DE3606894A1 - Digital-analog-wandler - Google Patents
Digital-analog-wandlerInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/66—Digital/analogue converters
- H03M1/68—Digital/analogue converters with conversions of different sensitivity, i.e. one conversion relating to the more significant digital bits and another conversion to the less significant bits
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- H03M1/82—Digital/analogue converters with intermediate conversion to time interval
- H03M1/822—Digital/analogue converters with intermediate conversion to time interval using pulse width modulation
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Description
Die Erfindung betrifft einen Digital-Analog-Wandler (DAW) zur
Umsetzung eines digitalen Eingangscodes in die entsprechende
analoge Ausgangsspannung. Das Einsatzgebiet liegt bei digitalen
Systemen, wo eine schnelle, hochgenaue und hochauflösende
Umwandlung erforderlich ist.
In der überwiegenden Mehrheit der herkömmlichen DAW wird der
digitale Eingangscode einer Analog-Schaltermatrix zugeführt,
die über ein Widerstandsnetzwerk binär gestufte Teilströme
erzeugt. Alle Teilströme werden in einer Summier-Einheit
addiert und ggf. noch verstärkt, so daß am Ausgang eine dem
angelegten Eingangscode proportionale Spannung abgegriffen
werden kann. Grundsätzlich wird daher zwischen DAW mit Strom-
oder Spannungsausgang unterschieden.
Die DAW erfordern eine hohe Anzahl der Bauteile. Die Wider
standswerte müssen genau aufeinander abgeglichen werden, wobei
das Driftverhalten möglichst identisch sein soll. Die Streu
kapazitäten sowie Schaltverzögerungen der Analogschalter
verursachen hohe transiente Spannungsspitzen. Da DAW mit einem
niederohmigen Stromausgang und ggf. dem vom Eingangscode
abhängigen Ausgangswiderstand kaum brauchbar sind, setzt man
Ausgangangsverstärker ein. Die neuen Fehlerquellen, wie z.B.
Offsetspannung, Neigung zum Überschwingen, hohe Impulsver
zögerungszeit, müssen in Kauf genommen werden.
Ein einfachstes Umsetzverfahren ergibt ein DAW mit Rückwerts-
Zähler und Integrator. Die Schaltung enthält auch einen
einzigen Schalter. Der Eingangscode wird in den Zähler geladen.
Der Zählvorgang wird ausgelöst und zugleich der Schalter
geschlossen, so daß die Ausgangsspannung des Integrators von
Massepotential linear ansteigt. Hat der Zähler den Nullstand
erreicht, so wird der Schalter geöffnet, wobei der Integrator
das Umsetzergebnis speichert.
Der DAW bietet sehr hohe Genauigkeit, große Störungssicherheit,
extrem kleine Nichtlinearitäten und genügt der Bedingung der
Monotonität. Die Schaltung ist auch äußerst einfach. Allerdings
ist der DAW außergewöhnlich langsam und deswegen für den
Anwender praktisch bedeutungslos.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen DAW anzugeben,
der die oben genannten Vorteile sowie hohe Umsetzgeschwindig
keit aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem DAW
mit Zähler und Integrator der eingangs genannten Art gelöst
durch die Maßnahme des Anspruchs 1.
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die Zeich
nungen näher erläutert werden. Diese zeigen in
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegen der Kondensator C und
der Schalter S in Rückführung des Operationsverstärkers (OV) A.
Sein positiver Eingang führt zu Masse. An den negativen Eingang
ist auch die steuerbare Stromquelle J angeschlossen.
Die höher- und die niederwertigen Datenbit des Eingangscodes
werden in die Rückwärts-Zähler jeweils Z 2 und Z 1 geladen, die
anschließend für die Taktimpulse eines Generators freigegeben
werden. Zugleich wird der Schalter S geöffnet. Die Ausgangs
spannung des OV A steigt nun zeitlinear an.
Erreicht einer der Zähler den Nullstand, so wird der Strom der
Stromquelle J entsprechend verringert. Erreicht der letzte
Zähler den Nullstand, so wird der Strom gleich Null; die
Umwandlung ist abgeschlossen. Das Umsetzergebnis ist im
Kondensator C gespeichert und liegt am Ausgang des OV A. Der
Kondensator wird vor einer neuen Umsetzperiode entladen durch
ein kurzzeitiges Einschalten des Schalters S.
Die gleiche Arbeitsweise ergibt sich bei einer Schaltung mit
dem OV A als Spannungsfolger. Der Schalter S und der
Kondensator C sind zwischen dem Eingang des OV A und Masse
angeschlossen. Die Stromquelle J führt zum Eingang.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wurde die steuerbare Strom
quelle am Beispiel der Spannungsquelle -V mit den Schaltern S 1
und S 2 sowie den Widerständen R 1 und R 2 dargestellt. Die
Aufgabe des Widerstands R 3 besteht lediglich darin, einen
gleichen Strom der Schalter S 1 und S 2 zu erzeugen; der Wert des
Widerstands R 1 ist größer als R 2.
Der Eingangscode wird in die Zähler Z 2 und Z 1 geladen, die
anschließend freigegeben werden. Zugleich werden die jeweiligen
Schalter S 2 und S 1 geschlossen und der Schalter S geöffnet. Die
Ausgangsspannung des OV A steigt nun linear an. Erreicht einer
der Zähler den Nullstand, so wird der jeweilige Schalter
geöffnet. Wird der letzte Schalter geöffnet, so ist die
Umwandlung abgeschlossen.
Wird ein Schalter der gleichen Baureihe in der Rückkopplung des
Verstärkers der Bezugsspannungsquelle verwendet, so kann z.B.
das Driftverhalten der Schalter S 1 und S 2 berücksichtigt
werden.
Der DAW nach Fig. 1 kann um eine zweite ähnliche Schaltung
erweitert werden, die wenigstens einen Zähler enthält.
Insbesondere wird der positive Eingang des ersten OV zum
Ausgang des zweiten OV statt zu Masse geführt. Jeder Zähler
verringert einmal den Strom der zugeordneten Stromquelle bei
Erreichung des Nullstands. Der besondere Vorteil der
Schaltungsanordnung ist eine größere Auswahl der einzelnen
Bauteilewerte, was bei einer hohen Auflösung des DAW wesentlich
ist.
Die Anstiegsgeschwindigkeit des OV A wird verringert, wenn das
Verhältnis des Stromwerts der Stromquelle zum Kondensatorwert
verringert wird. Ein Schalter-Kondensatornetz mit den in Reihe
geschalteten Einzel-Kondensatoren kann anstelle des Konden
sators C eingesetzt werden. Der Kondensatorwert wird nun
verändert, so daß im Sonderfall der Strom der Stromquelle J
konstant sein kann.
Ist der Schalter S geschlossen, so soll die Ausgangsspannung
gleich Null sein. Das ist ein besonders günstiger Fall zur
automatischen Korrektur des Offsetfehlers. Wird dazu ein
Komparator eingesetzt, so soll er nun schwingen. Das ist sehr
leicht feststellbar.
Die übrigen Fehler werden am besten auf digitale Weise
korrigiert. Wenigstens einem Zähler wird ein ROM zugeordnet.
Die Datenbit werden an die Eingänge der ROM gelegt; die zuvor
in den ROM gespeicherten Korrekturwerte ergeben je eine Bit
anzahl. Der Eingangscode kann in die Zähler geladen und durch
ihre De- und/oder Inkremierung korrigiert werden. Beim Einsatz
eines digitalen Addierers werden die einzelnen ROM-Ergebnisse
zum Eingangscode addiert; das Ergebnis wird in die Zähler
geladen.
Die Ausgangsspannung des DAW ist gespeichert, frei von tran
sienten Spannungspitzen (glitches) und liegt an seinem bereits
niederohmigen Ausgang. Für den Eingangscode, der nur "1"
enthält, ergibt sich eine längste Umsetzzeit. Sie kann fast
halbiert werden; die Code von einem höheren Wert können in
einem zweiten parallel geschalteten DAW gleicher Art umgesetzt
werden, der im Ruhezustand eine maximale Ausgangsspannung
aufweist. Die Spannung wird nun verringert.
Claims (5)
1. Digital-Analog-Wandler mit Zähler und Integrator zur
Umsetzung digitales Eingangscodes in analoge Ausgangsspannung,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter, ein Kondensator und
eine steuerbare Stromquelle an den negativen Eingang eines
Operationsverstärkers angeschlossen sind, daß sein positiver
Eingang zu Masse führt, daß an seinen Ausgang der Schalter und
der Kondensator angeschlossen sind, daß der Eingangcode in
wenigstens zwei Gruppen der Datenbit untergeteilt wird, die je
in einen Zähler geladen werden, daß der Schalter ein- und
abgeschaltet wird und die Zähler für die Taktimpulse eines
Generators freigegeben werden, daß jeder Zähler bei Erreichung
eines bestimmten Zählerstands einmal den Strom der Stromquelle
verringert, daß das Umsetzergebnis am Ausgang des Verstärkers
liegt, wenn der Strom gleich Null ist.
2. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der negative Eingang und der Ausgang des Opera
tionsverstärkers verbunden sind, daß an seinen positiven
Eingang der Schalter, der Kondensator und die Stromquelle
angeschlossen sind, wobei der Schalter und der Kondensator zu
Masse führen.
3. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Schaltungen mit je einem Schalter,
einem Kondensator, einer Stromquelle, einem Operationsver
stärker und wenigstens einem Zähler vorhanden sind, daß der
positive Eingang des ersten Verstärkers zum Ausgang des zweiten
Verstärkers statt Masse führt, daß das Umsetzergebnis am
Ausgang des ersten Verstärkers liegt, wenn die Ströme der
Stromquellen gleich Null sind.
4. Digital-Analog-Wandler nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator aus
einem Schalter-Kondensatornetzwerk besteht, wobei die einzelnen
Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, daß während des Umsetz
vorgangs das Verhältnis des Stromwerts der Stromquelle zum
Kondensatorwert verringert wird.
5. Digital-Analog-Wandler nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Zähler
ein ROM zugeordnet ist, daß die Datenbit an die Eingänge der
ROM gelegt werden, wobei die in den ROM gespeicherten
Korrekturwerte die Bitanzahl ergeben, um die der Eingangscode
zu verringern oder zu vergrößern ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863606894 DE3606894A1 (de) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | Digital-analog-wandler |
US07/441,391 US5426413A (en) | 1986-03-03 | 1989-02-24 | High speed integrating digital-to-analog converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863606894 DE3606894A1 (de) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | Digital-analog-wandler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3606894A1 true DE3606894A1 (de) | 1987-09-10 |
Family
ID=6295380
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863606894 Withdrawn DE3606894A1 (de) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | Digital-analog-wandler |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5426413A (de) |
DE (1) | DE3606894A1 (de) |
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- 1986-03-03 DE DE19863606894 patent/DE3606894A1/de not_active Withdrawn
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1989
- 1989-02-24 US US07/441,391 patent/US5426413A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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---|---|
US5426413A (en) | 1995-06-20 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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