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DIGITAL-ANALOG-UMSET ZE
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Digitalgerätebaus und
betrifft insbesondere Digital-Analog-Umsetzer.
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Die Erfindung kann in Analog-Digital-Umsetzern, Informationsmeßsystemen,
Displayeinheiten unter Verwendung von Elektronenstraho'hren mit digitaler Strahlablenkung
verwendet werden.
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Bekannt sind Digital-Analog-Umsetzer zur Erzeugung einer linear veränderlichen
Größe (sv das Buch von W. B. Smolowu. a. 'Ealbleitercodierer und -decodiererumsetzer",
Beningrad, "Energija", 1967)o Die Grundlage solcher Digital-Analog-Umsetzer bildet
eine Einrichtung zur Summierung von £ormalwerten, die den Stellenwerten des umzusetzenden
klassischen Binärcodes proportional sind, und eine Menge von Schaltelementen, die
das Schalten der entsprechenden Normalwerte steuern und ausgangsseitig mit den entsprechenden
Eingängen der Einrichtung zur Summierung der Normalwerte verbunden sind. Der
Eingangs
code trifft beispielsweise von einem Impulszähler ein, dessen Ausgänge mit den Eingängen
der Schaltelemente in Verbindung stehen. Der Impulszähler kann auf der Grundlage
des klassischen Binärcodes ausgeführt sein.
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Ein wesentlicher Nachteil ist bei diesen Digital-Analog-Umsetzern
die niedrige Güte der Ubergangsvorgänge, die in dem Digital-Analog-Umsetzer bei
dem Wechsel der Nachbarcodekombinationen (zum Beispiel, des Codes OLL,..L gegen
den Code LOO,.,O) wegen der erforderlichen Umschaltung vieler Elemente entstehen.
Infolge solcher Übergangsvorgänge entsteht ein starker nicht steuerbarer Strom-
bzw. Spannungssprung am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Digital-Analog-Umsetzer
zu schaffen, beim bei dem Wechsel der Nachbarcodekombinationen der Ubergangsvorgang
in eine Reihe von zeitlich aufeinanderfolgenden lokalen Ubergangsvorgängen verteilt
wird, von welchen Jeder durch die Umschaltung dreier Nachbarstellen des Codes durch
Einführen einer Einheit, die eine stufenweise Umsetzung des Ausgangsredundanzcodes
einer Zahl in andere Codekombinationen der gleichen Zahl realisiert, bedingt ist.
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Dieswird dadurch erreicht, daß bei dem Diital-a'log-Umsetzer, der
eine Einheit zur Summierung der Normalwerte, deren mehrstelliger Eingang an den
mehrstelligen Ausgang einer Schalteinheit gelegt ist, enthält,gemaB der Erfindung
eine
Faltungseinheit für Fibonacci-p-Codes vorgesehen ist, deren
mehrstelliger Ausgang an den mehrstelligen Eingang einer Einheit mit Schaltelementen
angeshlossenist, wobei die Faltungseinheit für Fibonacci-p-Codes "n" Funktionsstellen
enthält, von welchen jede, die der i-ten Stelle des Fibonacci-Codes von der ersten
bis zur (n-2)-ten Stelle entspricht, ein Flipflop, ein logisches WiD-Glied und ein
logisches ObER-Glied, die Funktionszelle der niedrigsten Çnullten) Stelle des Fibonacci-p-Codes
ein Flipflop und ein logisches ODER-Glied, die Funktionszelle, die der höchsten
(n-1)-ten Stelle des Fibonacci-Codes entspricht, ein Flipflop und ein logisches
UND-Glied umfaßt, wobei in der Funktionszelle der i-ten Stelle, von der ersten bis
zur (n-2)-ten Stelle, der Eingang und der Eingang des Flipflops jeweils an den Ausgang
des logischen UND-Gliedes und den Ausgang des logischen ODER-Gliedes, in der Funktionszelle
der niedrigsten (nullten) Stelle der Eingang des Flipflops an den Ausgang des logischen
ODER-Gliedes gelegt ist, während sein L-Eingang als Zähleingang des Digital-wnalog-Umsetzers
dient, in der itnktionszelle der höchsten (n-1)-en Stelle der L-Eingang des Flipflops
an den Ausgang des logischen UND-Gliedes angeschlossen ist, während die Gesamtheit
der L-Ausgange der Flipflops samtlicher Funktionszeilen den mehrstelligen Ausgang
der Faltungseinheit bildet, der eine und der andere Eingang des logischen ODERGliedes
der Funktionszelle der
i-ten Stelle, von der nullten bis zur (n-2)-ten
Stelle jeweils an den Ausgang des logischen UND-Gliedes der (i+p)-ten Funktionszelle
und den Ausgang des logischen UND-Gliedes der (ifp+1)-ten Funktionszelle, der eine
und der andere Eingang des logischen UND-Gliedes der i-ten Funktionszelle von der
ersten bis zur (n-1)-ten.lle - jeweils an den Ausgang des Flipflops der gleichen
Funktionszelle und an den Ausgang des Flipflops der (i-1)-ten Funk tions zelle,
der dritte Eingang des logischen UIXD-Gliedes Funktionszelle der i-ten Stelle, begonnen
von der (p+1)-ten Stelle an den L-Ausgang des Flipflops der (i-p-i)-ten Funktionszelle
angeschlossen sind, während die übrigen Eingänge sämtlicher logischer UND-Glieder
vereinigt sind und als Synchronisiereingang des 1)igital-iuialog-Umsetzers dienen,
wobei n die Stellenzahl des Fibonacci-p-Codes und i = 0, 1, 2...n-1 ist.
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Der erfindungsgemäße Digital-Analog-Umse tzer weist den Vorteil auf,
daß der in diesem bei der Impuls zählung entstehende Ubergangsvorgang in eine Reihe
von lokalen, weniger starken Übergangsvorgängen, die gleichzeitig nicht mehr als
drei Stellen umfassen, verteilt wird, wobei es bei dem erfindungsgemäßen Digital-Analog-Umsetzer
möglich ist, die Dauer des Übergangsvorganges durch Synchronisierimpulse zu regeln,
während die metrologische Kontrolle des erwähnten Digital-Analog-Umsetzers wesentlich
vereinfacht ist.
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Die Erfindungsvorteile sollen aus der folgenden eingehenden
Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, in der
das Funktionsschema des erfindungsgemäßen Digital-Analog-Ums et zers zur Erzeugung
einer linear veränderlichen Größe gezeigt ist, veratändlich werden.
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Der Digital-Anaaog-Umsetzer enthält eine Normalgrößen summiereinheit
1, deren Ausgang 2 als Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers dient.
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Die Normalgrößen (zum Beispiel Normalströme) sind in der Einheit
1 proportional den entsprechenden Fibonacci-p-Zahlen gewählt, d.h. der Wert der
i-ten Stelle ist proportional der i-ten Fibonacci-p-Zahl, die durch folgende rekurrente
Beziehung vorgegeben wird: O bei I 0 fp(i) = 1 bei i = 0 (1) Ci-1) + #p (i-p-i>
bei i 7 0 p wobei p die vorgegebene natürliche Zahl ist.
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Der Digital-Analog-Umsetzer enthält auch eine Einheit 3 mit Schaltelementm
(z. B. Eransistorschaltern), deren Zahl der Stellenzahl in dem Fibonacci-p-Code
gleich ist. Die Ausgänge der Schaltelemente bilden einen mehrstelligen Ausgang der
Einheit 3 und stehen mit dem mehrstelligen Eingang der Einheit; 1 in Verbinduig.
Darüber hinaus enthält der Digital-Analog-Umsetzer eine Faltungseinheit; für Fibonacci-p-Codes,
die für die stufenweise Umsetzung des Ausgangs-p-Codes der
Zahl
in andere Codekombinationen, die diese Zahl darstellen, bestimmt ist. Der mehrstellige
Ausgang der Faltungseinheit 4 ist mit dem mehrstelligen Eingang der Schalteinheit
3 verbunden. Der eine Eingang der Faltungseinheit dient als Synchronisiereingang
5 des Digital-Analog-Umsetzers auf welchen die Synchronisierimpulse des Ubergangsvorganges
gegeben werden, während der andere Eingang der Einheit 4 als Zälileingang 6 des
Digital-Analog-Umsetzers dient, auf den die Zählimpulse gegeben werden.
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Für ein beliebiges pt. enthält die Faltungseinheit 4 "n" Typenfunktionszellen
7 (gegebenfalls n = 0) entsprechend der Zahl der Stellen in dem Fibonacci-p-Code.
Jede i-te Funktionszelle 7 entspricht einer bestimmten (i-ten)-St;elle des Fibonacci-p-Codes
und enthält ein Flipflop 8 dessen Ausgang 9 an die i-te Stelle des mehrstelligen
Eingangs der Einheit 3 gelegt ist. Es sei bemerkt, daß i = 1, 2...
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(n-1) ist. Die Funktionszellen 7, die den Stellen von der ersten bis
zur (n-1)-ten (d.h. bis zur fünften Stelle) entsprechen, umfassen auch ein logisches
UND-Glied 10, dessen Ausgang mit dem Eingang 11 des Flipflops 8 verbunden ist. Ein
Eingang des logischen UND-Gliedes 10 ist mit dem Ausgang 12 des Flipflops 8 verbunden.
Außerdem enthalten die Funkt;ionszellen 7, die den Codestellen von der nullten bis
zur (n-2)-ten encsprechen, logische ODER>Glieder 13. Der Ausgang des logischen
ODER-Gliedes 13 ist mit dem O-Eingang
14 des Flipflops 8 der gleichen
Funktionszelle 7 verbunden.
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Zwischen den Funktionszellen 7 sind folgende Verbindungen hergestellt.
Der eine Eingang des logischen ODER-Gliedes 13 der Funktionszelle 7 der i-ten Codestelle
(zum Beispiel, i = 2) ist an den Ausgang des logischen UND-Gliedes 10 der Funktionszelle
der (i+1)-ten d.h. der dritten Stelle und der andere Eingang an den Ausgang des
logischen UND-Gliedes 10 der Funktionszelle 7 der (i+p+1)-ten, d.h.
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der vierten Stelle, da gegebenfalls p = 1 ist, gelegt. Der zweite
Eingang des logischen UL-Gliedes 10 der Funktionszelle 7 der i-ten, d.h. der zweiten
Stelle ist mit dem L-Ausgang 9 des Flipflops 8 der Funkt;ionszelle 7 der (i-I)-ten,
d.h. der ersten Stelle, der nächste Eingang des logischen UND-Gliedes 10 der Funktionszelle
der i-ten (zweiten) Stelle mit dem Ausgang 9 des Flipflops 8 der Funktionszelle
7 der (i-p-1)-ten, d.h. der nullten Stelle verbunden, während die übrigen Eingänge
sämtlicher logischer UND-Glieder 10 vereinigt sind und als Synchronisiereingang
5 des Digital-Analog^-Umsetzers, auf den das Synchronisiersignal des Übergangsvorganges
gegeben wird, dienen.
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Der L-Eingang 11 des Flipflops 8 der Funktionszelle 7 der niedrigsten
(nullten) Stelle dient als Zähleingang 6 des Digital-Analog-Umsetzers, auf den die
Zählimpulse geweben werden.
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Der in der Zeichnung dargestellte Digital-Analog-Umsetzer entspricht
dem konkreten Fall mit p = 1.
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Der Digital-Analog-Umsetzer funktioniert wie folgt.
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Die Zählimpulse werden auf den Eingang 6 des Digital-Analog-Umset;zers
gegeben. In der Faltungseinheit 4 für den Fibonacci-p-Code findet eine Umwandlung
der Zählimpulsfolge in einen entsprechenden Fibonacci-p-Code, der an dem mehrstelligen
Ausgang der Einheit 4 erscheint und die entsprechenden Schaltelemente der Einheit
3 auslöst. Die Schaltelemente schalten in der Einheit die entsprechenden Normalelemente
zu, deren Werte den Fibonacci-p-Zahlen proportional sind und am Ausgang 2 der Einheit
1 erscheint; ein analoger Parameter, dessen Wert der Zahl N der am Zähleinuang 6
eintreffenden Impulse proportional ist.
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Zwischen dem Anlegen zweier aufeinanderfolgender Zählimpulse (zum
Beispiel zwischen dem ersten und dem zweiten) werden tynchronisierimpulse auf den
Synchronisierimpuls 5 zur Bewirkung einer Serienumsetzung (Faltung) des Ausgangs-p-Codes
der natürlichen Zahl in andere Codekombinationen der %Reichen Zahl gegeben. Hierbei
liegt am Ausgang 2 die gleiche dem Ausgangs-p-Code entsprechende und durch die Einwirkung
des hnfangszählimpulses eingestellte Analoggröße an.
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Im folgenden sei die Funktion der Einheit; 4 austührlich beschrieben.
Vor dem Arbeitsbeginn befinden sich die Flipflops 8 sämtlicher Funktionszellen 7
im Sullzustand, so daß
auf die ersten Eingänge der logischen UND-Glieder
10 von den O-Ausgängen 12 sämtlicher Flipflops 8 Freigabesignale (L-Signale) und
auf die zweiten und dritten Eingänge der logischen UND-Glieder Verbotssignale (O-Signale)
gegeben werden.
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Der erste Zählimpuls, der am Eingang 6 eintrifft, führt zur Umsteuerung
des Flipflops 8 der Funktionszelle 7 der nullten Stelle in den 1-Zustand, so daß
die in der Einheit 4 einge speicherte Kodekombination folgende Form annimmt: 543210
Stellennummern des Fibonacci-1-Codes 00000L- Kodekombination bei N = 1 In der Einheit
1 wird die NormalgröXe der nullten Stelle (#p (0) = 1) zugeschaltet und am Ausgang
2 erscheint der erste ert der linear veränderlichen Größe, der N = 1 proportional
ist0 Beim Einschreiben einer Eins in das Flipflop 8 der Funktionszelle 7 der nullten
Stelle wird vom Ausgang dieses Flipflops auf den zweiten Eingang des logischen UND-Gliedes
10 der Funktionszelle 7 der ersten Stelle ein Freigabesignal (L-Signal) gegeben.
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Das Synchronisiersignal des Übergangsvorganges stellt eine periodische
Folge von kurzen Synchronisierimpulsen dar, deren Dauer der des Ubergangsvorganges
in dem logischen UND-Glied 10 gleich ist. Das Intervall zwischen den Synchronisierimpulsen
ist; gleich der Dauer des Übergangsvorganges in dem Digital-Analog-Umsetzer beim
Einschalten/Ausschalten jedes beliebigen Schaltelementes, wobei der erste Synchronisierimpuls
zum
Synchronisiereingang 5 nach dem .-Eintreffen des Zählimpulses am Eingang 6 nach
einer Zeit, die der Dauer des Überga;svorganges in dem Digiüal-Analog-Umsetzer beim
Einschalten des Schaltelementes der nullten Stelle gleich ist, gelangt. Der erste
Synchronisierimpuls, der am Eingang des logischen UND-Gliedes der Funktionszelle
7 der ersten Stelle eingetroffen ist, führt zum Auftreten eines L-Signals am Ausgang
des erwähnten logischen UND-Gliedes 10, was zur Umsteuerung des Flipflops 8 der
Funktionszelle 7 der ersten Stelle in den L-Zustand führt. geber das logische ODER-Glied
13 der Funktionszelle 7 der nullten Stelle führt dieses 1-Sign zum Kippen des Flipflops
8 der Funktionszelle 7 der nullten Stelle in den Nullstand. Folglich erhält die
in der Einheit 4 eingeschriebene Kombination die Form: 543210 - Stellennummern in
dem Fibonacci-1-Code 0000L0 - Codekombination Diese Codekombination stellt auch
die Zahl 1 dar, während in dem Digit;al-Analog-Umsetzer ein Übergangsvorgang beginnt,
der durch das gleichzeitige "Einschalten" des Flipflops der Funktionszelle 7 der
ersten Stelle und das "Ausschalten" des Flipflops 8 der Funktionszelle 7 der nullten
Stelle bedingt ist0 Nach Ablauf des Ubergangsvorganges wird am Ausgang 2 wieder
der Wert der linear veränderlichen Größe eingestellt (quiiiiert), die dem Wert N
= 1 proportional ist.
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Der zweite Zählimpu2s führt zur Umsteuerung des Flipflops
8
der Funktionszelle 7 der nullten Stelle in den L-Zustand, so daß die Codekombination
in der Einheit folgende Form annimmt: 543210 - Stellennummern in dem Fibonacci-1-Code
Oo0OLL - Codekombination In der Einheit wird der Normalwert der nullten Stelle zugeschaltet,
so daß am Ausgang 2 der zweite Wert der veränderlichen Größe, der N = 2 proportional
ist, formiert wird.
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Hierbei erscheinen an den ersten, zweiten und dritten Eingängen des
logischen UxD-Gliedes 10 der Funktionszelle 7 der zweiten Stelle Breigabesignale.Das
Erscheinen eines Synchronisierimpulses an dem Synohronisiereingang 5 führt zum Auftreten
eines L-Signals am Ausgang des erwähnten ODER-Gliedes 10, das das Flipflop der Funktionszelle
7 der zweiten Stelle in den I-Zustand und über die logischen ODER-Glieder 13 der
Funktionszellen 7 der ersten und nullten Stelle die Flipflops 8 dieser Funktionszelle
in den O-Zustand umsteuert, so daß die Codekombination folgende Form annimmt: 543210
- Stellennummer in dem Fibonacci-1-Code OOOIOO - Codekombination, die dem Fibonacca-i-Code
dir Zahl N = 2 entspricht. In dem Digital-Analog-Umsetzer beginnt erneut ein Ubergangsvorgang,
bedingt durch das gleichzeitige "Einschalten" des Flipflops 8 der Funktionszelle
7 der zweiten Stelle und das "Ausschalten" der Flipflops 8 der Funktionszellen 7
der ersten und nullten
Stelle. Nach Ablauf dieses Ubergangsvorganges
wird am Ausgang 2 erneut der Wert der linear veränderlichen Größe, der N = 2 proportional
ist, eingestellt.
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Nach dem siebten Zählimpuls und allen ihm folgenden Synchronisierimpulsen
nimmt die Einheit 4 folgenden statischen Zustand an: 543210 - Stellennummern OLOLOO
- Codekombination, was dem Fibonacci-1-Code der Zahl 7 entspricht, während am Ausgang
des Digital-dnnlog-viandlers hierbei eine Analoggröße erscheint, die der natürlichen
Zahl 7 proportional ist.
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Nach dem Eintreffen des achten Zählimpulses nimmt die Einheit 4 folgenden
Zwischenzustand ein: 543210 - Stellennummern OLOLOL - Codekombination, die dem ersten
Fibonacci-1-Code der natürlichen Zahl 8 entspricht. Nach dem eintreffen des ersten
Synchronisierimpulses wird die Einheit 4 in einen neuen Zwischenzustand gebracht:
543210 - Stellennummern OLOLO - Codekombination, die dem zweiten Fibonacci-1-Code
der Zahl N = 8 entspricht.
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Beim Eintreffen der folgenden Zählimpulse wird die Operation wiederholt.
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Vorteilhaft ist bei dem beschriebenen DigitAl-Analog-um setzer, daß
der bei der Impuls zählung entstehende Übergangs
vorgang in eine
Reihe von lokalen Übergangsvorgangen, die gleichzeitig nicht mehr als drei Stellen
(i-te, i-1-te und i-p-1-te) umfassen, verteilt wird. Außerdem ist es möglich, die
Dauer des Ubergangsvorganges durch Synohronisierimpulse zu regeln, wodurch die Güte
de;s Ubergangsvorganges verbessert und seine Stärke vermindert wird.
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Bei dem Digital-Analog-Umsetzer wird nach dem Eintreffen Jedes beliebigen
Zählimpulses nur eine Stelle (nullte Stelle) des Codes eingeschaltet und am Ausgang
des Digital-wnalog-Umsetzers wird sogleich ein statischer Wert, der N entspricht,
formiert, wonach ein synchroner Ubergangsvorgang beginnt.
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Dies verbessert auch die Güte des Ubergangsvorganges und ist wichtig
bei der Benutzung des DigitalAnalog-Umsetzers in einem Serien-hnalog-Digit§-Umsetzer
mit Rückkopplung und in Abtast-Digitalmeßsystemen, wenn der Digital-Analog-Ums etzer
an den Eingang einer Vergleichs einrichtung angeschlossen ist, die fehlerhaft auf
den Ubergangsvorgang reagieren kann.
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Darüber hinaus wird bei dem erfindungsgemaßen Digital Analog-Umsetzer
seine metrologische Kontrolle vereinfacht.
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Dazu genügt es, nach Eintreffen des nächstfolgenden Zählimpulses und
Einstellung des Ausgangsanalogwertes, der N entspricht, die Konstantheit der Ausgangsgröße
nach dem Eintreffen jedes Synchronisierimpulses zu kontrollieren. Eine Abweichung
von dem konstanten Wert kann nur infolge einer Störung der Fibonacci-Beziehung (1)
zwischen den Werten der
einzelnen Stellen in dem Digital-.Analog-Umsetzer
vorkommen, d.h. die Fibonacci-Beziehung (1) tritt in der Rolle eines eigenartigen
"mathematischen Wächters" auf. Eine grosse Abweichung ist ein Zeichen für ein Versagen
in dem Digital-Analog-Umsetzer.
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Die Realisierung des erwähnten Ubergangsvorganges durch Falten der
Werte der Binärstellen (ohne Änderung des Zahlenäquivalentes N), d.h. die Operation:
| ÓLOLOLOLL |
| luJ |
| OLOLOLLOO |
| N=OL |
| N , OLOLLOOOO |
| OLluj |
| L000000 |
| LDOOOOOO |
kann man auch als eine eigenartige Mittelung der Ausgangsgrbsse traktieren, so dass
infolge der Realisierung des erwähnten Ubergangsvorganges die Genauigkeit des Digitanl-Analog-Umsetzers
erhöht wird.