DE3216707A1

DE3216707A1 - Netzwerk mit vorwaehlbar nichtlinearem zusammenhang zwischen eingangs- und ausgangsgroesse

Info

Publication number: DE3216707A1
Application number: DE19823216707
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ing.(grad.) 7154 Althütte Lechler
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1982-05-05
Filing date: 1982-05-05
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3216707C2

Abstract

Für ein Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße wird ein mit Widerständen (R, R/a, R b) beschalteter Operationsverstärker (V) verwendet. Über elektronische Schalter (S1, S2, . . ., Sn) sind in den Rückführungskreis des Operationsverstärkers (V) verschiedene Teilwiderstände (R b) eines Spannungsteilers (R/a, R b) einschaltbar. Die Einschaltung des jeweiligen Teilwiderstandes (R b) erfolgt in Abhängigkeit des Augenblickwertes der Eingangsgröße (Ue).

Description

Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgröße Die Erfindung betrifft ein Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße unter Verwendung eines mit Widerständen beschalteten Operationsverstärkers. Eine solche Schaltung ist bekannt aus Halbleiter-Schaltungstechnik, U. Tietze/Ch. Schenk, 1969, Seiten 222 bis 224.
Dort werden zur Approximation quadratischer Kennlinien Netzwerke aus Widerständen und vorgespannten Dioden einem Operationsverstärker vorgeschaltet. Alle Dioden sind auf einen gemeinsamen Summierpunkt geführt, der mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Der von diesem Summierpunkt zum Eingang des Operationsverstärkers fließende Strom steigt schneller als proportional zur Eingangspannung an.
Die quadratische Kennlinie wird durch Geradenstücke verschiedener Steigung abschnittsweise angenähert. Durch Exemplarstreuungen der Dioden arbeitet diese Schaltung nicht zuverlässig genug. Außerdem weist diese Schaltung einen starken Temperaturgang auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde das Netzwerk eingangs genannter Art so auszubilden, daß es unabhängig von Exemplarstreuungen und Umgebungseinflüssen zuverlässig und präzise arbeitet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen.
der Erfindung angegeben.
Das erfindungsgemäße Netzwerk zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus. Im Gegensatz zu temperaturabhängigen Diodennetzwerken arbeitet es mit sehr hoher Präzision und Reproduzierbarkeit. Außerdem ist es mit dem erfindungsgemäßen Netzwerk möglich den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße schnell und einfach zu ändern. Da die elektronischen Schalter im Rückführungskreis des Operationsverstärkers liegen, haben deren Sättigungswiderstände keinen Einfluß auf das Verhalten der Schaltung«^ Kennlinien mit anderen Neigungeh können durch Vor- oder Nachschalten von Umkehrverstärkern erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Netzwerk eignet sich besonders für Steuerungs- und Regelungszwecke, beispielsweise zur Linearisierung einer AGC (Automatic Gain Control)-Spannung in Abhängigkeit vom Pegel eines Hochfrequenzsignales.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Netzwerkes und Fig. 2 eine mit dem erfindungsgemäßen Netzwerk approximierte nichtlineare Kennlinie.
In Fig. 1 ist der Signaleingang E mit n Vorwiderständen R verbunden. Die gewünschte Kennlinie des Netzwerkes wird durch n Geradenstücke approximiert. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für n = 4. Jeder der n Vorwiderstände R ist über jeweils einen von n Schaltern S1,...,S4 mit dem ersten Eingang El des Operationsverstärkers V verbindbar. Der zweite Eingang E2 des Operationsverstärkers V ist mit einer Referenzspannungsquelle Uref verbunden. Der Ausgang A des Operationsverstärkers V ist über n Widerstände R . b und R/a von n Spannungsteilern an die gemeinsame Masseleitung von Eingang E und Ausgang A des Netzwerkes angeschlossen.
Die Verbindungspunkte der Widerstände R/a und R . b sind jeweils mit zugehörigen Verbindungspunkten der Vorwiderstände R und Schalter S1,...,S4 verbunden.
Der Steuereinheit St, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als A/D-Wandler ausgebildet, wird ebenfalls das Eingangssignal Ue des Netzwerkes zugeführt. Jeder Ausgang des A/D-Wandlers ist mit einem Steuereingang SEi, SE2, SE3, SE4 eines Schalters S1, S2, S3, S4 verbunden. Je nach Höhe des Augenblickwertes von Ue wird ein bestimmter Schalter eingeschaltet. Der Operationsverstärker V arbeitet mit einer definierten Gegenkopplung, die im wesentlichen durch die Widerstände R/a und R b bestimmt ist. Der beschaltete Operationsverstärker V weist als Kennlinie eine Gerade auf, beispielsweise G1 in Fig. 2. Die Steigung der Geraden ist durch die Faktoren a und b der Widerstände des Spannungsteilers bestimmt. Wird über einen der Steuereingänge SE1, SE2, SE3 oder 5E4 ein anderer Schalter eingeschaltet, stellt sich eine andere Kennlinie ein, beispielsweise G2 in Fig. 2. Zu dieser Kennlinie gehören andere Werte der Faktoren a und b.
Anhand der Knotenanalyse wird nun die Funktion der Geraden abgeleitet. Es ergibt sich: Ue - Uref + Ua - Uref - Uref. = O R R'b R -Ua = Uref. a b - (Ue - Uref).b + Uref Mit B = 1 + b + b . a folgt: Ua = Uref ( B - Ue. b) Uref 1 + b + ba Für A = b Ue ergibt sich: Ua = Uref. B (1 - Ue )Uref. B Uref . A Diese Funktion Ua - f (Ue) ist für drei verschiedene Parameterpaare A und B (A1, B1; A2, B2; A3, B3) in Fig. 2 dargestellt.
Die Parameterpaare Al, 32; A2, B2; A3, B3 bzw. deren Umrechnungen auf Parameterpaare a und b werden je nach der zu approximierenden nicht linearen Kennlinie K für jeden Gegenkopplungszweig voreingestellt.
Für eine niedrige Eingangsspannung Ue ist die Kennlinie G1 durch das Geradenstück mit den normierten Achsenabsehnitt.e'n.
Uref Al und Uref B1 gegeben.
Die lineare Kennlinie G1 schmiegt sich asymtotisch an die gewünschte nichtlineare Kennlinie K an. Erreicht die Eingangsspannung Ue den Wert ml wird der sich gerade im Einschaltzustand befindliche Schalter ausgeschaltet und der nächstfolgende Schalter eingeschaltet. Da durch diesen ein anderer Teilwiderstand R b im Gegenkopplungszweig eingeschaltet wird mit einem anderen Parameterpaar, bei- spielsweise A2, B2, bzw. a2, b2 nimmt das Netzwerk eine andere Kennlinie an; im Falle von Fig. 2 die Gerade G2, die wiederum asymptotisch zur Kennlinie K verläuft. Diese lineare Kennlinie wird beibehalten bis beim Wert m2 der Eingangsspannung Ue auf die Kennlinie G3 umgeschaltet wird.
Als Schalter S1, S2,... ,Sn können bilaterale C-MOS Schalter verwendet werden. Da sie im Gegenkopplungskreis des Operationsverstärkers V liegen, haben ihre Sättigungswiderstände keinen Einfluss auf das Verhalten des Netzwerkes.
Zur Approximation einer gewünschten nichtlinearen Kennlinie stellt man zuerst die Faktoren a und b jedes Spannungsteiters ein. Müssen fallende oder steigende Kennlinien in anderen Quadranten approximiert werden, sind vor bzw. hinter den Operationsverstärker V Umkehrverstärker zu schalten.
Anstelle eines A/D-Wandlers können zur Steuerung der Schalter S1, S2,... ,Sn Komparatoren verwendet werden, die gestaffelte Schwellwerte aufweisen. Ihre Ausgänge sind jeweils mit einem Steuereingang SE1, SE2,...,SEn eines Schalters S1, S2,...,Sn verbunden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 3 Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße unter Verwendung eines mit Widerständen beschalteten Operationsverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rückführungskreis des Operationsverstärkers (V) verschiedene Teilwiderstände (R * b) eines Spannungsteilers (R/a, R 0 b) über elektronische Schalter (S1, S2,...,Sn) einschaltbar sind und daß die Einschaltung des jeweiligen Teilwiderstandes (R 0 b) in Abhängigkeit des Augenblickwertes der Eingangsgröße (Ue) erfolgt.
2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Operationsverstärkereingang (Ei) jeweils über einen von n (n = 1, 2, 3,...) Vorwiderständen (R) und einen von n elektronischen Schaltern (S1, S2,...,Sn) in Serie dazu mit dem Signaleingang (E) des Netzwerkes verbindbar ist, daß der zweite Operationsverstärkereingang (E2) mit einer Referenzspannungsquelle (Uref) verbunden ist, daß zwischen dem Operationsverstärkerausgang (A) und den Verbindungspunkten zwischen den n Vorwiderständen (R) und den n elektronischen Schaltern (51, S2,...,Sn) jeweils ein Teilwiderstand (R . b) des Spannungsteilers (R/a, R b) liegt, daß der Signaleingang (E) des Netzwerkes mit dem Eingang einer Schaltersteuereinheit (St) verbunden ist und daß die Ausgänge der Schaltersteuereinheit (St) jeweils mit den ihnen zugeordneten Steuereingängen (SE1, SE2,...,SEn) der n elektronischen Schalter (S1, S2,...,Sn) verbunden sind.
3. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (ist) aus einem A/D-Wandler besteht.
4. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (St) aus n Komparatoren für verschiedene Schwellwerte aufgebaut ist.
5. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang oder Eingang des Operationsverstärkers (V) Umkehrverstärker angeschaltet sind.