DE3125152A1 - Device for converting an analog input voltage into a digital output variable - Google Patents
Device for converting an analog input voltage into a digital output variableInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zum Umsetzen einer analogen Device for converting an analog
Eingangsspannung in eine digitale Ausgangsgröße Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umsetzen einer analogen Eingangsspannung in eine digitale Ausgangsgröße mit einem Analog-Digital-Umsetzer, der zwei Eingangsspannungsanschlüsse und einen Bezugsspannungsanschluß sowie zwischen jedem der Eingangsspannungsanschlüsse und dem Bezugsspannungsanschluß eine periodisch betätigbare Schalteinrichtung für einen selbsttätigen Nullabgleich aufweist. Input Voltage to a Digital Output The invention relates refers to a device for converting an analog input voltage into a digital one Output variable with an analog-digital converter that has two input voltage connections and a reference voltage terminal and between each of the input voltage terminals and a periodically operable switching device for the reference voltage connection has an automatic zero adjustment.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art enthält der Analog-Digital-Umsetzer elektronische Schalter, durch die (unter anderem) die internen Eingänge des Umsetzers periodisch von den nach außen geführten zugehörigen Eingangsspannungsanschlüssen getrennt und stattdessen mit dem Bezugsspannungsanschluß verbunden werden, um einen selbsttätigen Nullabgleich zum Ausgleich von Nullpunktfehlern für eine hohe Genauigkeit der Digitalanzeige in der letzten Stelle zu erhalten. Hierbei wird durch Umladung der Schaltkapazität der elektronischen Schalter Energie verbraucht, die durch die Eingangsspannungsquelle aufgebracht werden muß, d.h. der Umsetzer hat einen verhältnismäßig niedrigen Eingangswiderstand (etwa 109 bis 1111 Ohm).In a known device of this type, the analog-to-digital converter contains electronic switches through which (among other things) the internal inputs of the converter periodically from the associated input voltage connections led to the outside separated and instead connected to the reference voltage connection to a Automatic zero adjustment to compensate for zero point errors for high accuracy of the digital display in the last digit. This is done by reloading the switching capacity of the electronic switch consumes energy that is generated by the Input voltage source must be applied, i.e. the converter has a relatively low input resistance (around 109 to 1111 ohms).
Bei Messungen an hochohmigen Spannungsquellen, z.B. einer Glaselektrode zur pH-Messung, reicht dieser Eingangswiderstand nicht aus.For measurements on high-resistance voltage sources, e.g. a glass electrode This input resistance is not sufficient for pH measurement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die eine geringere Belastung der Eingangsspannungsquelle bewirkt bzw. den Eingangswiderstand des Umsetzers erhöht.The invention is based on the object of providing a device of the generic type Specify the type that causes a lower load on the input voltage source or the input resistance of the converter increases.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der eine Eingang eines gegengekoppelten Differenzverstärkers mit dem einen Eingangsspannungsanschluß des Analog-Digital-Umsetzers und der andere Eingang des Differenzverstärkers mit dem Bezugsspannungsanschluß des Analog-Digital-Umsetzers verbunden ist und daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers zwischen den Bezugsspannungsanschluß des Analog-Digital-Umsetzers und den anderen Eingangsspannungsanschluß des Analog-Digital-Umsetzers geschaltet ist.According to the invention, this object is achieved in that the one Input of a negative feedback differential amplifier with one input voltage connection of the analog-to-digital converter and the other input of the differential amplifier is connected to the reference voltage terminal of the analog-digital converter and that the Output voltage of the differential amplifier between the reference voltage terminal of the Analog-digital converter and the other input voltage connection of the analog-digital converter is switched.
Der gegengekoppelte Differenzverstärker hält die Spannung zwischen seinen Eingängen niedrig, so daß auch die Spannung zwischen dem einen Eingangsspannungsanschluß und dem Bezugsspannungsanschluß des Analog-Digital-Umsetzers entsprechend niedrig ist und mithin die Schaltkapazität der zwischen diesen Anschlüssen des Umsetzers liegenden Schalteinrichtung nur eine kleine Ladung erhält. Der durch das periodische Aufladen mit anschließender, über die Schalteinrichtung erfolgender Entladung der zwischen dem Bezugsspannungsanschluß und dem anderen Eingangsspannungsanschluß des Umsetzers liegenden Schaltkapazität bedingte Stromverbrauch wird durch die Ausgangsleitung des Differenzverstärkers gedeckt.The negative feedback differential amplifier holds the voltage between its inputs are low, so that the voltage between the one input voltage terminal and the reference voltage terminal of the analog-to-digital converter correspondingly low and therefore the switching capacity between these connections of the converter lying switching device only receives a small charge. The one through the periodic Charging with subsequent discharging of the between the reference voltage terminal and the other input voltage terminal of the Converter lying switching capacity-related power consumption is through the output line of the differential amplifier covered.
Dieser hat aufgrund seiner Gegenkopplung einen sehr hohen Eingangswiderstand, so daß er die Eingangsspannungsquelle nicht belastet. Die Eingangsspannung kann daher mit hoher Genauigkeit in die digitale Ausgangsgröße umgesetzt werden. Dies gilt insbesondere für einen nullpunktstabilisierten Differenzverstärker.Due to its negative feedback, this has a very high input resistance, so that it does not load the input voltage source. The input voltage can can therefore be converted into the digital output variable with high accuracy. this applies in particular to a zero-point stabilized differential amplifier.
Aber auch dann, wenn der Nullpunkt des Differenzverstärkers nicht nicht stabilisiert ist, um den Aufwand gering zu halten, ergibt sich eine erhebliche Erhöhung des Umsetzer-Eingangswiderstandes, solange die Nullpunktfehlerspannung wesentlich kleiner als die umzusetzende Eingangsspannung ist. - - ---- .~ ~~ ~ ~ Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten und Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.But even if the zero point of the differential amplifier is not is not stabilized in order to keep the effort low, the result is a considerable Increase the converter input resistance as long as the zero point error voltage is much smaller than the input voltage to be converted. - - ----. ~ ~~ ~ ~ the The invention is illustrated below with reference to the drawing of preferred exemplary embodiments described in more detail. 1 shows a block diagram of a first and FIG. 2 a block diagram of a second embodiment of the device according to the invention.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen bezeichnen 1 und 2 die Eingangsspannungsanschlüsse (IN HI bzw. IN LO) und 3 den Bezugsspannungsanschluß (COMMON) eines herkömmlichen Analog-Digital-Umsetzers 4 (Intersil ICL 7106 oder ICL 7107, Prospekt Intersil der SE Spezial-Electronic KG, 8000 München 70, Ortlerstraße 8). Mit 5 ist ein Differenzverstärker sehr hoher Verstärkung (auch Rechen- oder Operationsverstärker genannt) und mit 6 eine hochohmige Spannungsquelle, z.B. eine Glaselektrode zur pH-Messung, bezeichnet. Ferner bezeichnen 7 und 8 die Betriebsspannungsanschlüsse, 9 einen Ausgangsanschluß und U die zwischen dem Anschluß 9 und Erde liegende Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 5, wobei der Mittelpunkt der Betriebsspannungsquelle des Differenzverstärkers 5 geerdet ist. Die Ausgänge der Spannungsquelle 6 sind mit den Eingangsspannungsanschlüssen 1 und 2 des Analog-Digital-Umsetzers 4 verbunden.In the illustrated embodiments, 1 and 2 denote the Input voltage connections (IN HI or IN LO) and 3 the reference voltage connection (COMMON) of a conventional analog-to-digital converter 4 (Intersil ICL 7106 or ICL 7107, Intersil brochure from SE Spezial-Electronic KG, 8000 Munich 70, Ortlerstrasse 8th). With 5 a differential amplifier is very high gain (also arithmetic or Called operational amplifier) and with 6 a high-resistance voltage source, e.g. a Glass electrode for pH measurement, labeled. Furthermore, 7 and 8 denote the operating voltage connections, 9 an output terminal and U the output voltage lying between terminal 9 and earth of the differential amplifier 5, the center point of the operating voltage source of the Differential amplifier 5 is grounded. The outputs of the voltage source 6 are with the input voltage connections 1 and 2 of the analog-digital converter 4 are connected.
Zwischen den Anschlüssen 1 und 3 einerseits und den Anschlüssen 2 und 3 andererseits liegen innerhalb des Analog-Digital-Umsetzers 4 (schematisch als mechanische Umschalter) dargestellte elektronische Schalteinrichtungen, die die Eingangsspannungsanschlüsse 1 und 2 periodisch von internen Eingängen des Analog-Digital-Umsetzers 4 (zu denen die mit einer Pfeilspitze dargestellten Leitungen führen) trennen und diese Eingänge mit dem Bezugsspannungsanschluß 3 verbinden, um einen Nulla<¢eich zu bewirken.Between connections 1 and 3 on the one hand and connections 2 and 3 on the other hand lie within the analog-to-digital converter 4 (schematically as mechanical switch) electronic switching devices shown, the the input voltage connections 1 and 2 periodically from the internal inputs of the analog-digital converter 4 (to which the lines shown with an arrowhead lead) disconnect and Connect these inputs to the reference voltage connection 3 in order to calibrate a zero to effect.
Im geöffneten (unterbrochenen) Zustand der Schaltstrecken sind ihre Schaltkapazitäten wirksam, die als Kondensatoren 10 und 11 zwischen den Anschlüssen 1 und 3 bzw. 3 und 2 innerhalb des Analog-Digital-Umsetzers 4 schematisch dargestellt sind. Diese Schaltkapazitäten können bei dem bekannten A/D-Umsetzer 4 im geöffneten Zustand der zugehörigen Schaltstrecken aufgeladen und im geschlossenen Zustand entladen werden, so daß der Spannungsquelle 6 Energie entzogen und ihre Ausgangs spannung aufgrund dieser Belastung abgesenkt wird.In the open (interrupted) state of the switching paths are their Switching capacitances effective as capacitors 10 and 11 between the terminals 1 and 3 or 3 and 2 within the Analog-digital converter 4 schematically are shown. These switching capacities can be used in the known A / D converter 4 charged in the open state of the associated switching paths and in the closed state State are discharged, so that the voltage source 6 withdrawn energy and their Output voltage is lowered due to this load.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der nicht umkehrende Eingang (+) des Differenzverstärkers 5 direkt mit dem Eingangsspannungsanschluß 1 und der umkehrende Eingang (-) des Differenzverstärkers 5 direkt mit dem Ausgangsanschluß 9 des Differenzverstärkers 5 und dem Bezugsspannungsanschluß 3 des Analog-Digital-Umsetzers 4 verbunden. Der Eingangsspannungsanschluß 2 des Analog-Digital-Umsetzers 4 ist geerdet bzw. mit dem Mittelpunkt der Betriebsspannungsquelle des Differenzverstärkers 5 verbunden, so daß die Ausgangsspannung U des Differenzverstärkers 5 zwischen den Anschlüssen 2 und 3 liegt.In the embodiment of FIG. 1, the input is non-inverting (+) of the differential amplifier 5 directly to the input voltage terminal 1 and the inverting input (-) of the differential amplifier 5 directly to the output terminal 9 of the differential amplifier 5 and the reference voltage connection 3 of the analog-digital converter 4 connected. The input voltage connection 2 of the analog-digital converter 4 is grounded or with the midpoint of the operating voltage source of the differential amplifier 5 connected so that the output voltage U of the differential amplifier 5 between the Connections 2 and 3.
Aufgrund der Verbindung des Ausgangsspannungsanschlusses 9 mit dem umkehrenden Eingang (-) des Differenzverstärkers 5 ergibt sich eine (vollständige) Gegenkopplung des Differenzverstärkers 59 derzufolge die Spannung zwischen den Eingängen (+, -) des Differenzverstärkers 5 und mithin auch die Spannung zwischen dem Ausgangsanschluß 9 und dem nicht umkehrenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 5 als klein im Vergleich zur Ausgangsspannung der Spannungsquelle 6 angesehen werden kann, da wegen der hohen Verstärkung des Differenzverstärkers 5 (im nicht rückgekoppelten Zustand) eine sehr kleine Eingangsspannung zwischen den Eingängen (+, -) genügt, um eine bestimmte Ausgangsspannung U aufrechtzuerhalten. Demzufolge ist auch die Spannung zwischen den Anschlüssen 1 und 3 des Analog-Digital-Umsetzers 4 ebenso klein, so daß die Kondensatoren 10 der Spannungsquelle 6 praktisch keinen Ladestrom entziehen und sie mithin nicht belasten. Der Ladestrom der Kondensatoren 11 wird dagegen durch den Differenzverstärker 5 aus der an seinen Betriebsspannungsanschlüssen 7 und 8 liegenden Betriebsspannungsquelle gedeckt und belastet daher ebenfalls nicht die Spannungsquelle 6. Sodann ist der Eingangswiderstand des Differenzverstärkers 5 aufgrund der erwähnten Gegenkopplung so hoch, daß er die Spannungsquelle gleichfalls nicht belastet. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 6 wird daher praktisch unverfälscht mit hoher Genauigkeit digitalisiert und als digitale Ausgangsgröße angezeigt, wobei die Anzeigeeinrichtung hier nicht dargestellt ist. Selbst wenn der Differenzverstärker 5 einen Nullpunktfehler aufweisen würde, was zur Verringerung des Aufwands vorzugsweise zugelassen ist, indem z.B. ein einfacher nicht nullpunktstabilisierter IC-Differenzverstärker verwendet wird, ergäbe sich noch eine erhebliche Vergrößerung des von der Spannungsquelle 6 her gesehenen Eingangswiderstandes der gesamten Umsetzvorrichtung, sofern nur die Nullpunktfehlerspannung klein gegenüber der umzusetzenden Eingangs spannung ist.Due to the connection of the output voltage terminal 9 with the inverting input (-) of the differential amplifier 5 results in a (complete) Negative coupling of the differential amplifier 59 consequently the voltage between the inputs (+, -) of the differential amplifier 5 and therefore also the voltage between the output terminal 9 and the non-inverting input (+) of the differential amplifier 5 as small im Comparison to the output voltage of the voltage source 6 can be seen because of the high gain of the differential amplifier 5 (in the non-feedback state) a very small input voltage between the inputs (+, -) is sufficient to generate a to maintain a certain output voltage U. Hence the tension between the connections 1 and 3 of the analog-to-digital converter 4 just as small, see above that the capacitors 10 draw practically no charging current from the voltage source 6 and therefore not burden them. The charging current of the capacitors 11, however, is through the differential amplifier 5 from the at its operating voltage connections 7 and 8 lying operating voltage source covered and therefore also does not burden the Voltage source 6. Then is the input resistance of the differential amplifier 5 due to the mentioned negative feedback so high that it is also the voltage source not burdened. The output voltage of the power source 6 therefore becomes practical unaltered digitized with high accuracy and as a digital output variable displayed, the display device not being shown here. Even if the differential amplifier 5 would have a zero point error, which leads to a reduction of the effort is preferably allowed, e.g. by a simple, non-zero-stabilized IC differential amplifier is used, there would still be a considerable increase in size the input resistance of the entire conversion device seen from the voltage source 6, if only the zero point error voltage is small compared to the input to be converted voltage is.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist dagegen der nicht umkehrende Eingang (+) des Differenzverstärkers 5 direkt mit dem Bezugsspannungsanschluß 3, der umkehrende Eingang (-) direkt mit dem Eingangsspannungsanschluß 1 und der Ausgangsanschluß 9 direkt mit dem Eingangsspannungsanschluß 2 verbunden. Sodann ist der Bezugsspannungsanschluß 3 geerdet und mit dem Mittelpunkt der Betriebsspannungsquelle des Differenzverstärkers 5 verbunden, so daß die Ausgangs spannung U des Differenzverstärkers 5 ebenfalls zwischen den Anschlüssen 2 und 3 des Analog-Digital-Umsetzers 4 liegt.In the embodiment of FIG. 2, on the other hand, it is the non-inverting one Input (+) of the differential amplifier 5 directly to the reference voltage connection 3, the inverting input (-) directly to the input voltage terminal 1 and the output terminal 9 connected directly to the input voltage connection 2. Then is the reference voltage connection 3 grounded and with the midpoint of the operating voltage source of the differential amplifier 5 connected so that the output voltage U of the differential amplifier 5 also between the connections 2 and 3 of the analog-digital converter 4 lies.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Gegenkopplung zwischen dem Ausgangsanschluß 9 und dem umkehrenden Eingang (-) des Differenzverstärkers 5 über die Spannungsquelle 6, so daß auch hier die Eingangsspannung zwischen den Eingängen (+, -) des Differenzverstärkers 5 und mithin die Spannung zwischen den Anschlüssen 1 und 3 als klein im Vergleich zur Ausgangs spannung der Spannungsquelle 6 angesehen werden kann und der Ladestrom der Kondensatoren 11 durch den Differenzverstärker 5 gedeckt wird.In this embodiment, the negative feedback takes place between the output terminal 9 and the inverting input (-) of the differential amplifier 5 via the voltage source 6, so that here too the input voltage between the Inputs (+, -) of the differential amplifier 5 and therefore the voltage between the Connections 1 and 3 as small compared to the output voltage of the voltage source 6 can be viewed and the charging current of the capacitors 11 through the differential amplifier 5 is covered.
In diesem Ausführungsbeispiel belasten daher die Kondensatoren 10 und 11 ebenso wie der Differenzverstärker 5 die Spannungsquelle 6 gleichfalls nicht wesentlich, selbst wenn der Differenzverstärker 5 nicht nullpunktstabilisiert ist.In this exemplary embodiment, the capacitors 10 therefore load and 11 as well as the differential amplifier 5, the voltage source 6 likewise not essential, even if the differential amplifier 5 is not zero point stabilized.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3125152A DE3125152C2 (en) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | Device for converting an analog input voltage into a digital output variable |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3125152A DE3125152C2 (en) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | Device for converting an analog input voltage into a digital output variable |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3125152A1 true DE3125152A1 (en) | 1983-01-13 |
DE3125152C2 DE3125152C2 (en) | 1983-03-24 |
Family
ID=6135449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3125152A Expired DE3125152C2 (en) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | Device for converting an analog input voltage into a digital output variable |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3125152C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3725663A1 (en) * | 1987-08-03 | 1989-02-23 | Telefunken Electronic Gmbh | Circuit for A=D and D=A converter - has capacitor assembly, with each capacitor for defined binary value coupled to separate calibrating capacitor |
-
1981
- 1981-06-26 DE DE3125152A patent/DE3125152C2/en not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Prospekt der Fa. Intersil ICL 7106/7107 dreieinhalb- stelliger monolithischer A/D-Wandler, Druckvermerk Okt/77 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3725663A1 (en) * | 1987-08-03 | 1989-02-23 | Telefunken Electronic Gmbh | Circuit for A=D and D=A converter - has capacitor assembly, with each capacitor for defined binary value coupled to separate calibrating capacitor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3125152C2 (en) | 1983-03-24 |
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