DE4306646A1 - Electronic tracking A=D converter - has summation point coupled to converter input via two resistors with inverting amplifier between them - Google Patents
Electronic tracking A=D converter - has summation point coupled to converter input via two resistors with inverting amplifier between themInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Analog-Digital-Nachlaufumsetzer, in dem der Ausgang eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers an den Ausgang des Analog-Digital- Nachlaufumsetzers und an den Eingang eines Digital-Analog-Umsetzers angeschlossen ist.The invention relates to an electronic analog-digital tracking converter, in which the output of an up-down counter to the output of the analog-digital Follow-up converter and connected to the input of a digital-to-analog converter is.
In der Patentschrift SU 11 72 013 A ist ein elektronischer Analog-Digital-Nachlaufumsetzer beschrieben, dessen Eingang an den ersten Eingang eines Komparators angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang einer analogen Addierschaltung angeschlossen ist. Der Ausgang des Komparators ist über ein Steuerelement an den Eingang eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers angeschlossen, dessen Ausgang an den Ausgang des Nachlaufumsetzers angeschlossen ist. An einen Eingang der analogen Addierschaltung ist der Ausgang eines Integrators angeschlossen, dessen Eingang an den Eingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers angeschlossen ist, und der Ausgang des Integrators, dessen Eingang über einen Digital-Analog-Umsetzer an den Ausgang des Nachlaufumsetzers angeschlossen ist. Jede Änderung des Wertes der Eingangsspannung wird vom Nachlaufumsetzer so bearbeitet, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler von 0 an alle Werte bis zu neuem Wert der Eingangsspannung durchläuft, wo er vom Komparator aufgehalten wird.In the patent specification SU 11 72 013 A is an electronic analog-to-digital follower described, the input of which is connected to the first input of a comparator is the second input to the output of an analog adder connected. The output of the comparator is on via a control element connected to the input of an up-down counter, the output of which is connected to the Output of the follower is connected. To an input of the analog adder circuit the output of an integrator is connected, the input of which is connected to the Input of the up-down counter is connected, and the output of the integrator, whose input via a digital-to-analog converter to the output of the Follow-up converter is connected. Any change in the value of the input voltage is processed by the lag converter so that the up-down counter runs from 0 to all values up to the new value of the input voltage, where it from Comparator is stopped.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Analog-Digital- Nachlaufumsetzer zu schaffen, mit dem es schon sehr kleinen Änderungen der Eingangsspannung schnell nachzulaufen möglich ist, wobei jedoch der Schritt seiner Bitauflösung einstellbar sein soll, und mit dem die digitale Darstellung der Eingangsspannung an seinem Ausgang ohne den Verlust von der Information wiederzugeben möglich sein wird.The invention is based on the object of an electronic analog-digital To create a follower with which there are very small changes in the input voltage is quick to run after, but the step of his Bit resolution should be adjustable, and with which the digital representation of the input voltage at its exit without reflecting the loss of information will be possible.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 4 angegebenen Merkmale gelöst.The stated object is achieved by the characterizing part of the claims 1 to 4 specified features solved.
Der durch die Erfindung vorgeschlagene elektronische Analog-Digital-Nachlaufumsetzer übertrifft bisher bekannte Nachlaufumsetzer bezüglich der Geschwindigkeit der Umsetzung eines sich schnell ändernden, doch glatt verlaufenden analogen Signales in seine digitale Hoch-Bit-Darstellung, z. B. 16-Bit-Darstellung, dabei funktioniert er aber ohne den Verlust von der Information.The electronic analog-digital tracking converter proposed by the invention outperforms previously known post-converters with regard to the speed of the Implementation of a rapidly changing but smooth analog signal in its high-bit digital representation, e.g. B. 16-bit representation, but it works without the loss of information.
Die Erfindung wird nun anhand einer Figur, die den Aufbau des elektronischen Analog-Digital-Nachlaufumsetzers zeigt, näher erläutert.The invention will now be described with reference to a figure which shows the structure of the electronic Analog-digital tracking converter shows, explained in more detail.
Der erfindungsgemäße elektronische Hoch-Bit-Analog-Digital-Nachlaufumsetzer (Figur), beispielsweise Bitzahl N ist gleich 16, besteht aus zwei invertierenden Verstärkern IM1, IM2, einem Diskriminator D, einem N-Bit-Vorwärts-Rückwärts-Zähler C und einem N-Bit-Digital-Analog-Umsetzer DAC. Der Ausgang o₁, . . . oN des Vorwärts- Rückwärts-Zählers C ist auf die bekannte Weise an den Ausgang o des erfindungsgemäßen Nachlaufumsetzers und an den Eingang id1 . . . idN des Digital- Analog-Umsetzers DAC angeschlossen.The electronic high-bit analog-digital tracking converter (Figure), for example, the number of bits N is 16, consists of two inverting amplifiers IM1, IM2, a discriminator D, an N-bit up-down counter C and an N -Bit digital-to-analog converter DAC. The output o₁,. . . o N of the up-down counter C is in the known manner at the output o of the follower according to the invention and at the input i d1 . . . i dN of the digital-to-analog converter DAC connected.
In der Schaltung des erfindungsgemäßen elektronischen Analog-Digital-Nachlaufumsetzers ist sein Eingang i an den Summierpunkt SP über nacheinander geschaltete einen Widerstand R₁, den invertierenden Verstärker IM1 und einen Widerstand R′ angeschlossen und ist der Ausgang o des erfindungsgemäßen elektronischen Analog-Digital- Nachlaufumsetzers bzw. der Ausgang o₁, . . ., oN des Vorwärts-Rückwärts-Zählers C an den Summierpunkt SP über nacheinander geschaltete den Digital-Analog-Umsetzer DAC und einen Widerstand R′′ angeschlossen und ist der Summierpunkt SP über nacheinander geschaltete den invertierenden Verstärker IM2 und den Diskriminator D an den Vorwärts-Eingang i+ bzw. an den Rückwärts-Eingang i des Vorwärts-Rückwärts- Zählers C angeschlossen. In the circuit of the electronic analog-digital follower converter according to the invention its input i is connected to the summing point SP via a resistor R 1, the inverting amplifier IM1 and a resistor R 'connected in series and the output o of the electronic analog-digital follower converter according to the invention or the output o₁,. . ., o N of the up-down counter C to the summing point SP via successively connected the digital-to-analog converter DAC and a resistor R '' is connected and the summing point SP is connected via successively the inverting amplifier IM2 and the discriminator D to the Forward input i + or connected to the reverse input i of the up-down counter C.
Die invertierenden Verstärker IM1, IM2 sind folgenderweise ausgeführt. Der Eingang des invertierenden Verstärkers IM1, IM2 ist zugleich der invertierende Eingang eines Operationsverstärkers OA1, OA2, dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand R₁₁, R₂₁ an Masse angeschlossen ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OA1, OA2 ist zugleich an den Gleitkontakt eines Potentiometers P₁₁, P₂₁ angeschlossen, dessen Festklemmen an Spannungsklemmen +Uref -Uref angeschlossen sind. Mit dem Potentiometer P₁₁, P₂₁, wird die Offsetspannung des Operationsverstärkers OA1 bzw. OA2 eingestellt. Der Ausgang des Verstärkers IM1, IM2, der zugleich der Ausgang des Verstärkers OA1, OA2 ist, ist an den Eingang des invertierenden Verstärkers IM1, IM2 über nacheinander geschaltete einen Widerstand R₁₂ und ein Potentiometer P₁₂ bzw. über einen Widerstand R₂₂ angeschlossen.The inverting amplifiers IM1, IM2 are designed as follows. The input of the inverting amplifier IM1, IM2 is also the inverting input of an operational amplifier OA1, OA2, the non-inverting input of which is connected to ground via a resistor R₁₁, R₂₁. The non-inverting input of the operational amplifier OA1, OA2 is also connected to the sliding contact of a potentiometer P₁₁, P₂₁, the terminals of which are connected to voltage terminals + U ref -U ref . With the potentiometer P₁₁, P₂₁, the offset voltage of the operational amplifier OA1 or OA2 is set. The output of the amplifier IM1, IM2, which is also the output of the amplifier OA1, OA2, is connected to the input of the inverting amplifier IM1, IM2 via a resistor R₁₂ and a potentiometer P₁₂ and a resistor R₂₂ connected in series.
Der Eingang des Diskriminators D ist zugleich die gemeinsamme Klemme der Widerstaäde R+1, R-1. Ihre andere Klemme ist an den invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang eines Komparators C+, C- angeschlossen, dessen anderer Eingang an Masse angeschlossen ist. Der Ausgang des Komparators C+, C- ist über einen Widerstand R+2, R-2 an die erste Klemme einer Zener-Diode Z+, Z-, deren andere Klemme an Masse angeschlossen ist, außerdem ist er auch an den ersten Eingang eines NAND-Gatters G+, G- angeschlossen. Anderer Eingang des NAND-Gatters G+, G- ist an den Ausgang eines Rechtwellengenerators SPG angeschlossen und sein Ausgang ist an den Vorwärtseingang i+ bzw. an den Rückwärtseingang i- des Vorwärts-Rückwärts- Zählers C angeschlossen.The input of the discriminator D is also the common terminal of the resistors R +1 , R -1 . Your other terminal is connected to the inverting or non-inverting input of a comparator C + , C - , the other input of which is connected to ground. The output of the comparator C + , C - is via a resistor R +2 , R -2 to the first terminal of a Zener diode Z + , Z - , the other terminal of which is connected to ground, and it is also to the first input of a NAND gate G + , G - connected. Another input of the NAND gate G + , G - is connected to the output of a right-wave generator SPG and its output is connected to the forward input i + or to the reverse input i - of the up-down counter C.
Der N-Bit-Vorwärts-Rückwärts-Zähler C ist vorzugsweise aus n in Kaskade geschalteten m-Bit-Vorwärts-Rückwärts-Zählern C1, C2, . . ., Cn zusammengesetzt.The N-bit up-down counter C is preferably cascaded from n m-bit up-down counters C1, C2,. . ., Cn composed.
Der elektronische Analog-Digital-Nachlaufumsetzer nach der Erfindung funktioniert folgendermaßen. Die Eingangsspannung Vi, deren Wert innerhalb des Intervalles -U0, +U0 liegt, wird multipliziert und mit geänderten Vorzeichen als eine Spannung V₁ zum Summierpunkt SP geleitet und wird dadurch eigentlich von der an dem Analog- Ausgang oa des Digital-Analog-Umsetzers DAC erscheinenden Spannung V₃ abgezogen. Die Spannung V₃ entspricht der in dem Digital-Analog-Umsetzer DAC in die analoge Form umgesetzten Digital-Spannung an dem Ausgang o des Analog-Digital-Nachlaufumsetzers nach der Erfindung. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers OA1 wird durch den Widerstand R₁₂ und das Potentiometer P₁₂ eingestellt. Eigentlich wird durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers OA1 das Intervall der Eingangsspannung Vi eingestellt und ausgehend von der Auflösung des Digital-Analog- Umsetzers DAC auch die Ansprechempfindlichkeit des elektronischen Analog-Digital- Nachlaufumsetzers nach der Erfindung. Bei einem Verstärkungsfaktor gleich 1 und einer in dem Intervall -10 V, +10 V liegenden Ausgangsspannung V₃ des Digital- Analog-Umsetzers DAC liegt die Eingangsspannung Vi innerhalb des Intervalles -10 V, +10 V und ist bei einer der 16-Bit-Umsetzung entsprechenden Auflösung die kleinste noch meßbare Änderung der Eingangsspannung Vi gleich ±300 µV, während bei einem Verstärkungsfaktor gleich 16 und einer erneut in dem Intervall -10 V, +10 V liegenden Ausgangsspannung V₃ des Digital-Analog-Umsetzers DAC die Eingangsspannung Vi innerhalb des Intervalles ±0,625 V liegt und die kleinste noch meßbare Änderung der Eingangsspannung Vi gleich ±18,75 µV ist. Durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers OA1 werden daher auf eine einfache Weise die Breite des Intervalles -Uo, +Uo der Eingangsspannung Vi und die Ansprechsempfindlichkeit des Analog-Digital-Nachlaufumsetzers nach der Erfindung, d. h. der Schritt seiner Bitauflösung geändert.The electronic analog-digital follower according to the invention works as follows. The input voltage V i , the value of which lies within the interval -U 0 , + U 0 , is multiplied and passed with changed sign as a voltage V 1 to the summing point SP and is thereby actually from that at the analog output o a of the digital-analog - Converter DAC appearing voltage V₃ deducted. The voltage V₃ corresponds to the digital voltage converted into the analog form in the digital-to-analog converter DAC at the output o of the analog-to-digital follower according to the invention. The gain of the operational amplifier OA1 is set by the resistor R₁₂ and the potentiometer P₁₂. Actually, the gain of the operational amplifier OA1 sets the interval of the input voltage V i and, based on the resolution of the digital-to-analog converter DAC, the response sensitivity of the electronic analog-to-digital follower according to the invention. With an amplification factor equal to 1 and an output voltage V₃ of the digital-to-analog converter DAC lying in the interval -10 V, +10 V, the input voltage V i lies within the interval -10 V, +10 V and is one of the 16 bits - Implementing the corresponding resolution, the smallest measurable change in the input voltage V i equal to ± 300 µV, while with an amplification factor equal to 16 and an output voltage V₃ of the digital-to-analog converter DAC again lying in the interval -10 V, +10 V, the input voltage V i is within the interval ± 0.625 V and the smallest measurable change in input voltage V i is equal to ± 18.75 µV. The gain of the operational amplifier OA1 therefore changes the width of the interval -U o , + U o of the input voltage V i and the sensitivity of the analog-digital follower according to the invention, ie the step of its bit resolution, in a simple manner.
Mit dem invertierenden Verstärker IM2 wird der Faktor, mit dem die in dem Summierpunkt SP entstandene Differenz der Absolutwerte den Spannungen V₃ und V₁ multipliziert wird, eingestellt. Vorteilhaft wird der Verstärkungsfaktor gleich 2 gewählt. Auf diese Weise wird die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung V₂ des invertierenden Verstärkers IM2 und damit auch die Öffnungsgeschwindigkeit des passenden Komparators C+, C- in dem Diskriminator D eingestellt. Wenn die Spannung V₂ positiv ist, schaltet der Komparator C+ in dem Diskriminator D zu Masse um und am Ausgang des NAND-Gatters G+ erscheint logisches 1, sobald der Wert der Spannung am Ausgang des Recheckwellengenerators SPG zu Null absinkt. An dem Vorwärts-Eingang i+ des Vorwärts-Rückwärts-Zählers C erscheint ein Impuls. An dem Rückwärts-Eingang i- des Vorwärts-Rückwärts-Zählers C erscheint jedoch ein Impuls, wenn die Spannung V₃ am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers DAC die Eingangsspannung Vi des Analog-Digital-Nachlaufumsetzers nach der Erfindung übersteigt und dadurch die Spannung V₂ negativ wird. An dem Eingang i+, i- des Vorwärts-Rückwärts-Zählers C erscheint daher ein Impuls V2+, V2- immer, wenn die resultierende Spannung in dem Summierpunkt SP die dem Auflösungsschritt der Analog-Digital-Umsetzung entsprechende Spannung übersteigt. With the inverting amplifier IM2, the factor by which the difference in absolute values created in the summing point SP is multiplied by the voltages V₃ and V₁ is set. The gain factor is advantageously chosen equal to 2. In this way, the rate of change of the output voltage V₂ of the inverting amplifier IM2 and thus also the opening speed of the matching comparator C + , C - is set in the discriminator D. If the voltage V₂ is positive, the comparator C + switches to ground in the discriminator D and logic 1 appears at the output of the NAND gate G + as soon as the value of the voltage at the output of the rectangular wave generator SPG drops to zero. A pulse appears at the up input i + of the up / down counter C. At the reverse input i - the up-down counter C, however, a pulse appears when the voltage V₃ at the output of the digital-to-analog converter DAC exceeds the input voltage V i of the analog-to-digital follower according to the invention and thereby the voltage V₂ becomes negative. A pulse V 2+ , V 2- therefore appears at the input i + , i - of the up-down counter C whenever the resulting voltage in the summing point SP exceeds the voltage corresponding to the resolution step of the analog-digital conversion.
Der Kode der digitalen Darstellung der Eingangsspannung an dem Ausgang des Analog-Digital-Nachlaufumsetzers nach der Erfindung hängt vom Eingangskode des Digital-Analog-Umsetzers DAC.The code of the digital representation of the input voltage at the output of the analog-digital follower according to the invention depends on the input code of the Digital-to-analog converter DAC.
Der elektronische Analog-Digital-Nachlaufumsetzer nach der Erfindung bewältigt die Umsetzung Bit nach dem Bit äußerst schnell, weil das Umschalt-Kriterium in einem einzigen Punkt gestellt wird. Für einen Schwenk von -10 V bis zu +10 V benötigt der Analog-Digital-Nachlaufumsetzer nach der Erfindung 10 ms und ist darum kaum bestimmt zum Zusammenwirken mit der Abtast-Halteschaltung. Der Analog-Digital- Nachlaufumsetzer nach der Erfindung ist deswegen vorzüglich zur Hoch-Bit-Analog-Digital- Umsetzung von rasch sich ändernden, doch glatt verlaufenden Ausgangsspannungen vieler Sensoren geeignet. Der Analog-Digital-Nachlaufumsetzer nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß an seinem Ausgang die vollständige 16-Bit-Digital- Darstellung der analogen Eingangsspannung stets vorhanden ist.The electronic analog-digital follower according to the invention copes with that Implementation bit to bit extremely quickly because the switchover criterion in one single point is placed. For a swivel from -10 V to +10 V the Analog-digital tracking converter according to the invention 10 ms and is therefore hardly determined to cooperate with the sample and hold circuit. The analog-digital Tracking converter according to the invention is therefore excellent for high-bit analog-digital Implementation of rapidly changing, but smoothly running output voltages suitable for many sensors. The analog-digital follower according to the invention is characterized by the fact that the complete 16-bit digital Representation of the analog input voltage is always present.
Für eine sinusförmige Eingangsspannung im Intervall -10 V, +10 V und der Frequenz 30 Hz wurde die 16-Bit-Auflösung, entsprechend 3,9 · 10⁹ Abtastwerten pro Sekunde, erreicht, und zwar im folgenden Ausführungsbeispiel des elektronischen Analog-Digital-Nachlaufumsetzers nach der Erfindung:For a sinusoidal input voltage in the range -10 V, +10 V and the frequency The 16-bit resolution became 30 Hz, corresponding to 3.9 × 10⁹ samples per second, achieved, in the following embodiment of the electronic analog-digital follower according to the invention:
-
- der Digital-Analog-Umsetzer DAC:
ein Digital-Analog-Umsetzer mit der Umsetzungszeit 1 µs- the digital-to-analog converter DAC:
a digital-to-analog converter with a conversion time of 1 µs - - die Operationsverstärker OA1, OA2: TL082- the operational amplifiers OA1, OA2: TL082
- - die Komparatoren C+, C-: LM319- the comparators C + , C - : LM319
- - die NAND Gatter G+, G-: 74LS00- the NAND gates G + , G - : 74LS00
- - die 4-Bit-Zähler C1, C2, C3, C4: 74LS193.- the 4-bit counters C1, C2, C3, C4: 74LS193.
Um zu vergleichen, soll es angeführt werden, daß der sehr schnelle 16-Bit Burr-Browns Kaskade "flash" Analog-Digital-Umsetzer ohne Abtast-Halteschaltung ein Sinussignal der Amplitude -10 V, +10 V mit der tatsächlichen 16-Bit-Auflösung nur bis zur Frequenz 0,8 Hz umsetzen kann.To compare, it should be mentioned that the very fast 16-bit Burr-Browns Cascade "flash" analog-digital converter without sample and hold circuit a sine signal the amplitude -10 V, +10 V with the actual 16-bit resolution only up to Can implement frequency 0.8 Hz.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| YU21892 | 1992-03-03 |
Publications (1)
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| DE4306646A1 true DE4306646A1 (en) | 1993-09-09 |
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ID=25548904
Family Applications (1)
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| DE19934306646 Withdrawn DE4306646A1 (en) | 1992-03-03 | 1993-03-03 | Electronic tracking A=D converter - has summation point coupled to converter input via two resistors with inverting amplifier between them |
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- 1993-03-03 DE DE19934306646 patent/DE4306646A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
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Legal Events
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