eingangsanschlüsse des UND-Gliedes Gi sind jeweils mit dem einen Ende des Widerstandes R2 und dem einen Ende des Widerstandes Ri verbunden. Die beiden Eingangsanschlüsse des /-ten UND-Gliedes G₁ sind jeweils mit den Widerständen R₁ und R₁₊ 1 verbunden, und die beiden Eingangsanschlüsse des η-ten UND-Gliedes G_n sind jeweils mit den Widerständen R_n und R_n+ 1 verbunden.

Bei diesem Vergleicher aus 2-Eingangs-UND-Gliedern arbeitet das/-te UND-Glied G₁ wie folgt:

r> Im allgemeinen hat ein Digital-Element einen Pegel (Schwellenwert-Pegel), bei dem die Zustände des Elements vom einen Zustand zum anderen umgeschaltet werden, und wenn angenommen wird, daß der Schwellenwert-Pegel des y-ten 2-Eingangs-UND-Gliedes Gj den Wert V_L hat und daß die Eingangsspannungen an den Eingangsanschlüssen die Werte Vr₁ und Vr₁+\ betragen (V_Rj> Vr₁₊₁), dann ist der Ausgangspegel des y-ten UND-Gliedes G₁ »hoch«, wenn V_L< Vh₁. Vr₁₊U jedoch »niedrig«, wenn V_{Rj +1} < V_L< Vr₁ oder Vt> Vr₁, Vr_j+\. Demgemäß wird das Ausgangssignal des UND-Gliedes C₁ entsprechend den Beziehungen zwischen den durch die Gleichungen (1) gegebenen Werten V/^und Vr, ₊ i und dem Schwellenwert-Pegel V₁ bestimmt

Wenn daher die Schwellenwert-Pegel aller 2-Eingangs-UN D-Glieder Ci - G_n auf einen konstanten Wert eingestellt werden, sind die Spannungen Vr₁ und Vr₁, 1 entsprechend der Eingangsspannung V_1n geändert, so daß die Ausgangssignale der 2-Eingangs-UN D-Glieder Gi- G_n sequentiell entsprechend der Beziehung von Vr₁ und Vr₁₊ ι zum Schwellenwert-Pegel V_t änderbar sind.

In Fig. la bestimmt ein Oszillator Czum Erzeugen eines Taktsignals die Frequenz, um als Anzeigeelemente verwendete Flüssigkristall-Elemente anzusteuern. Ein Treiber besteht aus Exklusiv-ODER-Gliedern E₁-E_n. Die beiden Eingangsanschlüsse des Exklusiv-ODER-Gliedes £1 sind jeweils mit dem Ausgangsanschluß des 2-Eingangs-UND-GIiedes Gi bzw. dem Ausgangsanschluß des Oszillators C verbunden. Die beiden Eingangsanschlüsse des Exklusiv-ODER-Gliedes £2 sind jeweils mit dem AusgangsanschluB des 2-Eingangs-UND-Gliedes G₂ und dem Ausgangsanschluß des Oszillators C verbunden. Auf ähnliche Weise sind die beiden Eingangsanschlüsse des y-ten Exklusiv-ODER-Gliedes E₁ jeweils mit dem Ausgangsanschluß des y-ten 2-Eingangs-UND-Gliedes G₁ bzw. dem Ausgangsanschluß des Oszillators C verbunden. Die beiden Eingangsanschlüsse des n-ten Exklusiv-ODER Gliedes E_n sind jeweils mit dem Ausgangsanschluß des n-ten 2-Eingangs-UND-GIiedes G_n bzw. dem Ausgangsanschluß des Oszillators Cverbunden.

Der Betrieb dieser Schaltung wird im folgenden näher erläutert.
Das Exklusiv-ODER-Glied g'bt ein Ausgangssignal

bo von »niedrigem« Pegel ab, wenn seine beiden Digital-Eingangssignale auf gleichem Pegel (gleicher Phase) sind, und ein Ausgangssignal eines »hohen« Pegels, wenn die beiden Eingangssignale verschiedene Pegel haben. Insbesondere gibt jedes Exklusiv-ODER-

bi Glied das Ausgangssignal eines »niedrigen« Pegels ab. wenn das Ausgangssignal des zugeordneten 2-Ein gangs-UND-Gliedes in Phase mit dem Ausgangssignal des Oszillators C ist, und das Ausgangssignal des

»hohen« Pegels, wenn die Signale in der Phase entgegengesetzt zueinander sind.

In Fig. la bilden Bauteile D_x-D_n, LQ-LC_n und D\ — D'n Flüssigkristall-Anzdgeelemente. Die Elektroden D\ — D_n der Flüssigkristalle LQ-LC_n sind mit den > Ausgangsanschlüssen der zugeordneten Exklusiv-ODER-Glieder E\ — E„ verbunden, und die Elektroden D'i — D'n der Flüssigkristalle Ld-LC_n sind mit dem Ausgangsanschluß des Oszillators Cverbunden.

Der Betrieb dieser Schaltung wird im folgenden näher ι ο erläutert.

Die Fiüssigkristaii-Anzeigeeiemente werden durch Einspeisen von Wechselstromsignalen betrieben. Wenn beim y'-ten Flüssigkristall LC₁ mit Elektroden D₁ und D', das Ausgangssignal des y-ten Exklusiv-ODER-Gliedes r> Ej, das mit der Elektrode D₁ verbunden ist, in Phase mit dem Ausgangssignal des Oszillators Cist, d. h, wenn das Ausgangssignal des y-ten 2-Eingangs-UND-Gliedes C, den »niedrigen« Pegel hat, ist das Signal an der anderen Elektrode D', in Phase mit dem Ausgangssignal des Oszillators C, so daß der Flüssigkristall l.Cj nicht mit der Effektivspannung versorgt wird und nicht leuchtet.

Wenn andererseits das Ausgangssignal des y-ten Exklusiv-ODER-Gliedes E₁, das mit der Elektrode D, verbunden ist, in der Phase entgegengesetzt zum y, Ausgangssignal des Oszillators C ist, d. h., wenn das Ausgangssignal des y'-ten 2-Eingangs-UND-Gliedes G₁ auf dem »hohen« Pegel ist, während das Ausgangssignal des Oszillators C auf dem »niedrigen« Pegel ist, ist das an die andere Elektrode D'j abgegebene Signal in Phase zum Ausgangssignal des Oszillators C, d. h. auf dem »niedrigen« Pegel, wobei die Effektivspannung am Flüssigkristall LC₁ liegt, so daß dieser leuchtet.

Demgemäß werden im Vergleicher die unterteilten Spannungen, die von der Eingangsspanunung V_1n entsprechend den Gleichungen (1) erhalten werden, mit den Schwellenwertspannungen der jeweiligen 2-Eingangs-UND-Glieder verglichen, und wenn die unterteilten Spannungen an den beiden Eingangsanschlüssen jedes UND-Gliedes größer als die Schwellenwertspannung des UND-Gliedes sind, liegt die Effektivspannung an dem dem UND-Glied zugeordneten Flüssigkristall-Anzeigeelement, so daß dieses leuchtet; wenn dagegen eine der unterteilten Spannungen kleiner als die Schwellenwertspannung ist, liegt keine Effektivspan- 4% nung am Flüssigkristall, so daß dieser nicht leuchtet

Die r i g. 1 b zeigt die Beziehung zwischen der Eingangsspannung und den anzuzeigenden Werten, wenn die Flüssigkristalle leuchten.

I η F i g. 1 b stellen Bezugszeichen Du 1 — Du η z.B. die Pegel der Eingangsspannung dar, die durch Erregen der jeweiligen Flüssigkristall-Anzeigeelemente angezeigt wird. Die gleiche SchweHenwertspannung aller 2-Eingangs-UN D-Glieder, dlu der Bezugsspannungspegel des Vergleichers, ist durch das Bezugszeichen Vt angegeben, was 45—50% der Quellenspannung bei z. B. UND-Gliedern beträgt

Wenn bei der oben erläuterten Schaltung relativ wenig Flüssigkristall-Anzeigeelemente zum Leuchten verwendet werden, ist die Auflösung für alle anzuzei- μ genden Werte bezüglich des Bereiches der Eingangsspannung zufriedenstellend. Wenn jedoch vergleichsweise viele derartige Anzeigeelemente benutzt werden, ist die Auflösung für die jeweiligen Vergleicher nicht ausreichend, so daß die genaue Steuerung der Erregung _b5 der Anzeigeelemente unmöglich ist Da für eine größere Anzahl von Anzeigeelementen der Schwellenwertpegel der Logikstufen, wie z.B. der UND-Glieder, die als Vergleicher dienen, innerhalb eines Bereiches von wenigstens 5% schwankt, wie dies oben erläutert wurde, ist der maximale Eingangspegel durch die höchstzulässigen Eingangsspannungen der Logikstufen begrenzt. Da bei dieser Schaltung weiterhin Komplementär-MOS-Bauelemente (CMOS-Bauelemente) mit hohem Schwellenwertpegel als Vergleicher verwendet werden, begrenzt dies zusätzlich die Anzahl der Anzeigeelemente bzw. verringert diese, um die Auflösung unverändert zu halten.

Die F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Schaltung der erhndungsgemäUen Anzeigeeinrichtung. In V1 g. 2 sind vorgesehen ein Eingangsanschluß 1 der Anzeigeeinrichtung, eine Rechenstufe 2 zum Unterteilen der Eingangs-Analoggröße der Anzeigeeinrichtung in mehrere Bereiche und zum Verstärken der unterteilten Größen bis auf vorbestimmte Pegel, ein Teiler 3 zum weiteren Unterteilen des zu jedem Bereich gehörenden Ausgangssignals der Rechenstufe 2 in mehrere Teilbereiche. Vergleicher 4 für jeweils die Anzeigeelemente (z. B. Flüssigkristall-Einrichtung), um das Erregen der entsprechenden Anzeigeelemente durch Vergleichen der Teil-Pegel des Teilers 3 mit dem Bezugssignal zu bestimmen, ein Oszillator 5 zum Erzeugen eines Taktsignals, das an den Anzeigeelementen liegt, um den Erregungszeitpunkt der Anzeigeelemente zu bestimmen, ein Treiber 6 zum Bestimmen des wahlweisen Erregens der Anzeigeelemente aufgrund der Ausgangssignale des Vergleichers 4 und des Ausgangssignals des Oszillators 5 und zum Abgeben der Effektivspannung an die Anzeigeelemente, damit diese erregt sind bzw. leuchten, und Anzeigeelemente 7, die abhängig von den Ausgangssignalen des Oszillators 5 und des Treibers 6 leuchten.

Die F i g. 3 zeigt die Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der anhand des Blockschaltbilds der F i g. 2 erläuterten Erfindung. In F i g. 3 sind vorgesehen ein Eingangsanschluß 1 der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung, ein Widerstand 210, der mit seinem einen Ende mit dem Eingangsanschluß verbunden ist, ein Operationsverstärker 215, der mit seinem nichtinvertierenden Eingangsanschluß mit dem anderen Ende des Widerstandes 210 verbunden ist, ein Widerstand 21Z der mit seinem einen Ende geerdet und mit seinem anderen Ende mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 215 verbunden ist ein Widerstand 213, der mit seinen Enden mit dem invertierenden Eingangsanschluß bzw. dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 215 verbunden ist Der bis jetzt erläuterte Schaltungsteii bildet einen ersten Abschnitt zum Festlegen des ersten Unterteilungsbereiches und zum Erzeugen der sich ändernden Spannung, die zum ersten Unterteilungsbereich gehört

Der Betrieb dieses ersten Abschnittes wird im folgenden näher erläutert

Die Eingangsspannung soll den Wert V«, und die Widerstände 212 und 213 sollen die Widerstandswerte Ä2i2 bzw. R213 haben. Dann folgen für den nichtinvertierenden und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 215:

= V₁.

für den nichtinvertierenden Eingangsanschluß, und

I'

1? -1- i?

"212 + «213

(3)

für den invertierenden EingangsanschluH, mit

V₁ = nichtinvertierendc Iiingangsspannung,
V = invertierende l£ingangsspannung, und
1-2is «ι« = AiiigangsspaniHing des Operationsverstärkers 215.

Wie aus den Gleichungen (2) und (3) folgt, gilt daher zwischen IAi₅,,,,, und V_1n die folgende Beziehung:

(4)

Aus Gleichung (4) folgt, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 215 eine verstärkte Version der am Verstärker liegenden Eingangsspannung ist.

Das durch die Bauelemente 210—215 erzeugte Ausgangssignal des Operationsverstärkers 215 ist in F i g. 4 durch das Bezugszeichen (d) dargestellt.

In Fig.3 bilden die Bauelemente 220—225 einen zweiten Abschnitt zum Festlegen oder Bestimmen des zweiten Unterteilungsbereiches und zum Erzeugen der sich ändernden Spannung, die zum zweiten Unterteilungsbereich gehört. Es sind vorgesehen ein Eingangsanschluß 220, dec eine Spannun? aufnimmt, um zwischen dem ersten und dem zweiten Unterteilungsbereich zu unterscheiden, ein Widerstand 221, der mit seinem einen Ende mit dem Eingangswiderstand 220 verbunden ist, ein Widerstand 222, der mit seinem einen Ende mit dem anderen Ende des Widerstandes 221 verbunden ist, ein Widerstand 223, der mit seinem einen Ende mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden ist ein Widerstand 224, der mit seinem einen Ende mit dem anderen Ende des Widerstandes 223 und mit seinem übrigen Ende geerdet ist, und ein Operationsverstärker 225, der mit seinem nichtinvertierenden Eingangsanschluß bzw. seinem invertierenden Eingangsanschluß bzw. seinem Ausgangsanschluß mit den anderen Enden der Widerstände 223 bzw. 221 bzw. 222 verbunden ist

Der Betrieb dieses zweiten Abschnittes wird im folgenden näher erläutert Es sei angenommen, daß die Eingangsspannung am Eingangsanschluß 220, die Widerstandswerte der Widerstände 221 und 222 sowie die Spannung am invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 225 jeweils V_f bzw. R_m bzw. R222 bzw. V225- betragen. Dann folgt für den invertierenden Eingangsanschluß:

V₂₂S..*, + «222 «221 + «222

20

25

30

35

40

45

^K22! A₂₂₃

Die Auflösung von Gleichung (5) nach V₂₂₅ ergibt:

-225 = - „- -r i. - - - <6)

mit I

55

s™i = Ausgangsspannungdes Operationsverstärkers 225.

Wenn andererseits die Eingangsspannung am Ein- eo gangsanschluß 1, die Widerstandswerte der Widerstände 223 und 224 sowie die Eingangsspannung am nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 225 jeweils VinbzW.Ä223bZW.i?224bZW. V2254.

betragen, folgt für den nichtinvertierenden Eingangsan-Schluß:

y _ «224 . y (7)

«223 + «224

Durch Gleichsetzen der linken Seiten der Gleichungen (6) und (7) entsprechend der Stabilitätsbedingung des Operationsverstärkers 225 folgt:

**22l

*t~ **222 " ' 1 **222

Durch Auflösen nach der Ausgangsspannung K₂₅ „,„ ίο folgt mit der Bedingung R₂2i = «223 = «22 und «222 ~ «224 = «22 l^:

1225,,,,,=

^₁,- I₁).

Da der Verstärkungsfaktor in Gleichung (9) abhängig von den Widerstandswerten R22 und R₂2a bestimmt und die Größe (Vi_n- Vi) zu V₂₂₅₁M verstärkt ist, wird die Ausgangsspannung V22501» nur abgegeben, nachdem V_1n den Wert Vi überschritten hat.

Die durch die Bauelemente 220—225 erzeugte Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 225 ist in F i g. 4 durch das Bezugszeichen ^angegeben.

In F i g. 3 bilden Bauelemente 230 bis 235 einen dritten Abschnitt zum Bestimmen oder Festlegen des dritten Unterteilungsbereiches und zum Erzeugen der sich ändernden Spannung, die zum dritten Bereich gehört. Es sind vorgesehen ein Eingangsanschluß 230, der eine Spannung empfängt, um zwischen dem zweiten und dritten Bereich zu unterscheiden, ein Widerstand 231, der mit seinem einen Ende mit dem Eingangsanschluß

230 verbunden ist ein Widerstand 232, der mit seinem einen Ende mit dem anderen Ende des Widerstandes

231 verbunden ist, ein Widerstand 233, der mit seinem einen Ende mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden ist, ein Widerstand 234, der mit seinem einen Ende mit dem anderen Ende des Widerstandes 233 verbunden und mit seinem übrigen Ende geerdet ist, und ein Operationsverstärker 235, der mit seinem invertierenden sowie seinem nichtinvertierenden Eingangsanschluß und seinem Ausgangsanschluß mit den anderen Enden des Widerstandes 231 bzw. 233 bzw. 232 verbunden ist

Der Betrieb des dritten Abschnittes ist ähnlich dem Betrieb des ersten oder zweiten Abschnittes, und es gilt:

V,

2 3 5. .κι =

«23 4 «23

(101

mit "v23sout= Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 235,
wobei /?23 und R&a so festgelegt sind, daß

«231 = «232 = R23
und

«232 =

vorliegen und V₂ eine Spannung zum Unterscheiden des zweiten und dritten Bereichs bedeutet

Das durch die Bauelemente 230—235 erzeugte Ausgangssignal des Operationsverstärkers 235 ist in F i g. 4 mit dem Bezugszeichen (ß versehen.

Die in F i g. 2 dargestellte Rechenstufe zum Unterteilen des Eingangssignals in mehrere Bereiche besteht aus zahlreichen derartigen Abschnitten, wie diese oben erläutert wurden.

Deshalb gilt für den Abschnitt zum Bestimmen oder Festlegen des ju-ten Unterteflungsbereiches und zum

Erzeugen der sich ändernden Spannung, die zum /n-ten Bereich gehört:

V_imimu= ^R'"'^A [V₁₁,- V,„. ,). (!!)
K

Das durch die Bauelemente 2/nO—2m 5 erzeugte Ausgangssignal des Operationsverstärkers 2m 5 ist in F i g. 4 mit dem Bezugszeichen (h) versehen.

Folglich wird mit der oben erläuterten Schaltung die in den Fig. Ib und 4 mit dem Bezugszeichen (p) versehene Eingangsspannung in mit Bezugszeichen (d)—(f) in F i g. 4 versehene Spannungen umgesetzt, so daß die Auflösung in gleicher Weise verbessert ist.

Die Spannung £ in Fig.4 ist in relativ großem Ausmaß frei einstellbar. Sie kann so gewählt werden, daß sie gleich dem Höchstwert der Eingangsspannung, der Quellenspannung oder einem bestimmten konstanten Wert ist.

In der Fig.3 sind Widerstände Ru-Ru₊\,

Λ21 — R_2j+1, Λ21 — Ru +1 Rm ι — Rm,+1 vorgesehen, die

Spannungsteiler zum weiteren Unterteilen der Eingangsspannung bilden, um Spannungspegel zu erzeugen, die zum Bestimmen der Erregung der Anzeigeelemente in den jeweiligen unterteilten Bereichen dienen, wobei Widerstände Ru, R21, Rzu--., Rm+\ jeweils mit den Ausgangsanschlüssen der Operationsverstärker 215,225,235 2m 5 verbunden sind.

Die Spannungsteiler werden anhand des ersten Spannungsteilers aus den Widerständen Ru-Ri,+ i als Beispiel näher erläutert. Es sind vorgesehen ein Widerstand An, dessen eines Ende mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 215 verbunden ist, ein Widerstand R\2, der mit seinem einen Ende mit dem Widerstand /?n verbunden ist,... ein Widerstand Ru der mit seinem einen Ende mit den Widerständen R\,-\ und Ä|,+ i verbunden ist, und ein Widerstand /?i,₊ i, der mit seinem einen Ende mit dem Widerstand R_u verbunden und mit seinem anderen Ende geerdet ist.

Der Betrieb dieses Spannungsteilers wird im folgenden näher erläutert.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 215 ist Viisou, und durch Gleichung (4) gegeben; wenn die Widerstände An —Λι,+ ι jeweils Widerstandswerte ru — O₁₊I.haben, sind die Spannungen Vn- Vi, an den Verbindungspunkten der Widerstände durch die folgenden Gleichungen gegeben:

Hi =

tciytr,,+ ·■■ tfi.tr,,,,

^2I5'""
(12)

50

55

60

Wie aus den Gleichungen (12) folgt unterteilt der Spannungsteiler die Spannung V₂i₅ als Eingangsspan- <,5 nung entsprechend den Widerstandswerten.

In Fjg.3 sind 2-Eingangs-UND-Gfieder Gn-Gu G₂I -Gi₁, G₃I — Gu, · · -, und G_n, ι — G_mt vorgesehen, die als Vergleicher dienen, um das Erregen der Anzeigeelemente innerhalb der jeweiligen unterteilten Bereiche zu bestimmen.

Die Vergleicher werden im folgenden anhand der 2-Eingangs-UND-Glieder Gh —Gi/näher erläutert. Die Eingangsanschlüsse des 2-Eingangs-UND-Gliedes Gu sind mit den Widerständen Ru und R₁₂ verbunden; die Eingangsanschlüsse des 2-Eingangs-UND-Gliedes G12 sind mit den Widerständen Rn und Λ13 verbunden; auf ähnliche Weise sind die Eingangsanschlüsse des 2-Eingangs-UND-Gliedes G₁, mit den Widerständen A₁, und Ru* \ verbunden.

Der Betrieb dieses Vergleichers wird im folgenden näher erläutert.

Es sei angenommen, daß die Schwellenwertspannung des <7-ten 2-Eingangs-UND-Gliedes Gi, den Wert Vt, hat und daß die Eingangsspannungen an den beiden Eingangsanschlüssen jeweils Vi, bzw. V_lii+, betragen (V|,,> V_)<;+i). Dann ist der Ausgangspegel des UND-Gliedes Gi, »hoch«, wenn V_tJI< Vi,, V|,₊ i vorliegt, und »niedrig«, wenn Vi,₊ i< Vt,< Vi, oder V^> Vi,. Vi₉₊₁ vorliegen. Deshalb wird das Ausgangssignal des UND-Gliedes Gi, entsprechend der Beziehung der Schwellenwertspannung V^, zu den Spannungen Vi, und Vi,₊ , bestimmt was durch die Gleichungen (12) gegeben ist.

Wenn deshalb die Schwellenwertpegel aller 2-Eingangs-UND-Glieder Gn- d, gleich auf einen konstanten Wert eingestellt sind, ändern sich Vi, und Vi,₊ i entsprechend der Ausgangsspannung V?i s_Mi. so daß die Ausgangssignale der 2-Eingangs-U N D-Glieder Gn- Gi: sequentiell entsprechend der Beziehung von Vt, zu Vi,und Vi,₊1 geändert werden können.

In F i g. 3 ist ein Oszillator 5 vorgesehen, um ein Taktsignal zu erzeugen, das an den Flüssigkristall-Anzeigeelementen liegt

In Fig.3 sind Exklusiv-ODER-Glieder Eu — E_Xh EiX-E₂,. E)\-Es_k,..^ E_m\-E_m, vorgesehen, die als Flüssigkristall-Treiber dienen, um die Ausgangssignale der 2-Eingangs-UND-Glieder Gn-Gi. G₂I-G₂^, G31 — Gu, ■ ■ - und Gm 1 — G_m, und das Ausgangssignal des Oszillators 5 zu empfangen, die Bedingungen zum Erregen der Flüssigkristall-Anzeigeelemente festzulegen und die Effektivspannungen abzugeben, die an die Flüssigkristall-Anzeigeelemente zu legen sind.

Die Flüssigkristall-Treiber werden im folgenden anhand der Schaltung aus den Exklusiv-ODER-Gliedern E₁₁-E,, näher erläutert Das Exklusiv-ODER-Glied En ist mit seinen beiden Eingangsanschlüssen mit dem Amgangsanschluß des 2-Eingangs-UND-Gliedes Gn und dem Ausgangsanschluß des Oszillators 5 verbunden. Das Exklusiv-ODER-Glied Ei 2 ist mit seinen beiden Eingangsanschlüssen mit dem Ausgangsanschluß des 2-Eingangs-UND-Gliedes G12 und dem Ausgangsanschluß des Oszillators 5 verbunden. Auf ähnliche Weise ist das /-te Exklusiv-ODER-Glied Ei, über seine beiden Eingangsanschlüsse mit dem Ausgangsanschluß des /-ten 2-Eingangs-UND-Gliedes Gi, und dem Ausgangsanschluß des Oszillators 5 verbunden.

Der Betrieb des Flüssigkristall-Treibers wird im folgenden näher erläutert

Der Betrieb jedes Exklusiv-ODER-GIiedes E_n-Ei, wird durch die Eingangssignale in seine beiden Eingangsanschlüsse bestimmt Das Exklusiv-ODER-Glied En gibt ein Ausgangssignal mit »niedrigem« Pegel ab, wenn die beiden Eingangssignale in Phase zueinander sind, und ein Ausgangssignal mit »hohem« Pegel wenn die beiden Eingangssignale in der Phase

entgegengesetzt zueinander sind. Demgemäß sind die Ausgangssignale der Exklusiv-ODER-Glieder En— E\, auf »niedrigem« Pegel, wenn die Ausgangssignale der entsprechenden 2-Eingangs-UND-Glieder Gi₂- Gu in Phase mit dem Ausgangssignal des Oszillators 5 sind, ^r> und auf »hohem« Pegel, wenn die Ausgangssignale der Glieder G12—Gu in der Phase entgegengesetzt zum Ausgangssignal des Oszillators 5 sind.

In Fig.3 bilden Bauelemente D_n-Du, D₂I-D₂J, Di\ -Dik,..^D_m\- D_mh LQ \-LQi, LC₂) - LC₇J, LCm LC_n,.., LC_m , - LC_m,D\, - D\„D'₂x - D'2„D'_V -

Dm, .., D'„, 1 — D'_m, Flüssigkristall-Anzeigeelemente.

Aufbau und Funktion der Flüssigkristall-Anzeigeelemente wird im folgenden als Beispiel anhand der Anzeigeelemente erläutert, die aus den Bauelementen Dn-DuLGi-LCuund D'u -D\,bestehen.

Elektroden Dm —Di, der Flüssigkristall-Anzeigeelemente sind mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen der Exklusiv-ODER-Glieder £n —£1, verbunden. Elektroden D'u —D'u der Flüssigkristall-Anzeigeelemente sind mit dem Ausgangsanschluß des Oszillators 5 verbunden. Weiterhin sind Flüssigkristalle LCw-LCu vorgesehen.

Der Betrieb dieser Anordnung wird im folgenden näher erläutert

Das Flüssigkristall-Anzeigeelement aus den Bauelementen Du, LCu und D'u wird wie folgt betrieben. Das Taktsignal liegt an den Flüssigkristall-Anzeigeelementen, und die Amplitude der Effektivspannung bestimmt, ob das Flüssigkristall-Anzeigeelement leuchtet oder jo nicht.

Wenn das an die Elektrode Dn abgegebene Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gliedes En in Phase mit dem Ausgangssignal des Oszillators 5 ist, d. h„ wenn das Ausgangssignal des 2-Eingangs-UND-Gliedes Gn auf dem »niedrigen« Pegel ist ist das an der Elektrode D'u liegende Signal in Phase zum Ausgangssignal des Oszillators 5. Demgemäß liegt die Effektivspannung nicht am Flüssigkristall LCn, so daß dieser nicht leuchtet

Wenn andererseits das an die Elektrode Dn abgegebene Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gliedes En in der Phase entgegengesetzt zum Ausgangssignal des Oszillators 5 ist d. h, wenn das Ausgangssignal des 2-Eingangs-UND-Gliedes Gn auf dem »hohen« Pegel ist ist das an der Elektrode D'_n liegende Signal in Phase zum Ausgangssignal des Oszillators 5, so daß der Flüssigkristall LCn mit der Effektivspannung zum Leuchten versorgt wird.

Die F i g. 4 zeigt die Ausgangskennlinie der Rechenstufe 2 als Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mit Bezugszeichen (d)—(h) versehene Teile von der Rechenstufe 2 erhalten sind und die Bereiche verbinden, die arithmetisch verarbeitbar sind.

Deshalb setzt die Rechenstufe 2 die lineare Änderung der Eingangsspannung V_1n in ein Sägezahnsignal um. Das als Ergebnis der Rechnung erhaltene Ausgangssignal hat den Höchstwert £

Zusätzlich wachsen die Ausgangssignale der Rechenstufe 2 bis zum Wert E am Ende der jeweiligen sich e>o ändernden Bereiche, um glatt das Inkrement oder Dekrement im Ausgangssignal zu berechnen.

Die F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die als Vergleicher dienenden Digital-Bauelemente eine hohe Schwellenwertspannung haben, d. h., die Digital-Bauelemente sind CMOS-Bauelemente.

In diesem Fall muß lediglich die Schaltung der Rechenstufe der F i g. 3 hinzugefügt werden, wobei die Funktionen 2100, 2110-2114, 2200, 2210-2214, 2300, 2310—21314,.., 2m 00 und 2m 10—2m 14 summiert werden, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist. Insbesondere wird der Bereich der Rechenoperation mittels der obigen Funktionen erweitert, durch die jeweils eine Spannung genau oder nahezu gleich der Schwellenwertspannung des entsprechenden Digital-Bauelements immer addiert wird.

Im folgenden werden die zusätzlichen Bauelemente anhand des Abschnittes aus den Bauelementen 2100 und 2110—2114 als Beispiel näher erläutert

Ein Eingangsanschluß 2100 empfängt eine Spannung genau oder nahezu gleich der Schwellenwertspannung des entsprechenden Digital-Bauelements, das als Vergleicher dient. Ein Widerstand 2110 ist mit seinem einen Ende mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 211 verbunden; ein Widerstand 2111 ist mit seinem einen Ende mit dem Eingangsanschluß 2100 verbunden; der nichtinvertierende Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 2112 ist mit den anderen Enden der Widerstände 2110 und 2111 verbunden; ein Widerstand 2113 ist mit seinem einen Ende mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 2112 verbunden und mit seinem anderen Ende geerdet; ein Widerstand 2114 liegt zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 21IZ

Im folgenden wird der Betrieb der Bauelemente 2110-2114 näher erläutert

Die Eingangsspannung am Eingangsanschluß 2100 soll Vdl betragen, und die Widerstandswerte der Widerstände 2110, 2111, 2113 und 2114 sollen jeweils Λ2110, Λ2111. Λ2113 bzw. Ä21M betragen. Dann sind die Eingangsspannungen Vim+ und V2112- am nichtinvertierenden und am invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 2112 jeweils gegeben durch:

ία» — V₂₁₅,,,,, + l_ltl.

«21

V„

(141

mit V21120«= Ausgangssignal des Operationsverstärkers 211Z

Wie aus den Gleichungen (13) und (14) folgt erfüllen V2112out und ( V21 5om + Vdl) die folgende Gleichung:

V2U2..U, = (1 +

(V₂₁₅- + Um.).

Daher nimmt das Ausgangssignal der Rechenstufe 2 um die Schwellenwertspannung des Digital-Bauelements zu. Folglich stellen die durch die Bezugszeichen OJ UX (k)wad (I)in Fig. 6 gekennzeichneten Signale die Ausgangsspannungen V₂₁U₀,,,, Vzmom, V₂₃I₂₀Ui bzw. dar.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

20 25 Patentansprüche:

1. Anzeigeeinrichtung zur Anzeige von Analoggrößen durch Erregen von Leucht-Anzeigeelementen,
gekennzeichnet duich