DE2946000A1

DE2946000A1 - Integrierende analog-digitalwandlerschaltung

Info

Publication number: DE2946000A1
Application number: DE19792946000
Authority: DE
Inventors: John Brent Crosby
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1978-11-14
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1980-05-22
Also published as: GB2039433A; DE2946000C2; US4309692A; DE2953968C2; FR2441967B1; FR2441967A1; GB2039433B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Analog-Digital-Wandler-

echaltungen, bei denen ein Energiespeicher abwechselnd geladen und entladen wird, um ein analoges Eingangssignal in ein digitales Signal umzuwandeln. Das Laden und Entladen des Energiespeichers erfolgt mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wobei zumindest eine dieser Geschwindigkeiten von der Amplitude des analogen Eingangssignals abhängt. Durch Vergleichen der jeweiligen Lade- und Entladeperiodenzeiten kann ein Signal abgeleitet werden, das proportional zur Amplitude des analogen Eingangssignals ist. Dieses Signal wird dadurch in ein digitales Signal umgewandelt, daß während der Lade- und/oder Entladeperioden Taktimpulse gezählt werden.

Es ist wesentlich, daß derartige Analog-Digital-Wandler derart geeicht werden, daß irgendein Spannung3abweichungsfehler zwischen dem Wert des analogen Eingangssignals und dem durch das digitale Ausgangssignal dargestellten Wert ausgeschlossen wird, d. h. es muß sichergestellt werden, daß dann, wenn der Wert des Eingangssignals gleich Null ist, der durch das digitale Ausgangssignal dargestellte Wert ebenfalls gleich Null ist, so daß keine Fehlspannung auftritt. Bei bekannten Anelog-Digital-Wandlem erfordert diese Null-Eichung genau aneinander angepaßte oder abgeglichene Bauteilewerte. Diese Bauteilwerte sind jedoch aufgrund ihrer Eigenart Änderungen unterworfen, so daß die Null-Eichung unstabil wird.

Es sind Analog-Digital-Wandler bekannt, die zusätzliche Schaltungen zur automatischen Stabilisierung der NuIl-

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Eichung einschließen, im allgemeinen durch Mecsen des Ausmaßes der Abweichungen der kritischen Bauteilewerte und durch Kompensation dieser Abweichungen. Die Betriebsweise dieser bekannten Analog-Digital-Wandler erfordert im allgemeinen eine periodische Betriebsfolge für die automatische Null-Stellung, während der die Drift gemessen und kompensiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierende Analog-Digital-Wandlerschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine automatische Kompensation und Korrektur von Fehlspannungen und Bauteilwerteabweichungen in der gesamten Schaltung ermöglicht, so daß sich eine automatische Null-Einstellung ohne getrennte automatische Null-Setzungs-Perioden ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Schalteinrichtung, die einen Integrator-Kondensator mit einer Lade-ZEntladeschaltung oder einer gesteuerten Stromquelle während einer ersten eine feste Dauer aufweisenden Periode mit einer ersten Polarität und mit der entgegengesetzten Polarität während einer zweiten eine veränderliche Dauer aufweisenden Periode verbindet, wird der Fehlstrom oder der Abweichungsfehler des Kondensatorstromes, der durch Fehlspannungen in irgendeinem Teil der Lade-/Entladeschaltung oder der gesteuerten Stromquelle während der

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ersten eine feste Dauer aufweisenden Periode hervorgerufen wird, genau durch einen gleichen und entgegengesetzten Kondensator-Fehlstrom während der zweiten eine veränderliche Dauer aufweisenden Periode ausgeglichen.

Hierbei kann weiterhin eine Schalteinrichtung, die nicht von der vorstehend beschriebenen Schalteinrichtung getrennt sein muß, vorgesehen sein, die zumindest einen Anschluß des Kondensators wirksam von der Lade-/Entladeschaltung oder der gesteuerten Stromquelle während des Zeitintervalle trennt, das sich vom Ende der zweiten eine veränderliche Dauer aufweisenden Periode Jeder Umwandlungsfolge bis zum Beginn der ersten eine feste Dauer aufweisenden Periode der nächsten Umwandlungsfolge erstreckt. Aufgrund dieser Schaltung werden alle Fehler ausgeschlossen, die möglicherweise durch eine Eingangs-Fehlspannung des Komparators und die anfängliche Kondensatorladung hervorgerufen werden können, weil sichergestellt wird, daß die anfängliche Kondensatorladung zu Beginn der ersten festen Zeitperiode einer Umwandlungsfolge gleich der Ladung ist, die von dem Komparator am Ende der zweiten Zeitperiode gemessen wird. Weiterhin werden Fehler verringert, die möglicherweise dadurch hervorgerufen werden könnten, daß der Komparator eine relativ langsame Geschwindigkeit oder eine lange Signalausbreitungszeit aufweist, weil die Änderung der Kondensatorspannung von der Zeit, zu der sie den Komparatorschwellwert durchläuft, bis zur Zeit, zu der der Komparatorausgang auf dieses Ereignis anspricht, gleich einer zusätzlichen Komparator-Eingangsfehlspannung ist. Die erfindungsgemäße Lade-/Entladeschaltung, die auch als spannungsgesteuerte Stromquelle bezeichnet wird, wurde bisher bei Analog-

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Digital-Wandlern nicht verwendet. Diese Lade-/Entladescholtung umfaßt vorzugsweise einen Transistor, der einen Stromfluß steuert, sowie einen Operationsverstärker, dessen Ausgangssignal den Transistor steuert und dessen beide Differenzeingänge mit dem analogen Eingangssignal und mit einem Widerstand verbunden sind, durch den der durch den Transistor gesteuerte Strom fließt. Auf diese Weise kann die Anzahl der Operationsverstärker, mit denen die Analog-Digital-Wandlerschaltung aufgebaut ist, gegenüber bekannten Wandlerschaltungen verringert werden. Hierbei kann zumindest ein Operationsverstärker fortgelassen werden, der bei bekannten Analog-Digital-Wsndlerschaltungen häufig als Teil eines Integrators verwendet wird, bei dem ein Integrator-Kondensator im Gegenkopplungszweig zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers eingeschaltet ist. Die erfindungsgemäße Lade-/Entladeschaltung kann direkt mit einem Integrator-Kondensator verbunden werden, ohne daß dieser zusätzliche Operationsverstärker erforderlich ist, weil im Gegensatz zu bekannten Analog-Digital-Wandlerschaltungen der Strom, der dem Kondensator zugeführt wird, im wesentlichen unabhängig von der Kondensatorspannung ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Teils einer Ausführungsform der Integrierenden Analog-Digital-Wandlerschaltung,

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Fig. 2 und 3 jeweils Folgen von Schwingungsformen, die zur Erläuterung der Betriebsweise der Analog-Digit al -Wandlerschaltung nach Fig. 1 zweckmäßig sind,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der digitalen Zeitsteuer- und Ausgangsschaltungen des Analog-Digital-Wandlers,

Fig. 5 eine Folge von Schwingungsformen, die zur Erläuterung der Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 4 zweckmäßig sind.

In den Zeichnungen und insbesondere in der Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild eines Teils einer integrierenden Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 gezeigt. Die allgemein mit 60 bezeichnete digitale Zeitsteuer- und Ausgangsschaltung der Analog-Digital-Konverterschaltung 10 ist in Fig. 4 gezeigt. Die Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 verwendet einen einzigen Kondensator 11 als Energiespeichereinrichtung und dieser Kondensator 11 ist mit Hilfe einer Anzahl von Schaltern 12 bis 15 zwischen einer Betriebspotentialquelle V+ und einer spannun^ugesteuerten Stromquelle 20 einschaltbar. Obwohl die Schalter 12 bis 15 zur Erleichterung der Erläuterung als mechanische Schalter dargestellt sind, ist es für den Fachmann verständlich, daß in der Praxis !!Transistorschalter oder dergleichen verwendet werden.

Ein Anschluß des Kondensators 11 ist über den Schalter 12 Bit der Betriebspotentialquelle V+ verbunden, während der

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andere Anschluß über den Schalter 13 mit dieser Betriebspotentialquelle V+ verbindbar ist, wobei die Schalter 12 und 13 für eine gleichzeitige Betätigung miteinander verbunden sind. Der eine Anschluß des Kondensators 11 ist über den Schalter 14 mit einem Verbindungspunkt 21 am Ausgang der Stromquelle 20 verbunden, während der andere Anschluß 11 über einen Schalter 15 mit dem Verbindungspunkt 21 verbindbar ist, wobei auch die Schalter 14 und 15 für eine gleichzeitige Betätigung miteinander verbunden sind. Die Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 schließt weiterhin einen Verstärker 18 mit einem invertierenden Eingang, der mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern 13 und 15 sowie dem Kondensator 11 verbunden ist, und mit einem nicht-invertierenden Eingang ein, der mit der Betriebspotentialquelle V+ verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 18 an der Leitung 19 erzeugt ein Zeitsteuersignal, das weiter unten noch ausführlicher erläutert wird.

Die spannungsgesteuerte Stromquelle 20 schließt einen Operationsverstärker 22 mit einem nicht-invertierenden Eingang ein, der mit den ersten Anschlüssen von ersten und zweiten parallelen Schaltern 16 und 17 verbunden ist, die betriebsmäßig für eine gleichzeitige Letätigung miteinander verbunden sind. Der Schalter 16 kann das analoge Eingangssignal an der Leitung 23 mit dem Operationsverstärker 22 verbinden, während der Schalter 1? den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 22 mit einem Erdanschluß 24 verbindet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 22 ist mit dem Gate-Anschluß eines NMOS-Transistorverstärkers 25 verbunden, dessen Drain-Elektrode mit dem Verbindungspunkt 21 verbunden ist und dessen

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Source-Elektrode mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 22 verbunden ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 22 ist weiterhin über einen Widerstand 26 mit einer negativen Betriebspotentialquelle V- verbunden.

Die Betriebsweise der Analog-Digital-Wandlerschaltung nach Fig. 1 wird im folgenden anhand der Schwingungsformen nach den Fig. 2 und 3 erläutert, die die Betriebsweise der Schaltung für negative bzw. positive Eingangssignnle zeigen. In den Fig. 2 und 3 ist die Schwingungsform am Verbindungspunkt der Schalter 12 und 14 und des Kondensators 11 mit A bezeichnet, während die Schwingungsform am Verbindungspunkt der Schalter 13 und 15 mit dem Kondensator 11 mit B bezeichnet ist,und die Schwingungsform an der Leitung 19 am Ausgang des Verstärkers 18 ist mit C bezeichnet. Weiterhin ist der Ausgang einer Zähleinrichtung 62 dargestellt, die in Fig. 4- gezeigt ist und die weiter unten ausführlicher erläutert wird. Für die Zwecke der vorliegenden Erläuterung reicht es aus, festzustellen, daß der Zähler 62 kontinuierlich und abwechselnd eine Vorwärtszählung und eine Rückwärtszählung zwischen vorgegebenen niedrigen und hohen Zählerständen, in diesem Fall O und 999» erzeugt.

Zu einem Zeitpunkt tQ, der den Beginn einer vollständigen Umwandlungsfolge markiert, hat der Zähler 62 gerade die Zählung 999 erreicht, die Schalter 12 und 14 sind geschlossen, die Schalter 13 und 15 sind geöffnet, der Schalter 16 ist offen und der Schalter 17 ist geschlossen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Während sich die Schalter in diesen Stellungen befinden, ist der Punkt A

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direkt mit V+ verbunden, wie dies bei 30 gezeigt ist, während der Punkt B gegenüber V+ um einen Eetrng negativ ist, der gleich der Eingangsfehlspannung deß Verstärkers 18 ist. Zur Vereinfachung der Erläuterung der Betriebsweise der Schaltung 10 sei angenommen, daß der Verstärker 18 eine kleine negative Eingangs-Fehlspannung aufweist, so daß der Punkt B nahezu gleich, jedoch etwas kleiner als V+ ist, wie dies bei 31 C^ezeist ist. Diese Armohme beeinflußt nicht die Betriebsweise der Analog-Digital-Vandlerschaltung 10. Der Ausgang des Operationsverstärkers 18 weist ebenfalls einen Pegel von V+ auf, wie dies bei 32 gezeigt ist. Diese Bedingungen werden als Beginn der Ruheperiode der Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 bezeichnet.

Während dieser Ruheperiode, die bei tQ beginnt, zählt der Zähler 62, ausgehend von 999, auf 0, wie bei 33 gezeigt ist. Weiterhin wird während dieser Zeit der Strom I, der durch die spannungsgesteuerte Stromquelle 20 fließt, direkt von V+ abgeleitet, so daß sich keine Ladung oder Entladung des Kondensators 11 ergibt.

Wenn der Zähler 62 eine vorgegebene niedrige Zählung, in diesem Fall die Zählung von 0, zum Zeitpur.'et t^ erreicht, der den Beginn der Integrationsperiode der Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 für das unbekannte Signal markiert, kehrt die digitale Zeitsteuerschaltung 60 die Positionen der Schalter 12, 13, 16 und 17 um, während die Schalter 14 und 15 in den in Fig. 1 gezeigten Stellungen verbleiben. Wenn dies der Fall ist, wird der Strom I zu einer Funktion des unbekannten analogen Eingangssignals an der Leitung 23. Weil der Punkt B nunmehr mit V>

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verbunden ist, nimmt der Ausgang des Verstärkers 18 einen niedrigen Pegel an, wie dies bei 3^ gezeigt ist. Der Kondensator 11 ist nunmehr zwischen der spannungsgesteuerten Stromquelle 20 und V+ über die Schalter 13 und 14 eingeschaltet. Obwohl sich keine sofortige Änderung der Spannung längs des Kondensators 11 ergibt, beginnt eine Änderung der Ladung des Kondensators aufgrund des Stromflusses. Weil der dem Kondensator 11 zugeführte Strom aus einer Quelle mit hoher Impedanz zugeführt wird (spsnnungsgesteuerte Stromquelle 20), fällt die Spannung am Punkt A linear in negativer Richtung ab, wie dies bei 35 gezeigt ist. Die Ladegeschwindigkeit ist direkt proportional zum Eingangssignal an der Leitung 23. Wenn das Eingangssignal Null wäre, so würde die Spannung längs des Kondensators 11 entlang der gestrichelten Kurve 36 abfallen. Weil in diesem Fall das Eingangssignal Jedoch als negativ gegenüber dem gemeinsamen Erdpotential angenommen ist, wird der Ladestrom verringert und die Spannung sinkt linear mit einer geringeren Geschwindigkeit ab. Wenn das Eingangssignal noch negativer wäre, so würde die Spannung am Punkt A noch langsamer absinken, wie dies durch die gestrichelte Kurve 37 dargestellt ist.

In jedem Fall setzt sich die Änderung der Ladung auf dem Kondensator 11, ausgehend von einer Anfangsladung, die hier als Null angenommen ist, und in einer ersten Richtung mit einer Geschwindigkeit fort, die durch das Eingangssignal an der Leitung 23 bestimmt ist, und zwar für eine erste feste Zeitperiode, die durch den vorher genannten frei laufenden Zähler 62 bestimmt ist. Das heißt, daß die Integrationsperiode für das unbekannte Signal eingeleitet wurde, als der Zähler 62 seine vorgegebene

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niedrige Zählung, in diesem Fall die Zählung von O, zum Zeitpunkt t^ erreichte, und diese Periode setzt sich fort, bis der Zähler 62 seine vorgegebene hohe Zählung, in diesem Fell eine Zählung von 999, zum Zeitpunkt t₂ erreicht.

Zum Zeitpunkt tp, der das Ende der eine feste Dauer aufweisenden Periode der Integration des unbekannten Signals und den Beginn der eine veränderliche Dauer aufweisenden Feriode für die Integration des Bezugssignals markiert, ruft die digitale Zeitsteuerschaltung 60 eine Änderung der Stellungen aller Schalter hervor. Das heißt, daß die Schalter 12, 15 und 17 schließen, während die Schalter 13» 14- und 16 öffnen. Es sei daran erinnert, daß am Ende dieser Zeitperiode, zum Zeitpunkt tp, die Ladung auf dem Kondensator 11 eine Funktion des Ladestroms ist, der eine Funktion der Amplitude des analogen Eingangssignals an der Leitung 23 ist.

In jedem Fall vertauscht die Umkehrung der Positionen der Schalter 12 bis 15 die Anschlüsse des Kondensators 11 zwischen V+ und dem Verbindungspunkt 21, so daß die Änderung der Ladung dieses Kondensators nunmehr in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Das heißt, da£ der Punkt A unmittelbar mit V+ verbunden wird, so daß sich ein Spannungssprung am Punkt A ergibt, wie dies bei 38 gezeigt ist. Der Punkt A bleibt nunmehr auf V+, wie dies bei 39 gezeigt ist. Weil sich die Spannung längs eines Kondensators nicht momentan ändern kann, ergibt sich eine entsprechende Änderung der Spannung am Punkt B, wie dies bei 40 gezeigt ist. Daher ergibt sich am Punkt B ein Spannungssprung um einen Betrag über V+, der gleich der

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vorhandenen Ladung auf dem Kondensator 11 ist.

Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Spannung am Punkt B in negativer Richtung abzusinken, wie dies bei 41 gezeigt ist. Weil der Schalter 16 nunmehr offen ist, während der Schalter 17 geschlossen ist, ist der Ladestrom fest, und die Ladung des Kondensators 11 wird mit einer konstanten Geschwindigkeit geändert. Andererseits hängt der Ausgangspunkt von der Ladung ab, die vorher in dem Kondensator 11 gespeichert wurde. Wenn daher die Ladung vorher entlang der Kurven 36 oder 37 erfolgt wäre, so würde nunmehr die Ladung entlang der Kurven 42 bzw. 43 erfolgen.

Wenn daher die Ladung auf dem Kondensator 11 zu einem Zeitpunkt t^ auf die anfängliche Ladung zurückkehrt, wird diese Spannungsdifferenz ebenfalls auf die Eingangsfehlspannung des Verstärkers 18 zurückgeführt, die nahe bei Null liegt. Infolgedessen nimmt der Ausgang des Verstärkers 18 einen hohen Pegel an, wie dies bei 44 gezeigt ist. Hierdurch wird die Integrationsperiode für das Bezugsoignal beendet. Das heißt, daß die digitale Zeitsteuerschaltung 60 die Änderung des Pegels am Ausgang des Verstärkers 18 feststellt und den Schalter 15 öffnet, während der Schalter 14 geschlossen wird. Es ist zu erkennen, daß sich die Schalter 12 bis 17 nunmehr wieder in den Stellungen befinden, die zum Zeitpunkt t_Q vorhanden waren.

Die Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 schließt aufgrund ihrer Eigenart alle Fehler aus, die möglicherweise durch die Eingangs-Fehlspannung des Verstärkers 18 und die Anfangsladung dee Kondensators 11 hervorgerufen werden

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könnten. Dies wird dadurch erreicht, daß sichergestellt wird, daß die Anfangsladung auf dem Kondensator 11 zum Zeitpunkt t^ gleich der Ladung ist, die vom Verstärker 18 zum Zeitpunkt t, gemessen wird (die letztere ist durch die Eingangs-Fehlspannung des Verstärkers 18 bestimmt). Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß, wie dies vorstehend erläutert wurde, der Schalter 15 zum Zeitpunkg t, öffnet, so daß die Ladung am Kondensator 11 daran gehindert ist, sich zu ändern, bis der nächste Analog-Digital-Wandlungsvorgang zum Zeitpunkt t* beginnt.

Die Analog-Digital-Wandlerschaltung schließt in gleicher Weise alle Fehler aus, die möglicherweise dadurch hervorgerufen werden könnten, daß der Verstärker 18 eine relativ langsame Ansprechzeit oder langsame Signalfortpflanzungszeit aufweist. Von der Zeit, zu der die Kondensatorspannung den von dem Verstärker 18 gemessenen Schwellwert durchläuft, bis zu der Zeit, zu der der Verstärker 18 durch öffnen des Schalters 15 anspricht, ändert sich die Kondensatorspannung um einen vorgegebenen Betrag, weil sich die Kondensatorspannung während der Zeitperiode von tp bis t, mit einer vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit ändert. Diese Änderung der Kondensatorspannung ist ähnlich einer zusätzlichen Eingangs-Fehlspaanung des Verstärkers 18 und sie wird aufgrund der Eigenart der Schaltung so kompensiert, wie dies weiter oben erläutert wurde.

Es sei nunmehr der Teil der Schaltung nach Fig. 1 unterhalb des Verbindungspunktes 21 betrachtet. Während der eine feste Dauer aufweisenden Periode der Integration des analogen Eingangssignals von t^ bis t₂ ist der Schalter

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16 geschlossen, während der Schalter 17 offen ist. Zum Zeitpunkt tp öffnet der Schalter 16, während der Schalter

17 schließt. Der Schalter 17 verbindet den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 22 mit einem gemeinsamen Erdpunkt 24. Der Stromfluß während der eine veränderliche Dauer aufweisenden Periode der Integration des Bezugssignals von tp bis t, weist einen festen Bezugswert auf, der durch die Spannung V-, den Widerstand 26 und die Eingangs-Fehlspannung des Operationsverstärkers 22 bestimmt ist. Obwohl die Eingangs-Fehlspannung des Verstärkers 22 die Eigenschaft der Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 hinsichtlich des Null-Abgleichs nicht beeinflußt, sollte sie doch bei der Auswahl von V- berücksichtigt werden, dessen absolute Größe die Vollskalenwert-Eichung bestimmt.

wahrend der Zeit von t^ bis t^, zu der der Schalter 17 geöffnet und der Schalter 16 geschlossen ist, ist der Strom durch die Bezugspotentialquelle V- und durch die Spannung bestimmt, die dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 22 zugeführt wird. In jedem Fall wirkt die Schaltung unterhalb des Verbindungspunktes 21 als spannungsgesteuerte Stromquelle, wobei in einem Fall der Strom I durch die analoge Eingangsspannung gesteuert wird, während der Strom I im anderen Fall fest ist.

Wenn die Eingangsspannung gleich Null ist, sind der feste Strom und der durch die Eingangsspannung gesteuerte veränderliche Strom gleich. Daher ist die gleiche Zeitdauer erforderlich, um die Ladung auf dem Kondensator 11 wäh rend der Periode der Integration des Eingangssignals und

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der Periode der Integration des Bezugssignals zu ändern, und die Zeit t, entspricht einer Zählung von Null in dem Zähler 62. Dies entspricht den Kurven 36 und ^L\2 in Fig. und es ist zu erkennen, daß die Spannung am Punkt B bei einer Zählung von 0 auf V+ zurückkehrt. Wenn die Eingangsspannung an der Leitung 23 in ihrer Größe mit negativer Polarität ansteigt, verringert sich der Ladestrom während der Periode der Integration des Eingongssignals, so daß während der darauffolgenden Periode der Integration des Bezugssignals von tp bis t, weniger Zeit erforderlich ist, damit die Ladung auf dem Kondensator 11 auf die Anfangsladung zurückkehrt. Während des Anfangsteils der Periode der Integration des Bezugssignals zählt der Zähler 62 rückwärts, wie dies bei 45 gezeigt ist, so daß der Zeitpunkt t, erreicht wird, bevor der Zähler eine Zählung von 0 erreicht. Es ist zu erkennen, daß die Änderung der Ladung des Kondensators 11 während der Periode der Integration des Eingangssignals und die Zeit, die erforderlich ist, um auf die Anfangsladung zurückzukehren, um so kleiner ist, Je großer die Größe der Eingangsspannung mit negativer Polarität ist. Der Extremzustand wird erreicht, wenn der Ladestrom während der Periode der Integration des Eingangssignals gleich Null ist, so daß die Ausgangszählung zum Zeitpunkt t, gleich ~\ }? ist. In Je dem Fall weist der Ausgang des Zählers 62 für negative Eingangssignale einen negativen Wert auf, der direkt proportional zur Größe des Eingangssignals ist.

Wenn andererseits die Größe der Eingangsspannung mit positiver Polarität ansteigt, wird der Strom I während der Periode der Integration des Eingangssignals von t* bis tp vergrößert und nicht verkleinert. Dieser Zustand ist in

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Fig· 3 gezeigt, in der die Anfangsspannungen an den Punkten A, B und C bei 50, 51 bzw. 52 gleich denen sind, die weiter oben anhand der Fig. 2 beschrieben wurden. Zum Zeitpunkt t* kehrt sich das Ausgangssignal des Verstärkers 18 um, wie dies bei 53 gezeigt ist, und die Spannung am Punkt A beginnt linear abzusinken, wie dies bei 5^- gezeigt ist. Zum Zeitpunkt to» der durch die Zählung im Zähler 62 bestimmt ist, und zu dem die Schalter 12 bis 17 ihre Stellungen umkehren, wird der Punkt A unmittelbar mit V+ verbunden, so daß sich ein Spannungssprung am Punkt A ergibt, wie dies bei 55 gezeigt ist. Ein entsprechender Spannungssprung ergibt sich am Punkt B, wie dies bei 56 gezeigt ist. Die Spannung am Punkt B fällt nun in negativer Richtung ab, wie dies bei 57 gezeigt ist, bis der Verstärker 18 feststellt, daß die Ladung auf dem Kondensator 11 auf die Anfangsladung zurückgekehrt ist, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 18 den Zustand ändert, wie dies bei 58 gezeigt ist.

Während dieser Zeit von t₂ bis t, zählt der Zähler 62 auf O zurück, wie dies bei 46 gezeigt ist, und beginnt dann in Richtung auf 999 vorwärtszuzählen, wie dies bei 47 gezeigt ist. Je größer die Eingangsspannung an der Leitung 23 ist, desto größer ist das Zeitintervall zwischen to und t,, so daß die Zählung dann mit anwachsenden Signalamplituden ansteigt. Entsprechend weist der Ausgang des Zählers 62 für positive Eingangssignale einen positiven Wert auf, der direkt proportional zur Größe des Eingangesignals ist.

Das resultierende Ergebnis besteht darin, daß es nicht länger erforderlich ist, daß die Eingangsspannung eine

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Polarität aufweist, die entgegengesetzt zur Bezugsspannung ist, oder daß sie eine feste Polarität aufweist, wie dies bei den meisten bekannten Systemen der Fall ist. Die vorstehend beschriebene Analog-Digital-Wandlerschaltung wandelt die Eingangsspannung in einen eine Ladung ändernden Strom um, und eine einzige Schaltung erzeugt sowohl positive als auch negative Ausgangszählungen.

In Fig. 4- ist eine Ausführungsform der Zeitsteuerschaltung zur Betätigung der Schalter 12 bis 1? und zur Lieferung eines digitalen Ausgangssignals gezeigt, das die Amplitude des analogen Eingangssignals an der Leitung darstellt. Die digitale Zeitsteuer- und Ausgangsschaltung 60 schließt einen Taktoszillator 61 zur Erzeugung regelmäßig wiederkehrender Zeitsteuerimpulse und einen BCD-Vorwärte-/Rückwärts-Zähler 62 ein, der auf die Taktimpulse von dem Taktoszillator 61 anspricht und diese kontinuierlich zählt. Der Zähler 62 zählt zwischen vorgegebenen niedrigen und hohen Zählungen, in diesem Fall 0 und 999. Ein Signal, das anzeigt, daß die niedrige oder hohe Zählung erreicht wurde, wird von dem Zähler 62 einer Flip-Flop-Schaltung 63 zugeführt, deren Ausgang an den Zählrichtungseingang des Zählers 62 zurückgeführt ist. Daher ändert der Ausgang der Flip-Flop-Schaltun^ f.3 jedesmal dann das Ausgangssignal an dem Zähler 62, wenn dieser Zähler entweder seine niedrige oder hohe Zählung erreicht, so daß der Zähler dann in der entgegengesetzten Richtung zu zählen beginnt.

Der Ausgang des Taktoszillators 61 ist weiterhin mit einer Synchronisierschaltung 64 verbunden, die das Ausgangssignal von dem Verstärker 18 an der Leitung 19

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empfängt, die bisher als Punkt C bezeichnet wurde. Die Schaltung 64 synchronisiert die Zustandsänderung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 18 mit den Zeitsteuerimpulsen des Taktoszillators 61 und erzeugt ein synchronisiertes Ausgangssignal an der Leit\ing 65» wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 18 einen hohen Pegel einnimmt. Es sei daran erinnert, daß dies zum Zeitpunkt t, erfolgt und diesen Zeitpunkt t, definiert, und das Ausgangssignal der Synchronisierschaltung 64 an der Leitung 65 wird einer Zwischenspeicherschaltung 66 zugeführt, die den Zählausgang des Zählers 62 an Leitungen empfängt. Das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 66 wird einem Anzeigetreiber 68 zugeführt, dessen Ausgang mit einer Anzeige 69 verbunden ist. Wenn daher das Signal an der Leitung 65 eine Zwischenspeicherung der Zählung in dem Zähler 62 in dem Zwischenspeicher 66 hervorruft, wird diese Zählung über den Anzeigetreiber 68 der Anzeige 69 zugeführt, so daß diese Zählung angezeigt wird.

Die digitale Zeitsteuer- und Ausgangsschaltung 60 schließt weiterhin eine Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 ein, die das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 18 an der Leitung 19» das Ausgangssignal der ?lip-Flop-Schaltung 63 und das Ausgangssignal einer Flip-Flop-Schaltung 71 empfängt, deren Eingang mit dem Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 63 verbunden ist. Die Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 ist eine übliche digitale Logikschaltung zur Erzeugung von drei Zeitsteuerimpulsen an Leitungen 72, 73 und 74·» die die Ruheperiode der Schaltung 10, die Periode der Integration des Eingangssignals der Schaltung 10 bzw. die Periode der Integration des

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BezugsBignals der Schaltung 10 festlegen.

Die Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 4 wird im folgenden anhand der Schwingungsformen nach Fig. 5 beschrieben, die die Ausgangssignale der Flip-Flop-Schaltungen 63 und 7^» die drei Ausgangssignale der Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 und das Ausgangssignal des Zählers 62 zeigen. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, besteht eine Funktion der digitalen Zeitsteuer- und Ausgangsschaltung 60 darin, aufeinanderfolgende Zeitsteuerbefehle für das öffnen und Schließen der Schalter 12 bis 17 zu liefern. Dies wird dadurch erreicht, daß der Taktimpulsausgang des Taktoszillators 61 mit Hilfe des Vorwärts-ZRückwärts-Zählers 62 unterteilt wird, so daß eine feste Zählperiode ausgebildet wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Zähler 62 eine vorgegebene feste Zeit benötigt, um entweder von 0 bis 999 oder von 999 bis 0 zu zählen. Die Flip-Flop-Schaltungen 63 und 71 und die Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 erzeugen die übrigen Zeitstexierbefehle für die Umwandlungsperiode. Das Ende der Periode der Integration des Bezugssignals zum Zeitpunkt t* ist der einzige Zeitsteuerbefehl, der nicht direkt durch das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 63 eingeleitet wird. Zusätzlich zur Ausbildung der SchalterbetL'Jigungsfolgen wandelt die digitale Zeitsteuer- und Ausgangsschaltung 60 weiterhin die Daten von der Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 in Anzeigeinformationen um, die proportional zum Absolutwert und zur Polarität des Eingangssignal sind.

Anhand der Fig. 4 und 5 sei angenommen, daß zum Zeitpunkt t_Q der Zähler 62 gerade die Zählung von Taktimpulsen von dem Taktoszillator 61 in Vorwärtezählrichtung beendet hat

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und die Zählung von 999 erreicht hat. Diese Zählung bewirkt, daß das Ausgangssignal der Flip-Flop-Scheltung 63 einen hohen Pegel annimmt, wie dies bei 80 gezeigt ist, so daß dem Zähler 62 ein Signal geliefert wird, das dessen Zählrichtung umkehrt, wie dies bei 81 gezeigt ist. Das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 63 wird weiterhin der Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 und der Flip-Flop-Schaltung 71 zugeführt, deren Ausgang ebenfalls einen hohen Pegel annimmt, wie dies bei 82 gezeigt ist. Dieser Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 71 wird weiterhin der Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 zugeführt, die die beiden hohen Eingangspegel als Anzeige für den Beginn der Ruheperiode interpretiert. Entsprechend nimmt das Ausgangssignal der Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 an der Leitung 72 einen hohen Pegel an, wie dies bei 83 gezeigt ist. Zu dieser Zeit ergeben sich keine Änderungen der Signale an den Aus gangs leitungen 73 und 74-, wie dies bei 84 bzw. 85 gezeigt ist.

Wenn der Zähler 62 die Zählung von 0 erreicht, was den Beginn der Periode der Integration des Eingangssignals markiert, nimmt der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 63 einen niedrigen Pegel an, wie dies bei 86 gezeigt ist, wodurch dem Zähler 62 der Befehl zur UmkeLr der Zählrichtung gegeben wird, und der Zähler 62 beginnt nunmehr in Vorwärtsrichtung zu zählen, wie dies bei 87 gezeigt ist. Die Flip-Flop-Schaltung 71 ändert ihren Zustand zu dieser Zeit nicht, weil sie lediglich auf die positiven Anstiegsflanken am Eingang anspricht. Die Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 interpretiert den niedrigen Pegelausgang der Flip-Flop-Schaltung 63 und den hohen Pegel am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 71 als das Ende der Ruheperiode

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und den Beginn der Periode der Integration des Eingangssignal, so daß der Ausgang an der Leitung 72 einen niedrigen Pegel annimmt, wie dies bei 88 gezeigt ist, während der Ausgang an der Leitung 73 einen hohen Pegel annimmt, wie dies bei 89 gezeigt ist. Das Signal an der Leitung wird den Schaltern 12, 13» 16 und 17 zugeführt, die als Antwort ihre Positionen ändern, wie dies weiter oben beschrieben wurde.

Wenn der Zähler 62 wiederum eine Zählung von 999 erreicht, nimmt der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 63 wieder einen hohen Pegel an, wie dies bei 90 gezeigt ist, was dem Zähler 62 den Befehl gibt, seine Zählrichtung umzukehren, worauf der Zähler 62 in Rückwärtsrichtung zu zählen beginnt, wie dies bei 91 gezeigt ist. Die positive Flanke am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 63 bewirkt eine Zustandsänderung der Flip-Flop-Schaltung 71< deren Ausgang einen niedrigen Pegel annimmt, wie dies bei 92 gezeigt ist. Die Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 interpretiert den hohen Pegel am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 63 und den niedrigen Pegel am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 71 als Signal für das Ende der Periode der Integration des Eingangssignals und den Beginn der Periode der Integration des Bezugssignals. Daher nnmt das Ausgangssignal in der Leitung 73 die Integration des Eingangssignals einen niedrigen Pegel an, wie dies bei 93 gezeigt ist, während das Ausgangssignal an der Leitung 7^ für die Integration des Bezugssignals einen hohen Pegel annimmt, wie dies bei 94 gezeigt ist. Das Signal für die Integration des Eingangssignals an der Leitung 73 wird zur Umkehrung der Positionen der Schalter 12, I3, 16 und 17 verwendet, während das Signal für die Integration des

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Bezugssignals zur Umkehrung der Positionen der Schalter 14 und 15 verwendet wird.

Zu diesem Zeitpunkt zeigt der niedrige Pegel am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 71 der Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 an, daß die Periode der Integration deo Bezugssignals vorliegt. Als nächstes tritt dann einer von zwei möglichen Fällen ein. Entweder nimmt der Ausgang des Operationsverstärkers 18 einen hohen Pegel an, und zwar im Fall eines Eingangssignals mit negativer Polarität, oder der Zähler 62 erreicht die Zählung von O für den Fall eines Eingangssignals mit positiver Polarität. Wenn der erstere Fall als erstes eintritt, signalisiert die Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 als Antwort auf die positive Flanke des Zeitsteuersignals an der Leitung 19 das Ende der Periode der Integration des Bezugssignals dadurch, daß die Leitung 74 einen niedrigen Pegel annimmt, wie dies bei 95 gezeigt ist, und dieses Signal wird zur Umkehrung der Positionen der Schalter 14 und 15 verwendet. Das gleiche Signal an der Leitung 19 bewirkt, daß der Zwischenspeicher 66 aufgetastet wird, um das Ausgangssignal des Zählers 62 zwischenzuspeichern, so daß dieser Ausgang der Anzeige 69 angezeigt wird.

Wenn stattdessen der Zähler 62 zuerst eine Zählung von O erreicht, nimmt der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 63 einen niedrigen Pegel an, wie dies bei 96 gezeigt ist, was dem Zähler 62 den Befehl gibt, die Zählrichtung umzukehren, worauf der Zähler 62 in Vorwärtsrichtung zu zählen beginnt, wie dies bei 97 gezeigt ist. Weil der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 71 auf einem niedrigen Pegel bleibt und kein Signal von dem Verstärker 18 empfangen

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wird, ruft die Zeitsteuer-Decodierschaltung 70 keine Änderung ihrer Ausgangssignale hervor. Vielmehr wartet die Zeitsteuer-Decodierschaltung 70ι his das Signal an der
Leitung 19 von dem Verstärker 18 einen hohen Pegel annimmt, bevor sie die Periode der Integration des Bezugssignals beendet, was nunmehr erfolgt, wie dies bei 98 gezeigt ist. Zu dieser Zeit wird die Ausgangszählung des
Zählers 62 in dem Zwischenspeicher 66 zwischengespeichert und der Anzeige 69 zugeführt, die dann eine positive Zählung anzeigt.

Es ist daher zu erkennen, daß die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Analog-Digital-Wandlerschaltung die Probleme löst, die bisher bei bipolaren integrierenden Analog-Digital-Wandlerschal tungen auftraten, wobei sich aufgrund der Eigenart der Schaltung ein Null-Abgleich von
Abweichungs- und Fehlspannungsfehlern ergibt. Dies wird
dadurch erreicht, daß genau die gleichen Schaltungen und Schaltungselemente sowohl bei den Lade- als auch bei den Entladeperioden des Kondensators 11 verwendet werden. Auf diese Weise beeinflussen beliebige Fehlspannungen und Abweichungen, die auftreten und die eine Periode beeinflussen, die andere Periode in gleicher und entgegengesetzter Weise. Das Ergebnis besteht darin, daß di^se Fehlspannungen und Abweichungen oder Drifterscheinungen aufgrund der Eigenart der Schaltung kompensiert werden, und die einzige Forderung besteht darin, daß die Schaltungselemente
während einer vollständigen Analog-Digital-Wandlungsperiode stabil sind.

Die beschriebene Analog-Digital-Wandlerschaltung weist
keine Bauteile auf, die die Lage des Nullpunktes

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beeinflussen, und es sind keine zusätzlichen Korapensationsschaltiingen erforderlich. Dies ermöglicht weiterhin die Verwendung eines Verstärkers 18, dessen Eingangs-Fehlspannung, Betriebsgeschwindigkeit und Verstärkung keine Auswirkung auf die Betriebsweise der Analog-Digital -Wandlerschaltung 10 haben, so daß sie nicht betrachtet werden müssen.

Die beschriebene Analog-Digital-Wandlerschaltung schließt weiterhin alle Fehler aus, die möglicherweise durch eine Anfangsladung auf dem Kondensator 11 hervorgerufen werden könnten, wobei dies dadurch erreicht wird, daß die von dem Verstärker 18 am Ende der Periode der Integration des Bezugssignals gemessene Kondensatorladung gleich der Anfangsladung zu Beginn der Periode der Integration des Eingangssignals ist. Auf diese Weise haben weiterhin die Eingangs-Fehlspannung, die Betriebsgeschwindigkeit und die Verstärkung des Verstärkers 18 praktisch keine Wirkung auf die Betriebsweise der Analog-Digital-Wandlerschaltung 10, so daß sie nicht in Betracht gezogen werden müssen.

Selbstverständlich können an der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Analog-Digital-Wandlerschaltung vielfältige Änderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können die Eingänge des Verstärkers 18 direkt an den Kondensator 11 angeschaltet werden, ohne daß die Betriebsweise der Analog-Digital-Wandlerschaltung 10 beeinflußt wird. Weiterhin können andere Ausführungsformen der spannungsgesteuerten Stromquelle 20 in naheliegender Weise verwendet werden.

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Claims

Patentanv/äl:e Di ΌI.-Ing. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 Telex 5 29 513 wakai d

Datum:

Unser Zeichen: 16 773 P/Nu

Patent ansprüche

1. Integrierende Analog-Digital-Wandlerschaltung zur aufeinanderfolgenden Durchführung von Umwandlungsvorgängen derart, daß jeder Umwandlungsvorgang ein digitales Ausgangesignal ergibt, das den Vert eines analogen Eingangseignale darstellt, wobei die Zeit, die ein Umwandlungsvorgang einnimmt, als Umwandlungazyklus bezeichnet wird, mit einem Kondensator mit zwei Anschlüssen, an denen eine Kondensatorspannung auftritt, mit einer Komparatorschaltung, die direkt oder indirekt mit dem Kondensator verbunden ist und anzeigt, wenn die Kondensatorspannung einen Schwellwert durchläuft, mit einer Zeitsteuera haltung, die jeden Umwandlungszyklus in zumindest zwei Zeitperioden unterteilt, die eine erste Zeitperiode mit fester Dauer, die mit dem Beginn des Umwandlungszyklus beginnt, und eine zweite Zeitperiode einschließen, die nach dem Ende der ersten Zeitperiode beginnt und die endet, wenn die Komparatorschaltung anzeigt, daß die Kondensatorspannung den Schwellwert durchlaufen hat, mit einer Lade-ZTEntladeechaltung, die das analoge

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ORIGINAL INSPECTED

Eingangssignal empfängt und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß und derartige elektrische Eigenschaften aufweist, daß dann, wenn ein Kondensator zwischen die beiden Ausgangsanschlüsse der Lade-/Entlade8Chaltung angeschaltet ist, ein Strom aus dem ersten Ausgangsanschluß durch den Kondensator und in den zweiten Ausgangsanschluß fließt, wobei der Strom während zumindest einer der beiden Zeitperioden einen Wert aufweist, der von dem Wert des analogen Eingangssignals abhängt, und mit einer Ausgangsschaltung, die mit der Zeitsteuerschaltung verbunden ist und ein digitales Ausgangssignal als Funktion der relativen Zeitdauern der ersten und zweiten Zeitperioden erzeugt, dadurch gekennzeichnet , daß die Analog-Digital-Wandlerschaltung eine Kondensator-Schalteinrichtung (12 bis 15) einschließt, die die beiden Anschlüsse des Kondensators (11) mit den beiden Ausgangsanschlüssen der Lade-/Entladeschaltung (16, 17» 20 bis 26) während der ersten und zweiten Zeitperioden verbindet und die den Kondensator mit einer Polung mit den Ausgangsanschlüssen während der ersten Zeitperiode und mit der entgegengesetzten Polung mit den Ausgangsanschlüssen während der zweiten Zeitperiode verbindet.

2. Analog-Digital-Wandlerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensator-Schalteinrichtung (12 bis 15) eine wesentliche Änderung der Kondensatorspannung während des Zeitintervalle vom Ende der zweiten Zeitperiode jedes Umwandlungezyklu· bis zvm Beginn der ersten

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Zeitperiode dee nächsten Umvandlungszyklus dadurch verhindert, daß zumindest ein Anschluß des Kondensators (11) während dieses Zeitintervalle von der Lade-/Entladeschaltung (16, 17, 20 bis 26) trennt.

Analog-Digital-Wandlerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensator-Schalteinrichtung einen ersten Schalter (14), der zwischen einem Anschluß des Kondensators (11) und dem ersten Ausgangsanschluß (21) der Lade-/ Entladeschaltung eingeschaltet ist, einen zweiten Schalter (12), der zwischen dem einen Anschluß des Kondensators (11) und dem zweiten Ausgangsanschluß der Lade-/Entladeschaltung eingeschaltet ist, einen dritten Schalter (15)» der zwischen dem anderen Anschluß des Kondensators (11) und dem ersten Ausgangsanschluß (21) der Lade-/Entladeschaltung eingeschaltet ist, einen vierten Schalter (13)» der zwischen dem anderen Anschluß des Kondensators (11) und dem zweiten Ausgangsanschluß der Lade-/Entladeschaltung eingeschaltet ist, und Schaltungseinrichtungen zur Steuerung der vier Schalter derart einschließt, daß der erste und vierte Schalter (14, 13) während der ersten Zeitperiode Jedes Umwandlungszyklus leitend und während der zweiten Zeitperiode jedes Umwandlungszyklus nicht-leitend sind, während die zweiten und dritten Schalter (12, 15) während der ersten Zeitperiode Jedes Umwendlungezyklus nicht-leitend und während der zweiten Zeitperiode jedes Umwandlungszyklue leitend sind.

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4. Analog-Digital-Wandlerschaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltungseinrichtungen zur Steuerung der vier Schalter (12 bin 15) zumindest einen Anschluß des Kondensators (11) von der Lade-ZEntladeschaltung (16, 17, 20 bis 26) während des Zeitintervalls vom Ende der zweiten Zeitperiode jedes Umwandlungszyklus bis zum Beginn der ersten Zeitperiode des nächsten Umwandlungszyklus dadurch trennen, daß entweder jeder der ersten und zweiten Schalter (14- und 12) während dieses Zeitintervalle nicht-leitend ist oder daß jeder der dritten und vierten Schalter (15 und 13) während dieses Zeitintervalls nicht-leitend ist.

5· Analog-Digital-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade-/Entladeschaltung (16, 17» 20 bis 26) derartige Eigenschaften aufweist, daß der Wert des aus dem ersten Ausgangsanschluß (21) der Lade-/Entlade8chaltung fließenden Stromes während einer der beiden Zeitperioden gleich einem festen Wert ist, während er während der anderen Zeitperiode gleich der Summe des festen Wertes und einem Wert ist, der proportional zu dem Eingangssignal ist.

6. Analog-Digital-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5t dadurch gekennzeichnet, daß die Lade-/Entladeschaltung einen ersten Analog-Eingangsanschluß (23) und einen zweiten Analog-Eingangsanschluß (24) zum Empfang einer analogen Eingangs spannung derart, daß die analoge Eingangs-

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spannung länge der ersten und zweiten Analog-Eingangsanschlüsse erscheint, einen Operationnveratärker (22) mit einem Verstärkerausgong, einem eraten Verstärkereingang und einem zweiten Verstärkereingang, von denen einer invertierend und der andere nicht-invertierend ist, eine Eingangs-Schalteinrichtung (16, 17)» die mit dem ersten Verstärkereingang und den beiden Analog-Eingangsanschlüssen (23 und 24) verbunden ist und selektiv den ersten Verstärkereingang entweder mit dem ersten Analog-Eingangnanschluß (23) oder dem zweiten Analog-Eingangsanochluß (24) verbindet, einen ersten Bezugsspannungsanschluß und einen zweiten Bezugsspannungsanschluß, die längs einer ersten Spannungsquelle einschaltbar sind, wobei der zweite Bezugsspannungsanschluß mit dem zweiten Ana-

log-Eingangsanechluß (24-) verbunden ist, einen Widerstand (26), der zwischen dem ersten Bezugsspannungsanschluß und dem zweiten Verstärkereingang eingeschaltet ist, und einen Transistor (25) einschließt, der einen ersten Transistoranschluß, einen zweiten Transistoranschluß und einen Steueranschluß derart einschließt, daß eine Spannung zwischen dem Steueranschluß und dem zweiten Transistoranschluß die Größe eines Stromes beeinflußt, der durch den ersten Transistoranschluß fließt, daß einer der ersten und zweiten Transistoranschlüsse mit dem ersten Ausgangsanschluß (21) der Lade-ZEntladeschaltung verbunden ist, daß der andere der beiden Traneistoranschlüsse mit dem zweiten Verstärkereingang verbunden ist und daß der Steueranechluß mit dem Verstärkerausgang verbunden ist.

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7. Analog-Digital-Vandlerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Lade-/Entladeschaltung weiterhin eine zweite Spannungsquelle zwischen dem zweiten Ausgangsanschluß der Lade-/Entladeschaltung und einem der beiden Bezugsspannungsanschlüsse anschalten kann.

8. Analog-Digital-Wandlerschaltung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitsteuerschaltung (60 bis 63» 70 bis 74) Einrichtungen (61) zur Erzeugung regelmäßig wiederkehrender Zeitsteuerimpulse, Zähleinrichtungen (62), die auf die Zeitsteuerimpulse ansprechen und kontinuierlich und abwechselnd eine Vorwärtszählung und eine Rückwärtszählung zwischen vorgegebenen hohen und niedrigen Zählerständen hervorrufen, und Zeitsteuerdecodiereinrichtungen (63, 70 bis 74) einschließt, die auf die Zähleinrichtungen (62) und die Zeitsteuerimpuls-Generatoreinrichtungen (61) ansprechen, um die Kondensator-Schalteinrichtung (12 bis 15) und die Eingangs-Schalteinrichtung (16, 17) zu betätigen, wobei die hohen und niedrigen Zählungen den Beginn der ersten bzw. zweiten Zeitperiode festlegen.

9. Integrierende Analog-Digital-Vandlerschaltung, die aufeinanderfolgend Umwandlungsvorgänge derart durchführt, daß jeder Umwandlungsvorgang ein digitales Ausgangssignal erzeugt, das den Wert eines analogen Eingangssignale darstellt, wobei die Zeit, die ein Umwandlungsvorgang einnimmt, als Umwandlungszyklus bezeichnet wird, mit einem Kondensator mit zwei

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Anschlüssen, an denen eine Kondensatorspannung auftritt, mit einer Komparatorschaltung, die direkt oder indirekt mit dem Kondensator verbunden iet und anzeigt, wenn die Kondensatorspannung einen Schwellwert durchläuft, mit einer Zeitsteuerschaltung, die Jeden Umwandlungszyklus in zumindest zwei Zeitperioden unterteilt, die eine erste Zeitperiode, die mit dem Beginn des Umwandlungszyklus beginnt und eine feste Dauer aufweist, und eine zweite Zeitperiode einschließen, die nach dem Ende der ersten Zeitperiode beginnt und endet, wenn die Komparatorschaltung anzeigt, daß die Kondensatorspannung den Schwellwert durchlaufen hat, mit einer Lade-/Entladeschaltung, die das Eingangssignal empfängt, mit der Zeitsteuerschaltung verbunden ist, einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß und elektrische Eigenschaften derart aufweist, daß bei Anschluß eines Kondensators zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen der Lade-/ Entladeschaltung ein Strom aus dem ersten Ausgangsanschluß durch den Kondensator und in den zweiten Ausgangsanschluß fließt, wobei dieser Strom während zumindest einer der beiden Zeitperioden einen Wert aufweist, der von dem Wert des Eingangssignals abhängt, und mit einer Ausgangsschaltung, die mit der Zeitsteuerschaltung verbunden ist und das digitale Ausgangssignal als Punktion der relativen Dauern der ersten und zweiten Zeitperioden erzeugt, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schalteinrichtung (12 bis 15) vorgesehen ist, die zwischen dem Kondensator (11) und den beiden Ausgangsanschlüssen der Lade-/Entladeschaltung (16, 17, 20 bis 26) angeschaltet ist, und die die beiden Anschlüsse des

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Kondensators (11) mit den beiden Ausgangsanschlüssen der Lade-ZEntladeschaltung während der ersten und zweiten Zeitperioden jedes Umwandlungszyklus verbindet, und daß die Schalteinrichtung (12 bis 15) zumindest einen der Kondensatoranschlüsse während des Zeitintervalls vom Ende der zweiten Zeitperiode jedes Umwandlungszyklus bis zum Beginn der ersten Zeitperiode des nächsten Umwandlungszyklus von der Lade-/ Entladeschaltung trennt, so daß eine wesentliche Änderung der Kondensatorspannung während dieses Zeitintervalls verhindert ist.

10. Integrierende Analog-Digital-Wandlerschaltung zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals, das den Wert einer analogen Eingangsspannung darstellt, bei der eine Teilschaltung einem Integrator-Kondensator einen Integratorstrom zuführt, dessen Wert zumindest während eines Teile der Zeit von dem Wert der analogen Eingangsspannung abhängt, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilschaltung (16, 17» 20 bis 26) einen Stromknoten (21), durch den der von der Teilschaltung gelieferte Integratorstrom fließt, einen ersten Analog-Eingangsanschluß (23) und einen zweiten Analog-Eingangsanschluß (24-) zum Empfang der analogen Eingangsspannung derart, daß die analoge Eingangsspannung zwischen den ersten und zweiten Analog-Eingangsanschlüssen erscheint, einen Operationsverstärker (22) mit einem Verstärkerausgang, einem ersten Verstärkereingang und einem zweiten Verstärkereingang, von denen ein Eingang invertierend und der andere nicht-invertierend ist, eine Eingangs-

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Schalteinrichtung (16, 17), die mit dem ersten Verstärkereingang und den beiden Analog-Eingangsanschlüssen verbunden ist und die selektiv den ersten Verstärkereingang entweder mit dem ersten Analog-Eingangsanschluß (23) oder dem zweiten Analog-Eingangsanschluß (24) verbindet, einen ersten Bezugsspannungsanschluß und einen zweiten Bezugsspannungsanschluß für den Anschluß an eine Spannungsquelle, wobei der zweite Bezugsspannungsanschluß mit dem zweiten Analog-Eingangsanschluß (24) verbunden ist, einen Widerstand (26), der zwischen dem ersten Bezugsspannungsanschluß und dem zweiten Verstärkereingang eingeschaltet ist, und einen Transistor (25) einschließt, der einen ersten Transistoranschluß, einen zweiten Transistoranschluß und einen Steueranschluß derart aufweist, daß die Spannung längs des Steueranschlusses und des zweiten Transistoranschlucses die Größe eines Stromes beeinflußt, der durch den ersten Transistoranschluß fließt, wobei einer der ersten und zweiten Transistoranschlüsse mit dem Stromknoten (21) verbunden ist, während der andere der beiden Transistoranschlüsse mit dem zweiten Verstärkereingang verbunden ist, und wobei der Steueranschluß mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist.

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