DE3040745C2 - Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine PoEitionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop, das einen Eingangsvorverstärker aufweist, der über einen Analog-zu-Digital-Wandler an einen Speicher angekoppelt is , welcher seinerseits über einen Digital-zu-Analog-Wandler an einen Sichtgerätverstärker angekoppelt ist, der mit dem ein Vertikalablenksystem aufweisenden Sichtgerät des Digitaloszilloskops verbunden ist; wobei das Digitaloszilloskop in einer Sigtulaufnahmebetriebsweise betreibbar ist, in welcher ein am Eingangsvorverstärker anliegendes Signal vorverstärkt, digitalisiert und gespeichert wird, sowie in einer Signaldarstellungsbetriebsweise, in welcher ein gespeichertes Signal analogisiert, verstärkt und mittels des Sichtgeräts wiedergegeben wird.

In einem Digitaloszilloskop gibt es zwei Stellen, an denen es wünschenswert ist, das Niveau des darzustellenden Signals zu verschieben. Die eine Stelle ist der Eingangsvorverstärker, wo 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 ist der Sichtgerätverstärker, wo es wünschenswert ist. eine vertikale Positionierung der Sichtwiedergabe durchführen zu können. Da diese beiden Funktionen grundsätzlich den gleichen Vorgang erfor dem. d. h. eine Spannungsaddition oder -subtraktion, ist es wünschenswert, zur Ausführung beider Funktionen eine einzige Positionssteuerschaltung zu benutzen.

Bei einer bekannten Positionssteuerschaltung dieser Art ergeben sich insofern Schwierigkeiten, als vertikale Mitte des Sichtgeräteschirms der Mitte des Ausschnitts des Analog-zu-Digital-Wandlers, welcher durch die Betriebsgrenzen dieses Anaiog-zu-Digital-Wandlers definiert ist. entspricht. Wenn daher in der Signalaufnahmebetriebsweise gearbeitet und zum Eingangssignal eine Spannung hinzugefügt wird, so daß diese innerhalb des erwähnten Ausschnitts des Analog-zu-Digital-Wandlers verschoben wird, dann wird diese Spannung auch in der Signaldarsteilungsbetriebsweise dem Sichtwiedergabesignal hinzugefügt, wodurch das Sichtw ledergabesignal aus dem Sichtgeräteschirm hinaus verschoben wird.

Außerdem ist 11 der DE-OS 25 40 174 eine Schal tungsanordnung zur Einstellung der Strahlposiüon bei einem mit einer Kathodenstrahlröhre ausgerüsteten Sichtgerät beschrieben, welche Einrichtungen aufweist, die aufgrund von digitalcodierten Signalen, die die X- und K-Koordinate von ausgewählten Strahlschreibgeschwindigkeiten darstellen. Strahlablenksignale liefern, welche zum Erzeugen der gewünschten Darstellungen dienen. Weiter sind Einrichtungen vorgesehen, die aufgrund digitalcodierten Strahlpositionssignalen strahlpositionseinstellende Ablenksignale erzeugen, die vor dem Erzeugen der Darstellungen den Strahl in eine dafür gewünschte Position bringen.

Hier handelt es sich jedoch um ein Strahlpositionie^ rungsschema für das Schreiben von alphanumerischen Zeichen auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre mit elektromagnetischer Ablenkung. Nachdem jedes Zeichen oder Symbol geschrieben worden ist, erfolgt eine Austastung des Elektronenstrahls der Kathodenstrahl-

röhre, und die Repo-,uiu,iierung des wachsten Zeichens wird derart gesteuert, daß die Repositionierungszeit minimalisiert wird. Eine solche Betriebsweise und die entsprechende Schaltungsanordnung ermöglichen es jedoch nicht, die vorerwähnten Schwierigkeiten bei der obengenannten Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop in befriedigender Weise zu lösen, nämlich das Signal sowohl vor als auch nach der Digitalisierung so zu positionieren, daß der unerwünschte Effekt einer Niveauverschiehung oder eines Springens der Sichtwiedergabe verhindert wird, wenn ein Umschalten zwischen der Signalaufnahmebetriebsweise und der Signaldarstellungsbetriebsweise erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist, es, eine Positionssteuerschaltung der eingangs genannten Art für ein Digitaloszilloskop so auszubilden, daß das Signal sowohl vor als auch nach der Digitalisierung so positioniert wird, daß keine Niveauverschiebung und auch kein Springen der Sichtwiedergabe verursacht wird, wenn zwischen der Signalaufnahmebetriebsweise und der Signaldarsteltungsbetriebsweise umgeschaltet wird.

Diese- Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Positionierungsspannungs-Erzeugungse.wichtung zum Erzeugen einer variabel einstellbaren Positionierungsspannung sowohl in der Signalaufnahme- als auch in der Signaldarstellungsbetriebsweise, deren Ausgang an den Eingangsvorverstärker angekoppelt ist; eine Folge- und Halteeinrichtung, deren Eingang an den Ausgang der Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung angekoppelt ist und die an ihrem Ausgang eine Bezugsspannung abgibt, welche in der Signalaufnahmebetriebsweise der Positionierungsspannung folgt, so daß ihre Amplitude gleich der Positionierungsspannung ist. wogegen die Bezugsspannung in der Signaldarstellungsbetriebsweise auf einem festen Wert gehalten wird; und eine eingangsseitig sowohl an die Folge- und Halteeinrichtung als auch an die Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung angekoppelte Summierungseinrichtung, die mit ihrem Summationsausgang. an dem sie eine algebraische Summationsspannung liefert, welche sich durch Tubtrahieren der Bezugsspannung von der Positionierungsspannung ergibt, an den Sichtgeräteverstärker angekoppelt ist.

Auf diese Weise wird mittels einer einzigen Positionssteuerschaltung erreicht, daß die Sichtgeräteverstärker-Positionierungsspannung bei Umschalten von der Signalaufnthmebetriebswei·. e auf die Signaldarstellungsbetriebsweise anfänglich Null ist und infolgedessen keine Verschiebung von Niveaus stattfinde'. Wenn dann die Positionierungsspannung verändert wird, geht das Ausgang.-^r.ignal der Summierungsschaltung von der Spannung von null Volt weg und bewirkt eine angemessene und lorrekte Positionierung der Sichtdarstellung.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran-Sprüchen angegebtn.

Die Erfindung sei nachfolgend anhand einer in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform naher erläutert; es zeigt

Fig. I ein Blockschaltbild eines Vertikalablenksystems eines Digitaloszilloskops, aas eine Positionssteuerschallung nach der Erfindung aufweist; und

F ί g. 2 eine schematische Darstellung einer Positionssteuerschältung 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 Poshionssteuerschaltung vorgesehen ist. Ober einen Eingangsanschluß 10 wird ein Analogeingangssignal in einen Eingangsvorverstärker 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 Signa! in Digitalwerte um, die in einem digitalen Speicher 16 gespeichert werden. Die Digitalwerte werden mittels eines Digital-zu-Analog-Wandlers 18 aufeinanderfolgend aus dem Speicher 16 abgerufen und in Analogwerte zurückverwandelt. Das Ausgangssignal des Digitalzu-Analog-Wandlers 18 wird auf einen Sichtgerätverstärker 20 gegeben, der das rekonstruierte Signal auf die für seine Wiedergabe durch ein Sichtgerät 22 geeignete Niveaus verstärkt. Der Sichtgerätverstärker 20 kann einen Vektorgenerator umfassen, damit eine Sichtdarstellung in Form einer kontinuierlichen Wellenform erzielt wird, oder das Ausgangssignal des Digital-zu-Analog-Wdndlers kann in der Weise verstärkt werden, daß es auf dem Sichtgerät in der . jrm von Punkten dargestellt wird. Das Sichtgerät 22 kann ^eeigneterweise eine Kathodenstrahlröhre sein. Die insoweit erläuterte Schaltung ist konventionell und an sich bekannt. Typischerweise kann dieses Vertikalablenksystem in zwei Bj'riebsweisen betrieben werden, nämlich in einer Signalaufnahme- und in einer Signaldarstellungsbetriebsweise. Das ermöglicht es, das Eingangssignal mit hoher Geschwindigkeit abzutasten und zu erfassen und es dann mit einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit darzustellen, so daß die Schaltung des Sichtgeräts einen niedrigen Frequenzbereich haben kann. Der Eingangsvorverstärker 12, der Analogzu-Digital-Wandler 14 und der Speicher !6 werden in der Signalaufnahmebetriebswe'se verwendet, und der Speicher 16. der Digital-zu-Analog-Wandler 18. der Sichtgerätverstärker 20 und das Sichtgerät 22 werden in der Signaldarstellungsbetriebsweise betrieben.

Eine in der Schaltungsanordnung vorgesehen!.· Positionssteuerschaltung umfaßt eine Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung 30, eine Folge- und Halteeinrichtung 32 und eine Summierungseinrichtung 34. die sowohl an den Eingangsvorverstärker 12 als auch an den Sichtgerätverstärker 20 angekoppelt ist. so daß sie ein Signal sowohl vor als auch nach der Digitalisierung ohne Verschiebung des Niveaus des Signals, wenn zwischen der Signalauinahme- und der Signaldarstellungsbetnebsweise umgeschaltet wird, positioniert. Die Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung 30 kann zweckmäßigerweise ein Potentiometer aufweisen, ar dessen Schleifkontakt eine variabel einstellbare Positionierungsspannung in konventioneller Weise abgegeben wi,-d. und diese Spannung wird auf den Tüngangsvorverstärker 12 gegeben, so daß dadurch eine geeignete Niveauverschiebung des Eingangssignal derart bewirkt wiro. daß dieses während dei Signalaufnahmebetriebsweise innerhalb des von den Betriebsgrenzen des Anaiog-zu-Digital-Wandlers 14 vorgegebenen Bereichs positioniert wird. In der Signalaufnahmebetriebsweise erzeugt die Folge- und Halteeinrichtung 32 eine Bezugsspannung, deren Amplitude gleich der Posilionierungsspannung der Positioniecu^gsspannüngs-Erzeugungseinrichtung 30 ist. Diese Bezugsspannung wird auf die Summierungseinrichtung 34 gegeben, wo sie von der Positionierungsspannung subtrahiert wird, so daß diese ein Ausgangssignal von null Volt liefert, das dem Sichtgerätverstärker 20 in der

Signalaufnahniebetriebsweise zugeführt wird. Infolgedessen erhält der Eingahgsvorverslärker 12 in der Signalaufnahmebetriebsweise die Positionierungsspannung zur gewünschten Positionierung des Signals, wohingegen der Sichtgerätverstärker 20 ein Null-Ein- ϊ gangssignal erhält und daher das Positionierungsniveau unbeeinflußt bleibt. In der Signaldarslelluhgsbetriebsweise wird der Folgeteil der Folge- und Halleeinrichtung 32 abgetrennt, so daß die Positionierungsspannung im Augenblick des Umschaltens zwischen der Signalaufnähme- und der Signaldarstellungsbetriebsweise gehalten wird, wodurch der Summierungseinrichtung 34 eine feste Bezugsspannung zugeführt wird. Wenn dann das Ausgangssignal der Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung 30 verändert wird, werden die variable Positionierungsspannung und die feste Positionierungsspannung summiert, wodurch sich das Ausgangssignal der Summierungseinrichtung 34 bei Änderungen der Positionierungsspannung ändert, so daß die Sicntdarsteüung wir gewünscht vertikal pusiiiünicri «f werden kann. Die Wirkungsweise ist die, daß die Sichtgerätverstärkc·-Positionierungsspannung beim Umschalten auf die Signaldarstellungsbetriebsweise anfänglich Null ist und infolgedessen keine Verschiebung des Niveaus stattfindet. Wenn dann die Positionierungsspannung verändert wird, geht das Ausgangssignal der Summierungseinrichtung 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 50 ist zwischen geeignete Spannungsquellen geschaltet, so daß es an seinem Schleifkontakt eine Positionierungsspannung zwischen + Kund - Kliefert. 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 digitalisierenden Umsetzungsregisters 60 gegeben.

Es sei zunächst die Signalaufnahmebetriebsweise erläutert. Das digitalisierende Umsetzungsregister 60 wird eingeschaltet und arbeitet mit einer Geschwindigkeit, die durch einen Taktgeber 62 bestimmt wird, indem es den Änderungen der Positionierungsspannung an der Schaltungsstelle 54 folgt. Der Ausgang des Umsetzungsregisters 60 hi ein die Positionierungsspannung repräsentierendes Digitalsignal, und die Digitalwerte werden durch einen Digital-zu-Analog-Wandler 64 in Analogwerte zurückverwandelt Der wiedergewonnene Analogwert wird auf eine Polaritätsänderungseinrichtung 66 in Form eines invertierenden Operationsverstärkers, der einen Rückkopplungswiderstand 68 aufweist gegeben, so daß an der Schaltungsstelle 70 bzw. am Ausgang des Operationsverstärkers eine Bezugsspannung erzeugt wird, deren Amplitude gleich der Positionierungsspannung an der Schaltungsstelle 54 ist die jedoch eine der letzteren entgegengesetzte Polarität hat Ein Widerstand 72, dessen Widerstandswert gleich demjenigen des Widerstands 56 ist ist zwischen die Schaltungsstelle 70 und den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 58 geschattet so daß dadurch der Rückkopplungsweg des Komparators 58 vervollständigt wird. Zwei Widerslände 80 und 82 von gleichem Widerslandswert sind zwischen die Schaltungsstellen 54 und 70 geschaltet, so daß sich eine Summierungsschallung ergibt. Da der Absolutwert der Bezugsspannungsamplilude an der Schaltungsstelle 70 in der Signalaufnahmebetriebsweise der Amplitude der Positionierungsspannung an der Schaltungssielle 54 folgt, beträgt die algebraische Summe dieser Spannungen an der Schaltungsstelle 84 am Ende der Folge- und Halleperiode null Volt. Die Positionierungsspannung an der Schaltungsstelle 54 wird, wie oben in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, dem Eingangsvorverstärker 12 zugeführt, während zwischen der Schaltungsstelle 84 und dem Sichtgerätverslärker 20 ein Schaller 90 vorgesehen ist. durch den die Positionierungssteuerschaltung in der Signalaufnahmebetriebsweise vom Sichtgerätverstärker abgeschaltet werden kann.

In der Signaldarstellungsbetriebsweise wird das Umsetzungsregister 60 abgeschaltet, und der Sichtgeräivcrsiärkci 20 wird ffiiiicls des Suiiulicrb 90 niii der Schaltungsslelle 84 verbunden. Der Schalter 90 kann zweckmäßigerweise ein Transistor oder ein Komplementär-Metalloxid-Halbleiterschalter (CMOS) sein. Das Umsetzungsregister hält den Positionierungsspannungswert, den es zum Zeitpunkt des Umschaltens von der Signalaufnahmebetriebsweise auf die Signaldarstellungsbetriebsweise hat, so daß die Bezugsspannung an der Schaltungsstelle 70 auf diesem Wert bei entgegengesewser Polarität desselben bleibt. Anfänglich ist die Summierungsspannung an der Schaltungsstelle 84 null Volt, so daß im Sichtgerätverstärker 20 keine Verschiebung des Positionicrungsspannungsniveaus stattfindet. Wenn nun das Potentiometer 50 verstellt wird, verändert sich die Positionierungsspannung an der Schaltungsstelle 54 mit Bezug auf die feste Spannung an der Schaltungsstelle 70, so daß sich infolgedessen die Summierungsspannung an der Schaltungsstelle 84 verändert und dem Sichtgerätverstärker 20 eine entsprechende Positionierungsspannung zugeführt wird.

Wie man aus der vorstehenden Beschreibung ersieht, sind die für das zugehörige Digitaloszilloskop erforderlichen einzigen Steuereinrichtungen eine einzige Positionssteuerschaltung und ein Schalter zum Umschalten der Betriebsweise. Die Signale zum Inbetrieb- bzw. Äußerbetriebsetzen des digitalisierenden Umsetzungsregisters 60 und für die Umschaltung des Schalters 90 können direkt von einem Betriebsweisenschalter oder von einer internen Logiksteuerschaltung erzeugt werden.

Kurz zusammengefaßt wird mit der Erfindung eine Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop zur Verfügung gestellt, die ein Positionierung eines Signals sowohl vor als auch nach dessen Digitalisierung ermöglicht. Eine Folge- und Halteeinrichtung ist mit einem die Position steuernden Potentiometer verbunden und erzeugt eine Bezugsspannung, die der Positionierungsspannung der Signalaufnahmebetriebsweise folgt, und diese Bezugsspannung wird in der Signaldarstellungsbetriebsweise auf einem festen Niveau gehalten, während die Positionierungsspannung, die dem Eingangsvorverstirker zugeführt wird, variabel einstellbar ist Eine Summierungseinrichtung subtrahiert die Bezugsspannung von der Positionierungsspannung, so daß sie eine geänderte Positionierungsspannung für den Sichtverstärker liefert, die in der Signalaufnahmebetriebsweise Null und in der Signaldarstellungsbetriebsweise variabel ist

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Positionssteuerschaltung für ein Digitaloszilloskop, das einen Eingangsvorverstärker aufweist, der über einen Analog-zu-Digital-Wandler an einen Speicher angekoppelt ist, welcher seinerseits über einen Digital-zu-Analog-Wandler an einen Sichtgerätverstärker angekoppelt ist, der mit dem ein Vertikalablenksystem aufweisenden Sichtgerät des Digitaloszilloskops verbunden ist; wobei das Digitaloszilloskop in einer Signalaufnahmebetriebsweise betreibbar ist, in welcher ein am Eingangsvorverstärker anliegendes Signal vorverstärkt, digitalisiert und gespeichert wird, sowie in einer Signaldarstellungsbetriebsweise, in welcher ein gespeichertes Signal analogisiert, verstärkt und mittels des Sichtgeräts wiedergegeben wird, gekennzeichnet durch eine Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung (30) zum Erzeugen einer variabel einstellbaren Positionierungsspannung sowohl in der Signalauf^ahme- als auch in der Signaldarstellungsbetriebsv» eise, deren Ausgang an den Eingangsvorverstärker (12) angekoppelt ist; eine Folge- und Halteeinrichtung (32), deren Eingang an den Ausgang der Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung (30) angekoppelt ist und die an ihrem Ausgang eine Bezugsspannung abgibt, welche in der Signalaufnahmebetrieüsweise der Positionierungsspannung folgt, so daß ihre Amplitude gleich der Positionierungsspannung ist, wogegen die Bezugsspannung in der Signaldarstellungsbetriebsweise auf einem festen Wert gehalten wird; und eine eingangsseiiig sowohl an die Folge· und Halteeinrichtung p2) als auch an d Positionierungsspannungs-F.rzeugungseinrrhtung (30) angekoppelte η Summierungseinrichtung(34).. emit ihrem Summationsausgang. an dem sie eine algebraische Summationsspannung liefert, welche sich durch Substrahieren der Bezugsspannung von der Positionierungsspannung ergibt, an den Sichtgeräteverstärker (20) w angekoppelt ist.

2. Positionssteuerschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung(30)ein Potentiometer (50) aufweist, das zwischen einem Paar vorbestimmter Spannungsquellen (+ V, — V) vorgesehen ist.

3. Positionssteuerschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Folge- und Halteeinrichtung (32) einen Komparator (58) umfaßt, der an die Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrichtung (30) angekoppelt ist, sowie ein an den Komparator (58) angekoppeltes, dessen jeweilige Ausgangsspannung digitalisierendes Umsetzungsregister, und einen an den Ausgang des letzteren angekoppelten Digital-zu-Analog-Wandler (64).

4. Positionssteuerschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Summierungseinrichtung (34) zwei Widerstände (80, 82) gleichen Widerstandswerts aufweist, die in Reihe zwischen der Positionierungsspannungs-Erzeugungseinrieh' lung (30) und der Folge' und Halteeinrichtung (32) vorgesehen sind, wobei das Ausgangssigrial der Summierungseinrichtung (34) zwischen den Wider·* ständen (80,82) abgenommen wird.

5. Positionssteuerschaltung nach Anspruch I oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierungs^ einrichtung (34) eine Polaritätsänderungseinrichtung (66) zum Ändern der Polarität der Bezugsspannung aufweist.