DE69810046T2

DE69810046T2 - Eingangsbereichs-Wahlschaltung für ein elektronisches Instrument

Info

Publication number: DE69810046T2
Application number: DE69810046T
Authority: DE
Inventors: Raymond D. Zoellick
Original assignee: Fluke Corp
Current assignee: Fluke Corp
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2018-09-11
Also published as: EP0903585B1; US6094045A; EP0903585A2; EP0903585A3; DE69810046D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Eingangsschaltungen für elektronische Instrumente und insbesondere auf eine Eingangsbereichs-Wahlschaltung mit erweiterter Bandbreite für ein elektronisches Instrument.
Elektronische Instrumente, wie beispielsweise digitale Multimeter, werden für die Messung von Wechselspannung, Gleichspannung und Widerstand verwendet. Das elektronische Instrument ist über die zu messende Spannung angeschlossen, was es folglich wünschenswert macht, eine sehr hohe Eingangsimpedanz zu besitzen, um eine Störung des Spannungspegels zur Erlangung einer genauen Spannungsablesung zu vermeiden. Da das elektronische Instrument wahrscheinlich einer breiten Spanne von zu messenden Eingangsspannungen begegnen wird, ist es notwendig eine Eingangsbereichs-Wahlschaltung eingangsseitig von dem elektronischen Instrument zur Verfügung zu stellen, um die Eingangsspannung zu skalieren oder auf einen Pegel herunterzuteilen, der für den Messschaltkreis, wie beispielsweise einen Analog-Digitalwandler, verwendbar ist.
Ein elektronisches Instrument ist typischerweise spezifiziert, Messungen von Eingangsspannungen vorzunehmen, die Gleichstromcharakter, Wechselstromcharakter oder über sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstrominhalte verfügen. Die Anforderungen für Eingangsbereichs-Wahlschaltungen sind für Gleichstromsignale im Gegensatz zu Wechselstromsignalen unterschiedlich. Die Gleichstromdämpfung ist für einen absoluten Dämpfungspegel eingestellt. Die Wechselstromdämpfung muss andererseits für eine gewünschte Eingangsbandbreite innerhalb eines gewünschten Toleranzbands liegen, um eine festgelegte Messgenauigkeit für das elektronische Instrument zu erzielen. Die Wirkung einer Streukapazität auf die Impedanz des in der Eingangsbereichs-Wahlschaltung verwendeten Widerstandes wird oft bei höheren Frequenzen besonders für die Widerstände mit hohen Widerstandswerten, wie beispielsweise dem Serieneingangswiderstand, von Bedeutung.
Eingangsbereichs-Wahlschaltungen sind aus dem Stand der Technik für die Verwendung in Vielfachmessgeräten, Oszilloskopen, und anderen elektronischen Instrumenten gut bekannt. Unter der US-Patent Nr. 4,382,227 mit dem Titel "Multipurpose Test Equipment Input Circuitry", von Livenbaum et al., veröffentlicht am 3. Mai 1983, sind Eingangsschaltkreise für eine Mehrzwecktestausrüstung erläutert, die Wechselstrom- und Gleichstromanschlusspfade und eine Mehrbereichsdämpfungsschaltung zur Einkopplung des Eingangssignals in verschiedene Testschaltungen beinhaltet. Die Dämpfungsschaltung sieht entweder manuell oder automatisch auswählbare Teilungsverhältnisse auf der Grundlage des Eingangsspannungspegels vor. Ein Eingangswiderstand stellt die hohe Eingangsimpedanz für das elektronische Instrument bereit. Eine Gruppe von Teilungswiderständen und parallel geschalteten Kondensatoren steht in der Dämpfungseinrichtung zur Verfügung, um die Eingangsspannung gemäß einem gewünschten Teilungsverhältnis zur Aufnahme der Wechselstrom- und Gleichstromsignaldämpfung herunterzuteilen. Ein variabler Kondensator ist parallel mit dem Eingangswiderstand verbunden und ist zum Ausgleich der parallel zu dem Eingangswiderstand erscheinenden Kapazität zur Erlangung erweiterter Bandbreite eingestellt. Der kapazitive Ausgleich muss auch für jeden der Teilungswiderstände ausgeführt werden, was zu der mit einem Einstellen jedes variablen Kondensators verbundenen Schaltungskomplexität und dem Herstellungsaufwand hinzukommt.
Das US-Patent Nr. 5,332,963 mit dem Titel "High Input Impedance Buffer With Low Feedback Resistance", von Hightower et. al., offengelegt am 26. Juli 1994, offenbart die Verwendung eines Hochimpedanzspeicherverstärkers in einer Spannungsteilerschaltung, um den Bedarf an Kompensationskondensatoren zu reduzieren und die nutzbare Bandbreite der Eingangsbereichs-Wahlschaltung zu erweitern. Der Hochimpedanzspeicherverstärker ermöglicht niedrigere Widerstände in den Teilungswiderständen für dasselbe Teilungsverhältnis, wodurch die Streukapazitätswirkungen bei Messung von Wechselspannungen über einen erweiterten Frequenzbereich reduziert werden, und der Bedarf an kapazitivem Ausgleich in dem Wechselstrompfad beseitigt wird.
Der von Hightower et al. erläuterte Hochimpedanzspeicherverstärker kann in dem Gleichstrompfad nicht wünschenswert sein, da der aktive Schaltkreis des Speicherverstärkers die Gleichstrommessgenauigkeit reduziert. Folglich wurden bei Eingangsbereichs-Wahlschaltungen gemäß dem Stand der Technik für den Gleichstrom- und Wechselstrompfad separate, den Hochimpedanzspeicher einsetzende Eingangsbereichs-Wahlschaltungen geschaffen, wodurch zusätzliche Schaltungskomplexität und Herstellungskosten erzeugt werden. Daher wäre es wünschenswert, eine Eingangsbereichs-Wahlschaltung für ein elektronisches Instrument zur Verfügung zu stellen, die über einen erweiterten Frequenzbereich die Voraussetzungen für den Test einer Wechselspannung ebenso wie einer Gleichspannung und eines Gleichspannungswiderstands schafft. Es wäre ferner wünschenswert, dass die Eingangsbereichs-Wahlschaltung umgesetzt wird, indem sie eine Widerstandsanordnung von im metrischen Verhältnis skalierten Widerständen verwendet, um eine erhöhte Messgenauigkeit zu erhalten.
Die DE-41 39 855-A offenbart ein Messinstrument mit einer Bereichsauswahlschaltung, die zur Auswahl eines optimalen Messbereichs automatisch arbeiten kann. Ein Eingabeendgerät ist in Abhängigkeit von dem ausgewählten Bereich an jeweilige Widerstandsanordnungen angeschlossen. Schalteranordnungen sind zur Auswahl einzelner Widerstände innerhalb der Anordnungen zur Verfügung gestellt, und steuern folglich das Ausmaß, in dem die Eingangsspannung geteilt wird, bevor sie einem Ausgang übergeben wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Aspekte der Erfindung sind in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Eingangsbereichs-Wahlschaltung für ein elektronisches Instrument zur Verfügung gestellt, das eine Messung von Wechselspannung, Gleichspannung und Widerstand ermöglicht. Die Eingangsbereichs-Wahlschaltung besitzt drei Modi, Gleichstromvolt, Wechselstromvolt und Ohm, die mit einem Modusschalter ausgewählt werden. Ein Widerstandsnetzwerk von ratiometrisch skalierten Widerständen, mit einem Eingangswiderstand, einer Gruppe von Rückkopplungswiderständen, einem Bezugswiderstand, und einer Gruppe von Teilungswiderständen stellt Widerstände zur Verfügung, die relativ enge Verhältnistoleranzen aufrechterhalten. In jedem der Modi Gleichstromvolt (DCV), Wechselstromvolt (ACV) und Ohm sehen die von der Widerstandsanordnung zur Verfügung gestellten engen ratiometrischen Toleranzen eine erhöhte Messgenauigkeit vor.
Eine an das Widerstandsnetzwerk angeschlossene Schalteranordnung stellt einen Teilungsbus, einen Quellenbus, und einen Erfassungsbus zur Verfügung, um die ausgewählte Schaltungskonfiguration und das Teilungsverhältnis in Verbindung mit dem Modusschalter zu erhalten. Jeder der Schalter in der Schalteranordnung kann über Steuersignale unabhängig gesteuert werden, wie beispielsweise von einer Kleinstrechenmaschine in dem elektronischen Instrument erzeugten Steuersignalen. Der Modusschalter wählt außerdem von einem Eingang, der die Eingangsspannung empfängt, zwischen einem Wechselspannungspfad, einem Gleichspannungspfad und einem Ohmpfad aus.
Bei dem Gleichstromvolt-Modus wird die Eingangsspannung an dem Eingang über den Gleichspannungspfad empfangen und wird gemäß dem Eingangswiderstand und einem über den Teilungsbus angeschlossenen ausgewählten Teilungswiderstand auf ein gewünschtes Teilungsverhältnis heruntergeteilt. Das Signal DC OUT wird an dem Erfassungsbus entwickelt.
Bei dem Wechselstromvolt-Modus wird der aus dem Eingangswiderstand und den ausgewählten Teilungswiderständen gebildete Spannungsteiler mit einem Wechselspannungsverstärker ergänzt, der zur Reduktion der Wirkungen von parasitären Kapazitäten und Erweiterung der nutzbaren Bandbreite der Eingangsbereichs-Wahlschaltung ausgelegt ist. Erhalten von erweiteter Bandbreite heißt, dass kein kapazitiver Ausgleich bei dem Eingang erforderlich ist.
Bereichswahlschaltung für eine gewählte Messbandbreite. Das Signal AC OUT wird an einem Ausgang des Wechselspannungsverstärkers entwickelt.
Bei dem Ohm-Modus wird ein programmierbarer Strom Iprog gemäß dem Verhältnis von dem Bezugswiderstand zu dem ausgewählten Teilungswiderstand skaliert. Der programmierbare Strom Iprog wird durch einen unbekannten Widerstand induziert und der Spannungsabfall wird an einem Ohm- Erfassungsausgang gemessen.
Die Erfindung kann folglich eine Eingangsbereichs-Wahlschaltung mit einer erweiterten Bandbreite zur Skalierung von Wechselspannung und Gleichspannung zur Verfügung stellen.
Eine die Erfindung enthaltende Anordnung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild der Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Eingangsbereichs-Wahlschaltung aus Fig. 1, die in dem Gleichstromvolt-Modus konfiguriert ist;
Fig. 3 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Eingangsbereichs-Wahlschaltung aus Fig. 1, die in dem Wechselstromvolt-Modus konfiguriert ist; und
Fig. 4 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Eingangsbereichs-Wahlschaltung aus Fig. 1, die in dem Ohm-Modus konfiguriert ist;

Genaue Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer Eingangsbereichs-Wahlschaltung 10 gemäß der Erfindung. Die Eingangsbereichs-Wahlschaltung 10 verfügt über drei von einem Modusschalter 12a-c ausgewählte Modi, die einen Wechselstromvolt-Modus, einen Gleichstromvolt-Modus, und einen Ohm-Modus beinhalten. Der Modusschalter 12a-c ist ein Stufenschalter mit drei Positionen, die den drei Modi entsprechen. Ein Eingangsanschluss 11 ist an den Modusschalter 12a-c angeschlossen und empfängt eine zu messenden Eingangsspannung. Der Modusschalter 12a-c wählt jeweils gemäß dem Gleichstromvolt-Modus, dem Wechselstromvolt-Modus und dem Ohm-Modus zwischen einem Gleichspannungspfad, einem Wechselspannungspfad und einem Ohmpfad aus.
Bei dem Gleichstromvolt-Modus ist die an dem Eingangsanschluss 11 empfangene Eingangsspannung durch den Gleichspannungspfad an einer Seite eines Eingangswiderstands 14 in einer Widerstandsanordnung 16 angeschlossen. Der Eingangswiderstand 14 ist typischerweise ein sehr hoher Widerstandswert in der Spanne von 1 bis 10 MOhm, um die Ladeeffekte des elektronischen Instruments auf die Messung zu minimieren. Die andere Seite des Eingangswiderstands 14 ist an eine Schalteranordnung 18 angeschlossen. Die Schalteranordnung enthält an einen Teilungsbus angeschlossene Schalter a-f, an einen Quellenbus angeschlossene Schalter g-l, und an einen Erfassungsbus angeschlossene Schalter m-r. Jeder der Schalter a-r ist über (nicht abgebildete) Steuersignale unabhängig steuerbar, die bevorzugt von einem Kleinstrechner oder einer digitalen Steuereinrichtung erzeugt werden. Jeder der Schalter a-r weist typischerweise Feldeffekttransistoren (FET) oder andere handelsüblich erhältliche verlustarme elektronische Schalter auf.
Die Widerstandsanordnung 16 ist bevorzugt in eine monolytische Anordnung eingebaut, bei dem das jeden Widerstand umfassende Material auf einem gemeinsamen Substrat abgelagert ist. Da die Genauigkeit der Voltskalierung direkt von der Genauigkeit der ratiometrischen Toleranzen des Widerstands in der Widerstandsanordnung 16 abhängt, kann der gesamte Vorteil der Erfindung durch Verwendung der relativ engen ratiometrischen Toleranzen zwischen jedem der Widerstände verwirklicht werden, die in einer monolytischen Anordnung gemäß der ratiometrischen Skalierung erlangt werden können. Es ist wünschenswert, dass in der Eingangsbereichs-Wahlschaltung 10 dieselbe Widerstandsanordnung 16 für alle drei Modi Verwendung findet, um einen erhöhten Genauigkeitsbereich für Gleichstromvolt, Wechselstromvolt und Widerstand zur Verfügung zu stellen.
Der Eingangswiderstand 14 ist über den Schalter b an den Teilungsbus angeschlossen. Der Teilungsbus ist wiederum über einen der Schalter c-f mit einem aus der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 gemäß einem ausgewählten Teilungsverhältnis ausgewählten Teilungswiderstand verbunden. Bei dem Gleichstromvolt-Modus ist jeder der Teilungswiderstände 20-26 mit Masse verbunden. Die Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 besitzt typischerweise in dekadisch gestufte Werte gegliederte Werte, wie beispielsweise 100 kOhm, 10 kOhm, und 1 kOhm, um eine Teilung der Eingangsspannung in Dekaden gemäß einer Gruppe von Teilungsverhältnissen zur Verfügung zu stellen, wie beispielsweise 10 : 1, 100 : 1, 1000 : 1. Die ratiometrische Skalierung der Gruppe von Teilungswiderständen mit dem Eingangswiderstand ermöglicht höhere Genauigkeit für die Gruppe von Teilungsverhältnissen. Die Ausgangsspannung DC OUT wird bei dem Erfassungsbus entwickelt, der selektiv über einen der Schalter m-r mit der von dem Teilungsbus gebildeten Verbindungsstelle aus dem Eingangswiderstand und dem ausgewählten Teilungswiderstand verbunden ist.
Fig. 2 stellt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Eingangsbereichs-Wahlschaltung 10 zur Verfügung, die in dem Gleichstromvolt-Modus konfiguriert ist. Die Eingangsspannung ist über den Eingangsanschluss 11 mit dem Eingangswiderstand 14 und weiter mit dem Teilungsbus mit dem aus der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 ausgewählten Teilungswiderstand verbunden, die an Masse angeschlossen sind. Die Ausgangsspannung DC OUT wird über den Erfassungsbus entwickelt, der an die von dem Teilungsbus gebildete Verbindungsstelle aus dem Eingangswiderstand 14 und dem ausgewählten Teilungswiderstand angeschlossen ist und folglich dem Verhältnis des Teilungswiderstandswerts zu dem Eingangswiderstandswert mal der Eingangsspannung entspricht.
Bezugnehmend zurück auf Fig. 1, mit der Eingangsbereichs- Wahlschaltung 10 im Wechselstromvolt-Modus wird das Eingangssignal in den Eingangsanschluss 11 eingekoppelt, der über einen Kondensator 28 an den Eingangswiderstand 14 angeschlossen ist. Die andere Seite des Eingangswiderstands 14 ist über den Schalter b an den Teilungsbus angeschlossen. Der Teilungsbus ist wiederum über einen der Schalter c-f an einen aus der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 gemäß einem ausgewählten Teilungsverhältnis ausgewählten Teilungswiderstand angeschlossen. Jeder der Teilungswiderstände 20-26 ist wiederum an die Verbindungsstelle der Rückkopplungswiderstände 30 und 32 angeschlossen. Das andere Ende des Rückkopplungswiderstands 30 ist an einen Ausgang eines Wechselspannungsverstärkers 34 angeschlossen. Der Rückkopplungswiderstand 32 ist an Masse angeschlossen. Ein invertierender Eingang des Wechselspannungsverstärkers 34 ist über einen Schalter s an den Erfassungsbus angeschlossen, der selektiv über einen der Schalter m-r mit der von dem Teilungsbus gebildeten Verbindungsstelle aus dem Eingangswiderstand 14 und dem ausgewählten Teilungswiderstand verbunden ist.
Die Ausgangsspannung AC OUT wird an dem Ausgang des Wechselspannungsverstärkers 34 entwickelt. Die Rückkopplungswiderstände 30 und 32 stellen die Verstärkung des Wechselspannungsverstärkers 34 ein und ermöglichen die Verwendung eines kleineren Werts für den Teilungswiderstand aus der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26, als für den für dasselbe Teilungsverhältnis in dem Gleichstromvolt-Modus erforderlichen Teilungswiderstand. Die Verbindungsstelle der Rückkopplungswiderstände 30 und 32 ist ein aktiver Knoten aufgrund des Betriebs der Verstärkung des Wechselspannungsverstärkers 34, wodurch die Effekte von (nicht abgebildeten) parasitären Kapazitäten reduziert werden, die parallel zu dem Eingangswiderstand 14 und jedem der Teilungswiderstände 20-26 erscheinen, wodurch die nutzbare Bandbreite der Eingangsbereichs- Wahlschaltung 10 zunimmt und der Bedarf an Einstellungen und Trimmung beseitigt wird. Durch Verwendung einer Widerstandsanordnung 16 mit ratiometrischer Skalierung für die beiden Modi Gleichstromvolt und Wechselstromvolt zählen die Vorteile von reduzierten Komponenten gleichermaßen, wie voraussagbarere Verhältnisse zwischen den Widerständen in der Widerstandsanordnung 16 für die beiden Modi Gleichstromvolt und Wechselstromvolt erzielt werden können.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Rückkopplungswiderstand 30 einen Wert von 900 Ohm und der Rückkopplungswiderstand 32 besitzt einen Wert von 100 Ohm, was eine Verstärkerverstärkung von 10 vorsieht, wodurch der für einen der Teilungswiderstände 20-26 erforderliche Wert für den Widerstand um eine Dekade reduziert wird und proportional die Effekte der parasitären Kapazitäten auf die Bandbreite reduziert werden. Alternativ kann der Wechselspannungsverstärker 34 für eine Einheitsverstärkung, indem er nur als ein Speicherverstärker für ausgewählte Teilungsbereiche arbeitet, durch entsprechende Auswahl von Schaltern s, t, u, und v konfiguriert sein und immer noch etwas Vorteil bei erweiterter Bandbreite erzielen. Die Schalter s, t, u und v sind bevorzugterweise Teil derselben integrierten Schaltungsvorrichtung mit der Schalteranordnung 18. Die Schalteranordnung 18 wird bevorzugterweise zur Einschränkung von Komponentenanzahl und Herstellungskosten unter Verwendung einer kundenorientierten integrierten Schaltung konstruiert, kann jedoch auch unter Verwendung von handelsüblich erhältlichen integrierten Schaltungen mit einer Anzahl von extern aneinander angeschlossenen Schaltern konstruiert sein.
Fig. 3 stellt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Eingangsbereichs-Wahlschaltung 10 zur Verfügung, die in einem Wechselstromvolt-Modus konfiguriert ist. Die Eingangsspannung ist an den Eingang 11 und ferner an den Kondensator 28 und den Eingangswiderstand 14 angeschlossen. Die andere Seite des Eingangswiderstands 14 ist über den Teilungsbus an den aus der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 ausgewählten Teilungswiderstand angeschlossen, die wiederum an die Verbindungsstelle der Rückkopplungswiderstände 30 und 32 angeschlossen sind.
Der invertierende Eingang des Wechselspannungsverstärkers 34 ist an den Erfassungsbus angeschlossen, der an die von dem Teilungsbus gebildete Verbindungsstelle aus dem Eingangswiderstand 14 und dem aus der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 ausgewählten Teilungswiderstand angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung AC OUT wird an dem Ausgang des Wechselspannungsverstärkers 34 gemäß dem Verhältnis des Teilungswiderstandswerts zu dem Eingangswiderstandswert mal der Verstärkung des Wechselspannungsverstärkers 34 entwickelt. Die Rückkopplungswiderstände 30 und 32 sind ratiometrisch miteinander und mit der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 skaliert, um bei einem genaueren Skalierungsfaktor für die Ausgangsspannung AC OUT anzukommen.
Bezugnehmend zurück auf Fig. 1, mit der Eingangsbereichs- Wahlschaltung 10 in dem Ohm-Modus, ist ein (nicht abgebildeter) Widerstand Rx mit einem unbekannten Widerstand an das Eingabeendgerät 11 angeschlossen, das den Widerstand Rx über einen Ohmpfad an eine Stromquelle und an einen Erfassungsausgang anschließt. Der Widerstand Rx ist zum Empfang eines programmierbaren Stroms Iprog angeschlossen und der Spannungsabfall über den Widerstand Rx wird gemessen, um den auf Iprog und den Spannungsfall basierenden Widerstand zu bestimmen. Der Widerstand Rx verfügt bevorzugterweise über getrennte Quellen- und Erfassungs-Kelvin-Verbindungen (nicht abgebildet) für erhöhte Genauigkeit, wie es aus dem Stand der Technik für Widerstandsmessungen bekannt ist.
Ein Bezugswiderstand 36 ist zwischen die Versorgungsspannung +V und einen nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 38 angeschlossen und ferner an eine Stromquelle 40 angeschlossen, die einen Bezugsstrom Iref erzeugt, um eine Bezugsspannung Vref zu erzeugen. Ein aus der Gruppe der Teilungswiderstände 20-26 ausgewählter Teilungswiderstand ist über einen der Schalter g-1 und den Quellenbus zwischen +V und einen Transistor 42 angeschlossen. Ein invertierender Eingang des Verstärkers 38 ist über einen Schalter w an den Erfassungsbus und einen der Schalter m-r an den Transistor 42 angeschlossen. Ein Ausgang des Verstärkers 38 ist an einen Steuereingang des Transistors 42 angeschlossen, um die Menge des durch den Transistor 42 fließenden Stroms Iprog zu steuern. Der Bezugswiderstand 36 ist mit der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 ratiometrisch skaliert, um eine verbesserte Genauigkeit von Iprog zu erlangen.
Fig. 4 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Eingangsbereichs-Wahlschaltung 10, die in dem Ohm-Modus konfiguriert ist. Der Bezugwiderstand 36, der Verstärker 38, die Stromquelle 40, die Teilungswiderstände 20-26, und der Transistor 42 weisen eine Stromquelle auf, die einen Strom Iprog erzeugt, der gemäß dem Verhältnis des Bezugwiderstands 14 zu dem aus der Gruppe von Teilungswiderständen 20-26 ausgewählten Teilungswiderstand mal dem Bezugsstrom Iref skaliert ist. Auf diese Weise wird die Genauigkeit des Stroms Iprog direkt durch die ratiometrische Genauigkeit der Widerstandsanordnung 16 erhöht. Iprog fließt über den Ohmpfad durch den Widerstand Rx, wodurch ein Spannungsabfall erzeugt wird, der an den Ohm- Erfassungsausgang angelegt wird. Iprog wird folglich ausgewählt, um einen skalierten Spannungspegel an dem Ohm- Erfassungsausgang in einem Bereich zu erlangen, der dann von dem elektronischen Instrument gemessen werden kann.
Es wird für solche mit allgemeinen Kenntnissen der Technik offensichtlich sein, dass viele Änderungen in den Einzelheiten der oben erwähnten Ausführungsbeispiele der Erfindung vorgenommen werden können, ohne sich von dem Geltungsbereich der Erfindung in ihren weitergefassten Aspekten zu entfernen. Beispielsweise kann mehr als ein Eingangswiderstand als ein alternativer Eingang eingesetzt werden, um hohe Impedanzisolation auf Kosten von Bandbreite, oder niedrigere Eingangsimpedanz auf Kosten der Isolation zu ermöglichen. Eine größere oder kleinere Anzahl von Teilungswiderständen, entweder mit dekadischen oder nicht-dekadischen Werten, kann zur Erlangung ausgewählter Teilungsverhältnisse ausgewählt werden. Es können andere Schalterkonfigurationen als Teilungs-, Quellen- und Erfassungsbusse verwendet werden, um Signalleitung durchzuführen. Relais oder andere Schaltungsvorrichtungen können anstelle des Modusschalters 12a-c verwendet werden. Daher sollte der Geltungsbereich der Erfindung aus den folgenden Ansprüchen ermittelt werden.

Claims

1. Eingangsbereichs-Wahlschaltung, mit:

(a) einem Eingangsanschluss (11) zum Empfang einer Eingangsspannung;

(b) einer regelmäßigen Widerstandsanordnung (16) von wählbaren Widerständen (14, 20, 22, 24, 26, 30, 32, 36) mit relativ engen ratiometrischen Toleranzen;

(c) einem zwischen dem Eingangsanschluss (11) und der regelmäßigen Widerstandsanordnung (16) eingefügten Modusschalter (12a-c) zur Auswahl eines Gleichstrom-Volt- Modus oder eines Wechselstrom-Volt-Modus;

(d) einem mit der regelmäßigen Widerstandsanordnung (16) gekoppelten Wechselstromverstärker (34) zur Erzeugung einer gemäß ausgewählten Widerständen skalierten Wechselstromausgabe als Reaktion auf die Eingangsspannung in dem Wechselstrom-Volt-Modus;

(e) einem mit der regelmäßigen Widerstandsanordnung (16) gekoppelten Gleichstromausgangsanschluss zur Erzeugung einer gemäß ausgewählten Widerständen skalierten Gleichstromausgabe als Reaktion auf die Eingangsspannung in dem Gleichstrom-Volt-Modus; und

(f) einer regelmäßigen Schalteranordnung (18, s-v), die im Wirkzustand mit der regelmäßigen Widerstandsanordnung und dem Verstärker und dem Gleichstromausgangsanschluss zur Auswahl der ausgewählten Widerstände gekoppelt ist.

2. Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die auswählbaren Widerstände durch Anordnung an einem gemeinsamen Substrat ausgebildet worden sind, wobei sie ratiometrisch skalierte Werte besitzen.

3. Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Modusschalter (12a-c) ferner funktionsfähig ist, die Auswahl eines Ohm-Modus zu ermöglichen.

4. Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß Anspruch 3, ferner mit einer Stromquelle, wobei die Stromquelle einen mit einem Bezugswiderstand (36) gekoppelten Verstärker (38) zur Erzeugung eines gemäß den Widerständen skalierten programmierbaren Stroms umfasst, wobei die Schaltung so angeordnet ist, dass bei dem Ohm-Modus der programmierbare Strom über einen unbekannten Widerstand in dem Eingangsanschluss (11) eingekoppelt wird.

5. Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Modusschalter (12a-c) ferner funktionsfähig ist, von dem Eingangsanschluss (11) die Auswahl eines Gleichstrompfads, eines Wechselstrompfads oder eines Ohmpfads gemäß dem Wechselstrom-Volt-Modus, dem Gleichstrom-Volt-Modus und dem Ohm-Modus zu ermöglichen.

6. Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die regelmäßige Widerstandsanordnung (16) umfasst:

(a) einen mit dem Eingangsanschluss (11) gekoppelten Eingangswiderstand (14);

(b) eine Vielzahl von Teilungswiderständen (20, 22, 24, 26), die selektiv durch die regelmäßige Schalteranordnung (18, s-v) mit dem Eingangswiderstand (14) gekoppelt sind; und

(c) eine Vielzahl von Rückkopplungswiderständen (30, 32), die selektiv durch die regelmäßige Schalteranordnung (18, s-v) mit dem Wechselstromverstärker (34) zur Ermittlung der Verstärkung des Wechselstromverstärkers (34) gekoppelt sind.

7. Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schalteranordnung (18.s-v) ferner umfasst:

(a) einen Teilungsbus, einen Quellenbus und einen Erfassungsbus; und

(b) eine Vielzahl von zwischen einen jeden von dem Teilungsbus, dem Quellenbus und dem Erfassungsbus und den Eingangswiderstand (14) und die Vielzahl von Teilungswiderständen (20, 22, 24, 26) gekoppelten Schaltern (a-q).

8. Eingangsbereichs-Wahlschaltung mit:

(a) einem zum Empfang einer Eingangsspannung eingerichteten Eingangsanschluss (11);

(b) einem mit dem Eingangsanschluss (11) gekoppelten Modusschalter (12a-c) zur Auswahl eines Wechselstrom- Volt-Modus, eines Gleichstrom-Volt-Modus oder eines Ohm- Modus;

(c) einer aus Widerständen mit relativ engen ratiometrischen Toleranzen bestehenden regelmäßigen Widerstandsanordnung (16), die mit dem Modusschalter (12a-c) gekoppelt ist, wobei die regelmäßige Widerstandsanordnung (16) einen Eingangswiderstand (14), einen Bezugswiderstand (36), eine Vielzahl von Teilungswiderständen (20, 22, 24, 26) und eine Vielzahl von Rückkopplungswiderständen (30, 32) umfasst, und der Eingangswiderstand (14) an den Modusschalter (12a-c) zum Empfang der Eingangsspannung gekoppelt ist;

(d) einem mit den Rückkopplungswiderständen (30, 32) gekoppelten Wechselstromverstärker (34) zur Erzeugung einer Wechselstromausgangsspannung;

(e) einer Stromquelle mit einem mit dem Bezugswiderstand (36) und der Vielzahl von Teilungswiderständen (20, 22, 24, 26) gekoppelten Verstärker (38) zur Erzeugung eines programmierbaren Stroms;

(f) einer mit dem Eingangswiderstand (14), der Vielzahl von Teilungswiderständen (20, 22, 24, 26) und dem Wechselstromverstärker (34) gekoppelten regelmäßigen Schalteranordnung (18,s-v), wobei die regelmäßige Schalteranordnung einen Teilungsbus, einen Quellenbus und einen Erfassungsbus und eine Vielzahl von zwischen einem jeden von dem Teilungsbus, dem Quellenbus und dem Erfassungsbus und dem Eingangswiderstand (14) und der Vielzahl von Teilungswiderständen (20, 22, 24, 26) gekoppelten Schaltern (a-r) umfasst, wobei die Schaltung so angeordnet ist, dass:

(i) in dem Gleichstrom-Volt-Modus eine Gleichstromausgangsspannung von dem mit einer Verbindung aus dem Eingangswiderstand (14) und einem aus der Vielzahl von Teilungswiderständen (20, 22, 24, 26) ausgewählten Widerstand gekoppelten Erfassungsbus über den Teilungsbus entwickelt wird,

(ii) in dem Wechselstrom-Volt-Modus die Wechselstromausgangsspannung von dem mit der Verbindung aus dem Eingangswiderstand (14) und dem einen aus der Vielzahl von Teilungswiderständen ausgewählten Widerstand gekoppelten Wechselstromverstärker (34) über den Teilungsbus und den Erfassungsbus entwickelt wird, und,

(iii) in dem Ohm-Modus eine Ohmerfassungsspannung über einen mit dem Eingangsanschluss (11) gekoppelten unbekannten Widerstand als Reaktion auf den programmierbaren Strom entwickelt wird.

9. Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß Anspruch 8, wobei der Modusschalter ferner betreibbar ist, von dem Eingangsanschluss (11) gemäß dem Gleichstrom-Volt-Modus, dem Wechselstrom-Volt-Modus und dem Ohm-Modus einen Gleichstrompfad, einen Wechselstrompfad oder einen Ohmpfad auszuwählen.

10. Eingangsbereichs-Wahlschaltung gemäß Anspruch 8, wobei der Eingangswiderstand (14), der Bezugswiderstand (36), die Vielzahl von Teilungswiderständen (20, 22, 24, 26) und die Vielzahl von Rückkopplungswiderständen (30, 32) durch Anordnung auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet worden sind, wobei sie über ratiometrisch skalierte Werte verfügen.