DE3044968A1

DE3044968A1 - Digital/analog-konverter, insbesondere fuer die verwendung in einem fernsehempfaenger

Info

Publication number: DE3044968A1
Application number: DE19803044968
Authority: DE
Inventors: Alvin Reuben Lebanon N.J. Balaban; Steven Alan Clark N.J. Steckler
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1981-06-19
Also published as: IT1134450B; IT8026217A0; GB2064245B; JPS5696522A; KR830004728A; US4364026A; FR2471085A1; GB2064245A; CA1164571A

Description

RCA 72373

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Digital/Analog-Konverter, insbesondere für die Verwendung in einem Fernsehempfänger

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Digital/Analog-Konverter und kann in Abstimmsystemen für Rundfunk- und Fernsehempfänger verwendet werden.

Digital/Analog-Konverter (nachstehend abgekürzt mit D/A-Konverter) werden zur Umwandlung von Binärsignalen in entsprechende Analogsignale benutzt. Derartige Konverter haben ein weites Anwendungsfeld. Beispielsweise kann in einem elektronischen Abstimmsystem für ein Radio oder einen Fernsehempfänger ein D/AKonverter zur Umwandlung von bei der Wahl eines entsprechenden Kanals aus einem Speicher ausgelesenen Binärsignale in eine entsprechende Abstimmspannung für die Einstellung eines spannungseinstellbaren Frequenzwählelementes, wie etwa einer Varaktordiode, benutzt werden.

Es ist eine große Vielzahl von D/A-Konvertern für verschiedene Anwendungsfälle bekannt. Abstimmsysteme verwenden häufig entweder D/A-Konverter mit einem Binärratenmultiplizierer oder mit einem Impulsbreitenmodulator. Beide Typen wandeln Binärsignale, welche

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die Größe einer Analogspannung darstellen, in ein Impulssignal um, das zur Ableitung des Analogsignals mittels eines Tiefpaßfilters gefiltert wird. Das durch einen Binärratenmultiplizierer erzeugte Impulssignal enthält Impulse gleichförmiger kurzer Dauer, deren Anzahl proportional der Größe des Analogsignals ist. Das von einem Impulsbreitenmodulator erzeugte Impulssignal enthält im allgemeinen einen einzigen Impuls, dessen Dauer proportional der Größe des Analogsignals ist.

Da die von Binärratenmultiplizierern erzeugten Impulssignale eine relativ große Anzahl relativ kurzdauernder Impulse enthält, ist eine Filterung mittels Tiefpaßfiltern relativ hoher Grenzfrequenz und entsprechend kurzer Ansprechzeit leicht möglich. Da jedoch die Anstiegs- und Abfallzeiten bei Halbleiterbauelementen in unkompensierbarer Weise mit der Temperatur schwanken, sind Binärratenmultiplizierer,' welche Impulssignale mit einer relativ großen Anzahl von Signalsprüngen erzeugen (also mit zwei Sprüngen pro Impuls) nicht temperaturstabil. Impulsbreitenmodulatoren sind weniger anfällig gegen Temperaturänderungen als Binärratenmultiplizierer, weil die von ihnen erzeugten Impulssignale nur wenige, nämlich zwei, übergänge aufweisen. Wegen der relativ langen Dauer der von Impulsbreitenmodulatoren erzeugten Impulse muß jedoch das zugehörige Tiefpaßfilter eine relativ niedrige Grenzfrequenz haben. Damit haben aber Impulsbreitenmodulatoren relativ langsame Ansprechzeiten. Weil Tiefpaßfilter mit relativ niedrigen Grenzfrequenzen relativ groß bemessene Filterkapazitäten benötigen, lassen sich Impulsbreitenmodulatoren nicht vollständig in integrierter Schaltung ausbilden.

Da sowohl die Gesichtspunkte der Temperaturstabilität und der Filterausbildung bei Abstimmsystemen wichtig sind, besteht ein Bedürfnis nach D/A-Konvertern, welche zwar die Vorteile, nicht aber die Nachteile von Binärratenmultiplizierern und Impulsbreitenmodulatoren haben. Mit anderen Worten benötigt man einen D/AKonverter für die Verwendung in Abstimmsystemen, wie auch in anderen Anwendungsfällen, welcher ein Impulssignal erzeugt, bei

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dem die Anzahl der Impulse einen Kompromiß zwischen der relativ großen Anzahl von Impulsen, die von einem entsprechenden Binärratenmultiplizierer erzeugt werden, um die Filterung zu erleichtern, und der relativ geringen Zahl von Impulsen, die von einem entsprechenden Impulsbreitenmodulator erzeugt werden, aus Gründen der Temperaturstabilität.

Die hier zu beschreibende Erfindung bezieht sich auf einen D/AKonverter zur Umwandlung von N Binärsignalen oder Bits (binären Digits), deren Kombination die Größe eines Analogsignals, wie etwa einer Abstimmspannung darstellt, in ein Impulssignal, welches allgemein G Gruppen zusammengehöriger oder benachbarter Impulse aufweist, so daß generell 2G Übergänge pro Umwandlungszyklus vorliegen. Wünschenswerterweise wird G als Kompromiß zwischen einer relativ großen Zahl, die zur Erleichterung der Filtererfordernisse eines zugehörigen Tiefpaßfilters erwünscht ist, und einer relativ kleinen Zahl, die zur Verbesserung der Temperaturstabilität des Konverters erwünscht ist, gewählt.

Insbesondere enthält eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden D/A-Konverters einen Zähler, der unter Steuerung durch Taktimpulse eines Taktsignals Binärimpulssignale erzeugt, bei denen die Dauer der Impulse proportional Potenzen von 2 ist, und eine Mehrzahl von Selektionsmitteln, deren jedes durch eines der Bits gesteuert wird, zur Selektion eines der Binärimpulssignale, wenn das betreffende Bit einen vorbestimmten Logikpegel (beispielsweise den Pegel einer logischen "1") hat und damit das Vorhandensein der entsprechenden Potenz von 2 in der Kombination anzeigt, welche die Größe des Analogsignals darstellt, um ein entsprechendes Ausgangsimpulssignal zu erzeugen. Mindestens eines der Selektionsmittel wählt eines der Binärimpulssignale aus, welches Impulse enthält, deren Dauer proportional 2ⁿ ist, wobei η eine Identifizierungsnummer des betreffenden Bit zwischen N und M ist, und G = 2 ist. Eine Kombinationsschaltung kombi- · niert die Ausgangsimpulssignale aller der als Torschaltungen ausgebildeten Selektionsmittel zur Lieferung eines kombinierten

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Ausgangssignals, welches allgemein G Impulse für 2 Taktimpulse hat. Es ist erwünscht, daß der D/A-Konverter auch eine Mehrzahl von Positionsbestimmungseinrichtungen jeweils für die Erzeugung eines entsprechenden Positionsbestimmungssignals zur Steuerung der Position der Impulse eines entsprechenden Ausgangsimpulssignals bezüglich der Impulse der anderen Ausgangsimpulssignale enthält. Mit Bezug auf die G Impulse enthaltenden Ausgangsimpulssignale steuert insbesondere jedes Positionsbestimmungssignal die Position der G Impulse des betreffenden Ausgangsimpulssignals so, daß seine G Impulse mit den G Impulsen, die im kombinierten Ausgangssignal G Impulse aufweisen, zwar benachbar sind, jedoch nicht mit ihnen zusammenfallen. Das kombinierte Ausgangsimpulssignal wird einem Tiefpaßfilter zur Ableitung des Analogsignals zugeführt.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein größtenteils in Blockform ausgebildetes Schaltbild eines D/A-Konverters gemäß der Erfindung, wie er in einem Abstimmsystem für einen Fernsehempfänger verwendet werden kann;

Fig. 2 ein Logikdiagramm einer bevorzugten Realisierung eines Teils des D/A-Konverters gemäß Fig. 1 und

Fig. 3a und 3b graphische Darstellungen von Signalformen für die Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 2.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Fernsehempfänger liefert eine als Antenne 1 dargestellte HF-Signalquelle einen innerhalb des Fernsehfrequenzbandes liegenden HF-Träger an einen Tuner 3. Dieser enthält nicht dargestellte HF-Frequenzselektionsstufen für die Auswahl des HF-Trägers, der zu einem vom Benutzer gewählten Kanal gehört, in Abhängigkeit von Bereichswahlsignalen und einer Abstimmspannung, die von einem Abstimmsteuersystem 5 erzeugt wird. Der Tuner 3 enthält auch einen nicht dargestellten Geräteoszillator zur Erzeugung eines Oszillatorsignals, des-

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sen Frequenz dem gewählten Kanal zugeordnet ist, unter Steuerung durch die Bereichswahlsignale und die Abstimmspannung. Der gewählte HP-Träger und das Geräteoszillatorsignal werden in einer nicht dargestellten Mischschaltung im Tuner 3 zur Bildung eines ZF-Signales (Zwischenfrequenz) überlagert. Das ZF-Signal enthält einen Bildträger, welcher Bild- und Synchroninformation trägt, und einen die Toninformation enthaltenden Tonträger. Das ZF-Signal wird durch eine ZF-Schaltung 7 gefiltert und verstärkt. Die verschiedenen Komponenten des ZF-Signals werden weiter durch eine Signalverarbeitungsschaltung zur Ableitung von Bild- und Ablenksignalen für eine Bildröhre 11 und eines Tonsignals für den Lautsprecher 13 verarbeitet.

Der HF-Teil und der Geräteoszillator des Tuners 3 enthalten jeweils mindestens einen abgestimmten Kreis. Die abgestimmten Kreise enthalten jeweils eine feste Induktivität und eine spannungsveränderbare Kapazität, beispielsweise eine Varaktordiode. Die Induktivität wird entsprechend den Bereichswahlsignalen gewählt, um den Frequenzbereich für den abgestimmten Kreis festzulegen. Der Wert der Kapazität wird entsprechend der Größe der Abstimmspannung eingestellt, um die Mittenfrequenz des abgestimmten Kreises festzulegen.

Das Abstimmsteuersystem 5 enthält ein Tastenfeld 15 mit Tasten für jedes der Digits O bis 9, mit Hilfe dessen Kanäle gewählt werden können. Um einen Kanal zu wählen, werden die beiden den Zehner- und Einerdigits entsprechenden Tasten nacheinander in der genannten Reihenfolge betätigt. Wird eine Taste gedrückt, dann erzeugt das Tastenfeld 15 eine Gruppe von vier Binärsignalen, welche in codierter Form, beispielsweise in einem BCD-Code, das betreffende Digit darstellen. Ein Decodierer 17 erhält die nacheinander erzeugten BCD-Signale und führt sie den jeweiligen Zehner- und Einerbereichen eines Kanalzahlregisters 19 zu.

Der Inhalt des Kanalzahlregisters 19 wird einem Bereichsdecoder 21 zugeführt, welcher aus der Kanalzahl den Bereich bestimmt, in welchem der gewählte Kanal liegt, und erzeugt ein geeignetes

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VL-Bereichswahlsignal für die Kanäle 2 bis 6, ein VH-Bereichswahlsignal für die Kanäle 7 bis 14 und ein U-Bereichswahlsignal für die Kanäle 14 bis 83. Der Inhalt des Kanalzahlregisters 19 wird ferner einer Anzeigeeinheit 23 zur Anzeige der gewählten Kanalzahl zugeführt. Schließlich wird der Inhalt des Registers 19 auch noch einem Abstiiranspannungsspeicher 25 zugeführt.

Dieser Abstimmspannungsspeicher 25 hat eine Mehrzahl von Speicherplätzen, jeweils für die Speicherung von 12 Binärsignalen, welche die Größe der Abstimmspannung für einen entsprechenden Kanal darstellen. Das Register 19 ist ein Adressenregister für den Abstimmspannungsspeicher 25. Wenn ein Kanal gewählt ist, wird der Inhalt des jeweiligen Speicherplatzes des Abstimmspannungsspeichers 25 ausgelesen und in einem Abstimmspannungsregister 27 gespeichert.

Das Abstimmspannungsregister 27 hat 12 Stufen, jeweils für die Speicherung eines betreffenden Binärsignals entsprechend einer Potenz von 2. Die Binärsignale oder Bits (Binärdigits) werden durch römische Zahlen I bis XII identifiziert. Die von jedem Bit dargestellte Potenz von 2 ist um 1 kleiner als die betreffende Identifizierungsnummer. Die Bits I bis XII stellen in Kombination in einem geraden Binärcode die Größe der Abstimmspannung dar. Jedes der I bis XII Bits hat entweder einen hohen Logikpegel (Pegel "1") oder einen niedrigen Logikpegel (Pegel "0"), welcher das Vorhandensein bzw. Fehlen des Bits in der die Größe der Abstimmspannung darstellenden Kombination kennzeichnet.

Der Inhalt des Abstimmspannungsspeichers 27 wird einem D/A-Konverter 29 zugeführt, welcher den Inhalt des Abstimmspannungsregisters 27 in eine entsprechende Abstimmspannung umwandelt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß zwar auch eine andere Anzahl von Bit im Abstimmspannungsspeicher 25 gespeichert werden kann, aber 12 Bits eine genügende Auflösung (also 2¹²=4O96 Pegel) zur Abstimmung der 82 Kanäle zwischen 2 und 83 ergeben.

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Der D/A-Konverter 29 enthält einen Impulsgenerator 31 zur Umwandlung des Inhalts des Abstimmspannungsregisters 27 in ein Impulssignal, das eine Reihe von Impulsen enthält, deren Mittelwert proportional der Größe der Abstimmspannung für den gewählten Kanal ist. Ein aktives Tiefpaßfilter 33, das einen Operationsverstärker 35 und ein RC-Netzwerk (das einfach als ein Widerstand 37 und Kondensator 39 dargestellt ist) in üblicher Weise als Integrator enthält, filtert und verstärkt das Impulssignal zur Erzeugung der Abstimmspannung.

Aus verschiedenen Gründen, unter anderem ümwandlungsfehler des D/A-Konverters 29, Komponentenwertänderungen aufgrund von Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Alterung, und im Falle von Gemeinschaftsantennen- und Kabelanlagen, Prequenzverschiebungen des gewählten HF-Trägers, kann die Frequenz des Bildträgers im ZF-Signal nicht auf ihrem Sollwert liegen (also in den Vereinigten Staaten 45,75 MHz). Daher ist ein AFT-Diskriminator 41 (für die automatische Scharfabstimmung) vorgesehen, welcher ein Scharfabstimmsignal mit einer Polarität und Größe entsprechend der Richtung bzw. Größe der Abweichung des ZF-Bildträgers von 45,75 MHz erzeugt. Dieses Scharfabstimmsignal wird dem aktiven Tiefpaßfilter 33 über einen Widerstand 43 zur Modifizierung der Abstimmspannung im Sinne einer Korrektur jeglicher Abweichungen des ZF-Bildträgers von 45,75 MHz zugeführt.

Die Anzahl der Übergänge oder Impulse(pro Impuls liegen zwei übergänge vor) im vom Impulsgenerator 31 erzeugten Impulssignal beeinflußt die Temperaturstabilität des D/A-Konverters 29, weil sie die Anstiegs- und Abfallzeiten verändert, die zu den Impulssignalen gehören, welche von der den Impulsgenerator 31 enthaltenden Halbleiterlogikschaltung erzeugt werden, mit der Temperatur verändern und sich leider typischerweise nicht gegenseitig ausgleichen oder kompensieren. Vom Gesichtspunkt der Temperaturstabilität sind daher so wenig wie möglich Übergänge (Impulse) wünschenswert. Um die Anzahl der Impulse jedoch herabzusetzen und gleichzeitig denselben mittleren Pegel beizubehalten, muß man die Impulsbreite erhöhen. Ein Tiefpaßfilter für die Filterung

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eines Impulssignales, dessen Impulse relativ lang sind, erfordert jedoch leider eine relativ niedrige Grenzfrequenz. Damit ergibt sich ein unerwünscht langsames Ansprechen und gegebenenfalls die Notwendigkeit eines großen Filterkondensators, der eine vollständige Integration des D/A-Konverters 29 in einer integrierten Schaltung unmöglich machen kann. Es ist daher erwünscht, die Anzahl der vom Impulsgenerator· 31 erzeugten Impulse nach einem Kompromiß zu wählen, der sowohl der Forderung nach einer vernünftigen Temperaturstabilität als auch nach einer vernünftigen Ansprechzeit entspricht.

Im Gegensatz zu einem Binärratenmultiplizierer, welcher pro Um-

N
wandlungszyklus bis zu 2 einzelne Impulse erzeugt, wobei N die Anzahl der umzuwandelnden Bits ist, und einem Impulsbreitenmodulator, welcher typischerweise nur einen Impuls pro Umwandlungszyklus erzeugt, ist der Impulsgenerator 31 so ausgebildet, daß G Gruppen oder "Trauben verpackter" Impulse pro Umwandlungszyklus erzeugt werden (außer in bestimmten nachstehend noch erläuterten Fällen). Unter dem Ausdruck "gepackt" sei verstanden, daß alle Bits oder Impulse eines Typs in jeder Gruppe aneinandergrenzen, also alle binären Einsen und alle binären Nullen in jeder Gruppe liegen zusammen. Während der mittlere Pegel des vom Impulsgenerator 31 erzeugten Signals der gleiche ist wie derjenige für eine äquivalente Anzahl individueller Bits, erhält man im Ergebnis wegen der "Packung" der Bits in jeder Gruppe generell nur 2G übergänge.

Es hat sich gezeigt, daß bei N = 12 Bits, G = 16 Impulsen und 2G

= 32 übergängen pro vollständigem Umwandlungszyklus von 2 Taktimpulsen ein geeigneter Kompromiß zwischen Temperaturstabilität und Filtereigenschaften erreicht wird. Daher ist der Impulsgenerator 31 speziell so ausgebildet, daß er (außer in bestimmten noch zu erläuternden Situationen) 16 Pakete oder Gruppen gepack-

ter Impulse für jeden Umwandlungszyklus von 2 Taktimpulsen erzeugt. Es versteht sich, daß für andere Anzahlen von Bits andere Anzahlen von Gruppen geeignet sein können.

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Der Impulsgenerator 31 enthält einen 12-stufigen Binärzähler 45, der unter Steuerung durch von einem Taktimpulsgenerator 47 erzeugten Taktimpulsen 12 Binärimpulssignale erzeugt, welche durch die römischen Zahlen I bis XII charakterisiert sind und in ihrer Kombination in geradem Binärcode die Anzahl von Impulsen darstellen, welche vom Taktimpulsgenerator 47 erhalten werden. Obwohl es aus Gründen der Einfachheit der Darstellung nicht im einzelnen gezeigt ist, erzeugt der Binärzähler 45 auch die logischen Komplemente der Binärimpulssignale i bis xii. Die logischen Komplemente der Binärimpulssignale i bis xii sind in den Fig. 2, 3a und 3b mit i bis xii bezeichnet. Jedes Binärimpulssignal enthält Impulse, deren Dauer proportional einer entsprechenden Potenz von 2 ist (siehe Fig. 3a und 3b). Es sei darauf hingewiesen, daß die von jedem Binärimpulssignal dargestellte Potenz von 2 um Eins kleiner als die entsprechende Identifizierungsnummer ist.

Eine Tast- und Justifikations-Logikschaltung 49 wählt einzelne der Binärimpulssignale i bis xii oder ihre entsprechenden logischen Komplemente entsprechend den Binärpegeln der Binärsignale I bis XII zur Bildung eines Impulssignales aus, das im allgemeinen, mit Ausnahme der später erläuterten Fälle, 16 Gruppen oder Pakete dicht gepackter Impulse für jede Umwandlungsfolge hat.

Da durch die Logikelemente der Logikschaltung 49 Zeitverzögerungen auftreten können, die nicht generell vorhersagbar oder miteinander übereinstimmend sind, neigen die Flanken der durch die Logikschaltung 49 erzeugten Impulssignale dazu zu zittern oder zeitlich hin- und herzuschwingen. Ein solches Zittern kann sich bei Integration durch das Tiefpaßfilter 33 nachteilig in Amplitudenschwankungen der Abstimmspannung äußern. Daher synchronisiert eine Synchronisationsschaltung 51 die Flanken des durch die Logikschaltung 29 erzeugten Impulssignals mit den entsprechenden Flanken der vom Taktimpulsgenerator 47 erzeugten Taktimpulse, um das Zittern zu unterbinden.

Eine bevorzugte logische Realisierung der Schaltung 49 und der Synchronisationsschaltung 51 sind in Fig. 2 dargestellt, während

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die Figuren 3a und 3b dem besseren Verständnis dieser Schaltung dienen.

Die Ausführungsform der Logikschaltung 49 enthält UND-Tore I bis XII, die gemeinsam als Selektionstore bezeichnet werden, welche jeweils durch die Bits I bis XII des Abstimmspannungsregisters 27 gesteuert werden, um eines der Binärimpulssignale oder sein logisches Komplement auszuwählen für die Ableitung entsprechender Ausgangsimpulssignale, die einer ODER-Schaltung 53 zugeführt werden. Die ODER-Schaltung 53 faßt die einzelnen ihr zugeführten ImpulsausgangsSignaIe gemäß einer logischen ODER-Funktion zusammen, um ein kombiniertes Impulssignal zu erzeugen. Da die ODER-Schaltung 53 zwölf Eingänge hat, kann sie praktisch eine Anzahl einzelner hintereinandergeschalteter ODER-Tore enthalten (die hier aber nicht dargestellt sind). Das kombinierte Impulssignal wird der Synchronisationsschaltung 51 zugeführt, die gemäß der Darstellung lediglich ein D-Flipflop (Daten-Flipflop) enthält, dessen D-Eingang das kombinierte Impulsausgangssignal der ODER-Schaltung 53 zugeführt wird und dessen Takteingang CK das vom Taktimpulsgenerator 47 erzeugte Taktsignal zugeführt wird. Das Q-Ausgangssignal des D-Flipflop dient als Ausgangssignal des Impulsgenerators 31 und wird dem Tiefpaßfilter 33 zugeführt. Das D-Flipflop 51 synchronisiert nicht nur das Impulsausgangssignal des Impulsgenerators 31 mit dem Taktsignal, sondern stellt auch sicher, daß der Impuls des Ausgangssignals im wesentlichen zwischen den Spannungsgrenzen der Stromversorgungsschaltung hin- und herschaltet, unabhängig von der Anzahl der dem Eingang der ODER-Schaltung 53 zugeführten logischen Einsen und Nullen.

Die ÜND-Tore XII-I, die gemeinsam als Selektionstore bezeichnet sind, bestimmen die Anzahl der Bits für binäre Einsen und binäre Nullen in den jeweiligen Ausgangsimpulssignalen und damit im kombinierten Impulssignal durch Auswahl der binären Impulssignale des Binärzählers 45 entsprechend den Pegeln der jeweils numerierten Bits, die im Abstimmspannungsregister 27 gespeichert sind. Eine Leitung XI und ÜND-Tore X-I werden gemeinsam als Positions-

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bestimmungstore bezeichnet und leiten Positionsbestimmungssignale ab für die Bestimmung der Position oder Justifizierung jedes der durch die Selektionstore XII-I abgeleiteten Ausgangsimpulssignale bezüglich der von den Selektionstoren XII-I höherer Ordnung abgeleiteten Ausgangsimpulssignale, so daß, woimmer möglich, die Gruppen oder Pakete jedes Ausgangssignals mit gleichen (also Einsen oder Nullen) Gruppen oder Paketen der anderen Ausgangsimpulssignale dicht gepackt sind. EXKLUSIV-ODER-Tore X-IV, die gemeinsam als Selektions-Inversions-Tore bezeichnet sind, arbeiten mit entsprechend numerierten Positionsbestimmungstoren in der nachstehend noch erläuterten Weise im Sinne der Impulspositionierungs- oder Justifikationsfunktion zusammen.

Wie bereits erwähnt, sind im kombinierten Ausgangsimpulssignal generell G Gruppen zusammengepakter Impulse vorhanden. Es ist daher wünschenswert, daß jedes Ausgangsimpulssignal G Pakete von

2 Impulsen oder Bits enthält, wobei η die Zahl zwischen XII

un§ I des im Abstimmspannungsregister 27 gespeicherten Bit ist. Dies ist jedoch nicht möglich, wenn 2ⁿ~ kleiner als G ist. Wenn G gleich 2 ist, dann erzeugen nur diejenigen Selektionstore, die durch römische Ziffern bezeichnet sind, die äquivalent zu Zahlen größer oder gleich M+1 sind, G Pakete, und die durch römische Ziffern äquivalent zu Zahlen kleiner oder gleich M identifizierten Selektionstore erzeugen weniger als G Pakete. Für den speziellen Fall G=16 erzeugen nur die Selektionstore mit den Nummern zwischen XII und V 16 Pakete und die Selektionstore mit den Nummern zwischen IV und I erzeugen weniger als 16 Pakete. Weiterhin enthält das kombinierte Ausgangsimpulssignal nur weniger als 16 Pakete, wenn die im Abstimmspannungsregister 27 gespeicherten Bits V bis XII eine Zahl kleiner als 16 oder größer als 4095-16 darstellen.

Die Betriebsweise der Selektionstore XII bis V und der jeweiligen Positionsbestimmungstore und Selektions-Inversions-Tore sei beispielhaft mit Bezug auf die Selektionstore XII bis IX und die jeweiligen Positionsbestimmungs- und Selektions-Inversions-Tore beschrieben, wobei auf Fig. 3a Bezug genommen wird.

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Wenn das höchstwertige Bit, XII, des Abstiitunspannungsregisters eine "1" ist, dann muß das Ausgangsimpulssignal mindestens

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2 =2048 1-Bits enthalten. Da 16 Gruppen von 1-Bits gewünscht werden, muß jede Gruppe ■ = 128 1-Bits enthalten. Da aber entweder viii oder viii 2 =128 Taktimpulsen entsprechen, können viii oder viii gewählt werden, wenn Bit XII eine "1" beinhaltet.

Bei der hier beschriebenen Ausführung wird viii durch das Selektions-ÜND-Tor XII gewählt, wenn Bit XII eine "1" ist.

Wenn das nächst niedrigerwertige Bit, XI, des Abstimmspannungs-

o10 1024 registers 27 eine "1" ist, dann müssen mindestens -=-s-g· = · = 1-Bits in jeder der 16 Gruppen oder Pakete enthalten sein. Da vii 2 = 64 Taktimpulsen entspricht, wird vii durch das Selektions-UND-Tor XI gewählt, wenn Bit XI =1 ist. Wenn Bit XII ebenfalls "1" ist, müssen außerdem 64 1-Bits, die dem Bit XI=1 entsprechen, mit den 128 1-Bits, welche dem Bit XII=I entsprechen, zusammengepackt werden oder sich an diese anschließen. Weiterhin können sie nicht in irgendeinem Teil des Zeitintervalls auftreten, in dem viii eine "1" ist (also in demjenigen Zeitintervall, in dem die 128 1-Bits auftreten, die XII=I entsprechen), so daß keines der 24 1-Bits, welche dem Bit XI=1 entsprechen, verlorengehen. Dementsprechend reagiert das Selektions-UND-Tor XI auf Zuführung von vii als Positionsbestimmungssignal lediglich über eine Leitung, die mit einer römischen XI bezeichnet ist, um die 64 1-Bits, welche XI=1 entsprechen, zu "rechtfertigen" oder zu verschieben, so daß sie an die 128 1-Bits, welche dem Bit XII=I entsprechen, angrenzen, jedoch nicht überlappen (siehe Fig. 3a, Signalform vii, Teil XI-1).

Wenn das nächst geringerwertige Bit, X, des Abstimmspannungs-

' 09 512 registers 27 eine "1" ist, dann müssen mindestens .4-? = —^ = 32

1-Bits in jeder der 16 Gruppen enthalten sein. Da vT 2⁵=32 Taktimpulsen entspricht, wird vT durch das Selektions-ÜND-Tor X gewählt, wenn Bit X eine "1" ist. Wenn XII ebenfalls eine "1" ist, dann können außerdem die 32 1-Bits, welche X=1 entsprechen, nicht in irgendeinem Abschnitt des Zeitintervalls auftreten, wo viii eine "1" ist, also in demjenigen Zeitintervall, in welchem

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die 128 1-Bita auftreten, die XII=I entsprechen. Damit wird viii einem Eingang des Positionsbestimmungs-UND-Tores X zugeführt. Das Ausgangssignal des Positionsbestimmungs-UND-Tores X wird einem Eingang des Selektions-ÜND-Tores X zugeführt, um die 32 1-Bits, welche dem Bit X=1 entsprechen, zu "rechtfertigen" oder zu verschieben, so daß sie nicht mit den 128 1-Bits zusammenfallen, welche dem Bit XII=I entsprechen.

Die Position der 32 1-Bits, welche dem Bit X=1 entsprechen, gegenüber den 128 1-Bits, die dem Bit XII=I entsprechen, hängt davon ab, ob das Bit XI eine "1" oder eine "0" ist. Ist das Bit XI eine "0", dann müssen die 32 1-Bits, die X=1 entsprechen, anschließend oder angrenzend an die 128 1-Bits gepackt werden, welche XII=I entsprechen (siehe Fig. 3a, Signalform vT, Teil X= 1, XI =0). Wenn XI eine "1" ist, dann müssen die 32 1-Bits, welche dem Bit X=1 entsprechen, angrenzend an die 64 1-Bit gepackt werden, welche dem Bit XI=1 entsprechen (siehe Fig. 3a, Signalform vT, Teil X=1, XI=1). Um die 32 1-Bits, die dem Bit X=1 entsprechen, gegenüber den 128 1-Bits, welche dem Bit XII=I entsprechen, zu positionieren, müssen Bit XI und das Binärimpulssignal vii dem EXKLUSIV-ODER-Tor X zugeführt werden. Ein EXKLUSIV-ODER-Tor ist eine logische Torschaltung, die an ihrem Ausgang eine "1" liefert, wenn an einem, jedoch nur an einem, ihrer Eingänge eine "1" liegt. Das EXKLUSIV-ODER-Tor X läßt in folgender Weise für den Fall, daß Bit XI eine "0" ist, vii und für den Fall, daß XI eine "1" ist, vii zum Positionsbestimmungs-UND-Tor X gelangen. Wenn XI eine "0" ist, dann ist das Ausgangssignal des EXKLUSIV-ODER-Tores X immer dann eine "1", wenn vii eine "1" ist. Dementsprechend durchläuft vii das EXKLUSIV-ODER-Tor X immer dann, wenn XI eine "0" beinhaltet. Wenn das Bit XI eine "1" ist, dann ist das Ausgangssignal des EXKLUSIV-ODER-Tores X immer darin eine "1", wenn vii eine "0" beinhaltet. Dementsprechend wird vii durch das EXKLUSIV-ODER-Tor X immer dann invertiert, wenn XI eine "1" beinhaltet.

Wenn das nächst niedrigerwertige Bit, IX, des Abstimmspannungsregisters 27 eine "1" beinhaltet, dann muß das Ausgangsimpuls-

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9-1 8 signal des Impulsgenerators 31 mindestens 2. =2 =256 1-Bits ent halten. Das bedeutet, daß jede Gruppe ^_ = -^jM^ =16 1-Bits enthalten muß. Da ν gleich 2 =16 Taktimpulsen entspricht, wird ν durch das Selektions-UND-Tor IX gewählt, wenn Bit IX eine "1" beinhaltet. Die G Gruppen oder Pakete des Ausgangsimpulssignals des Selektions-ÜND-Tores IX müssen an die von den Selektions-UND-Toren XII, XI und X erzeugten jeweiligen G Gruppen angrenzen, jedoch nicht koinzident mit ihnen sein. Demgemäß wird das von dem Positionsbestimmungs-ÜND-Tor X erzeugte Positionsbestimmungssignal dem Positionsbestimmungs-UND-Tor IX zugeführt, so daß je nach dem Pegel des Bit XI die G Pakete des Ausgangsimpulssignals des Selektions-UND-Tores IX an die jeweiligen G Gruppen der Ausgangsimpulssignale des Selektions-UND-Tores XII angrenzen, jedoch nicht mit diesen koinzidieren. Weiterhin wird das Ausgangssignal des EXKLÜSIV-ODER-Tores IX unter Steuerung durch X und vT dem Positionsbestimmungs-UND-Tor IX zugeführt, so daß die G Pakete des Ausgangsimpulssignales des Selektions-UND-Tores IX in Abhängigkeit vom Pegel des Bit X an die jeweiligen G Gruppen des Ausgangssignals des Selektions-UND-Tores XI angrenzen, jedoch nicht mit ihnen koinzidieren.

Da die Funktionen der Selektions-UND-Tore VIII bis V analog denjenigen der Selektions-UND-Tore XII bis IX und der betreffenden Positionsbestimmungsschaltung sind, werden die Punktionen der Selektions-UND-Tore VIII bis V hier nicht im einzelnen beschrieben. Jedoch muß die generelle Beziehung der Positionsbestimmungsschaltung zur Selektionsschaltung ausdrücklich betont werden: Jedes Selektions-UND-Tor reagiert nämlich auf ein Positionsbestimmungssignal, das von demjenigen der Binärimpulssignale abgeleitet ist, welche dem unmittelbar vorangehenden Selektionstor höherer Ordnung zugeordnet ist. Damit grenzen die G Impulse des entsprechenden Ausgangsimpulssignals an die G Impulse des unmittelbar vorangehenden Ausgangsimpulssignals höherer Ordnung an, ohne sich mit diesen zu überschneiden. Da weiterhin die Ausgänge der Positionsbestimmungs-UND-Tore X bis V vom Leiter XI an in Kaskade geschaltet sind, grenzen die G Impulse des Ausgangsimpulssignals jedes der Selektions-UND-Tore XI an die G Impulse

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aller vorausgehenden Ausgangsimpulssignale höherer Ordnung an, ohne jedoch mit diesen zusammenzufallen.

Es war bereits darauf hingewiesen worden, daß die mit den römischen Ziffern IV bis I bezeichneten Selektionstore Ausgangsimpuls* signale mit weniger als 16 Impulsen während eines UmwandlungszyJclus erzeugen. Für die folgende Beschreibung der Betriebsweise der Selektionstore IV bis I und der zugehörigen Positionsbestimmungsschaltung wird auf Fig. 3b Bezug genommen.

Die Selektions-UND-Tore IV, III, II und I erzeugen 8, 4, 2 bzw. 1 Ausgangsimpuls für jeden Zyklus von 16 durch die übrigen Selektions-UND-Tore erzeugten Ausgangsimpulsen. Da Tx nur halb so oft wie viii in einem Umwandlungszyklus erscheint (also 16 mal), wenn Bit IV eine "1" ist, wählt das Selektions-UND-Tor IV Tx aus. Da χ nur 1/4 mal so oft wie viii auftritt, wenn Bit III eine "1" ist, wählt das Selektions-UND-Tor x. Da χι nur 1/8 mal so häufig wie viii auftritt, wenn Bit II eine "1" ist, wählt das Selektions-UND-Tor II xi. Da xii nur 1/16 mal so häufig wie viii auftritt, wenn Bit I eine "1" ist, wählt das Selektions-UND-Tor I xii. Allgemein ausgedrückt wählen die Selektions-UND-Tore mit Nummern η

Ν—η

gleich IV bis I diejenigen Binärimpulssignale, die 2 entsprechen, wobei N die Anzahl der im Abstimmspannungsregister 27 gespeicherten Bits ist.

Die Positionsbestimmungs-UND-Tore IV bis I erzeugen Positionsbestimmungssignale für entsprechende Ausgangsimpulssignale der Selektions-UND-Tore IV bis I. Die Positionsbestimmungs-UND-Tore III bis I sind so in Kaskade geschaltet, daß sie nacheinander auf Binärimpulssignale ix, χ und xi höherer Ordnung ansprechen. Damit werden die 4, 2 und 1 Impulse der entsprechenden Ausgangsimpulssignale über verschiedene der 16 Gruppen von Ausgangsimpulssignalen der Selektionstore XII bis V verteilt, wie dies in Fig. 3b angedeutet ist. Damit ist sichergestellt, daß für den Fall, daß der Inhalt des AbstimmspannungsSpeichers 27 einer Zahl kleiner als 16 oder größer als 4095-16 entspricht, die. Anzahl von Impulsen im kombinierten Ausgangsimpulssignal nicht so

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dicht gepackt ist, daß die höchstmögliche Impulszahl vorliegt. Dies ist aus den bereits erläuterten Gründen wichtig für die Ansprechzeit des Tiefpaßfilters 33.

Das Positionsbestimmungs-UND-Tor IV reagiert auf das Ausgangssignal des EXKLUSIV-ODER-Tores IV, welches selbst wiederum auf Bit IV und Impulssignal ix und auf Positionsbestimmungssignale höherer Ordnung reagiert wegen des Kaskadenaufbaus der Positionsbestimmungs-üND-Tore X bis V. Damit ist sichergestellt, daß die einzelnen Impulse der Ausgangsimpulssignale der Selektionstore IV bis I mit den Gruppen von Impulsen der AusgangsimpulsSignaIe, die von den zugehörigen Selektionstoren XII bis V höherer Ordnung erzeugt werden, zusammengepackt sind bzw. an sie angrenzen. Damit erhält man eine maximale Anzahl von 16 Impulsen oder Gruppen pro Umwandlungszyklus. Dies ist aus den bereits erläuterten Gründen wichtig für die Temperaturstabilität des D/A-Konverters 29.

Während die kaskadenförmig aufgebaute Positionsbestimmungsschaltung bezüglich des "Rechtfertigungs"-Gesichtspunktes des D/A-Konverters betont worden ist, sei erwähnt, daß er sich selbst zur Einfügung in eine integrierte Schaltung eignet, weil diese Art von Kaskadenschaltung die Anzahl von Leitungen oder Metallisierungswegen in einer integrierten Schaltung reduziert. Eine große Anzahl von Leiterwegen ist nicht erwünscht, weil dadurch die Packungsdichte der integrierten Schaltung (also die Anzahl von Elementen pro Flächeneinheit) begrenzt wird.

Der D/A-Konverter 29 ist im Hinblick auf ODER-, UND- und EXKLUSIV-ODER-Torschaltungen beschrieben worden, jedoch versteht es sich, daß auch andere logische Torschaltungen wie NOR- und NAND-Tore alternativ verwendet werden können. Diese und andere Abwandlungen sollen unter den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.

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Claims

RCA 72373 Sch/Vu
U.S. Ser. No. 098,925
vom 30. November 1979

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Patentansprüche

M))Abstimmsystem mit einem Register zur Speicherung einer Mehrzahl von N Bits, welche in Kombination die Größe eines Analogsignals darstellen und deren jedes eine entsprechende Potenz von 2 gleich 2 darstellt, wobei η eine Zahl zwischen N und 1 ist, die das Bit kennzeichnet, wobei jedes der Bits entweder einen ersten oder einen zweiten Pegel aufweist, welcher das Vorhandensein oder das Fehlen des Bit in der die Größe darstellenden Korabination anzeigt, und mit einer Anordnung zur Umwandlung des Inhalts des Registers in ein Impulssignal, das allgemein G Impulse hat, welche die Größe des Analogsignals darstellen, gekennzeichnet durch

einen Taktgeber (47) zur Erzeugung von Taktimpulsen;

einen Zähler (45) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Binärimpulssignalen unter Steuerung durch die Taktimpulse, wobei jedes der

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Binärimpulssignale Impulse mit einer Dauer hat, die proportional einer Potenz von 2 ist;

eine Mehrzahl von N Selektionsmitteln (Selektions-UND-Tore), die jeweils eine Identifizierungsnummer η zwischen N und 1 haben und deren jedes unter Steuerung durch ein entsprechend numeriertes Bit eines der Binärimpulssignale auswählt für die Ableitung eines entsprechend numerierten Ausgangsimpulssignales, wenn das betreffende numerierte Bit den ersten Pegel hat, wobei jedes der Selektionsmittel, welches eine Identifizierungsnummer η zwischen N und M+1 hat, wobei G gleich 2 ist, eines der Binärimpulssigna-

on-1
Ie entsprechend —=— auswählt;

und eine Kombinationsschaltung (53) zur Kombinierung der Ausgangsimpulssignale für die Erzeugung des die Größe des Analogsignals darstellenden Impulssignals, und eine Koppelschaltung (33) zur Kopplung des die Größe des Analogsignals darstellenden Impulssignals zum Tuner.
2) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes

der Selektionsmittel mit einer Identifizierungsnummer η zwischen

N-n N und 1 eines der Binärimpulssignale entsprechend 2 auswählt.
3) System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Positionsbestimmungseinrichtungen (Positionsbestimmungs-UND-Tore) vorgesehen ist, deren jedes eine Identifizierungsnummer η zwischen N-1 und 1 hat und deren jedes ein entsprechend numeriertes Positionsbestimmungssignal ableitet zur Steuerung der Position der Impulse des entsprechend numerierten Ausgangsimpulssignals bezüglich der Impulse der anderen Ausgangsimpulssignale aus einem der Binärimpulssignale, welches dem unmittelbar vorangehenden Selektionsmittel höherer Ordnung und dem unmittelbar nachfolgenden Positionsbestimmungssignal niedrigerer Ordnung zugeordnet ist.
4) System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Positionsbestimmungssignale, das eine Identifizierungsnummer η zwischen N-1 und M+1 hat, den entsprechend numerierten Selek-

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tionsmitteln zugeführt wird zur Steuerung der Position des entsprechend numerierten Ausgangsimpulssignales derart, daß seine G Impulse an die jeweiligen Impulse aller Ausgangsimpulssignale höherer Ordnung anschließen, jedoch nicht mit ihnen koinzidieren.
5) System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Positionsbestimmungssignale, das eine Identifizierungsnummer η zwischen M und 1 hat, dem entsprechend numerierten Selektionsmittel zugeführt wird zur Steuerung der Position des entsprechend numerierten Ausgangsimpulssignales derart, daß seine Impulse über verschiedene der G Impulse der zwischen N und M+1 numerierten Ausgangsimpulssignale verteilt werden.
6) System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler zwei Binärimpulssignale mit einer ersten und einer zweiten entgegengesetzten Polarität für jede Potenz von 2 erzeugt und daß die Binärimpulssignale mit der ersten Polarität den zugeordneten Selektionsmitteln zugeführt werden und die Binärimpulssignale mit der zweiten Polarität den zugeordneten Positionsbestimmungseinrichtungen zugeführt werden.
7) System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Positionsbestimmungseinrichtungen, welche eine Identifizierungsnummer η zwischen N-2 und M hat, selektive Inverter (EXKLUSIV-ODER-Tor) zur selektiven Invertierung des Binärimpulssignales enthält, welches den entsprechend numerierten Positionsbestimmungseinrichtunqen zugeführt wird, wenn das unmittelbar vorhergehende Bit höherer Nummer den ersten Pegel hat.
8) System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder selektive Inverter ein EXKLUSIV-ODER-Tor ist.
9) System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Synchronisationseinrichtung (51) zur Synchronisierung der Taktimpulse des Taktsignals mit den Impulsen des von der Kombinationsschaltung erzeugten Impulssignals.

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10)System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationseinrichtung (51) ein D-Flipflop ist.

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