DE3816903C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Analog/Digital- Wandlung von elektrischen Signalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Die Erfindung findet beispielsweise Anwendung bei der digitalen Drehzahlregelung von Motoren mit analogem Sollwerteingang (drehzahl- oder lagegeregelte Antriebe für Werkzeugmaschinen).

Ein Verfahren zur Analog/Digital-Wandlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 36 11 922 A1 bekannt. Die DE 36 11 922 A1 betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verbessern der Auflösung beim Digitalisieren eines Analogsignales. Dabei wird das analoge Eingangssignal in einem ersten Signalast einer Reihenschaltung aus einem analogen Verstärker mit fester Verstärkung und dem ersten Eingang eines Analog/Digital-Wandlers zugeleitet, wobei das digitale Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers über einen digitalen Dividierer mit festem Divisor dem ersten Eingang einer Additionsschaltung zugeleitet wird. Das analoge Eingangssignal wird in einem weiteren Signalast unverstärkt an den zweiten Eingang des Analog/Digital-Wandlers gegeben, wobei das digitale Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers dem zweiten Eingang der Additionsschaltung zugeleitet wird. Ein Kennlinienspeicher bildet aus dem verstärkten Digitalsignal und mehreren vorgebbaren Größen einen Bewertungsfaktor für die Ansteuerung der Additionsschaltung in derartiger Weise, daß innerhalb eines Übergangsbereiches eine Vermischung des verstärkten und unverstärkten digitalen Signales erfolgt, während außerhalb dieses Übergangsbereiches entweder nur das unverstärkte oder nur das verstärkte Signal benutzt wird.

Eine Anordnung zur Analog/Digital-Wandlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2 ist aus Electronics, January 19, 1978, Seite 113 bis 119 bekannt. Diese Schrift befaßt sich mit analogen Eingangs/Ausgangsschaltungen bei Mikrocomputern. Es wird vorgeschlagen, die Verstärkung eines einem Analog/Digital-Wandler vorgeschalteten analogen Verstärkers in Abhängigkeit von unterschiedlichen Eingangssignaltypen umzuschalten, wodurch die Eingangsschaltung universell für unterschiedliche Eingangssignaltypen verwendbar ist.

Ähnliche Verfahren und Anordnungen zur Analog/Digital-Wandlung sind beispielsweise aus M. Seifart, "Analoge Schaltun­ gen", Hüthig-Verlag, Heidelberg, 1987, Seite 485 bis 488 bekannt. Analog/Digital-Wandler haben dabei allgemein die Aufgabe, ein analoges Eingangssignal (Spannung, Strom) in eine dazu proportionale Zahl (digitales Ausgangssignal) umzusetzen. Die Umsetzung analoger in digitale Signale erfolgt in der Regel in der Weise, daß das analoge Eingangssignal zu bestimmten diskreten Zeitpunkten abgetastet wird (Zeitquantisierung) und daß diese Abtastwerte vom Analog/Digital- Wandler in ein proportionales digitales Signal (Zahl) umgesetzt werden (Quantisierung der Signalamplitude, Codierung des ermittelten Amplitudenwertes). Durch die Abtastung und die Quantisierung entsteht zwangsläufig ein Informationsverlust.

Soll ein analoges Eingangssignal in einem relativ großen Signalbereich digitalisiert werden, so ist die aufgrund der Digitalisierung im unteren Signalbereich zwangslaufig damit verbundene relative Ungenauigkeit häufig von Nachteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein störunempfindliches Verfahren zur Analog/Digital-Wandlung der eingangs genannten Art anzugeben, das speziell im unteren Signalbereich des analogen Eingangssignals eine erhöhte Genauigkeit aufweist, ohne daß hierdurch die Signalübertragung im mittleren und oberen Signalbereich des analogen Eingangssignales beeinträchtigt wird.

Des weiteren soll eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Anordnung in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich aufgrund dieser Bereichsumschaltung die Auflösung der Analog/Digital-Wandlung speziell bei kleinen analogen Eingangssignalen erhöht. Die Möglichkeiten eines A/D-Wandlers werden ohne großen Aufwand auch im Bereich kleiner Signale voll ausgenutzt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante zur A/D-Wandlung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsvariante zur A/D-Wandlung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsvariante zur A/D-Wandlung dargestellt. Ein analoges Eingangssignal A wird dem feststehenden Kontakt 2c eines ansteuerbaren Umschalters 2 zugeleitet. Der Umschaltkontakt 2a des Schalters 2 ist mit einem analogen Verstärker 3 mit vorgebbarer fester Verstärkung V verbunden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 3 gelangt als Eingangssignal B zu einem Analog/Digital-Wandler 4. Der Ausgang des A/D-Wandlers 4 ist mit einem digitalen Vergleicher 1 und mit dem feststehenden Kontakt 5c eines Umschalters 5 verbunden. Der Umschaltkontakt 5a des Schalters 5 ist an den Eingang eines digitalen Dividierers 6 angeschlossen und leitet diesem das digitale Eingangssignal D als Dividend zu. Der Divisor X des Dividierers 6 ist fest vorgebbar und entspricht der Verstärkung V des Verstärkers 3. Am Ausgang des Dividierers 6 steht das digitale Ausgangssignal E an.

Der Umschaltkontakt 2b des Schalters 2 ist an einen Ein­ speisepunkt 7 auf der Verbindungsleitung zwischen Verstärker 3 und A/D-Wandler 4 angeschlossen, während der Umschaltkontakt 5b des Schalters 2 an einem am Ausgang des Dividierers 6 angeordneten Einspeisepunkt 8 liegt.

Die Umschalter 2 und 5 werden vom Vergleicher 1 ange­ steuert. Hierzu ist dem Vergleicher 1 ein digitaler Schwellwert S vorgebbar. Überschreitet das digitale Aus­ gangssignal des A/D-Wandlers 4 den Schwellwert S, so steuert der Vergleicher 1 die Schalter 2 und 5 in der Weise an, daß der feststehende Kontakt 2c mit dem Um­ schaltkontakt 2b und der feststehende Kontakt 5c mit dem Umschaltkontakt 5b verbunden werden. Infolgedessen sind sowohl der analoge Verstärker 3 als auch der digitale Dividierer 6 überbrückt und somit funktionslos. Der Si­ gnalweg lautet 2c-2b-7-4-5c-5b-8, d.h. die Umsetzung des analogen Eingangssignals A in das digitale Ausgangssi­ gnal E erfolgt lediglich unter Einsatz des A/D-Wandlers 4.

Unterschreitet das digitale Ausgangssignal des A/D-Wand­ lers 4 den Schwellwert S, so steuert der Vergleicher 1 die Schalter 2 und 5 in der Weise an, daß der festste­ hende Kontakt 2c mit dem Umschaltkontakt 2a und der feststehende Kontakt 5c mit dem Umschaltkontakt 5a ver­ bunden werden. Der Signalweg lautet 2c-2a-3-7-4-5c-5a- 6-8, d.h. das analoge Eingangssignal A wird verstärkt (Verstärkung V), digitalisiert und digital dividiert (Divisor X). Aufgrund der Verstärkung mit anschließender digitaler Division erhöht sich die Auflösung des A/D- Wandlers 4. Dabei sind der Schwellwert S einerseits und Verstärkung V/Divisor X andererseits so aufeinander ab­ gestimmt vorzugeben, daß dem A/D-Wandler 4 in keinem Fall ein zu hohes Eingangssignal B zugeleitet wird. Ge­ gebenenfalls ist es empfehlenswert, den digitalen Ver­ gleicher 1 mit hysteresebehafteter Umschaltkennlinie auszubilden, um eindeutig definierte Umschaltpunkte zu erhalten.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsvariante zur A/D- Wandlung dargestellt. Hierbei wird das analoge Eingangs­ signal A einem analogen Verstärker 9 zugeleitet. Im Un­ terschied zum Verstärker 3 gemäß Fig. 1 weist der Ver­ stärker 9 keine feste Verstärkung, sondern zwei um­ schaltbare Verstärkungen V1, V2 auf. Ausgangsseitig ist der Verstärker 9 mit dem A/D-Wandler 4 verbunden (Ein­ gangssignal B). An den A/D-Wandler 4 sind ausgangsseitig der digitale Vergleicher 1 und ein digitaler Dividierer 10 angeschlossen (Eingangssignal D), wobei am Dividierer 10 ausgangsseitig das digitale Ausgangssignal E ansteht. Im Unterschied zum Dividierer 6 gemäß Fig. 1 weist der Dividierer 10 keinen festen Divisor, sondern zwei um­ schaltbare Divisoren X1, X2 auf.

Der Verstärker 9 und der Dividierer 10 werden vom Ver­ gleicher 1 angesteuert. Überschreitet das digitale Aus­ ganssignal des A/D-Wandlers 4 den digitalen Schwellwert S, so steuert der Vergleicher 1 den Verstärker 9 in der Weise an, daß die Verstärkung V1 eingestellt wird. Gleichzeitig steuert der Vergleicher 1 den Dividierer 10 in der Weise an, daß der Divisor X1 eingestellt wird. Sowohl die Verstärkung V1als auch der Divisor X1 weisen vorzugsweise den Wert 1 auf, so daß Verstärker 9 und Dividierer 10 bei höheren Eingangssignalen A ohne Ein­ fluß sind.

Unterschreitet das digitale Ausgangssignal des A/D-Wand­ lers 4 den Schwellwert S, so steuert der Vergleicher 1 den Verstärker 9 in der Weise an, daß die Verstärkung V2 eingestellt wird. Gleichzeitig steuert der Vergleicher 1 den Dividierer 10 in der Weise an, daß der Divisor X2 eingestellt wird. Verstärkung V2 und Divisor X2 entspre­ chen einander. Wie bereits zu Fig. 1 ausgeführt, wird das analoge Eingangssignal A verstärkt (Verstärkung V2), digitalisiert und digital dividiert (Divisor X2), was eine Erhöhung der Auflösung zur Folge hat.

Die in Fig. 1 und 2 im Prinzip dargestellten Anordnungen werden vorzugsweise als Mikroprozessoren ausgeführt.

Allgemein ist es durch Einsatz des digitalen Verglei­ chers 1 von Vorteil, daß keine aufwendigen analogen Re­ ferenzen für den Vergleich mit dem analogen Eingangssig­ nal notwendig sind, es genügt vielmehr ein digitaler Schwellwert. Durch Einsatz des digitalen Vergleichers wird die gesamte Schaltung störunempfindlich. Der Auf­ wand für die Analogtechnik wird auf ein Minimum redu­ ziert, da der notwendige Vergleich, die Sollwertvorgabe und die Umschaltung von der Digitalseite gesteuert wer­ den.

Claims (2)

1. Verfahren zur Analog/Digital-Wandlung von elek­ trischen Signalen, wobei das analoge Eingangssignal einer Reihenschaltung aus einem analogen Verstärker mit fester Verstärkung und einem Analog/Digital-Wandler und dessen digitales Ausgangssignal einem digitalen Dividierer mit festem Divisor zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der analoge Verstärker (3) und der Dividierer (6) jeweils über ansteuerbare Umschalter (2, 5) überbrückbar sind und daß die Ansteuerung der Umschalter (2, 5) über einen das digitale Ausgangssignal des A/D-Wandlers (4) abtastenden digitalen Vergleicher (1) erfolgt, wobei das analoge Eingangssignal lediglich dann analog verstärkt wird, wenn das abgetastete digitale Signal einen vorgebbaren Schwellwert (S) des digitalen Vergleichers (1) unterschreitet.

2. Anordnung zur Analog/Digital-Wandlung von elektrischen Signalen, wobei das analoge Eingangssignal einer Reihenschaltung aus einem analogen Verstärker mit umschaltbarer Verstärkung und einem Analog/Digital-Wandler zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Signal des Analog/Digital-Wandlers (4) einem digitalen Dividierer (10) mit umschaltbarem Divisor (X1, X2) zugeleitet wird, wobei die Ansteuerung des analogen Verstärkers (9) und des digitalen Dividierers (10) über einen das digitale Ausgangssignal des A/D-Wandlers (4) abtastenden digitalen Vergleicher (1) erfolgt und das analoge Signal lediglich dann mit erhöhter Verstärkung (V2) beaufschlagt wird, wenn das abgetastete digitale Signal einen vorgebbaren Schwellwert (S) des digitalen Vergleichers (1) unterschreitet.