DE69415419T2 - Fehlertoleranter Thermomer-Binärkodierer - Google Patents

Fehlertoleranter Thermomer-Binärkodierer

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    • H03M7/00Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/14Conversion to or from non-weighted codes
    • H03M7/16Conversion to or from unit-distance codes, e.g. Gray code, reflected binary code
    • H03M7/165Conversion to or from thermometric code

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Coder zum Umsetzen eines Binär- Eingangssignals nach der Definition entsprechend einem Thermometer- oder Kreiscode, von dem jedes Bit an einen Eingang des Coders gelegt wird, um ein binärcodiertes Ausgangssignal zu erhalten, wobei der Coder eine Gruppe von n aufeinanderfolgenden Exklusiv-ODER-Gattern mit zwei Eingängen und einem Ausgang enthält, jedes Exklusiv-ODER-Gatter sowohl mit einem Eingang an einen Nachbargatter als auch an einen Codereingang angeschlossen ist, und eine Codermatrix mit n Eingangszeilen und einer Vielzahl von Ausgangsspaltenpaaren enthält, wobei jede der n aufeinanderfolgenden Zeilen mit einem Eingang eines des aufeinanderfolgenden Exklusiv-ODER-Gatter verbunden ist, jede der Spalten mit einer Bezugsspannungsklemme über eine Stromquelle verbunden ist und die Spalten eines Paares ein differenzielles Ausgangssignal für ein Bit des Binär-Ausgangssignals liefert, die Codermatrix bei dieser aktiven Kopplung zwischen einer bestimmten Zeile und einer bestimmten Spalte erforderlichenfalls aus einem Transistor besteht, dessen Basis mit der bestimmten Zeile verbunden, dessen Emitter mit der vorgegebenen Spalte verbunden, und dessen Kollektor an eine Speisespannungsklemme angeschlossen ist.
  • Ein derartiger Coder ist aus dem Artikel mit dem Titel "8 bit 100 MHz full-Nyquist A/D Converter" nach der Veröffentlichung in der IEEE Journal of Solid- State Circuits, Vol. 23, Nr. 6 Dezember 1988, S. 1334...1344 bekannt. Eine Beschreibung dieses Coders in Bipolartechnologie ist insbesondere anhand der Fig. 7 und 13 dieser Veröffentlichung beschrieben.
  • Eine Hauptanwendung eines Binärcoders eingangs erwähnter Art ist die der Analog/Digital-Wandler. In dieser Anwendung entsteht ein bekanntes technisches Problem durch das Auftreten von logischen Entscheidungsfehlern am Ausgang der Exklusiv-ODER-Gattergruppe. Das Dokument EP-A-0 328 215 gibt beispielsweise eine Beschreibung eines Analog/Digital-Wandlers mit einer Korrekturschaltung für einen Thermometercode.
  • Der Meßvorgang des Analogsignalwertes durch Vergleich mit den vorgegebenen Spannungen auf einer Skale von Widerstandswerten soll normalerweise ein thermometrisches Digitalsignal ergeben, dessen aufeinanderfolgende Bits nur einen einzigen Übergang zwischen einer Gruppe aufeinanderfolgender Bits vom Rang 1 und einer Restgruppe aufeinanderfolgender Bits vom Rang 0. Am Ausgang der Exklusiv- ODER-Gattergruppe wird also normalerweise ein einziges Ausgangssignal vom Rang 1 festgestellt.
  • Infolge geringer Unvollkommenheiten in der Verwirklichung der Wandler werden Entscheidungsfehler festgestellt, insbesondere wenn die zu messende Analogsignalfrequenz erhöht wird. Ein Entscheidungsfehler mit der Bezeichnung des einfachen Fehlers besteht faktisch darin, daß die Bits des an einem vorgegebenen Zeitpunkt festgestellten thermometrischen Signals einen Übergang enthalten (1...1), 0, 1, 0 (0...0).
  • Die Gruppe von Exklusiv-ODER-Gattern liefert also in diesem Fall ein 1- Signal an drei aufeinanderfolgende Ausgänge statt an einen einzigen Ausgang. Andere ernsthaftere Fehler, da sie mehr als drei aufeinanderfolgende Ausgänge der Gattergruppe umfassen, sind weiter möglich, aber sie sind jedoch weniger häufig als die einfachen Fehler, und sind mittels eines vorteilhafteren Wandleraufbaus vermeidbar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Coder zu schaffen, dessen besondere Einrichtung die automatische Korrektur der einfachen Entscheidungsfehler auf zuverlässige und schnelle Weise ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Coder eingangs erwähnter Art erfindungsgemäß insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die Codermatrix ein Spaltenpaar enthält, dessen Spalten mit Pseudospalte mit Nullgewicht bzw. mit komplementärer Pseudospalte mit Nullwert bezeichnet werden, wobei die Kopplung Zeilen/Spalten jeweils durch ringförmiges Verschieben ausgehend von der Kopplung Zeilen/Spalten vom Spaltenpaar mit dem Wert Eins abgeleitet wird, d. h. für eine Zeile vom Rang i der Pseudospalte vom Wert Null wird eine Kopplung gleich der der Zeile vom Rang (i Modulo n) + 1 der Spalte vom Wert Eins angelegt, sowie auch für die Zeile vom Rang i der komplementären Pseudospalte vom Wert Null wird eine Kopplung gleich der der Zeile vom Rang (i Modulo n) + 1 der komplementären Spalte vom Wert Eins angelegt, und daß der Coder ein zusätzliches Exklusiv-ODER-Gatter mit zwei Eingängen enthält, von denen einer ein logisches Signal entsprechend dem Ausgangssignal des Paares von Pseudospalten mit dem Wert Null und der andere ein logisches Signal entsprechend dem Ausgangssignal des Paares von Spalten mit dem Wert Eins empfangen, und das zusätzliche Exklusiv-ODER-Gatter am Ausgang das Bit mit dem Wert Null des Binär-Ausgangssignals liefert.
  • In einer Analyse, deren Einzelheiten weiter unten mehr beschrieben werden, zeigt sich, daß ein einfacher Entscheidungsfehler für die Bits des Ausgangs- Binärsignals höher als Null an die Paare der Spalten der Codermatrix differenzielle Signale liefert, deren Amplitude verringert ist, aber vom logischen Blickpunkt aus gesehen richtig sind.
  • Erfindungsgemäß wird eine besondere Struktur für die Codierung des Bits mit Nullwert des Binär-Ausgangssignals vorgesehen, wobei beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers das vom Paar von Pseudospalten mit Nullwert gelieferte Signal vom logischen Blickpunkt aus gesehen bedeutsam ist, obgleich es eine verringerte Amplitude hat. Jedoch liefert das Paar von Pseudospalten mit Nullwert nicht direkt das Bit mit Nullwert des Binär-Ausgangssignals, sondern ein digitales Signal, das über das zusätzliche Exklusiv-ODER-Gatter mit dem Signal kombiniert werden muß, das das Paar von Spalten mit dem Wert Eins ausgegeben ist.
  • Die Erfindung ermöglicht somit eine automatische Korrektur der einfachen Entscheidungsfehler.
  • Nach einem vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Coder dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Spaltenpaare der Codermatrix ein Differenzverstärker mit einer Verstärkung folgt, die zum Verstärken des Signalpegels an seinem Ausgang ausreicht, das aus zwei vorgegebenen logischen Pegeln beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers am Ausgang der Gruppe von Exklusiv-ODER- Gattern ausreicht.
  • Es erscheinen am Ausgang dieser Verstärker Signale, deren Pegel höher sind als die Standardwerte, wenn ein Entscheidungsfehler auftritt.
  • Im Fehlerfall ist das differenzielle Signal an den Eingang der Verstärker nur klein, d. h. in der Größenordnung von nur 18 mV. Es kann in der Codermatrix selbst mit einem erfindungsgemäßen Durchführungsverfahren dadurch verstärkt werden, daß in der Codermatrix jeder Transistor, der eine aktive Zeile/Spalte-Kopplung verwirklicht, mit einem Emitterwiderstand verbunden ist, dessen Wert derart gewählt wird, daß der differenzielle Spannungspegel des Ausgangs eines Spaltenpaares beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers am Ausgang der Exklusiv-ODER-Gatter dem differenziellen Spannungspegel vergleichbar geliefert wird, der bei Abwesenheit eines derartigen Fehlers erzeugt wird.
  • Beim Einsatz dieser Anordnung wird jedoch der differenzielle Spannungspegel bei Abwesenheit eines Fehlers durch den Vergleich mit einer Codermatrix reduziert, deren Transistoren keinen Emitterwiderstand enthalten. Ein Kompromis ist daher wünschenswert hinsichtlich der Wahl des Wertes der Emitterwiderstände. Wenn der differenzielle Spannungspegel am Ausgang der Spaltenpaare beim Auftreten eines Entscheidungsfehlers dem Pegel bei Abwesenheit des Fehlers vergleichbar ist, können die Ausgangsverstärker der Spalten der Codermatrix vereinfacht werden, und verbessert sich der Betrieb des Coders.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Analog/Digital-Wandler mit einem Coder nach obiger Definition.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Coders,
  • Fig. 2 den Fall des Auftretens eines einfachen Entscheidungsfehlers im Vergleich zum normalen Zustand ohne Fehler am Ausgang der Exklusiv-ODER-Gatter,
  • Fig. 3 eine Tabelle, die am binärcodierten Ausgang des erfindungsgemäßen Coders veranschaulicht, wie das Bit mit dem Wert 0 ausgehend vom Ausgangssignal der Pseudospalten vom Wert 0 erhalten wird,
  • Fig. 4 und 5 Schaltbilder zur Veranschaulichung der Zustände einer normalen Codierung bzw. einer Codierung beim Auftreten eines Entscheidungsfehlers,
  • Fig. 6 das Schaltbild eines besonderen Verfahrens zur Verwirklichung der Erfindung, und
  • Fig. 7 Änderungskurven der differenziellen Spannungspegel am Ausgang der Spaltenpaare, einerseits bei Abwesenheit von Fehlern und andererseits beim Auftreten eines Entscheidungsfehlers abhängig vom Wert eines Emitterwiderstands entsprechend der Ausführung anhand der Fig. 6.
  • In Fig. 1 enthält ein erfindungsgemäßer Coder eine Gruppe von n Exklusiv-ODER-Gattern 10, wobei jeder der Gatter X1, X2...Xi...Xn vom auffolgenden Rang zwei Eingänge und einen Ausgang enthält. Jedes der Gatter Xi hat einen Eingang in Verbindung mit einem Eingang des Gatters Xi-1 sowie mit einem Eingang Ji-1 des Coders, der andere Eingang des Gatters Xi mit einem Eingang des Gatters Xi+1 sowie mit einem Eingang Ji des Coders verbunden ist. Der Coder enthält weiter eine Codermatrix 12 mit n Zeilen vom auffolgenden Rang, von denen jede mit dem Ausgang jedes Exklusiv-ODER-Gatters Xi verbunden ist, und Ausgangs-Spaltenpaare 13-14, 15- 16, ..., wobei die Anzahl dieser Spaltenpaare gleich der Anzahl von Bits des zu binärcodierenden Signals am Ausgang des Coders ist.
  • Jede der Spalten 13, 14, 15, 16 ... ist mit einer Bezugsspannungsklemme VEE über eine Stromquelle S verbunden, und die Spalten eines Paares 13-14, 15-16, ... zur Lieferung eines differenziellen Ausgangssignals 23-24, 25-26, ... für ein Bit des Ausgangs-Binärsignals [B&sub0;] [B&sub1;]....
  • Im Beispiel dient der Coder zum Ausgeben binärer Ausgangssignale die sich vom Wert 0 bis zum Wert (n-1) erstrecken.
  • Zu diesem Zweck ist die Zeile vom Rang 1 im hohen Zustand für den Ausgangswert 0, und die Zeile vom Rang n im hohen Zustand für den Ausgangswert (n- 1). Zum Erfüllen dieser Bedingungen wird der Eingang Jo auf einem hohen Pegel und der Eingang Jn auf einem niedrigen Pegel fixiert, und zwar dauerhaft. Wenn eine Zeile aktiv ist, bestimmt sie am Ausgang des Coders einen Binärwert, dessen Äquivalent dezimal und eingeklammert an der rechten Seite der Fig. 1 ist.
  • In der Codermatrix 12 erfolgt eine aktive Kopplung zwischen einer Zeile und einer Spalte erforderlichenfalls mit Hilfe eines Transistors T dessen Basis mit einer Zeile verknüpft ist, dessen Emitter mit einer Spalte verbunden und dessen Kollektor mit einer Speiseklemme VCC verbunden ist.
  • Auf diese Weise legt die Spalte 14 an ihren Ausgang 25 ein Signal ,1 wobei diese Spalte dazu mit den Zeilen vom Rang 1, 2, 5, 6, ... gekoppelt ist. Auf analoge Weise liefert die Spalte 16 am Ausgang 26 ein Signal B1 und sie ist mit den Zeilen vom Rang 3, 4, 7, 8... gekoppelt.
  • Die Signale B1 und 1 gelangen an den Eingang eines Differenzverstärkers 31, der am Ausgang ein Signal [B1] entsprechend dem Bit mit dem Wert 1 am Binärausgang des Coders liefert.
  • Das Paar der Spalten 13 und 14 wird mit Pseudospalten vom Wert 0 bezeichnet, weil sie mit den Ausgangszeilen der Gruppe von Exklusiv-ODER-Gattern 10 zum ringförmigen Verschieben ausgehend von der Kopplung Zeile/Spalte des Paares der Spalten 15, 16 vom Wert 1 gekoppelt ist.
  • So erfolgt die Kopplung der Spalte 13 aus der Kopplung der Spalte 15, aber dabei wird diese Kopplung auf eine Zeile vom direkt unterliegendem Rang übertragen. Die Spalte 14 ist auf gleichartige Weise mit den Ausgangszeilen der Gruppe von Exklusiv-ODER-Gattern 10 auf vergleichbare Weise zur Kopplung der Spalte 16 gekoppelt, jedoch dabei ist diese Kopplung auf die Zeilen mit direkt unterliegendem Rang übertragen. Zur genauen Durchführung der Kopplung der Pseudospalten mit dem Wert 0 mit den Zeilen von extremem Rang kann diese Kopplung derart zum Ausdruck gebracht werden, daß für eine Zeile vom Rang i der Pseudospalten vom Wert 0 eine Kopplung gleich der der Zeile vom Rang (i Modulo n) + 1 der Spalten vom Wert 1 erfolgt. Das Paar der Pseudospalten 13 und 14 versorgt am Ausgang 23 bzw. 24 die Signale *0 und B0*. Diese Signale gelangen auch an den Eingang eines Differenzverstärkers 30, dessen Ausgang ein Signal [Bo*] führt, das nicht dem Ausgangsbit mit dem Wert 0 des Binärsignals entspricht, sondern es kann davon abgezogen werden. Ein zusätzliches Exklusiv-ODER-Gatter 35, an dessen Eingang die Signale [Bo*] und [B1] gelangen, liefert tatsächlich das gesuchte Signal [Bo].
  • Wie weiter unten näher erläutert wird, kann ein derartiger Coder automatisch und schnell Entscheidungsfehler am Ausgang der Gruppe der Exklusiv- ODER-Gatter 10 korrigieren.
  • Anhand der Fig. 2 wird jetzt näher erläutert, was unter einfachem Entscheidungsfehler am Ausgang der Gruppe der Exklusiv-ODER-Gatter 10 verstanden wird. Entsprechend dem linken Teil dieser Figur werden die aufeinanderfolgenden Eingangssignale in den Exklusiv-ODER-Gattern (XOR) zum Ausgeben eines logischen Signals am Ausgang kombiniert, wodurch normalerweise ein einfacher Zustand 1 entsteht, der dem Übergang zwischen den aufeinanderfolgenden Eingängen mit dem Zustand 1 und den folgenden Eingängen mit dem Zustand 0 entspricht.
  • Im rechten Teil der Fig. 2 ist eine Reihe von Zuständen am Ausgang der Gruppe der Exklusiv-ODER-Gatter 10 angegeben, deren Übergang vom Zustand 1 in den Zustand 0 drei aufeinanderfolgende Änderungen umfaßt: vom Zustand 1 in den Zustand 0, dann vom Zustand 0 in den Zustand 1 und schließlich vom Zustand 1 in den Zustand 0. Diese drei Übergänge am Eingang ergeben am Ausgang der Exklusiv- ODER-Gatter drei aufeinanderfolgende Zustände 1 statt einen einzigen Zustand. Es muß eingeräumt werden, daß bei Abwesenheit eines Fehlers die einzige Ausgangszeile im Zustand 1 diejenige sein muß, die sich in der Mitte der drei Ausgangszeilen im Zustand 1 befindet. Diese Fehlerart wird mit "einfachem Entscheidungsfehler" bezeichnet, da sie nur drei Zeilen von auffolgendem Rang umfaßt, während bei anderen schwereren Fehlern mehr als drei aufeinanderfolgenden Zeilen hineinbezogen werden. Gleichwohl sind die mit einfach bezeichneten Entscheidungsfehler ebenfalls die häufigst auftretenden Fehler insbesondere, weil die Frequenz des zu messenden Signals erhöht wird.
  • Die Tabelle in Fig. 3 zeigt, wie der erfindungsgemäße Coder das Erhalten des Bits mit dem Wert [Bo] am Binärausgang ausgehend vom Wert [Bo*] am Ausgang des Paares von Pseudospalten mit dem Wert 0 und vom Bit [B1] am Binärausgang mit dem Wert 1 ermöglicht. In die Spalte mit der Bezeichnung (X) werden die aufeinanderfolgenden Dezimalwerte übertragen, die von den aufeinanderfolgenden Zeilen dargestellt werden, während sie im hohen Zustand sind. Diese Dezimalwerte sind ebenfalls in Fig. 1 eingeklammert angegeben. Die Spalte [Bo*] stellt die entsprechenden Zustände des Differenzsignals am Ausgang des Paares von Pseudospalten mit dem Wert 0 dar, die Spalte mit der Bezeichnung [B1] gibt die aufeinanderfolgenden Zustände des Binärausgangs mit dem Wert 1 und die Spalte [Bo] gibt den Zustand an, der aus dem Verhältnis [Bo] = [Bo*] [B1] erhalten wird.
  • Dieser Tabelle wird entnommen, daß beim Durchgang durch das zusätzliche Exklusiv-ODER-Gatter 35 ein vorteilhaftes Ausgangssignal des Bits [Bo] des Binärausgangs erhalten wird.
  • In Fig. 4 und 5 ist es möglich, den an den Spalten entstandenen differenziellen Spannungsunterschied auszuwerten, einerseits bei einer normalen Messung und andererseits beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers. In diesen Figuren sind schematisch die Ausgangssignale Bi und i eines Paares von Spalten Bi dargestellt. Ein Paar von Spalten mit dem Gewicht i enthält n Kopplungstransistoren, die zur Hälfte auf die Spalte mit dem Wert i und zur Hälfte auf die komplementäre Spalte mit dem Wert i verteilt sind.
  • Bei Abwesenheit des Fehlers (wie in Fig. 4 angegeben) führt ein einziger der Kopplungstransistoren an seiner Basis den hohen Zustand und führen alle anderen Kopplungstransistoren an ihren Basen den niedrigen Zustand. Die Zustände werden mit den Zahlen 1 und 0 in den Figuren dargestellt. Das Differenzsignal Bi - i kann also wie folgt ausgewertet werden:
  • Bi - i = V&sub1; VBE(Io) - Vo + VBE(2Io/n)
  • worin Io der für jede der Stromquellen S zugeführte Strom ist, V&sub1; und Vo die Spannungspegel für den logisch hohen Zustand bzw. für den logisch niedrigen Zustand der n Zeilen sind.
  • Ausgehend von V&sub1; - Vo = VSW, so bekommt man:
  • Bi - i = VSW - VT Ln(n/2) (1)
  • Aus welcher Gleichung sich folgendes ergibt
  • VT = kT/q 26mV bei 300ºK
  • k = Boltzmansche Konstante
  • T = absolute Temperatur
  • q = Elektronladung.
  • Beim Ausfüllen der Gleichung (1) ist der Strombeitrag von den Transistoren vernachlässigt, deren Basis hoch ist in Konkurrenz mit dem einzigen Transistor, dessen Basis niedrig ist.
  • Beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers sind die Basen von drei Transistoren hoch. Wenn es um ein Paar von Spalten mit dem Gewicht i größer als 1 handelt, kann es vorkommen, daß die drei Transistoren, deren Basis hoch ist, sich an derselben Seite befinden, entweder an der Seite Bi oder an der Seite i. Dieser Fall verursacht keine Schwierigkeiten für den Ausgang des Signals Bi - i dadurch, daß dieses Signal sich auf einem wenig abweichenden Pegel (etwas höher) als der nach der Gleichung (1) befindet.
  • Fig. 5 bezieht sich dagegen auf den Fall, in dem in der Folge eines einfachen Entscheidungsfehlers zwei Transistoren an der Spalte i und ein Transistor auf der Spalte Bi aktiv sind. Es ist anhand der Fig. 1 und 2 leicht ersichtlich, daß der Transistor, der bei Abwesenheit eines Entscheidungsfehlers aktiv gewesen wäre, sich an jener Seite befinden muß, an der zwei Transistoren gleichzeitig aktiv sind. Der Spannungsunterschied Bi - i muß daher im Beispiel negativ sein. Die folgenden Berechnungen zeigen, daß das wirklich der Fall ist, aber das erhaltene Signal hat eine sehr schwache Amplitude. Mit den oben benutzten Bezeichnungen kann folgendes geschrieben werden:
  • Bi - i = V&sub1; - VBE(Io) - V&sub1; + VBE(Io/2)
  • woraus entsteht:
  • Bi - i = VTLn(1/2) = -VTLn(2) (2)
  • d. h. etwa -18 mV.
  • Ein derartiges Signal ist also richtig hinsichtlich des Vorzeichens, und nach der Verstärkung in einem Verstärker wie 30 oder 31 ... in Fig. 1 kann dieses Signal in ein Signal mit einem normalen logischen Pegel umgesetzt werden. Wiederum anhand der Fig. 1 läßt sich feststellen, daß die Kopplung zwischen Zeile und Spalte für das Paar der Pseudospalten mit dem Wert 0 analog für das Paar der Spalten vom Wert 1 erfolgt, d. h. mit einer Kopplung von zwei aufeinanderfolgenden Zeilen, darauf zwei nichtgekoppelten Zeilen, für jede Spalte. Die Pseudospalten mit dem Wert 0 verhalten sich entsprechend dem Beispiel nach Fig. 5.
  • Es wurde bereits mit Hilfe der Fig. 3 festgestellt, daß bei Abwesenheit eines Entscheidungsfehlers die Pseudospalten mit dem Wert 0 die Möglichkeit zum Erhalten eines Ausgangssignals des entsprechenden Bits mit dem Wert 0 des Binärausgangs. Schließlich liefert der erfindungsgemäße Coder beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers ebenfalls am Ausgang ein richtiges Bit mit dem Wert 0.
  • In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem ein Widerstand Re zwischen den Emittern der Transistoren und der Spalten angeordnet wird. Mit dieser Einrichtung ist es möglich, den differenziellen Spannungspegel aus den Spalten zu erhöhen, wenn ein Entscheidungsfehler vorliegt. Jedoch wird bei diesem Vorgang der differenzielle Spannungspegel aus den Spalten bei Abwesenheit eines Fehlers auf korrelative Weise reduziert.
  • Bei Abwesenheit eines Entscheidungsfehlers kann folgende Gleichung geschrieben werden:
  • Bi - i = V&sub1; - VBE(Io) - R.Io - [VO - VBE(2Io/n - R.2Io/n]
  • worin R = den Widerstandswert Re, und weiter:
  • Bi - i = VSW - VT Ln(n/2) - R.Io (1 - 2/n) (3)
  • Der Spannungsunterschied Bi - i erfährt eine Reduktion mit dem Wert R.Io(1- 2/n) im Fall, in dem der Emitterwiderstand ausgelassen ist.
  • Beim Auftreten eines Entscheidungsfehlers kann folgende Gleichung geschrieben werden:
  • Bi - i = V&sub1; - VBE(Io/2) &submin; R.Io/2-[V1 - VBE(Io) - R.Io]
  • und weiter:
  • Bi - i = -(VTLn(2) + RIo/2) (4)
  • Im absoluten Wert wird der Spannungsunterschied mit RIo/2 im Vergleich zur Gleichung (2) erhöht.
  • In Fig. 7 ist die Kurve des Spannungsunterschieds Bi - i im absoluten Wert einerseits im Normalfall - Kurve N -, und andererseits beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers - Kurve E - dargestellt, wenn der Emitterwiderstand Re geändert wird. Folgende Werte sind benutzt beispielsweise:
  • Io = 400 uA, von den Stromquellen S zugeführter Strom
  • Io = 200 mV, Unterschied der logischen Pegel am Ausgang der Exklusiv-ODER- Gatter
  • n = 32.
  • Es wird klar sein, daß beim Erhöhen des Wertes der Emitterwiderstände Re der differenzielle Spannungspegel beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers bedeutend erhöht werden kann, und daß dieser Spannungspegel an den bei Abwesenheit eines Entscheidungsfehlers vergleichbar gemacht werden kann.
  • Die Gleichheit dieser Spannungspegel wird für einen Widerstandswert R = in der Nähe von 190 0 erhalten. Ein Spannungsunterschied in der Größenordnung von 56 mV wird so in allen Fällen erhalten, und dieser Unterschied ist vorteilhaft und ermöglicht die Benutzung von Differenzverstärkern, wie solche anhand der Fig. 1 angegeben, mit den Bezugsziffern 30, 31 ... mit ganz einfachem Aufbau.

Claims (4)

1. Coder zum Umsetzen eines Eingang-Binärsignals entsprechend einem thermometrischen oder ringförmigen Code, von dem jedes Bit an einen Eingang des Coders gelegt wird, um ein binärcodiertes Ausgangssignal zu erhalten, wobei der Coder eine Gruppe (10) von n zusätzlicher Exklusiv-ODER-Gattern (X1...Xi...Xn) mit zwei Eingängen und einem Ausgang enthält, jedes Exklusiv-ODER-Gatter (Xi) mit einem Eingang in Verbindung mit einem Eingang des Nachbargatters (Xi-1), (Xi+1) sowie in Verbindung mit einem Eingang (Ji) des Coders, und mit einer Codermatrix (12) aus n Zeilen am Eingang und einer Vielzahl von Spaltenpaaren (13-14), (15-16)... am Ausgang versehen ist, wobei jede der n aufeinanderfolgenden Zeilen mit einem Ausgang eines der aufeinanderfolgenden Exklusiv-ODER-Gatter (Xi) verbunden ist, jede der Spalten mit einer Bezugsspannungsquelle (VEE) über eine Stromquelle (S) verbunden ist, und die Spalten eines Paares ein differenzielles Ausgangssignal (23-24), (25-26) für ein Bit [Bi] des Ausgang-Binärsignals liefern, in der Codermatrix eine aktive Kopplung zwischen einer vorgegebenen Zeile und einer vorgegebenen Spalte hergestellt wird, wenn es erforderlich ist für einen Transistor (T), dessen Basis mit der vorgegebenen Zeile verbunden, dessen Emitter mit der vorgegebenen Spalte verbunden, und dessen Kollektor an eine Speisespannungsquelle (Vcc) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Codermatrix (12) ein Paar von Spalten mit der Bezeichnung Pseudospalte vom Wert Null (14) bzw. von komplementärer Pseudospalte vom Wert Null (13) enthält, dessen Zeilen/Spalten-Kopplung aus der ringförmigen Verschiebung ausgehend von der Zeilen/Spalten-Kopplung des Spaltenpaares (15-16) mit dem Wert Eins abgeleitet wird, d. h.: für eine Zeile vom Rang i der Pseudospalten vom Wert Null wird eine Kopplung gleich der der Zeile vom Rang (i Modulo n) + 1 der Spalte mit dem Wert Eins sowie für die Zeile vom Rang i der komplementären Pseudospalte vom Wert Null durchgeführt, wird eine Kopplung gleich der der Zeile vom Rang (i Modulo n) + 1 der komplementären Spalte mit dem Wert Eins durchgeführt, und daß der Coder ein zusätzliches Exklusiv-ODER-Gatter (35) mit zwei Eingängen enthält, von denen der eine ein logisches Signal ([Bo*]) entsprechend dem Ausgangssignal des Paares der Pseudospalten mit dem Wert Null (13-14) und der andere ein logisches Signal ([B1]) entsprechend dem Ausgangssignal des Paares der Spalten (15-16) mit dem Wert Eins empfangen, und dieser zusätzliche Exklusiv-ODER- Gatter am Ausgang das Bit mit dem Wert Null ([Bo]) des Ausgang-Binärsignals liefert.
2. Coder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Spaltenpaare der Codermatrix ein Differenzverstärker (30, 31 ...) mit ausreichender Verstärkung folgt, um dafür zu sorgen, daß für den Signalpegel an seinem Ausgang beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers am Ausgang der Gruppe (10) der Exklusiv-ODER-Gatter ein aus zwei vorgegebenen logischen Pegeln genommen wird.
3. Coder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Codermatrix jeder Transistor (T) der eine aktive Zeilen/Spalten-Kopplung verwirklicht, mit einem Emitterwiderstand (Re) versehen ist, dessen Wert derart gewählt wird, daß der differenzielle Spannungspegel des Ausgangs eines Spaltenpaares beim Auftreten eines einfachen Entscheidungsfehlers am Ausgang der Exklusiv-ODER- Gatter an den differenziellen Spannungspegel angeglichen wird, der bei Abwesenheit eines derartigen Fehlers erzeugt wird.
4. Analog/Digital-Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Coder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 enthält.
DE69415419T 1993-06-30 1994-06-28 Fehlertoleranter Thermomer-Binärkodierer Expired - Lifetime DE69415419T2 (de)

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