DE3921272A1 - Numerically integrating A=D converter - process input pulses using integrating parallel converter to increase resolution - Google Patents
Numerically integrating A=D converter - process input pulses using integrating parallel converter to increase resolutionInfo
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Abstract
Description
Zur näheren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausfüh rungsbeispiele beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen:For a more detailed illustration of the invention, reference is made to the Example drawings referenced. In it show:
1 Parallelwandler in integrierter Ausführung
2 Quarzgesteuerter Taktgenerator
3 Additionseinheit zur Akkumulation der Summe der Einzelkonversionsergebnisse
4 Steuereinheit
5 Ausgabeeinheit
6 Digitaler Komparator
7 Additionseinheit zur Akkumulation der Summe der Differenzen aufeinander
folgender Einzelkonversionen
8 Digital-Analog-Wandler
9 Integrationseinheit
10 Analoger Schalter
11 Generator zur Rauscherzeugung
12 Eingangsimpuls
13 Strahlungsdetektor
14 kleiner Entladungswiderstand
15 großer Entladungswiderstand
16 Detektor-Spannungsversorgung 1 parallel converter in integrated version
2 crystal controlled clock generator
3 addition unit for accumulating the sum of the individual conversion results
4 control unit
5 output unit
6 Digital comparator
7 addition unit for accumulating the sum of the differences on one another
following single conversions
8 digital-to-analog converters
9 integration unit
10 analog switch
11 generator for generating noise
12 input pulse
13 radiation detector
14 small discharge resistance
15 large discharge resistance
16 Detector power supply
Bisher bekannte Analog-Digital-Wandler, wie sie insbesondere in der nuklearen Spektroskopie Anwendung finden, erfassen das Eingangssignal zu einem defi nierten Zeitpunkt, meist im Maximum des Signals, und konvertieren diesen Momentanwert der Eingangsspannung auf für das jeweilige Verfahren charakte ristische Weise in die entsprechende digitale Größe; in nuklearspektroskopi schen Anwendungen ist dieser Wert proportional zur Fläche eines zuvor durch einen Verstärker aufbereiteten Impulses eines Detektors zur Messung von Kern strahlung. Diese analoge Aufbereitung ist i.a. sehr aufwendig, damit im Augen blick der Konversion eine Störung der Signalamplitude durch Fremdspannungen und Rauschen so gering wie möglich ist.Previously known analog-digital converters, such as those used in particular in the nuclear sector Spectroscopy find application, capture the input signal to a defi ned time, usually at the maximum of the signal, and convert this Instantaneous value of the input voltage on the character of the respective process in the appropriate digital size; in nuclear spectroscopy applications, this value is proportional to the area of a an amplifier processed pulse of a detector for measuring core radiation. This analog preparation is generally very complex, so in the eye view of the conversion a disturbance of the signal amplitude by external voltages and noise is as low as possible.
Für nuklearspektroskopische Anwendungen gibt es mehrere wichtige voneinander unabhängige Verfahren, nach denen die Konversion eines analogen Spannungs signals in einen dazu proportionalen Wert erfolgt:There are several important ones for each other for nuclear spectroscopic applications independent process, according to which the conversion of an analog voltage signals into a proportional value:
Das "Wilkinson"-Verfahren der Konstantstrom- Entladung besitzt einen ent scheidenden Nachteil in der langen und zudem von der Größe der Eingangsampli tude abhängigen Konversionsdauer.The "Wilkinson" process of constant current discharge has an ent The major disadvantage in the long and also the size of the input ampli tude dependent conversion time.
Bei Analog-Digital-Wandlern, die das Verfahren der "Sukzessiven Approximation" benutzen, besteht der Hauptnachteil in der hohen differentiellen Nichtlinearität.For analog-digital converters that use the "successive approximation" the main disadvantage is the high differential non-linearity.
Bei beiden oben erwähnten Verfahren ist zudem die Verwendung von präzisen Sample-And-Hold Gliedern erforderlich. Both of the above mentioned methods also use precise Sample-and-hold links required.
Das "Parallel-Verfahren" ist gekennzeichnet durch sehr hohe zulässige Konversi onsraten, ist jedoch für hohe Auflösung mit großen Kosten verbunden und be sitzt zudem den Nachteil großer differentieller Nichtlinearität, die insbesondere in nuklearspektroskopischen Anwendungen sehr unerwünscht ist.The "parallel method" is characterized by very high permissible conversions rates, however, is associated with high costs and high resolution also sits the disadvantage of great differential nonlinearity, which in particular is very undesirable in nuclear spectroscopic applications.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Analog-Digital-Wandler, i.f. ADC ge nannt, zu konstruieren, mittels dessen eine der Eingangsimpulsamplitude propor tionale digitale Größe gewonnen wird, dergestalt, daß, verglichen mit dem in der Schaltung verwandten Parallelwandler, zum einen die differentielle Nichtlinearität reduziert wird, zum anderen die Auflösung erhöht wird, d.h. die relative Größe der Quantisierungseinheit (bezogen auf die Ausgangsgröße bei voller Ausnutzung des dynamischen Bereichs des Parallelwandlers) gesenkt wird, wobei die Ge samtkonversionsdauer unabhängig von der Amplitude des Eingangsimpulses ist, des weiteren der Einfluß von Fremdspannungen und Rauschen minimiert wird.The object of the invention is to provide an analog-to-digital converter, i.f. ADC ge called to construct, by means of which one of the input pulse amplitude propor tional digital size is obtained in such a way that, compared to that in the Circuit-related parallel converter, on the one hand, the differential non-linearity is reduced, on the other hand the resolution is increased, i.e. the relative size the quantization unit (based on the output size with full utilization of the dynamic range of the parallel converter) is reduced, the Ge total conversion time is independent of the amplitude of the input pulse, furthermore, the influence of external voltages and noise is minimized.
Diese Aufgabe löst die Erfindung durch den Vorschlag gemäß dem Kennzeich nungsteil von Anspruch 1 für den die Unteransprüche 2 bis 8 vorteilhafte Wei terentwicklungen darstellen:The invention solves this problem by the proposal according to the character Part of claim 1 for the subclaims 2 to 8 advantageous Wei Represent developments:
Es erfolgt eine numerische Integration des Eingangsimpulses 12 durch die Sum mation vieler Einzelkonversionsergebnisse von Momentanwerten des Eingangsim pulses 12 während der Impulsdauer mittels des Parallelwandlers 1.There is a numerical integration of the input pulse 12 by the sum of many individual conversion results of instantaneous values of the input pulse 12 during the pulse duration by means of the parallel converter 1 .
Solange Anstiegs- oder Abfallzeit des Eingangsimpulses 12 groß im Vergleich zur Taktperiode ist, mit welcher der Parallelwandler 1 betrieben wird, führt dieses Verfahren zu einer durch Erhöhung der Taktfrequenz prinzipiell beliebig vergrößerbaren Auflösung durch die zunehmend genauere Festlegung der Zeit punkte, zu denen die zum jeweiligen Momentanwert des Eingangsimpulses 12 korrespondierende digitale Ausgangsgröße des Parallelwandlers ihren Wert ändert (d.h. der Zeitpunkte, zu denen der Eingangsimpuls 12 die Grenzen der den verschiedenen digitalen Ausgangsgrößen zugeordneten Spannungsintervalle schneidet), da eine Variation der Eingangsimpulsamplitude zur Änderung dieser Zeitpunkte und damit bei genügend genauer Festlegung dieser Zeitpunkte zu einer Veränderung der Summe der Einzelkonversionsergebnisse führt.As long as the rise or fall time of the input pulse 12 is large compared to the clock period with which the parallel converter 1 is operated, this method leads to a resolution that can in principle be increased by increasing the clock frequency by the increasingly more precise definition of the times at which the respective The instantaneous value of the input pulse 12 corresponding digital output variable of the parallel converter changes its value (i.e. the times at which the input pulse 12 crosses the limits of the voltage intervals assigned to the various digital output variables), because a variation of the input pulse amplitude to change these times and thus with a sufficiently precise definition of them Points in time lead to a change in the sum of the individual conversion results.
Unter den genannten Voraussetzungen bezüglich der Dauer der Anstiegs- und Abfallzeiten der Eingangsimpulse 12 relativ zur Länge der Taktperiode wird der Parallelwandler 1 während der Pulsdauer an vielen verschiedenen Stellen seines dynamischen Bereichs angesprochen. Daraus resultiert, daß bei der Akkumulation der Summe der Einzelkonversionsergebnisse der Einfluß der differentiellen Nichtlinearität des Parallelwandlers 1 durch eine statistische Mittelung reduziert wird.Under the conditions mentioned regarding the duration of the rise and fall times of the input pulses 12 relative to the length of the clock period, the parallel converter 1 is addressed at many different points in its dynamic range during the pulse duration. The result of this is that when the sum of the individual conversion results is accumulated, the influence of the differential nonlinearity of the parallel converter 1 is reduced by statistical averaging.
Analog reduziert die Akkumulation der Summe der Einzelkonversionsergebnisse den Einfluß von Fremdspannungen und Rauschen durch eine statistische Mitte lung, bei der sich positive und negative Abweichungen von dem durch den unge störten Eingangsimpuls 12 definierten Verlauf kompensieren. Similarly, the accumulation of the sum of the individual conversion results reduces the influence of external voltages and noise by means of a statistical averaging, in which positive and negative deviations from the course defined by the undisturbed input pulse 12 are compensated for.
Da die Summe der Einzelkonversionsergebnisse mit Ende des Eingangsimpulses 12 praktisch momentan zur Verfügung steht, ist die maximale Eingangsimpulsra te lediglich von der Breite dieser Impulse abhängig.Since the sum of the individual conversion results is practically available at the end of the input pulse 12 , the maximum input pulse rate depends only on the width of these pulses.
Zur Realisation der Erfindung wird ein integrierter Parallelwandler, der mit hoher konstanter Taktfrequenz ununterbrochen das Eingangssignal konvertiert, um eine schnelle digitale Einheit zur Verwaltung der einzelnen Konversionsergeb nisse und zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs erweitert.To implement the invention, an integrated parallel converter with high constant clock frequency continuously converts the input signal, a fast digital unit to manage the individual conversion results nisse and expanded to control the timing.
Der Parallelwandler 1 konvertiert ununterbrochen mit der Frequenz des quarz gesteuerten Taktgebers 2 die an seinem Signaleingang zu den jeweiligen Zeit punkten anliegenden Momentanwerte des Eingangsimpulses 12. Während einer i. f. Integrationszeit genannten Dauer, die sowohl in Länge als auch in Phase mit dem Eingangsimpulses 12 korreliert ist, werden die durch den Parallel-Wandler 1 konvertierten verschiedenen Momentanwerte des Eingangsimpulses 12, Einzel konversionsergebnisse genannt, durch die Additionseinheit 3 mit jedem Takt auf summiert und zwischengespeichert. Nach Beendigung der Integrationszeit über nimmt die Ausgabeeinheit 5 das numerische Integral des Eingangsimpulses 12 als Summe der Einzelkonversionsergebnisse. Die Verwaltung der verschiedenen digitalen Werte und die zeitliche Steuerung des Prozesses ist Aufgabe der Steuereinheit 4.The parallel converter 1 continuously converts the instantaneous values of the input pulse 12 present at its signal input at the respective times at the frequency of the quartz-controlled clock generator 2 . During if integration time of said duration, which is also correlated both in length and in phase with the input pulse 12 are referred to by the to-parallel converter 1 converted various instantaneous values of the input pulse 12, single conversion results, by the addition unit 3 with each clock summed and cached. After the integration time has ended, the output unit 5 takes on the numerical integral of the input pulse 12 as the sum of the individual conversion results. The control unit 4 is responsible for managing the various digital values and timing the process.
Der digitale Komparator 6 vergleicht die Einzelkonversionsergebnisse des Paral lelwandlers 1 mit einer vorzugebenden Schwelle und übergibt das Vergleichser gebnis der Steuereinheit 4.The digital comparator 6 compares the individual conversion results of the parallel converter 1 with a threshold to be specified and passes the comparison result to the control unit 4 .
Der Generator 11 liefert ein zum Eingangsimpuls 12 und zur Taktfrequenz zeitlich nicht korreliertes Rauschen geeigneter Amplitude, welches dem Eingangsimpuls 12 überlagert wird, zur Reduzierung inhärenter differentieller Nichtlinearitäten des ADC.The generator 11 supplies a noise of suitable amplitude which is not correlated in time with the input pulse 12 and the clock frequency and which is superimposed on the input pulse 12 in order to reduce inherent differential nonlinearities of the ADC.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung werden in der Additionseinheit 7 die Differenzen aufeinander folgender Einzelkonversionsergebnisse addiert und zum einen der Additionseinheit 3, zum anderen dem Digital-Analog-Wandler 8 zuge führt. Das analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 6 wird vom Eingangsimpuls 12 des ADC subtrahiert, so daß bei der folgenden Konversion durch den Parallelwandler 1 lediglich die Differenz der Momentanwerte zu zwei aufeinander folgenden Konversionszeitpunkten am Parallelwandler 1 anliegt. Daher wird die maximale Differenz der Momentanwerte zu zwei aufeinander folgenden Konversionszeitpunkten auf den dynamischen Bereich des Parallelwandlers 1 abgebildet. Um Differenzen beider Vorzeichen zu erfassen (wie sie auf den fallenden Eingangsimpulsflanken auftreten), ist der Meßbereich des Parallelwand lers 1 um einen geeigneten Offset verschoben. Dieses Verfahren erhöht die mit einem vorgegebenen Parallelwandler bei vorgegebener Taktfrequenz erreichbare Auflösung. In the embodiment shown in FIG. 2, the differences in successive individual conversion results are added in the addition unit 7 and, on the one hand, the addition unit 3 and , on the other hand, the digital-to-analog converter 8 . The analog output signal of the digital-to-analog converter 6 is subtracted from the input pulse 12 of the ADC, so that in the subsequent conversion by the parallel converter 1, only the difference of the instantaneous values is present at the parallel converter 1 at two successive conversion times. The maximum difference between the instantaneous values at two successive conversion times is therefore mapped onto the dynamic range of the parallel converter 1 . In order to detect differences between the two signs (as they occur on the falling input pulse edges), the measuring range of the parallel converter 1 is shifted by a suitable offset. This method increases the resolution that can be achieved with a given parallel converter at a given clock frequency.
In den in der Nuklearspektroskopie verwandten Detektoren erzeugt die auftref fende Strahlung der Energie der Strahlungsquanten proportionale Ladungsmen gen, welche am Ausgang des Detektors in der Form endlich langer Impulse aus gegeben werden, deren Integral unmittelbar den im Detektor erzeugten Ladungs mengen entspricht. Die Integration dieser Impulse liefert also unmittelbar die Information über die im Detektor erzeugte Ladungsmengen.In the detectors used in nuclear spectroscopy, the hits the radiation of the energy of the radiation quanta proportional charge amounts gene, which at the output of the detector in the form of finally long pulses are given, whose integral is directly the charge generated in the detector quantities corresponds. The integration of these impulses delivers the directly Information about the amount of charge generated in the detector.
Die Integrationseinheit 9 stellt einen Verstärker zur Integration von durch den Strahlungsdetektor 13 gelieferten Ladungsmengen dar. Bei der Detektion eines Ausgangsimpulses dieses Verstärkers durch die Steuereinheit 4 schaltet die Steuereinheit 4 den Entladungswiderstand 14 mittels des analogen Schalters 10 ab. Die Entladungszeit der Integrationseinheit 9 wird dann durch den größeren Entladungswiderstand 15 bestimmt. Somit steht eine Pulsflanke genügender Län ge zur Verfügung, um mittels der Akkumulation der Einzelkonversionsergebnisse ein Ergebnis hoher Auflösung zu erlangen. In diesem Fall ist der Rauschgenera tor 11 überflüssig, da das stets vorhandene Rauschen des Systems (Detektor/ Integrationseinheit 9) dessen Funktion übernimmt.The integration unit 9 provides an amplifier for integrating delivered by the radiation detector 13 charge amounts. In the detection of an output pulse of this amplifier by the control unit 4 switches the control unit 4 to the discharge resistor 14 via the analog switch 10 from. The discharge time of the integration unit 9 is then determined by the larger discharge resistor 15 . A pulse edge of sufficient length is thus available in order to obtain a result of high resolution by means of the accumulation of the individual conversion results. In this case, the noise generator 11 is superfluous, since the system noise (detector / integration unit 9 ) which is always present takes over its function.
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Publications (2)
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DE3921272A1 true DE3921272A1 (en) | 1991-01-03 |
DE3921272C2 DE3921272C2 (en) | 1993-10-14 |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4602243A (en) * | 1983-04-27 | 1986-07-22 | Pacific Scientific Company | Analog-to-digital conversion and averaging system for an optical analyzing instrument |
DE3515794A1 (en) * | 1985-05-02 | 1986-11-06 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Analog/digital converter circuit |
-
1989
- 1989-06-29 DE DE19893921272 patent/DE3921272C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4602243A (en) * | 1983-04-27 | 1986-07-22 | Pacific Scientific Company | Analog-to-digital conversion and averaging system for an optical analyzing instrument |
DE3515794A1 (en) * | 1985-05-02 | 1986-11-06 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Analog/digital converter circuit |
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