DE3040745A1

DE3040745A1 - Positionssteuerschaltung fuer ein digitaloszilloskop

Info

Publication number: DE3040745A1
Application number: DE19803040745
Authority: DE
Inventors: Thomas P. 97005 Beaverton Oreg. Dagostino
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1979-10-29
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1981-08-27
Also published as: US4346333A; NL8005821A; JPS5931009B2; GB2064924B; DE3040745C2; FR2468914B1; CA1150358A; GB2064924A; JPS5667762A; FR2468914A1

Description

Beschreibung

In einem Digitaloszilloskop gibt es zwei Stellen, an denen es wünschenswert ist, das Niveau eines Signals zu verschieben. Die eine Stelle ist die Eingangssignal-Vorverstärkerstufe, in der es wünschenswert ist, das Signal so zu positionieren, daß es Innerhalb des zwischen den Betriebsgrenzen eines Analog-zu-Digital-Wandlers befindlichen Ausschnitts liegt, und die andere Stelle sind die Sichtwiedergabe-Erzeugungsschaltungen, in denen es wünschenswert ist, eine vertikale Positionierung der Sichtwiedergabe durchführen zu können. Da diese beiden Funktionen grundsätzlich den gleichen Vorgang erfordern, d. h. eine Spannungsaddition oder -subtraktion, ist es wünschenswert, zur Ausführung beider Funktionen eine einzige Positionssteuereinrichtung zu benutzen. Jedoch ergibt sich insofern eine Schwierigkeit, als die vertikale Mitte des Sichtgerätschirms der Mitte des erwähnten Ausschnitts des Analog-zu-Digital-Wandlers, der zwischen dessen Betriebsgrenzen liegt, entspricht, so daß dann, wenn in der Wellenform-Erfassungsbetriebsweise zum Eingangssignal eine Spannung hinzugefügt wird, so daß diese innerhalb des erwähnten Ausschnitts des Analog-zu-Digital-Wandlers verschoben wird, diese Spannung auch zum Sichtwiedergabesignal in der Darstellungsbetriebsweise, d. h. in der Sichtwiedergabebetriebsweise, hinzugefügt wird, wodurch das Sichtwiedergabesignal aus dem Sichtgerätschirm hinaus verschoben wird.

Kurz zusammengefaßt wird mit der vorliegenden Erfindung eine Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop zur Verfügung gestellt, mit der ein Signal sowohl vor als auch nach der Digitalisierung positioniert wird, ohne daß der unerwünschte Effekt der Niveauverschiebung oder eines Springens der Sichtwiedergabe verursacht wird, wenn ein Umschalten zwi-

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sehen der Erfassungs- und der Darstellungsbetriebsweise erfolgt.

Die Positionssteuerschaltung umfaßt eine Positionierungsspannungs-Erzeugungsschaltung, eine Folge- und Halteschaltung und eine Summierungsschaltung. Die Positionierungsspannungs-Erzeugungsschaltung umfaßt ein Potentiometer, das an seinem Schleifkontakt eine variabel einstellbare Positionierungsspannung in konventioneller Weise liefert, und diese Spannung kann direkt oder über einen geschlossenen Schalter dem Erfassungs-Vorverstärker zugeführt werden, damit hier die entsprechende Niveauverschiebung des Eingangssignals erfolgt, durch die das Signal innerhalb der erwähnten Ausschnitts des Analog-zu-Digital-Wandlers positioniert wird. Die Folge- und Halteschaltung arbeitet in der Erfassungsbetriebsweise so, daß sie eine Bezugsspannung erzeugt, deren Amplitude gleich der Positionierungsspannung ist. Die Summierungsschaltung ist zwischen die Folge- und Halteschaltung und die Positionierungsspannungs-Erzeugungsschaltung geschaltet und liefert an die Sichtgerätverstärkerschaltung eine Positionierungsspannung. In der Erfassungsbetriebsweise wird die Bezugsspannung von der Positionierungsspannung subtrahiert, so daß das Ausgangssignal der Summierungsschaltung null Volt beträgt. Infolgedessen erhält der Erfassungs-Vorverstärker eine Positionierungsspannung, während die Sichtgerätverstärkerschaltung keine erhält. In der Darstellungsbetriebsweise, d. h. in der Sichtwiedergabebetriebsweise, hält die Folge- und Halteschaltung eine feste Bezugsspannung und ermöglicht es so, daß sich das Ausgangssignal der Summierungs schaltung mit den Änderungen der Positionierungsspannung ändert.

Mit der vorliegenden Erfindung wird infolgedessen eine neuartige Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop zur Verfügung gestellt.

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Außerdem wird mit der Erfindung eine Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop zur Verfügung gestellt, mit der ein Signal vor und nach der Digitalisierung mittels einer einzigen Steuereinrichtung positioniert wird, ohne daß eine Verschiebung des Signals stattfindet, wenn zwischen der Erfassungs- und der Darstellungsbetriebsweise umgeschaltet wird.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung seien nachfolgend anhand einer in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Vertikalablenksystems eines Digitaloszilloskops, das eine Positionssteuerschaltung nach der vorliegenden Erfindung aufweist; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Positionssteuerschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung sei nun näher erläutert, und zwar zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1, in der ein Blockschaltbild eines Vertikalablenksystems eines Digitaloszilloskops gezeigt ist, in dem eine Positionssteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. über einen Eingangsanschluß 1o wird ein Analogeingangssignal in einen Vorverstärker 12 eingegeben, der das Signal so anpaßt, daß es innerhalb der dynamischen Betriebsgrenzen eines Analog-zu-Digital-Wandlers 14 wirksam ist. Der Analog-zu-Digital-Wandler 14 wandelt das Signal in Digitalwerte um, die in einem Digitalspeicher 16 gespeichert werden. Die Digitalwerte werden mittels eines Digital-zu-Analog-Wandlers 18 aufeinanderfolgend aus

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dem Speicher 16 abgerufen und in Analogwerte zurückverwandelt. Das Ausgangssignal des Digital-zu-Analog-Wandlers 18 wird auf einen Sichtgerätverstärker 2o gegeben, der das rekonstruierte Signal auf die für seine Wiedergabe durch ein Sichtgerät 22 geeigneten Niveaus verstärkt. Der Sichtgerätverstärker 2o kann einen Vektorgenerator umfassen, damit eine Sichtdarstellung in Form einer kontinuierlichen Wellenform erzielt wird, oder das Ausgangssignal des Digital-zu-Analog-Wandlers kann in der Weise verstärkt werden, daß es auf dem Sichtgerät in der Form von Punkten dargestellt wird. Das Sichtgerät 22 kann geeigneterweise eine Kathodenstrahlröhre sein. Die insoweit erläuterte Schaltung ist konventionell und an sich bekannt, so daß eine ins einzelne gehende Erläuterung der einzelnen Schaltungsteile oder der Abfrage- und Sichtdarstellungs-Zeitgebungsanordnungen hierfür zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist. Typischerweise kann das vorstehend beschriebene System in zwei Betriebsweisen betrieben werden, nämlich in der WeI-lenform-Erfassungs- und in der Wellenform-Darstellungsweise. Das ermöglicht es, das Eingangssignal mit hohen Raten bzw. Geschwindigkeiten abzutasten und zu erfassen und es dann mit einer verhältnismäßig niedrigen Rate bzw. Geschwindigkeit darzustellen, so daß die Sichtgerätschaltung einen niedrigen Frequenzbereich haben kann. Der Vorverstärker 12, der Analog-zu-Digital-Wandler 14 und der Speicher 16 werden in der Erfassungsbetriebsweise verwendet, und der Speicher 16, der Digital-zu-Analog-Wandler 18, der Sichtgerätverstärker 2o und das Sichtgerät 22 werden in der Darstellungsweise betrieben.

Eine in der Schaltungsanordnung vorgesehene Positionssteuerschaltung umfaßt einen Positionierungsspannungsgenerator 3o, eine Folge- und Halteschaltung 32 und eine Summierungsschaltung 34, die sowohl an den Vorverstärker 12 als auch an den Sichtgerätverstärker 2o angekoppelt ist, so daß sie ein Si-

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gnal sowohl vor als auch nach der Digitalisierung ohne Verschiebung des Niveaus des Signals, wenn zwischen der Erfassungs- und der Darstellungsweise umgeschaltet wird, positioniert. Der Positionierungsspannungsgenerator 3o kann zweckmäßigerweise ein Potentiometer aufweisen, an dessen Schleifkontakt eine variabel einstellbare Positionierungsspannung in konventioneller Weise abgegeben wird, und diese Spannung wird auf den Vorverstärker 12 gegeben, so daß dadurch eine geeignete Niveauverschiebung des Eingangssignals bewirkt wird, um dieses während der Wellenform-Erfassungsbetriebsweise innerhalb des von den Betriebsgrenzen des Analog-zu-Digital-Wandlers 14 vorgegebenen Bereichs zu positionieren. In der Erfassungsbetriebsweise erzeugt die Folge- und Halteschaltung 32 eine Bezugsspannung, deren Amplitude gleich der Positionierungsspannung vom Positionierungsspannungsgenerator 3o ist. Diese Bezugsspannung wird auf die Summierungsschaltung 34 gegeben, wo sie von der Positionierungsspannung subtrahiert wird, so daß diese ein Ausgangssignal von null Volt liefert, das dem Sichtgerätverstärker 2o in der Erfassungsbetriebsweise zugeführt wird. Infolgedessen erhält der Vorverstärker 12 in der Erfassungsbetriebsweise die Positionierungsspannung zur gewünschten Positionierung des Signals, wohingegen der Sichtgerätverstärker 2o ein Null-Eingangssignal erhält und daher das Positionierungsniveau unbeeinflußt bleibt. In der Darstellungsbetriebsweise wird der Folgeteil der Folge- und Halteschaltung 32 abgetrennt, so daß die Positionierungsspannung im Augenblick des Umschaltens zwischen der Erfassungs- und der Darstellungsbetriebsweise gehalten wird, wodurch der Summierungsschaltung 34 eine feste Bezugsspannung zugeführt wird. Wenn das Ausgangssignal des Positionierungsspannungsgenerators 3o verändert wird, werden die variable Positionierungsspannung und die feste Positionierungsspannung summiert, wodurch sich das Ausgangssignal der Summierungsschaltung 34 bei Änderungen der Positionierungsspan-

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nung ändert, so daß die Sichtdarstellung wie gewünscht vertikal positioniert werden kann. Die Wirkungsweise ist die, daß die Sichtgerätverstärker-Positionierungsspannung beim Umschalten auf die Darstellungsbetriebsweise anfänglich Null ist und infolgedessen keine Verschiebung von Niveaus stattfindet. Wenn dann die Positionierungsspannung verändert wird, geht das Ausgangssignal der Summierungsschaltung 34 von der Spannung von null Volt weg und bewirkt die Sichtdarstellungspositionierung.

Nähere Einzelheiten der Positionssteuerschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind in Fig. 2 gezeigt. Ein Potentiometer 5o ist zwischen geeignete Spannungsquellen geschaltet, so daß es an seinem Schleifkontakt eine Positionierungsspannung zwischen +V und -V liefert. Die Positionierungsspannung wird auf den nichtinvertierenden Eingang eines Trennverstärkers 52 gegeben, der ein als Spannungsfolger geschalteter Operationsverstärker ist, so daß die an der Schaltungsstelle 54 verfügbare Spannung im wesentlichen der vom Potentiometer abgegriffenen Spannung folgt. Diese Spannung wird über einen Widerstand 56 auf den nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 58 und von diesem auf den Eingang eines nachfolgenden Aufeinanderfolge-Annäherungs-Registers 6ο gegeben.

Es sei zunächst die Wellenform-Erfassungsbetriebsweise erläutert. Das Aufeinanderfolge-Annäherungs-Register 6o wird eingeschaltet und arbeitet mit einer Rate bzw. Geschwindigkeit, die durch einen Taktgeber 62 bestimmt wird, indem es den Änderungen der Positionierungsspannung an der Schaltungsstelle 54 folgt. Der Ausgang des Aufeinanderfolge-Annäherungs-Registers 6o ist ein die Positionierungsspannung repräsentierendes Digitalsignal, und die Digitalwerte werden durch einen Digital-zu-Analog-Wandler 64 in Analogwerte zurückverwandelt. Der wiedergewonnene Analogwert wird

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auf einen invertierenden Operationsverstärker gegeben, der aus einem Verstärker 66 und einem Rückkopplungswiderstand 68 besteht, so daß an der Schaltungsstelle 7o bzw. am Ausgang des Operationsverstärkers eine Bezugsspannung erzeugt wird, deren Amplitude gleich der Positionierungsspannung an der Schaltungsstelle 54 ist, die jedoch eine dieser letzteren Spannung entgegengesetzte Polarität hat. Ein Widerstand 72, dessen Widerstandswert gleich dem jenigen des Widerstands 56 ist, ist zwischen die Schaltungsstelle 7o und den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 58 geschaltet, so daß dadurch der Rückkopplungsweg des Komparators vervollständigt wird. Zwei Widerstände 8o und 82 von gleichem Widerstandswert sind zwischen die Schaltungsstellen 54 und 7o geschaltet, so daß sich eine Summierungsschaltung ergibt. Da der Absolutwert der Bezugsspannungsamplitude an der Schaltungsstelle 7o in der Erfassungsbetriebsweise der Amplitude der Spannung an der Schaltungsstelle 54 folgt, beträgt die algebraische Summe dieser Spannungen an der Schaltungsstelle 84 am Ende der Folge- und Halteperiode null Volt. Die Positionierungsspannung an der Schaltungsstelle 54 wird, wie oben in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, dem Erfassungs-Vorverstärker zugeführt, also dem Vorverstärker 12, während zwischen der Schaltungsstelle 84 und dem Sichtgerätverstärker ein Schalter 9o vorgesehen ist, durch den die Positionssteuerschaltung in der Erfassungsbetriebsweise vom Sichtgerätverstärker abgeschaltet werden kann.

In der Darstellungsbetriebsweise wird das Aufeinanderfolge-Annäherungs-Register 6o abgeschaltet, und der Sichtgerätverstärker 2o wird mittels des Schalters 9o mit der Schaltungsstelle 84 verbunden. Der Schalter 9o kann zweckmäßigerweise ein Transistor oder ein Komplementär-Metalloxid-Halbleiterschalter (CMOS) sein. Das Aufeinanderfolge-Annäherungs-Register hält den Positionierungsspannungswert, den es zum Zeitpunkt des Umschaltens von der Erfassungsbetriebsweise

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auf die Darstellungsbetriebsweise hat, so daß die Bezugsspannung an der Schaltungsstelle 7o auf diesen Wert bei entgegengesetzter Polarität desselben bleibt. Anfänglich ist die Suininierungsspannung an der Schaltungsstelle 84 null Volt, so daß im Sichtgerätverstärker keine Verschiebung des Positionierungsniveaus stattfindet. Wenn nun das Potentiometer 5o verstellt wird, verändert sich die Spannung an der Schaltungsstelle 54 mit Bezug auf die feste Spannung an der Schaltungsstelle 7o, so daß sich infolgedessen die Summierungsspannung an der Schaltungsstelle 84 verändert und dem Sichtgerätverstärker eine Positionierungsspannung zugeführt wird.

Wie man aus der vorstehenden Beschreibung ersieht, sind die für das zugehörige Digitaloszilloskop erforderlichen einzigen Steuerorgane ein einziges Positionssteuerorgan und ein Betriebsweisenschalter. Die Signale zum Inbetrieb- bzw. Außerbetriebsetzen des Aufeinanderfolge-Annäherungs-Registers 6o und für die Umschaltung des Schalters 9o können direkt vom Betriebsweisenschalter oder von einer internen Logiksteuerschaltung erzeugt werden.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er durch die Ansprüche wiedergegeben wird, sowie im Rahmen eines weitergehenden, aus der Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlichen allgemeinen Erfindungsgedankens vielfältige Abwandlungen und Änderungen an der bevorzugten Ausführungsform vorgenommen werden können.

Kurz zusammengefaßt wird ein Digitaloszilloskop zur Verfügung gestellt, das eine Positionssteuerschaltung hat, die eine Positionierung eines Signals sowohl vor als auch nach der Digitalisierung ermöglicht. Eine Folge- und Halteschaltung ist mit einem Positionssteuerpotentiometer verbunden

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und erzeugt eine Bezugsspannung, die der Positionierungsspannung in einer Wellenform-Erfassungsbetriebsweise folgt, und die Spannung wird in einer Darstellungsbetriebsweise auf einem festen Niveau gehalten, während die Posxtionierungsspannung, die dem Erfassungsvorverstärker zugeführt wird, variabel einstellbar ist. Eine Sumrtiierungsschaltung subtrahiert die Bezugsspannung von der Positionierungsspannung, so daß sie eine geänderte Positionierungsspannung für den Sichtgerätverstärker liefert, die in der Erfassungsbetriebsweise Null und in der Darstellungsbetriebsweise variabel ist.

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Claims

Patentanwälte Di?i -Ing. H. Veickmänn, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LisKA 3040745

8000 MÜNCHEN 86, DEN ' ' .

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SP/BR

Case: PF-2763-4

TEKTRONIX, INC.

49op S.W. Griffith Drive Beaverton, Oregon 97oo5/üSA

Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop

Patentansprüche

1/ Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop, das ein Vertikalablenksystem hat und einen Eingangsvorverstärker aufweist, der in einer Erfassungsbetriebsweise betreibbar ist, sowie einen Sichtgerätverstärker, der in einer Darstellungsbetriebsweise betreibbar ist, gekennzeichnet durch eine Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung (3o) zum Erzeugen einer variabel einstellbaren Positionierungsspannung sowohl in der Erfassungs- als auch in der Darstellungsbetriebsweise, wobei diese Positionierungsspannung an den Vorverstärker (12)

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angekoppelt ist;

eine Folge- und Kalteeinrichtung (32), die der Positionierungsspannung in der Erfassungsbetriebsweise folgt, so daß sie eine Bezugsspannung erzeugt, deren Amplitude gleich der Positionierungsspannung ist, und die die Bezugsspannung in der Darstellungsbetriebsweise auf einem, festen Wert hält; und

eine Summierungseinrichtung (34) zum Subtrahieren der Bezugsspannung von der Positionierungsspannung, so daß sie eine algebraische Summationsspannung liefert, wobei diese Summationsspannung an den Sichtgerätverstärker (2o) angekoppelt ist.
2. Positionssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung (3o) ein Potentiometer (5o) aufweist, das zwischen einem Paar vorbestimmter Spannungsquellen (+V, -V) vorgesehen ist.
3. Positionssteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Folge- und Halteeinrichtung (32) einen Komparator (58) umfaßt, der an die Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung (3o) angekoppelt ist, sowie ein Aufeinanderfolge-Annäherungs-Register (6o), das an den Komparator (58) angekoppelt ist, und einen Digital-zu-Analog-Wandler (64), der an das Aufeinanderfolge-Annäherungs-Register (6o) angekoppelt ist.
4. Positionssteuerschaltung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch geke.nnzeich.net , daß die Summierungseinrichtung (34) zwei Widerstände (8o, 82) gleichen Widerstandswerts aufweist, die in Reihe zwischen der Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung (3o) und der Folge- und Halteeinrichtung (32) vorgesehen sind, wobei das Ausgangssignal der Summierungseinrichtung (34) zwischen den

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Widerständen (80, 82) abgenommen wird.
5. Positionssteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Summierungseinrichtung (34) eine Polaritätsänderungseinrichtung (66) zum Ändern der Polarität der Bezugsspannung aufweist.

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