DE3125152C2 - 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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Description
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. The invention relates to a device for converting an analog input voltage into a digital output variable with an analog-to-digital converter, the two input voltage connections and a reference voltage terminal and between each of the input voltage terminals and the reference voltage terminal has a periodically operable switching device for 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 11" Ohm). Bei Messungen an hochohmigen Spannungsquellen, z. B. einer Glaselektrode zur pH-Messung, reicht dieser Eingangswiderstand nicht aus.In a known device of this type, the analog-digital converter contains electronic switches through which (among other things) the internal inputs of the converter are periodically separated from the associated input voltage connections led to the outside and are instead connected to the reference voltage connection in order to automatically zero for compensation of zero point errors for a high accuracy of the digital display in the last digit. In this case, by reloading the switching capacity of the electronic switch, energy is consumed which has to be applied by the input voltage source, i.e. the converter has a relatively low input resistance (approx. 10 9 to 11 "ohms). This input resistance is not sufficient for measurements on high-resistance voltage sources, e.g. a glass electrode 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 specifying a device of the generic type which causes a lower load on the input voltage source or the input resistance of the converter elevated.
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 Eingangsspannungsanscnluß 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-digital converter and the other input of the differential amplifier with the reference voltage connection of the analog-digital converter is connected and that the output voltage of the differential amplifier between the reference voltage terminal 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 Bezugspannungsanschluß und dem anderen Eingangsspannungsanschluß des Umsetzers liegenden Schaltkapazität bedingte Stromverbrauch wird durch die Ausgangsleistung des Differenzverstärkers gedeckt. 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. Aber auch dann, wenn der Nullpunkt des Differenzverstärkers nicht stabilisiert ist, um den Aufwand gering zu halten, ergibt sich eine erhebliche Erhöhung des Un.setzer-Eingangswiderstandes. solange die NuII-JO punktfehlerspannung wesentlich kleiner als die umzusetzende Eingangsspannung ist.The negative feedback differential amplifier keeps the voltage between its inputs low, so that also the voltage between the one input voltage connection and the reference voltage connection of the Analog-digital converter is correspondingly low and therefore the switching capacity between these connections the converter located switching device receives only a small charge. The through the periodic charging with subsequent discharging, via the switching device, of the between the reference voltage connection and the other input voltage connection The power consumption due to the switching capacity of the converter is covered by the output power of the differential amplifier. Due to its negative feedback, this has a very high input resistance so that it is the input voltage source not burdened. The input voltage can therefore be converted into the digital output variable with a high degree of accuracy implemented. This applies in particular to a zero point stabilized differential amplifier. but even if the zero point of the differential amplifier is not stabilized, the effort is reduced hold, there is a considerable increase in the converter input resistance. as long as the NuII-JO point error voltage is significantly smaller than the input voltage to be converted.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigt
j) F i g. 1 ein Blockschaltbild eines ersten undThe invention is described in more detail below with reference to the drawing of preferred exemplary embodiments. It shows
j) F i g. 1 is a block diagram of a first and
F i g. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.F i g. 2 shows a block diagram of a second exemplary embodiment of the device according to the invention.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen bezeichnen 1 und 2 die Eingangsspannungsanschlüsse (IN Hl bzw. IN LO) und 3 den Bezugsspannungsanschluß (COMMON) eines herkömmlichen Analog-Digital-Umsetzer 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 Hl or IN LO) and 3 the reference voltage connection (COMMON) of a conventional analog-digital converter 4 (Intersil ICL 7106 or ICL 7107, Intersil brochure from SE Spezial-Electronic KG, 8000 Munich 70, Ortlerstrasse 8). With 5 is a very high gain differential amplifier (also called arithmetic or operational amplifier) and with 6 a high-resistance voltage source, e.g. B. a glass electrode for pH measurement, referred to. Furthermore, 7 and 8 designate the operating voltage connections 9, an output connection and U the output voltage of the differential amplifier 5 lying between the connection 9 and ground, the center point of the operating voltage source of the differential amplifier 5 being grounded. The outputs of the voltage source 6 are connected to the input voltage connections 1 and 2 of the analog-digital converter 4.
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 Eingangsanschlüsse 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 verbinb5 den, um einen Nullabgleich zu bewirken. Im geöffneten (unterbrochenen) Zustand der Schaltstrecken sind ihre Schaltkapazitäten wirksam, die als Kondensatoren 10 und 11 zwischen den Anschlüssen I und 3 bzw. 3 und 2Between the connections 1 and 3 on the one hand and the connections 2 and 3 on the other hand lie within the Analog-digital converter 4 (schematically as a mechanical switch) shown electronic switching devices, the input connections 1 and 2 periodically from internal inputs of the analog-digital converter 4 (to which the lines shown with an arrowhead lead) and disconnect them Connect the inputs to the reference voltage terminal 3 in order to effect a zero adjustment. In the open In the (interrupted) state of the switching paths, their switching capacitances are effective, which act as capacitors 10 and 11 between terminals I and 3 and 3 and 2, respectively
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 Ausgangsspannung aufgrund dieser Belastung abgesenkt wird.are shown schematically within the analog-to-digital converter 4. These switching capacities can be the known A / D converter 4 charged in the open state of the associated switching paths and in the closed state are discharged, so that the voltage source 6 energy is withdrawn and its output voltage is lowered due to this load.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist der nicht umkehrende Eingang ( + ) des Differenzverstärkers 5 direkt mit dem Eingangsspannungsanschluli 1 und der umkehrende Eingang (-) des Differenzverstärkers 5 direkt mit dem Ausgangsanschluß 9 des Differenzverstärkers 5 und dem Bezugsspannungsanschluß 3 des Analog-Digital-Umseizers 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 according to FIG. 1, the non-inverting input (+) of the differential amplifier 5 is connected directly to the input voltage connection 1 and the inverting input (-) of the differential amplifier 5 is connected directly to the output connection 9 of the differential amplifier 5 and the reference voltage connection 3 of the analog-digital converter 4. The input voltage connection 2 of the analog-digital converter 4 is grounded or connected to the center point of the operating voltage source of the differential amplifier 5, so that the output voltage U of the differential amplifier 5 lies 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 5. derzufolge die Spannung zwischen den Eingängen ( + , —) des Differenzverstärkers 5 und mithin auch die Spannung zwischen dem Ausgangsanschluß 9 und dem nicht umkehrenden Eingang ( + ) des Dil'ferenzverstärkers 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 EingangswiderstandDue to the connection of the output voltage connection 9 to the inverting input (-) of the differential amplifier 5, there is a (complete) negative feedback of the differential amplifier 5 and the non-inverting input (+) of the reference amplifier 5 can be viewed as small compared to the output voltage of the voltage source 6, since due to the high gain of the differential amplifier 5 (in the non-feedback state) a very small input voltage between the inputs (+, -) is sufficient to maintain a certain output voltage U. As a result, the voltage between the connections 1 and 3 of the analog-digital converter 4 is just as small, so that the capacitors 10 draw practically no charging current from the voltage source 6 and consequently do not load it. The charging current of the capacitors 11, on the other hand, is covered by the differential amplifier 5 from the operating voltage source connected to its operating voltage connections 7 and 8 and therefore also does not load the voltage source 6. Then there is the input resistance
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 Eingangsspannung ist.of the differential amplifier 5 due to the mentioned negative feedback so high that it is the voltage source also not burdened. The output voltage of the voltage source 6 is therefore practically unadulterated digitized with high accuracy and displayed as a digital output variable, the display device is not shown here. Even if the differential amplifier 5 has a zero point error would, which is preferably allowed to reduce the effort by z. B. a simple not If a zero-point 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, as long as the zero point error voltage is small compared to the input voltage to be converted.
Fei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 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 Ausgangsspanniing U des Differenzverstärkers 5 ebenfalls zwischen den Anschlüssen 2 und 3 des Analog-Digital-Umsetzers 4 liegt.In the embodiment according to FIG. 2, on the other hand, the non-inverting input (+) of the differential amplifier 5 is connected directly to the reference voltage connection 3, the inverting input (-) is connected directly to the input voltage connection 1 and the output connection 9 is connected directly to the input voltage connection 2. The reference voltage connection 3 is then grounded and connected to the center point of the operating voltage source of the differential amplifier 5, so that the output voltage U of the differential amplifier 5 is also between the connections 2 and 3 of the analog-digital converter 4.
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 Ausgangsspannung der Spannungsquelle 6 angesehen werden kann und der Ladestrom der Kondensatoren 11 durch den Differenzverstärker 5 gedeckt wird. 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 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 terminals 1 and 3 viewed as small compared to the output voltage of the voltage source 6 can be and the charging current of the capacitors 11 is covered by the differential amplifier 5. In In this exemplary embodiment, the capacitors 10 and 11 are loaded in the same way as the differential amplifier 5 the voltage source 6 is also not essential, even if the differential amplifier 5 does not stabilize the zero point is.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
|---|---|---|---|
| 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 DE3125152A1 (en) | 1983-01-13 |
| DE3125152C2 true DE3125152C2 (en) | 1983-03-24 |
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ID=6135449
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| 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)
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|---|---|
| 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
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 |
|---|---|
| DE3125152A1 (en) | 1983-01-13 |
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