DE3302991A1 - Trigonometrischer funktionsgenerator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen trigonometrischen Punktionsgenerator nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Schaltkreis, der selektiv irgendeine trigonometrische Standardfunktion, wie beispielsweise den Sinus, Kosinus, Tangens, Cotangens, Sekans und Cosekans erzeugen kann.

Bislang wurden eine große Vielzahl von Techniken entwickelt, um trigonometrische Punktionen unter Verwendung analoger Schaltkreise zu erzeugen. Beispielsweise umfassen bekannte Techniken für die Erzeugung von Sinusfunktionen eine abschnittweise lineare Approximation, die Erzeugung von Polynomfunktionen oder anderen kontinuierlichen Funktionen unter Verwendung von Multiplikatoren, speziellen translinearen Schaltkreisen und einfachen Modifikationen von bipolaren Transistor-Differenzverstärkern sowie Schaltkreise, die eine große Anzahl solcher Differenzverstärkerstufen umfassen, welche periodisch in Gegenphase geschaltet sind.

Im allgemeinen benutzen bisherige Lösungen spezielle Schaltkreise für jede trigonometrische Funktion. So werden völlig unterschiedliche Techniken normalerweise für die Erzeugung der Sinusfunktion und der Tangensfunktion verwendet. Verfahren zur Erzeugung der reziproken Funktionen (Cotangens, Sekans und Cosekans) sind kaum bekannt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen trigonometrischen Funktionsgenerator anzugeben, der bei einfachem Aufbau die wahlweise Erzeugung einer gewünschten trigonometrischen Funktion gestattet. Die Lösung dieser

Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das noch in näheren Einzelheiten zu beschreiben sein wird, gelangt ein einziger Schaltkreis bei der Erzeugung aller trigonometrischen Standardfunktionen (Sinus, Kosinus, Tangens, Cotangens, Sekans und Cosekans) zur Anwendung, wobei eine ausgezeichnete Genauigkeit und Temperaturstabilität erzielt wird. Dieser Schältkreis umfaßt zwei identische, die Sinusfunktion erzeugende Netzwerke, welche Ausgangssignale proportional zu dem Sinus eines Winkel-Eingangssignales erzeugen. Diese Netzwerke sind so miteinander verbunden, daß das zusammengesetzte Ausgangssignal proportional dem Winkel-Eingangssignal eines Netzwerkes und umgekehrt proportional zu dem Winkel-Eingangssignal des anderen Netzwerkes ist. Somit ergibt sich ein Ausgangssignal folgender Form

- O₂)
* wobei A eine steuerbare Amplitude darstellt,

Q^ - O₂ dem Winkel-Eingangssignal des einen Netzwerkes und 0,| - 0₂ dem Winkel-Eingangs signal des anderen Netzwerkes entspricht. Durch selektive Verbindung der Netzwerk-Eingangsanschlüsse mit einem Winkel-Steuersignal und Referenzspannungen entsprechend 0° und 90° kann jede trigonometrische Standardfunktion erzeugt werden, wobei lediglich eine Stiftauswahl getroffen werden muß, um die gewünschte trigonometrische Funktion auszuwählen.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Gesamtanordnung eines trigonometrischen Funktionsgenerators;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm zur Veranschaulichung eines

bevorzugten die Sinusfunktion erzeugenden Netzwerkes;

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der durch das Netzwerk gemäß Fig. 2 erzeugten Sinusfunktion;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer kommerziellen Version des trigonometrischen Funktionsgenerators, wobei die Stiftanschlüsse beziffert sind;

Fig. 5 eine schematische Ansicht der Stiftverteilung der kommerziellen Version;

Fig. 6 die Stiftverbindungen bei einem Sinusbetrieb; Fig. 7 die Stiftverbindungen bei einem Kosinusbetrieb;

Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufes des Ausgangssignales beim Kosinusbetrieb;

Fig. 9 die Stiftverbindungen beim Tangensbetrieb; und

Fig. 1OA und 1OB ein detailliertes Schaltungsdiagramm der kommerziellen Version.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der trigonometrische Funktionsgenerator gemäß der Erfindung ein Paar von Sinus-Netzwerken 20, 22,

denen entsprechende Differential-Eingangssignale O₁, Q₂; 0₁, φ2 zugeführt werden, tun Ausgangssignale I_q1 und I₀₂ entsprechend dem Sinus der durch diese Eingangssignale dargestellten Winkel zu erzeugen. Diese Sinus-Netzwerke weisen vorteilhafterweise einen Aufbau auf, wie er in der Patentanmeldung P des gleichen Erfinders mit gleichem Anmeldetag dargestellt und beschrieben ist. Figur 2 veranschaulicht ein Sinus-Netzwerk 24, welches vorzugsweise sechs angepaßte Transistoren, fünf Zwischenbasis-Widerstände R und vier gleiche Stromquellen I zur Ansteuerung der Knotenpunkte des Widerstands-Netzwerkes umfaßt.

Der Strom einer gemeinsamen Emitterquelle I_£ wird auf die sechs Transistoren des Netzwerkes 24 aufgeteilt und die Kollektoren der Transistoren werden abwechselnd mit einem Paar von Ausgangsanschlüssen 26, 28 verbunden, um an diesen Ströme I₁ und I₂ zu bilden. Die Summe der Ströme I₁ und I₂ entspricht dem Strom Ig. Die Differenz zwischen den Strömen I₁ und I₂ bildet den Ausgangsstrom I des Netzwerkes. Ein Differentialwinkel-Eingangssignal wird den Endanschlüssen 30, 32 des Netzwerkes zugeführt, um den Differential-Ausgangsstrom I gemäß dem Sinus des Eingangswinkels zu steuern.

Figur 3 zeigt das Ausgangssignal des Netzwerkes 24 in Abhängigkeit von dem Winkel des Eingangssignales. Es ist ersichtlich, daß der Ausgangsstrom sinusförmig variiert, wobei eine sehr hohe Genauigkeit über einen Bereich vorliegt, der den Grenzbereich von + 90° herkömmlicher Anordnungen überschreitet. Im Bereich zwischen +, 180° ist der Fehler kleiner als 0,25 %. Innerhalb eines Bereiches von ± 270° besitzt der Schaltkreis einen Fehler, der geringer als 1 % ist.

Gemäß Fig. 1 wird einem Steuerverstärker 40 mit hoher Verstärkung der Ausgangsstrom I₂ des 0-Sinus-Netzwerkes 22 zusammen mit einem Referenzstrom zugeführt, wobei der Referenzstrom durch einen Widerstand Rogp geliefert wird, der an eine Referenzspannungsquelle V^p (1_f8 Volt im bevorzugten Ausführungsbeispiel) angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 40 steuert die Stromquelle Ig₂* u*⁰· den Strom I₂ an den Referenzstrom anzugleichen. Die andere Emitterstromquelle Ig.* ist an die Stromquelle Ig₂ angepaßt und durch gemeinsame Anschlüsse dieser Stromquelle nachgeführt. Somit erhält das Q-Netzwerk 20 den gleichen Emitterstrom wie das 0-Netzwerk zugeführt.

Bei der Betrachtung des Gesamtbetriebes des Schaltkreises seien folgende Übereinkünfte getroffen: Q₁ und Q₂ sind Winkel, welche den Eingangs spannungen proportional sind, die den entsprechenden Eingangsanschlüssen des Q-Netzwerkes zugeführt werden und 0^ und 0₂ sind Winkel, welche den Eingangsspannungen proportional sind, die den entsprechenden Eingangsanschlüssen des 0-Netzwerkes zugeführt werden. Verwendet man nun die Analyse, wie sie für derartige Sinus-Netzwerke in der erwähnten Parallelanmeldung entwickelt wurde, so ergibt sich der Ausgangsstrom des Q-Netzwerkes folgendermaßen:

¹Oi = ^C1 ¹EI ^sin (^Q1 - ^Θ2> ⁽¹⁾

wobei Cj. ein durch den Netzwerkentwurf bestimmter temperaturabhängiger Faktor ist.

Dieser Differentialstrom I ^ wird durch den Ausgangsverstärker 44 und durch den Rückführwiderstand Rp in eine Ausgangsspannung umgewandelt:

Y_n = C, I₁M R™ sin (Θ,. - Q₀)

In gleicher Weise ergibt sich der Ausgangsstrom des 0-Netzwerkes folgendermaßen:

¹O₂ = C₂ I_E2 sin (0₁ - 0₂) (3)

Die den Steuerverstärker 40 enthaltende Rückführungsschleife ist abgeglichen, wenn I_q2 = Ip^p = ^vref^^RREF ^is^' ^3οπιί^ ergibt sich:

^VPT?T? = ^CO ¹TTi? ^RRT?P ^Sin C01 ~ ΦO) C4)

flEiC C. CmC. rULr I C.

Da die 0- und Θ-Netzwerke identisch sind, C^ und C₂ einander entsprechen und I™ Ig₂ entspricht, können die Gleichungen (2) und (4) miteinander kombiniert werden, um zu folgender Beziehung zu führen:

Rp _β sin ^Vo ^{= V} *

oder V_rt = A
ο

o ^{= V}REF R^p" sin

sin (O. - G₉) ^

sm

Dies zeigt, daß die Ausgangsspannung V_Q des Schaltkreises gemäß Fig. 1 dem Produkt eines Amplitudenfaktors (A) und dem Sinus der Winkeldifferenz von Q^ und Q₂ proportional ist und zu dem Sinus der Winkeldifferenz von 0^ und 0₂ umgekehrt

• · 4 ■ · ··

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proportional ist. Es sei vermerkt, daß die Temperaturabhängigkeit eines einzelnen Sinus-Netzwerkes in dem kombinierten Schaltkreis eliminiert worden ist, was sich aufgrund der inversen Beziehung der beiden Netzwerke ergibt. Der sich ergebende Gesamtschaltkreis bildet einen Basisbaustein, aus dem alle trigonometrischen Funktionen abgeleitet werden können, wie dies nachstehend noch erläutert wird.

Figur 4 zeigt weitere Gesichtspunkte der kommerziellen Schaltkreisversion, wobei die Stiftanschlüsse für eine nachfolgende Bezugnahme beziffert sind. Hier wird dem Steuerverstärker 40 ein Referenzstrom von einem oder beiden der zwei Referenzwiderstände R^, Rj^ iⁿ Abhängigkeit davon zugeführt, ob die gewünschte Ausgangsamplitude 1 Volt oder 10 Volt betragen soll. Das Ausgangssignal des Verstärkers steuert die Spannung auf einer Leitung 46, die gemeinsam an die Emitterwiderstände Rg^, Rgg eines Paares von angepaßten Stromquellentransistoren Q50, Q51 angeschlossen ist, deren Basen miteinander verbunden sind. Somit wird die zweite Stromquelle Q51 der ersten Stromquelle Q50 nachgeführt.

Der kommerzielle Schaltkreis umfaßt einen Referenzspannungsgenerator, der durch einen Block 48 veranschaulicht ist. Dieser Generator kann beispielsweise eine temperaturstabilisierte Band-Gap-Referenzspannungsquelle sein, wie sie in der US-PS RE 30 586 dargestellt und beschrieben ist. Wenn die Stifte 3 und 4 an den Stift 5 des Referenzspannungsgenerators angeschlossen sind und wenn V^gp =1,8 Volt ist, so werden dem Verstärkereingang über die Widerstände R_R1, R_R2 ungefähr 200 uA zugeführt. Das Ausgangs signal des Steuerverstärkers stellt die Spannung auf der Leitung 46 so ein, daß die Strom-

«ft* «Μ t * *·

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quelle Q5O den erforderlichen Emitterstrom I_ß liefert, um 200 uA als Ausgangsstrom des Netzwerkes zu liefern, um das Eingangssignal des Verstärkers zu kompensieren. In der kommerziellen Version dieses Schaltkreises bei einem Winkel-Eingangssignal von 90° (1,8 Volt) an den Eingangsanschlüssen 0^, 0p erzeugt die Stromquelle Q50 einen Strom Ig von ungefähr 600 uA, entsprechend einem Verhältnis von ungefähr 1/3 für Iq/Ijj» wie dies in Fig. 3 für einen Eingangswinkel von 90° angezeigt ist.

Die zweite Stromquelle Q51 wird der ersten Stromquelle Q50 nachgeführt und erzeugt ebenfalls 600 uA als Emitterstrom I_E für das ©-Netzwerk 20. Wenn somit ein 90°-Signal (1,8 V) an die Eingangsanschlüsse Q^, O₂ angelegt wird, so wird ein Differentialstrom von 200 uA als Ausgangsstrom I_q1 des Netzwerkes erzeugt. Mit einem Rückführungswiderstand Rp von 50 Kiloohm für den Ausgangsverstärker 44 ergibt sich ein Ausgangssignal V von 10 Volt bei diesem Strom.

Figur 5 zeigt schematisch die Stiftanordnung einer kommerziellen Version des Schaltkreises in einem DIP-Gehäuse mit 14 Anschlußstiften. Dieses Anschlußschema wird in den Fig. 6, 7 und 9 benutzt, um zu veranschaulichen, wie die Stiftverbindungen getroffen werden müssen, um den Schaltkreis für den Sinus-, Kosinus und Tangens-Betrieb entsprechend zu programmieren.

Gemäß Figur 6 ist erkennbar, daß der grundlegende Sinus-Betrieb programmiert wird, indem Vp^p an 0₁ angeschlossen •vtrd, um einen Eingangswinkel von 90 dem 0-Netzwerk 22 zuzuführen, so daß der Zähler in der Gleichung (5) den Wert 1

ft ·

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annimmt. Die Spannung Vp^p wird ebenfalls den Anschlüssen A^, A₂ zugeführt, um eine Ausgangsamplitude von 10 Volt vorzugeben. Das Winkel-Steuersignal ist an den Anschlußstift O₁ angeschlossen, wobei der Anschlußstift O₂ geerdet ist, so daß das Ausgangssignal proportional zu Sinus (0-0) ist. Der Ausgangsanschluß 0/P liefert daher die Sinusfunktion gemäß Fig. 3.

Die Anschlußstiftverbindung für einen Kosinusbetrieb ist in Fig. 7 dargestellt. Dieser Baustein entspricht demjenigen in Fig 6 mit der Ausnahme, daß das Winkel-Steuersignal dem Anschlußstift O₂ zugeführt wird, während die feste 90°-Referenzspannung an den Anschlußstift θ,, angeschlossen ist. Somit ist das Netzwerk für Sinus (90° - O₂) programmiert, was cos O₂ entspricht. Figur 8 zeigt die Kosinusfunktion zusammen mit der 90°-Verschiebelinie. Positive Werte von 0 besitzen einen Bereich von 450° und negative Werte besitzen einen Bereich von 270°. Die Kosinusfunktion kann ebenfalls vorgegeben werden, indem die Bezugs spannung V^gp als Op und das Steuersignal als O^ vorgegeben wird. Auf diese Weise treten positive Werte von O^ in einem Bereich von 270° auf und negative Werte treten in einem Bereich von 450° auf.

Der Tangensbetrieb ist in Figur 9 dargestellt. Hier wird erneut die Bezugsspannung Vpgp dem Anschluß 0^ zugeführt und der Anschluß O₂ ist geerdet, wie dies bei dem Sinusbetrieb der Fall war. Das Steuersignal für einen Winkel oC wird nunmehr jedoch beiden Anschlußstiften O^ und 0₂ zugeführt. Somit ergibt sich das Ausgangssignal folgendermaßen:

sin J.!?>>_.._r"_O_ _j_ — Q-J-AJ. -*\ _ j-_an

sin (.900 -C^) cos o{

Figur 9 zeigt eine Verbindung von Vogp ^mi"t A₁, -wobei geerdet ist.

Es ä-bt nur bestimmte gültige Bereiche im Tangensbetrieb entsprechend der richtigen Rückführungsphase des Steuerverstärkers. Dj.es führt dazu, «daß der Hauptbereich zwischen -90° und +90° auftritt (wo cos 0 positiv ist) und daß sekundäre Bereiche zwischen -360° und -270° und 270° und 360° auftreten. Das Ausgangssignal bei den dargestellten Anschlüssen beträgt 1 V bei 45°, welches auf 10 V bei +84,29° (-10V bei -84,29°) ansteigt. Das Vorzeichen des Ausgangssignales kann umgekehrt werden, indem O₁ und O₂ umgekehrt werden. Es kann einige Fälle geben, in denen der Anwender den 10V-Maßstabsfaktor auszuwählen wünscht (A₁ und A₂ sind beide an Vjygp angeschlossen). Hierbei wird das Ausgangsbei 45° anzusteigen.

signal veranlaßt, von 0 bei 0° über 1V bei 5,71° auf 10V

Sehr ähnliche Betrachtungen gelten für den Cotangensbetrieb. Das Winkel-Eingangssignal cK wird sowohl Q₂ als auch 0₁ zugeführt, wobei 0₂ geerdet ist und O₁ auf 90° (V^gp) eingestellt wird. Der Hauptbetriebsbereich liegt zwischen 0° und 180° (das Ausgangssignal besitzt den Wert Null bei 90°) und sekundäre Bereiche treten zwischen -270° und -90° und 270° und 360° auf.

Die Cosekansfunktion (das Reziproke der Sinusfunktion) wird erzeugt, indem das Winkel-Eingangssignal dem 0-Netzwerk zugeführt wird und das O-Netzwerk auf den Wert 1 eingestellt wird, indem 9 = +90° gemacht wird. Das Vorzeichen des Zählers muß positiv sein, um die richtige Rückführung in dem Steuerverstärker zu erhalten. Somit erstreckt sich der primäre

Winkelbereich zwischen O und +180°. Der auf Eins normierte Amplitudeneingang A₁ wird benutzt, da die Cosekansfunktion niemals eine Größe kleiner als 1 aufweisen kann. Benutzt man den 1V-Maßstabsfaktor, so weist das Ausgangssignal eine Größe von 10V bei 5,74° und +174,26° auf. Das negative Ausgangssignal C-cosec 0) wird erhalten, indem die Eingangssignale an 9,j und O₂ vertauscht werden.

Gleiche Betrachtungen für den Betriebsbereich gelten für den Sekansbetrieb (das Reziproke des Kosinus). Das Eingangs-Winkelsignal wird um 90° verschoben, um den Kosinusbetrieb in dem 0-Netzwerk vorzugeben und das O-Netzwerk wird auf sin 1 durch Verwendung der Referenzspannung eingestellt. Der primäre Betriebsbereich liegt zwischen -90° und +90°. Von der Wahlmöglichkeit für die Amplitude A,. wird Gebrauch gemacht, so daß das Ausgangssignal 1V bei 0° beträgt und auf 10V bei + 84,26° ansteigt. Die Funktion -see 0 kann erzeugt werden, indem in einfacher Weise die Θ-Eingangssignale vertauscht werden.

Die Rückführung des Ausgangsverstärkers 44 kann unterbrochen werden (wie dies in Fig. 5 angezeigt ist), wobei die Anschlußklemmen Z₁ und Zp als weiterer Eingang verfügbar sind. Das Eingangssignal des Ausgangsverstärkers ist nunmehr durch die Differenz zwischen dem Ausgangssignal der Sinus-Netzwerke (A sin θ/sin 0) und (Z₁ - Z₂) gegeben. Wenn der Verstärkerausgang zurück auf die Winkeleingänge geführt wird, so kann ein Betrieb mit inverser. Funktion erreicht werden. Um beispielsweise die arc-tan-Funktion zu bilden, werden die Eingangssignale wie bei der Tangens-Funktion eingestellt und der Maßstabsfaktor wird entsprechend dem Anwendungsfall gewählt. Höchstwahrscheinlich wird der 1 Volt-Maßstabsfaktor verwendet. Das zusammengesetzte Ausgangssignal der Sinus-

Netzwerke (d.h. das Tangens-Ausgangssignal) wird über den Eingang Z₁ - Z₂ auf Null gebracht und der Verstärker 44 zwingt das Winkel-Eingangssignal auf den gleichen Wert, der diesem Eingang entspricht. Bei einigen wenigen bestimmten Anordnungen für inverse Funktionen wird es erforderlich sein, vorgeschaltete Signalsteuereinrichtungen zu verwenden, wie beispielsweise Mittel zur Begrenzung der Größe des Eingangssignales und eine Trenndiode, wenn beispielsweise ein Multiplizierer im Quadratwurzelbetrieb verwendet wird.

Die Figuren 1OA und 1OB zeigen zusammen ein schematisches Schaltungsdiagramm eines kommerziellen trigonometrischen Funktionsgenerators, der auf einem einzigen integrierten Schaltkreischip angeordnet ist. Die dargestellte Schaltung umfaßt das zuvor beschriebene Sinus-Netzwerk und Steuerschaltkreise zusammen mit Vorspann- und anderen zugeordneten Schaltkreisen, die in einer für den Fachmann verständlichen Weise arbeiten. Der Einfachheit halber kann daher eine detaillierte Erläuterung des Betriebes dieses Schaltkreises unterbleiben.

Das Θ-Netzwerk 20 gemäß Fig. 10B umfaßt Transistoren Q23 bis Q28, Widerstände R32 bis R36, vier 150 uA-Knoten-Stromquellen Q12 bis Q15 und Eingangs-Dämpfungswiderstände R37 bis R40. Die Transistoren Q23 bis Q28 besitzen eine hohe Stromverstärkung, einen relativ geringen Basiswiderstand und gute angepaßte Werte bezüglich der Basis/Emitter-Spannung Vgg und sie sind so eng wie möglich bei der Schaltungsauslegung auf dem Chip angeordnet, um thermische Fehler auf ein Minimum zu reduzieren. Die Stromquellen Q12 bis Q15 sind in ihrer Größe einander angepaßt und sie besitzen eine Ausgangsimpedanz von ungefähr 10 MegjQ. .

Eine gesonderte Stromquelle Q16 und R29 dient einem doppelten Zweck. Da sie an dem äußeren Ende der Anordnung von PNP-Transistoren Q12-Q15 angeordnet ist, dient sie zunächst der Verbesserung bei der Angleichung dieser Einrichtungen, indem sie als Lehrabschluß wirkt. Als zweites bildet diese Stromquelle eine topologisch passende Möglichkeit zur Vorspannung der Transistoren Q58, Q77 und Q57. Diese Stromspiegel besitzen einen Verstärkungsfaktor von 2 und sie geben eine Senke für den Strom von 300 uA vor, der aus jedem Ende des Basis-Vorspannungsnetzwerkes herausfließt.

Das 0-Netzwerk 22 in Fig. 1OA ist das gleiche wie das 9-Net zwerk 20 und es umfaßt Transistoren Q17 bis Q22, Widerstände R10 bis R14, vier 150 uA-Knoten-Stromquellen Q7 bis Q10 und Eingangs-Dämpfungswiderstände R15 bis R18. Die Knoten-Stromquellen beider Netzwerke werden durch einen gemeinsamen Steuerverstärker bestehend aus den Transistoren Q2, Q3, Q4 und zugeordneten Schaltkreisen gesteuert.

Obgleich ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel der Erfindung in Einzelheiten beschrieben wurde, liegt es auf der Hand, daß dies nur zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Prinzips geschehen ist und daß viele Änderungen vorgenommen werden können, wobei man weiterhin im Rahmen der Erfindung bleibt. Obgleich die Netzwerk-Emitterquellen I^ und I_E2 als gleichgroße Ströme liefernde Stromquellen beschrieben worden sind, liegt es auf der Hand, daß beispielsweise ungleiche Ströme, die einander nachgeführt werden, ebenso benutzt werden können, um die gewünschten Endresultate zu erhalten. Andere Modifikationen sind dem Fachmann ebenfalls an die Hand gegeben.

Es wird ein universeller trigonometrischer Funktionsgenerator angegeben, der selektiv programmierbar ist, indem entsprechende Anschlußstift-VerMndungen vorgenommen werden, um irgendeine der trigonometrischen Standardfunktionen (Sinus, Kosinus, Tangens, Cotangens, Sekans und Cosekans) zu erzeugen. Der Schaltkreis umfaßt zwei identische die Sinusfunktion erzeugende Netzwerke, wobei jedes Netzwerk ein Ausgangssignal proportional zu dem Sinus eines entsprechenden Winkel-Eingangssignales erzeugt. Diese Netzwerke sind so miteinander verbunden, daß das zusammengesetzte Ausgangssignal proportional zu dem Winkel-Eingangssignal des einen Netzwerkes und umgekehrt proportional zu dem Winkel-Eingangssignal des anderen Netzwerkes ist. Es wird daher ein Ausgangssignal der Form

sin (Q₁ -» O₂)
A erzeugt, wobei A eine steuerbare Amplitude,

O₁ - Q₂ das Winkel-Eingangssignal des einen Netzwerkes und 0,| - 0₂ das Winkel-Eingangssignal des anderen Netzwerkes ist. Durch selektive Verbindung der Eingangsanschlüsse für Q^,

^Θ2» ^1» ^2 ^mit eine*¹¹ Winkel-Steuersignal und Referenzspannungen entsprechend 0° und 90° kann irgendeine der trigono metrischen Standardfunktionen erzeugt werden..

Claims (13)

Patentanwälte P03i?ach 700345 3chnecker.hofstraße 27 D-6000 Frankfurt am Main 70 Telefon (0611) 617079 26. Januar 1983 GzH/Ra. Analog Devices, Incorporated, Norwood, IiA 02062, U.S.A. Trigonometrischer Funktionsgenerator Patentansprüche

1. Trigonometrischer Funktionsgenerator für die selektive Erzeugung irgendeiner trigonometrischen Standardfunktion, gekennzeichnet durch:

ein erstes Sinus/Kosinus-Netzwerk, dem ein erstes Eingangs-Winkelsignal zugeführt wird, um ein erstes Ausgangssignal entsprechend dem Sinus bzw. Kosinus des ersten Eingangs-Winkelsignales zu erzeugen; ein zweites Sinus/Kosinus-Netzwerk, dem ein zweites Eingangs-Winkelsignal zugeführt wird, um ein zweites Ausgangssignal entsprechend dem Sinus bzw. Kosinus des zweiten Eingangs-Winkelsignales zu erzeugen; und Schaltungsmittel zum Verbinden der ersten und zweiten Netzwerke und zur Erzeugung eines zusammengesetzten Ausgangssignales proportional zu dem Sinus bzw. Kosinus des ersten Eingangs-Winkelsignales und umgekehrt proportional zu dem Sinus bzw. Kosinus des zweiten Eingangs-Winkelsignales.

2. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Ausgangssignal ein Signal entsprechend dem ersten Ausgangssignal ist und daß die Schaltungsmittel auf das zweite Ausgangssignal ansprechen ,um den Betrieb des ersten Netzwerkes zu steuern und das erste Ausgangssignal umgekehrt zu den Veränderungen in dem zweiten Eingangs-Winkelsignal zu verändern.

3. Funktionsgenerator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch erste und zweite Stromquellen zur Lieferung von Strömen zu dem ersten und zweiten Netzwerk, wobei die Ausgangssignale des Netzwerkes von dem durch die entsprechende Stromquelle gelieferten Strom abgeleitet werden.

4. Funktionsgenerator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine auf das zweite Ausgangssignal ansprechende Rückführung zur Steuerung der zweiten Stromquelle,um das zweite Ausgangssignal auf eine vorgewählte Größe einzustellen, und durch die beiden Stromquellen verbindende Schaltungsmittel, um die zweite Stromquelle der ersten Stromquelle nachzuführen.

5. Funktionsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Stromquelle einander angepaßt sind und gleichgroße Ströme erzeugen.

6. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Sinus-Netzwerken Differentialwinkel-Eingangs signale zugeführt werden und daß eine Referenzspannung entsprechend einem Winkel von 90° als eine Komponente des Differentialsignales einem der Netzwerke zugeführt wird.

7. Funktionsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einem der Netzwerke an einem Eingangsanschluß ein Referenzsignal entsprechend einem Winkel von 90° zugeführt wird, um eine Kosinusfunktion durch dieses Netzwerk zu erzeugen.

8. Funktionsgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Netzwerk eine Sinusfunktion an seinem Ausgang erzeugt, wobei das zusammengesetzte Ausgangssignal der Tangens- bzw. Cotangens-Funktion entspricht.

9. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verstärker mit hoher Verstärkung,dessen Eingang an den Ausgang des ersten Netzwerkes angeschlossen ist, Schaltungsmittel, um diesem Verstärker an seinem Eingang ein Signal entsprechend einer ausgewählten trigonometrischen Funktion zuzuführen, wobei der Ausgang dieses Verstärkers an wenigstens einen der Winkeleingänge der Netzwerke angeschlossen ist, um das zusammengesetzte Ausgangssignal dieser Netzwerke auf einen Wert entsprechend dem inversen Funktionssignal zu steuern, und wobei das Ausgangssignal des Verstärkers den Winkel entsprechend der ausgewählten trigonometrischen Funktion darstellt.

10. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn- . zeichnet, daß jedes der Sinus-Netzwerke umfaßt: ein Paar von Ausgangsanschlüssen; eine Gruppe von Transistoren;

Schaltungsmittel zur abwechselnden und gegenphasigen Verbindung der Kollektoren dieser Transistoren mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen;

eine gemeinsame Emitter-Stromquelle für diese Gruppe von Transistoren;

ein Basis-Vorspannungsnetzwerk mit einer Gruppe von Knotenpunkten;

Schaltungsmittel, um diesem Netzwerk einen Strom zuzuführen und um an den Knotenpunkten ein Spannungsverteilungsmuster zu bilden, welches einen Spitzenwert entlang der Knotenlinie aufweist;

Schaltungsmittel zur Verbindung der Knotenpunkte mit den Basen der Transistoren; und

einen Eingang, um dem Netzwerk ein Eingangssignal entsprechend einem Eingangswinkel zuzuführen und um die Positionierung des Spitzenwertes entlang der Knotenlinie in Übereinstimmung mit der Größe des Signales zu steuern.

11. Verfahren zur Erzeugung von trigonometrischen Funktionen, gekennzeichnet durch:

Bildung eines ersten Signales aus dem Ausgangssignal eines ersten Sinus/Kosinus-Netzwerkes, dem ein erstes Winkel-Eingangssignal zugeführt wird; Bildung eines zweiten Signales aus dem Ausgangssignal eines zweiten Sinus/Kosinus-Netzwerkes, dem ein zweites Winkel-Eingangssignal zugeführt wird; und Verwendung dieses zweiten Signales, um die Größe des ersten Signales umgekehrt in bezug auf die Größe des zweiten Winkel-Eingangssignales zu steuern.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß den Netzwerken Differentialwinkel-Eingangssignale zugeführt werden,und daß dem Eingang wenigstens eines der Netzwerke als eine Komponente des Differential-Eingangs-

signales ein Referenzsignal mit einem Wert entsprechend einem Winkel von 90° zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des ersten Netzwerkes einem Verstärker mit hoher Verstärkung, zugeführt wird, daß das Ausgangssignal des Verstärkers wenigstens einem der Eingänge der Netzwerke zugeführt wird und daß dem Eingang des Verstärkers ein Punktionssignal zugeführt wird, das durch das Ausgangssignal des ersten Netzwerkes kompensiert wird, um eine inverse trigonometrische Funktion zu erzeugen.