WO1998057432A1 - Analog-digital converter - Google Patents

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WO1998057432A1
WO1998057432A1 PCT/DE1998/001464 DE9801464W WO9857432A1 WO 1998057432 A1 WO1998057432 A1 WO 1998057432A1 DE 9801464 W DE9801464 W DE 9801464W WO 9857432 A1 WO9857432 A1 WO 9857432A1
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analog
comparison potential
comparator
digital converter
potential generating
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PCT/DE1998/001464
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Inventor
Rupert Glaser
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/42Sequential comparisons in series-connected stages with no change in value of analogue signal

Definitions

  • the invention relates to an analog / digital converter device which converts an analog input signal into a plurality of binary output signals, the conversion being carried out by comparator devices which are each connected to the analog input signal and an associated comparison potential generating device.
  • Analog / digital converters convert amplitude-analog input signals into digital output signals.
  • three different processes can be distinguished during the conversion, namely the parallel process, the weighing process and the counting process.
  • the analog input signal to be converted is compared at the same time by several comparators with different reference or comparison potentials.
  • analog / digital converters that work according to the parallel method, it is possible to obtain the converted digital signal in one step.
  • These analog / digital converters with parallel comparators therefore have very short conversion times.
  • a considerable disadvantage of this analog / digital converter with comparators connected in parallel is that the technical outlay for it is very high.
  • An analog / digital converter with n comparators connected in parallel makes it possible to distinguish n + 1 different input signal ranges.
  • 1 shows the basic structure of a conventional analog / digital converter with four comparators connected in parallel, which works according to the parallel method.
  • the analog input signal U e is applied to the respective first inputs of the four comparators Kl, K2, K3, K4.
  • the comparative potentials of the comparators K1 to K4 are generated from a common constant voltage source U e by means of a voltage divider consisting of four resistors R connected in series.
  • the comparison potential for the comparator K4, whose digital output signal represents the bit with the highest value Q 4 is U c .
  • the comparison potentials for the further comparators K3, K2, Kl are 0.75 x U c , 0, 5 x U c and 0.25 x U c with decreasing significance.
  • FIG. 2 shows the digital output signals Q lt Q 2 , Q 3 , Q 4 of the known analog / digital converter shown in FIG. 1 with increasing analog input signal U e . If the analog input signal U e is zero, the four output bits Q 1; Q 2 , Q 3 , Q 4 are not set or are in the L state. If the respective comparison potentials of the comparators K1 to K4 are exceeded, the corresponding binary output signals Q1 to Q4 are set in succession. The bit with the lowest value Q_ goes into the H state if that
  • Comparative potential U c Comparative potential U c .
  • the resolution is the nth part of the comparison potential U c .
  • the number of distinguishable analog input signal ranges is n + 1.
  • Table 1 shows the dependence of the output bits on the input signal voltage in the 4-bit parallel analog / digital converter shown in FIG. 1.
  • Such parallel analog / digital converters do have a very short conversion time, since the digital output signal is formed in one step by the parallel comparison with several comparison potentials, but they have a relatively low resolution, since with n comparators only n + 1 analog input signal ranges can be defined. For a resolution of a measuring range in the range from 0 to 100 in steps of 1, 100 comparators are required with a parallel analog / digital converter. The technical effort increases to a very high degree with increasing measuring range of the analog input signal and with increasing desired resolution with such parallel analog / digital converters.
  • the weighing method and the counting method for converting analog signals into digital signals are also used.
  • the digital output signal is not generated in one step, but only one digit of the associated dual number is determined in each case. You start at the highest point and determine whether the input voltage is higher or lower than the reference voltage for the highest Place is. If the applied analog input voltage is greater than the reference voltage, the highest digit is set to logic "1" and the reference voltage is subtracted. The rest is compared to the next lower digit until the lowest bit is reached. So you need as many comparison steps as the dual number has digits and just as many reference voltages. Analog / digital converters that work according to the weighing method have the advantage that they only need a comparator for their construction, but the conversion times are very long.
  • the simplest known conversion method for analog / digital converters is the counting method. It is counted how often you have to add the reference voltage to the lowest digit until you get the input voltage. The number of
  • Steps are then the result.
  • Such analog / digital converters which operate according to the counting method, can also be implemented technically with a single comparator, but the conversion time is considerably longer than with the other methods.
  • this object is achieved by the subject matter of claim 1, that is to say by an analog / digital converter device with n comparator devices with a first and a second input; and n comparison potential generating devices for applying a respective comparison potential to a corresponding comparator device; wherein the comparator devices are connected at the first input to the analog signal to be converted and at the second input to the respective comparison potential; the i-th comparator device supplies at its output a bit with a specific value i of the digital signal corresponding to the converted analog signal and the most significant bit Q (n) has the value n; the i-th comparison potential generating device is designed in such a way that it sets the comparison potential i-al to be applied to the i-th comparator device as a function of the feedback bits, the value of which j is greater than i; and n, i, j are natural numbers and the relationship 1 ⁇ i ⁇ j ⁇ n applies.
  • the invention is based on the idea of coupling the binary output signals of the comparator devices back to
  • An advantage of the invention is that the feedback of the digital output signals to the comparison potential generating devices takes place asynchronously, i.e. the analog / digital converter according to the invention offers a very short conversion time without the need for an external clock.
  • the i-th comparison potential generating device is designed in such a way that it applies the following comparison potential U. to the i-th comparator device:
  • U c is a constant potential
  • i, 1 are natural numbers
  • bit Q (l ) has the numerical values 0 or 1 according to its state.
  • comparison potentials which are generated by the comparison potential generating devices can be set by suitable selection of U c , taking into account the size of the analog input signal.
  • the comparison potential generating devices each have at least one current source and a reference resistor connected in series with them.
  • comparison potential generating devices from one or more current sources, which conduct an adjustable current via a reference resistor, offers the particular advantage that the comparison potentials can be set particularly easily and precisely without great technical effort.
  • the comparison potential generating devices each have a constant current source.
  • the i-th constant current source outputs a constant current, which is the valence of the speaking ⁇ belonging to the respective comparison potential generating means bits Q (i) weighted tet ent.
  • the comparison potential generating devices apart from the comparison potential generating device corresponding to the most significant bit Q (n), have respective controllable current sources which are each connected in parallel to the associated constant current source.
  • the number k of the controllable current sources connected in parallel and contained in the i-th comparison potential generating device is
  • controllable current sources of the i-th comparison potential generating device are controlled by the high-order bits Q (j), 1 ⁇ i ⁇ j ⁇ n.
  • FIG. 2 shows the binary output signals of the 4-bit parallel analog / digital converter shown in FIG. 1 with an increasing analog input signal
  • FIG. 3 shows the basic structure of an embodiment of the 4-bit analog / digital converter according to the invention with four comparators;
  • FIG. 5 shows the binary output signals shown in FIG. 4 as a function of the analog input signal applied in tabular form
  • FIG. 6 shows a further preferred embodiment of the 4-bit analog / digital converter according to the invention with four comparators, the comparison potential generating devices in each case being connected in parallel by switched current sources and a reference resistor are formed;
  • FIG. 7 shows a further preferred embodiment of an analog / digital converter with 4 comparators
  • Figure 8 shows the signals present in Figure 7 in a timing diagram.
  • Fig. 3 shows the basic structure of an embodiment of the 4-bit analog / digital converter according to the invention with four comparators 1, 2, 3, 4.
  • the comparators 1, 2, 3, 4 are expediently operational amplifiers and each do not have a first -inverting input (+) and a second inverting input (-).
  • An analog signal U e fed to the analog / digital converter is present via an analog signal input line 5 at the first inputs of the comparators 1, 2, 3, 4.
  • the second inputs of the comparators 1, 2, 3, 4 are each connected to an associated comparison potential generating device 10, 11, 12, 13 via a corresponding line 6, 7, 8, 9 for applying a comparison potential.
  • the comparators 1, 2, 3, 4 each have an output signal line 14, 15, 16, 17 for outputting a binary output signal Q 1 ( Q 2 , Q 3 , Q 4) .
  • the output signal lines 15, 16, 17 of the more significant binary output signals Q 2 , Q 3 , Q 4 are at branch points 18, 19, 20 a respective feedback line 21, 22, 23 is connected to the comparison potential generating devices, which belong to comparators with the binary output signals of lesser value.
  • the output signal line 17 of the comparator 4 for the binary output signal Q 4 with the highest valence is connected via the feedback line 23 to the comparison potential generating devices 10, 11, 12 of all comparators 1, 2, 3 which are valued below.
  • the output signal line 16 of the comparator 3 which outputs the binary output signal Q 3 with the second highest binary valency, is connected via the feedback line 22 to the comparison potential generating devices 10, 11 of the two comparators 1, 2, which are valued below .
  • the output signal line 15 of the comparator 2 which outputs the binary output signal Q 2 with the second lowest binary value, is connected via the feedback line 21 to the comparison potential generator 10 of the comparator 1, which outputs the binary output signal Q with the lowest value.
  • the output signal line 14 of the comparator 1 is not fed back.
  • the comparison potential generating device 13 of the comparator 4 with the highest significance is not connected to any of the digital output signal lines 14, 15, 16, 17.
  • the mode of operation of the analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3 is described below.
  • the comparison potential U 4 applied to the connecting line 9 for the comparator 4 with the highest value is constantly set to a comparison potential U c by the comparison potential generating device 13.
  • the comparison potential, which is present at the second input of the comparator 4 with the highest valency, is independent of the bits Q 1 which are present on the binary output signal lines 14, 15, 16, 17 ; Q 2 , Q 3 , Q 4 .
  • the comparison potential U 3 applied to the connecting line 8 for the comparator 3 with the second highest value is set by the comparison potential generating device 12.
  • the comparison potential U 3 output by the comparison potential generating device is composed of a constant component U const (3 and a variable component ⁇ U 3.
  • the constant portion of the comparison potential for the comparator 3 with the second highest value is thus obtained by dividing the comparison potential U c by the factor 2. 1 A det.
  • the constant portion of the comparison potential U x applied to the line 6 for the comparator 1 is formed by dividing the comparison potential U c by the factor 8.
  • n is the number of comparators provided in the analog / digital converter according to the invention
  • U c is the constantly set comparison potential for the comparator with the highest value n and i represents a run variable for the i th comparator device, 1 ⁇ i ⁇ n applies.
  • the comparison potentials generated by the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13, with the exception of the comparison potential U 4 for the comparator 4 with the highest value also have a variable component, which depends on the binary output signals of higher significance is set.
  • the variable component of the comparison potential U 2 for the second comparator 2 depends on the binary output signal Q 4 of the most significant comparator 4 and on the binary output signal Q 3 of the comparator 3 with the second highest value.
  • the comparison potential generating device 11 for the comparator 2 sets the variable component ⁇ U 2 of the comparison potential U 2 as a function of the feedback bits Q 4 and Q 3 .
  • variable component of the comparison potential of the i-th comparator is set by the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13 according to the following formula:
  • i, 1 are run variables and Q (l) is the feedback binary output signal of the 1st comparator and can assume a numerical value 0 or 1 depending on its state, where n is the number of comparators provided and 1 ⁇ i ⁇ n-1 applies. For the nth comparator, the variable component is zero, as I said.
  • the comparison potential U_ generated by the comparison potential generating device for the i-th comparator is therefore composed of the constant comparison potential U const ⁇ i and the variable, adjustable comparison potential ⁇ U ⁇ :
  • the comparison potentials set by the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13, which are present at the second inputs of the comparators 1, 2, 3, 4, are as follows:
  • the binary output signal of a certain comparator with a certain value controls all by feedback Comparison potential generating devices for comparators with a lower value in comparison.
  • FIG. 5 shows in table form the output signals Q 1 # Q 2 , Q 3 , Q 4 of the 4-bit analog / digital converter according to the invention for various analog input signal voltages U e which are connected to the analog signal input line 5 of the analog / Digital converter is created.
  • the comparison potential U 4 generated by the comparison potential generating device 13 is equal to the constant potential U c .
  • U 3 which is generated by the comparison potential generating device 12, has a constant component of 0.5 U c , a variable component of U c being applied when the most significant bit Q 4 (FIG. 4 (h)) changes to the logical H state.
  • the most significant bit Q 4 is set when the analog input signal U e on the input line 5 exceeds the comparison potential U 4 (FIG. 4 (a)), ie when the input signal U e is greater than U c .
  • the constant portion of the voltage generated by the comparison potential generating device 11 is generated comparison potential U 2 a quarter of U c .
  • the comparison potential U 2 for the second comparator 2 is increased by 0.5 U c to 0.75 U c .
  • the comparison potential emitted by the comparison potential generating device 11 is gradually increased with an increasing analog input signal U e , to a value of 1.75 x U c .
  • the comparison potential which is output by the comparison potential generating device 10 for the least significant comparator 1 increases step by step with increasing input signal voltage U e up to a value of 1.875 U c .
  • the output signal from U e ⁇ - U c are the binary output signals
  • the analog / digital converter according to the invention thus has a significantly higher resolution, ie smaller distinguishable analog input signal intervals than the parallel analog / digital converter shown in FIG. 1.
  • the resolution of the analog / digital converter according to the invention is as shown in FIG. 3:
  • n is the number of comparators contained and U c that of the comparison potential generating device for the highest comparator output is constant comparison potential.
  • the number of analog input signal ranges that can be defined by the analog / digital converter according to the invention is 2 n , where n is the number of comparators contained in the analog / digital converter according to the invention.
  • the following table shows how the binary output signals Q 1 # Q 2 , Q 3 , Q 4 and those of the comparison potential Modification potentials given to generating facilities change.
  • the conversion speed of the analog / digital converter according to the invention is therefore considerably increased in comparison to analog / digital converters which use the weighing method or the counting method.
  • the binary output signal is already reached in the first step.
  • the analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3 thus has a conversion speed which lies between the conversion speed of the parallel analog / digital converter and the conversion speed of analog / digital converters, which after the Weighing or counting processes work.
  • the analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3 has a lower conversion speed, but its resolution and the number of distinguishable analog input intervals significantly higher.
  • the known parallel analog / digital converter shown in FIG. 1 requires a considerably higher technical outlay than the analog / digital converter according to the invention.
  • the analog / digital converter according to the invention is very low compared to the parallel analog / digital converter, the conversion speed being only slightly reduced. The relationship between power and effort is therefore shown in the analog / digital converter according to the invention in comparison to that shown in FIG. put parallel analog / digital converter significantly improved.
  • FIG. 6 shows a further preferred embodiment of the analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3, in which the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13 are each formed from current sources connected in parallel and a reference resistor R.
  • the comparison potential generating device 13 has a non-controllable current source 24 and a reference resistor 25 connected in series with it.
  • the constant current source 24 is supplied by a supply voltage V cc and supplies a constant current which flows to the earth (GND) via the resistor 25.
  • the comparison potential U 4 present at the second input of the comparator 4 via the connecting line 9 is a constant potential U c , which is formed as follows by the product of the constant current of the constant current source 24 and the reference resistor 25:
  • the comparison potential generating device 12 has two current sources 26, 27 connected in parallel.
  • the current source 26 is connected via a control line 28 to the feedback line 23, which is connected at the branch point 20 to the output signal line 17 of the comparator 4. If the binary output bit Q 4 is set at the output of the comparator 4 or assumes the logic H state, the controllable current source 26 outputs the comparison potential generation device 12 from a current I 26 , which is equal to the current of the constant current source 24, namely
  • the current source 27 of the comparison potential generating device 12 is not controllable and, regardless of the binary output signal, outputs a constant current I .. which is half as large as the current I 24 emitted by the current source 24 .
  • the currents emitted at the current sources 26 and 27 add up at the node 29 of the comparison potential generating device 12 and flow to ground (GND) via the reference resistor 30. As a result, they generate a comparison potential in the amount of:
  • the comparison potential generating device 11 has three current sources 31, 32, 33 connected in parallel.
  • the current source 31 is a constant current source which has a constant
  • the current source 32 is
  • controllable current source 32 a current of - from.
  • the controllable current source 33 of the comparison potential generating device 11 is connected via a control line 36 to the feedback line 23 and to the output line of the comparator 4. If the output binary signal Q 4 is set, the controllable current source 33 outputs a current of I 0 .
  • the currents emitted by the current sources 31, 32, 33 add up at the node 37 and flow to ground (GND) via the reference resistor 38.
  • the comparison potential present at the second input of the comparator 2 via the connecting line 7 is:
  • the comparison potential generating device 10 has four current sources 39, 40, 41, 42 connected in parallel.
  • the current source 39 is a constant current source and gives one
  • 8 le 40 is connected via the feedback line 21 to the binary output line 15 of the comparator 2 and gives, if the output bit Q 2 is set or a logic high
  • the controllable current source 42 of the comparison potential generating device 10 is connected via the feedback line 23 to the output line 17 of the comparator 4. If the binary Asuangssignal Q 4 of the most significant comparator 4 assumes a logic high, the current source 42 outputs a current of I 0 .
  • the currents emitted by the current sources 39, 40, 41, 42 add up at the node 43 and flow to ground (GND) via the reference resistor 44.
  • the reference resistances of the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13, ie R 25 , R 30 , R 38 , R 44, are of the same height, ie they all have the same resistance value R.
  • the current sources shown in FIG. 6 are replaced by corresponding voltage sources.
  • the invention is not restricted to the described embodiments.
  • the number of comparators can be increased as desired.
  • a device at the output of the analog / digital converter according to the invention which determines that the analog / digital conversion has been completed, ie which states the states of the digital output signals Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q_ checks and determines when there is no change. After the end of the analog / digital conversion has been determined, the analog output signal Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q_ is then released for reading.
  • a total of 16 resistors R1 to R16 with a resistance value R are connected between a reference potential Uc and a reference potential.
  • the individual divider taps are connected to the inverting inputs of the comparators K1 to K4 via a total of 11 switching devices UMSCH, which are connected according to FIG.
  • the inverting input of the comparator K4 is connected to the divider tap between the resistors Rl and R9.
  • the non-inverting inputs of the above Comparators K1 to K4 are connected to the input voltage Ue.
  • the output of the comparator Kl is connected to the terminal Q0 of the switching device.
  • the output terminals of the other comparators K2 to K3 are each connected to terminals Ql, Q2 and Q3 via a LATCH. Cables from a CONTROL control device also lead into this LATCH. Signals S1, S2 and S3 are carried on these lines. Cables lead into the control device COBTROL, which carry the clock signal CLK and the start signal START.
  • the circuit arrangement of FIG. 8 is suitable for realizing short settling times and small structures.
  • the feedback on current sources explained in connection with the aforementioned figures has been modified.
  • the individual reference levels are formed in the manner already explained.
  • the switch cascades can be replaced by multiplexers with 4, 8 or 16 inputs and one output.
  • a further improvement in performance can be achieved if the switch networks are precharged. This can be done as follows. In the idle state, all switches UMSCH, which are connected to the resistor divider Rl to R16, are open: A potential that corresponds to the voltage to be converted is fed in at this point.
  • the switches UMSCH behind are switched to the Ote stage. This means that all capacities of the switch networks are pre-charged to the voltage to be converted.
  • each comparator K2 to K4 is preferably a LATCH nachgeschal ⁇ tet.
  • the control circuit CONTROL generates signals with de ⁇ NEN stage by stage, the results are tolatcht.
  • the results from the MSB to the LSB are also valid here.
  • means MSB most significant bit and LSB least significant bit.

Abstract

The invention relates to an analog-digital converter with n comparator devices having a first and a second input and n reference-potential generating devices for applying an individual reference potential to a corresponding comparator potential device, wherein the comparator devices are connected to the analog signal to be converted in the first input and to the corresponding reference potential in the second input. At its output, the i-te comparator device supplies a bit with a given valence i of the digital signal corresponding to the converted analog signal. The highest-valent bit Q(n) has an n valence. The i-te reference-potential generating device is configured in such a way that it regulates the reference potential to be applied in the i-te comparator device depending on the fed-back bits whose valence j higher than i is, n, i, j being natural numbers and the relation being 1 ≤ i < j ≤ n.

Description

Beschreibungdescription
Analog-/Digital-WandlervorrichtungAnalog / digital converter device
Die Erfindung betrifft eine Analog-/Digital-Wandlervorrichtung, welche ein analoges Eingangssignal in mehrere binäre Ausgangssignale umwandelt, wobei die Umwandlung durch Kompa- ratoreinrichtungen geschieht, die jeweils mit dem analogen Eingangssignal und einer zugehörigen Vergleichspotential - Erzeugungseinrichtung verbunden sind.The invention relates to an analog / digital converter device which converts an analog input signal into a plurality of binary output signals, the conversion being carried out by comparator devices which are each connected to the analog input signal and an associated comparison potential generating device.
Analog- /Digital-Wandler wandeln amplitudenanaloge Eingangs- Signale in digitale Ausgangssignale um. Bei der Umwandlung lassen sich prinzipiell drei verschiedene Verfahren unter- scheiden, nämlich das Parallelverfahren, das Wägeverfahren und das Zählverfahren. Bei Komparatoren, die nach dem Parallelverfahren arbeiten, wird das umzuwandelnde analoge Eingangssignal gleichzeitig durch mehrere Komparatoren mit verschiedenen Referenz- bzw. Vergleichspotentialen verglichen. Bei Analog- /Digital-Wandlern, die nach dem Parallelverfahren arbeiten, ist es möglich, das umgewandelte Digitalsignal in einem Schritt zu erhalten. Diese Analog-/Digital-Wandler mit parallelen Komparatoren weisen daher sehr kurze Umsetzzeiten auf. Allerdings besteht ein erheblicher Nachteil bei diesem Analog-/Digital-Wandler mit parallel geschalteten Komparatoren darin, daß der technische Aufwand bei ihm sehr hoch ist. Ein Analog-/Digital-Wandler mit n parallel geschalteten Komparatoren ermöglicht es, n+1 unterschiedliche Eingangssignal- bereiche zu unterscheiden. Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines üblichen nach dem Parallelverfahren arbeitenden Analog- /Digital-Wandlers mit vier parallel geschalteten Komparatoren. Die analoge Ein- gangssignal Ue wird an die jeweiligen ersten Eingänge der vier Komparatoren Kl, K2 , K3 , K4 angelegt. Die Vergleichspotentiale der Komparatoren Kl bis K4 werden aus einer gemein- - samen Konstantspannungsguelle Ue mittels eines Spannungsteilers erzeugt, der aus vier in Reihe geschalteten Widerständen R besteht. Das Vergleichspotential für den Komparator K4 , dessen digitales Ausgangssignal das Bit mit der höchsten Wertigkeit Q4 darstellt, beträgt Uc. Die Vergleichspotentiale für die weiteren Komparatoren K3 , K2 , Kl sind mit abnehmender Wertigkeit 0,75 x Uc, 0 , 5 x Uc und 0,25 x Uc .Analog / digital converters convert amplitude-analog input signals into digital output signals. In principle, three different processes can be distinguished during the conversion, namely the parallel process, the weighing process and the counting process. In the case of comparators which operate according to the parallel method, the analog input signal to be converted is compared at the same time by several comparators with different reference or comparison potentials. With analog / digital converters that work according to the parallel method, it is possible to obtain the converted digital signal in one step. These analog / digital converters with parallel comparators therefore have very short conversion times. However, a considerable disadvantage of this analog / digital converter with comparators connected in parallel is that the technical outlay for it is very high. An analog / digital converter with n comparators connected in parallel makes it possible to distinguish n + 1 different input signal ranges. 1 shows the basic structure of a conventional analog / digital converter with four comparators connected in parallel, which works according to the parallel method. The analog input signal U e is applied to the respective first inputs of the four comparators Kl, K2, K3, K4. The comparative potentials of the comparators K1 to K4 are generated from a common constant voltage source U e by means of a voltage divider consisting of four resistors R connected in series. The comparison potential for the comparator K4, whose digital output signal represents the bit with the highest value Q 4 , is U c . The comparison potentials for the further comparators K3, K2, Kl are 0.75 x U c , 0, 5 x U c and 0.25 x U c with decreasing significance.
Fig. 2 zeigt die digitalen Ausgangssignale Ql t Q2 , Q3 , Q4 des in Fig. 1 gezeigten bekannten Analog- /Digital-Wandlers bei zunehmendem analogen Eingangssignal Ue . Beträgt das analoge Eingangssignal Ue Null, sind die vier Ausgangsbits Q1; Q2, Q3, Q4 nicht gesetzt bzw. befinden sich im L-Zustand. Bei Überschreiten der jeweiligen Vergleichspotentiale der Komparatoren Kl bis K4 werden die entsprechenden binären Ausgangs- Signale Ql bis Q4 nacheinander gesetzt. Das Bit mit der niedrigsten Wertigkeit Q_ geht in den H-Zustand über, wenn dasFIG. 2 shows the digital output signals Q lt Q 2 , Q 3 , Q 4 of the known analog / digital converter shown in FIG. 1 with increasing analog input signal U e . If the analog input signal U e is zero, the four output bits Q 1; Q 2 , Q 3 , Q 4 are not set or are in the L state. If the respective comparison potentials of the comparators K1 to K4 are exceeded, the corresponding binary output signals Q1 to Q4 are set in succession. The bit with the lowest value Q_ goes into the H state if that
analoge Eingangssignal - des Vergleichspotentials Uc er-analog input signal - of the comparison potential U c
4 reicht. So werden ausgehend vom Bit mit der niedrigsten Wertigkeit Qx bis hin zum Bit mit der höchsten Wertigkeit Q4 mit zunehmendem analogen Eingangssignal Ue alle Bits Q_ bis Q4 gesetzt. Wie man unmittelbar aus Fig. 2 entnehmen kann, werden bei diesem 4-Bit-Analog-/Digital-Wandler mit den vier parallelen Komparatoren Kl bis K4 fünf mögliche Eingangssignalbereiche definiert . Beispielsweise bildet das digitale Ausgangssignal4 is enough. Starting from the bit with the lowest value Q x to the bit with the highest value Q 4, all bits Q_ to Q 4 are set with increasing analog input signal U e . As can be seen directly from FIG. 2, five possible input signal ranges are defined in this 4-bit analog / digital converter with the four parallel comparators K1 to K4. For example, it forms the digital output signal
Q_, Q2. Q31 Q = 1100 einen analogen Signalbereich von - < ^≤-Q_, Q 2 . Q 3 1 Q = 11 00 an analog signal range of - <^ ≤-
2 "c - 2 "c -
< - ab. Die Auflösung eines derartigen parallelen Analog- 4<- from. The resolution of such a parallel 4
/Digital-Wandlers, d.h. der mit einem digitalen Ausgangssignal darstellbare analoge Eingangssignalbereich beträgt bei/ Digital converter, i.e. the analog input signal range that can be represented with a digital output signal is at
dem 4-Bit-Parallel-Analog-/Digital-Wandler - des konstantenthe 4-bit parallel analog / digital converter - the constant
44
Vergleichspotentials Uc. Allgemein beträgt bei einem parallelen Analog- /Digital-Wandler mit n Komparatoren die Auflösung den n-ten Teil des Vergleichspotentials Uc . Die Anzahl der unterscheidbaren analogen Eingangssignalbereiche beträgt bei einem n-Bit-Parallel-Analog-/Digital-Wandler n+1.Comparative potential U c . In general, in a parallel analog / digital converter with n comparators, the resolution is the nth part of the comparison potential U c . With an n-bit parallel analog / digital converter, the number of distinguishable analog input signal ranges is n + 1.
Tabelle 1 zeigt die Abhängigkeit der Ausgangsbits von der Eingangssignalspannung bei dem in Fig. 1 gezeigten 4 -Bit- Parallel-Analog-/Digital-Wandler.Table 1 shows the dependence of the output bits on the input signal voltage in the 4-bit parallel analog / digital converter shown in FIG. 1.
Figure imgf000005_0001
Figure imgf000005_0001
0 0 0 0 0 < u J„e < - —0 0 0 0 0 <u J „e <- -
44
0 0 0 ^ < Ue < s ü .0 0 0 ^ <U e <s ü .
4 24 2
^ < Ue < ^^ <U e <^
2 4 3f,2 4 3f,
1 1 1 0 — ≤ ue u1 1 1 0 - ≤ u e u
4 1 1 1 1 uc ≤ ue 4 1 1 1 1 u c ≤ u e
Tabel le 1Table 1
Derartige parallele Analog-/Digital-Wandler weisen zwar eine sehr kurze Umsetzzeit auf, da das digitale Ausgangssignal in einem Schritt durch den parallelen Vergleich mit mehreren Vergleichspotentialen gebildet wird, jedoch weisen sie eine verhältnismäßig geringe Auflösung auf, da mit n Komparatoren lediglich n+1 analoge Eingangssignalbereiche definierbar sind. Für die Auflösung eines Meßbereichs in den Grenzen von 0 bis 100 in Schritten von 1 benötigt man bei einem Parallel- Analog- /Digital-Wandler 100 Komparatoren. Der technische Aufwand nimmt mit zunehmendem Meßbereich des analogen Eingangssignals und mit zunehmender gewünschter Auflösung bei derartigen parallelen Analog-/Digital -Wandlern ein sehr hohes Ausmaß an .Such parallel analog / digital converters do have a very short conversion time, since the digital output signal is formed in one step by the parallel comparison with several comparison potentials, but they have a relatively low resolution, since with n comparators only n + 1 analog input signal ranges can be defined. For a resolution of a measuring range in the range from 0 to 100 in steps of 1, 100 comparators are required with a parallel analog / digital converter. The technical effort increases to a very high degree with increasing measuring range of the analog input signal and with increasing desired resolution with such parallel analog / digital converters.
Neben dem Parallelverfahren zur Analog- /Digital-Wandlung werden noch das Wägeverfahren sowie das Zählverfahren zur Umwandlung von analogen Signalen in digitale Signale verwendet .In addition to the parallel method for analog / digital conversion, the weighing method and the counting method for converting analog signals into digital signals are also used.
Beim Wägeverfahren wird das digitale Ausgangssignal nicht in einem Schritt gebildet, sondern nur jeweils eine Stelle der zugehörigen Dualzahl ermittelt . Dabei beginnt man bei der höchsten Stelle und stellt fest, ob die Eingangsspannung größer oder kleiner als die Referenzspannung für die höchste Stelle ist. Ist die angelegte analoge EingangsSpannung größer als die Referenzspannung, setzt man die höchste Stelle auf logisch "1" und subtrahiert die Referenzspannung. Den Rest vergleicht man mit der nächstniedrigeren Stelle, bis man beim niedrigsten Bit angelangt ist. Man benötigt also so viele Vergleichsschritte, wie die duale Zahl Stellen besitzt, und ebenso viele Referenzspannungen. Analog- /Digital-Wandler, die nach dem Wägeverfahren arbeiten, haben zwar den Vorteil, daß sie lediglich einen Komparator für ihren Aufbau benötigen, jedoch sind die Umsetzzeiten sehr hoch.In the weighing process, the digital output signal is not generated in one step, but only one digit of the associated dual number is determined in each case. You start at the highest point and determine whether the input voltage is higher or lower than the reference voltage for the highest Place is. If the applied analog input voltage is greater than the reference voltage, the highest digit is set to logic "1" and the reference voltage is subtracted. The rest is compared to the next lower digit until the lowest bit is reached. So you need as many comparison steps as the dual number has digits and just as many reference voltages. Analog / digital converters that work according to the weighing method have the advantage that they only need a comparator for their construction, but the conversion times are very long.
Das einfachste bekannte Umwandlungsverfahren für Analog-/ Digital-Wandler ist das Zählverfahren. Dabei wird gezählt, wie oft man die Referenzspannung der niedrigsten Stelle addieren muß, bis man die Eingangsspannung erhält. Die Zahl derThe simplest known conversion method for analog / digital converters is the counting method. It is counted how often you have to add the reference voltage to the lowest digit until you get the input voltage. The number of
Schritte ist dann gleich dem Ergebnis. Derartige Analog-/ Digital-Wandler, die nach dem Zählverfahren arbeiten, sind technisch ebenfalls mit einem einzigen Komparator realisierbar, jedoch ist die Umsetzdauer wesentlich größer als bei den anderen Verfahren.Steps are then the result. Such analog / digital converters, which operate according to the counting method, can also be implemented technically with a single comparator, but the conversion time is considerably longer than with the other methods.
Während einerseits Parallel-Analog- /Digital -Wandler hohe Umsetzfrequenzen und eine niedrige Auflösung aufweisen, besitzen Analog-/Digital-Wandler, welche nach dem Wägeverfahren arbeiten, mittlere Umsetzfrequenzen und eine höhere Auflösung. Analog- /Digital-Wandler, die das Zählverfahren einsetzen, weisen nur sehr niedrige Umsetzfrequenzen auf und eine höhere Auflösung als Parallel-Analog- /Digital-Wandler . Paral- lel-Analog-/Digital-Wandler ermöglichen zwar eine Analog-/ Digital-Wandlung in einem Schritt und somit sehr hohe Umsetz - frequenzen, jedoch sind sie technisch nur sehr schwer realisierbar, d.h. der technische Aufwand, insbesondere die Anzahl der benötigten Komparatoren, ist sehr hoch.While on the one hand parallel-analog / digital converters have high conversion frequencies and a low resolution, analog / digital converters, which operate according to the weighing method, have medium conversion frequencies and a higher resolution. Analog / digital converters that use the counting method have only very low conversion frequencies and a higher resolution than parallel analog / digital converters. Parallel-analog / digital converters enable an analog / Digital conversion in one step and thus very high conversion frequencies, but they are technically very difficult to implement, ie the technical effort, in particular the number of comparators required, is very high.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Analog-/ Digital-Wandler zu schaffen, der einfach aufgebaut .ist und dabei_ eine kurze Umsetzzeit sowie eine hohe Auflösung besitzt.It is therefore the object of the invention to provide an analog / digital converter which is simple in construction and which has a short conversion time and a high resolution.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, also durch eine Analog- /Digital - Wandlervorrichtung mit n Komparatoreinrichtungen mit einem ersten und einem zweiten Eingang; und n Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtungen zum Anlegen eines jeweiligen Ver- gleichspotentials an eine entsprechende Komparatoreinrichtung; wobei die Komparatoreinrichtungen am ersten Eingang mit dem zu wandelnden Analogsignal und am zweiten Eingang mit dem jeweiligen Vergleichspotential verbunden sind; die i-te Komparatoreinrichtung an ihrem Ausgang jeweils ein Bit mit be- stimmter Wertigkeit i des dem gewandelten Analogsignals entsprechenden Digitalsignals liefert und das höchstwertige Bit Q(n) die Wertigkeit n besitzt; die i-te Vergleichspotential - Erzeugungseinrichtung derart gestaltet ist, daß sie das an die i-te Komparatoreinrichtung anzulegende Vergleichspoten i- al in Abhängigkeit von den rückgekoppelten Bits einstellt, deren Wertigkeit j größer als i ist; und n, i, j natürliche Zahlen sind und die Beziehung 1 < i < j < n gilt. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die binären Ausgangs- Signale der Komparatoreinrichtungen an die Vergleichspotenti- al-Erzeugungseinrichtungen rückzukoppeln und so die Vergleichspotentiale der Komparatoreinrichtungen in Abhängigkeit von den digitalen AusgangsSignalen einzustellen.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of claim 1, that is to say by an analog / digital converter device with n comparator devices with a first and a second input; and n comparison potential generating devices for applying a respective comparison potential to a corresponding comparator device; wherein the comparator devices are connected at the first input to the analog signal to be converted and at the second input to the respective comparison potential; the i-th comparator device supplies at its output a bit with a specific value i of the digital signal corresponding to the converted analog signal and the most significant bit Q (n) has the value n; the i-th comparison potential generating device is designed in such a way that it sets the comparison potential i-al to be applied to the i-th comparator device as a function of the feedback bits, the value of which j is greater than i; and n, i, j are natural numbers and the relationship 1 <i <j <n applies. The invention is based on the idea of coupling the binary output signals of the comparator devices back to the comparison potential generating devices and thus adjusting the comparison potentials of the comparator devices as a function of the digital output signals.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Rückkopplung der digitalen Ausgangssignale an die Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtungen asynchron erfolgt, d.h. der erfin- dungsgemäße Analog- /Digital-Wandler bietet eine sehr kurze Umsetzzeit, ohne daß ein externer Takt benötigt wird.An advantage of the invention is that the feedback of the digital output signals to the comparison potential generating devices takes place asynchronously, i.e. the analog / digital converter according to the invention offers a very short conversion time without the need for an external clock.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Analog-/Digital-Wandlervorrichtung angege- ben.Preferred further developments of the analog / digital converter device according to the invention are specified in the subclaims.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die i-te Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung derart gestaltet, daß sie die an die i-te Komparatoreinrichtung folgendes Ver- gleichspotential U. anlegt:According to a preferred development, the i-th comparison potential generating device is designed in such a way that it applies the following comparison potential U. to the i-th comparator device:
= uconst ( 1 + δux = u const (1 + δu x
wobei Uconst / 1 = -^ für 1 < i < nwhere U const / 1 = - ^ for 1 <i <n
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undand
l=n wobei δUx = Σ ß( * Uconst > 1 für 1 < i < n- 1 =ι+l
Figure imgf000010_0001
l = n where δU x = Σ ß (* U const> 1 for 1 <i <n- 1 = ι + l
Figure imgf000010_0001
wobei Uc ein Konstantpotential ist, i, 1 natürliche Zahlen sind und das Bit Q(l) die Zahlenwerte 0 oder 1 entsprechend seinem Zustand aufweist.where U c is a constant potential, i, 1 are natural numbers and bit Q (l ) has the numerical values 0 or 1 according to its state.
Dies bietet den besonderen Vorteil, daß die Vergleichspotentiale, welche durch die Vergleichspotential-Erzeugungs- einrichtungen erzeugt werden, durch geeignete Auswahl von Uc unter Berücksichtigung von der Größe des analogen Eingangs - Signals einstellbar sind.This offers the particular advantage that the comparison potentials which are generated by the comparison potential generating devices can be set by suitable selection of U c , taking into account the size of the analog input signal.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Ver- gleichspotential-Erzeugungseinrichtungen jeweils mindestens eine Stromquelle und einen in Reihe dazu geschalteten Referenzwiderstand auf .According to a further preferred development, the comparison potential generating devices each have at least one current source and a reference resistor connected in series with them.
Der Aufbau der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen aus einer oder mehreren Stromquellen, die einen einstellbaren Strom über einen Referenzwiderstand leiten, bietet den besonderen Vorteil, daß die Vergleichspotentiale ohne großen technischen Aufwand besonders einfach und genau einstellbar sind.The construction of the comparison potential generating devices from one or more current sources, which conduct an adjustable current via a reference resistor, offers the particular advantage that the comparison potentials can be set particularly easily and precisely without great technical effort.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen jeweils eine Kon- stantstromquelle auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung gibt die i-te Konstantstromquelle einen konstanten Strom ab, welcher ent¬ sprechend der Wertigkeit des zu der betreffenden Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung gehörenden Bits Q(i) gewich- tet ist.According to a further preferred development, the comparison potential generating devices each have a constant current source. According to a further preferred embodiment the i-th constant current source outputs a constant current, which is the valence of the speaking ¬ belonging to the respective comparison potential generating means bits Q (i) weighted tet ent.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen bis auf die dem höchstwertigen Bit Q(n) entsprechende Vergleichspotential - Erzeugungseinrichtung jeweilige steuerbare Stromquellen auf, welche jeweils parallel zu der zugehörigen Konstantstromquelle geschaltet sind.According to a further preferred development, the comparison potential generating devices, apart from the comparison potential generating device corresponding to the most significant bit Q (n), have respective controllable current sources which are each connected in parallel to the associated constant current source.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Anzahl k der in der i-ten Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung enthaltenen, parallel geschalteten, steuerbaren StromquellenAccording to a further preferred development, the number k of the controllable current sources connected in parallel and contained in the i-th comparison potential generating device is
k = n - i mit 1 < i < n.k = n - i with 1 <i <n.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die steuerbaren Stromquellen der i-ten Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtung durch die höherwertigen Bits Q(j) gesteuert werden, wobei 1 < i < j < n gilt.According to a further preferred development, the controllable current sources of the i-th comparison potential generating device are controlled by the high-order bits Q (j), 1 <i <j <n.
Im weiteren wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh- rungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines 4-Bit-Parallel-Show it: 1 shows the basic structure of a 4-bit parallel
Analog-/Digital-Wandlers nach dem Stand der Technik mit vier Komparatoren;Analog / digital converter according to the prior art with four comparators;
Fig. 2 die binären Ausgangssignale des in Fig. 1 gezeigten 4-Bit-Parallel-Analog-/Digital-Wandlers mit zunehmendem analogen Eingangssignal;FIG. 2 shows the binary output signals of the 4-bit parallel analog / digital converter shown in FIG. 1 with an increasing analog input signal;
Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen 4-Bit-Analog-/Digital-Wandlers mit vier Komparatoren;3 shows the basic structure of an embodiment of the 4-bit analog / digital converter according to the invention with four comparators;
Fig. 4 (a) bis 4 (h) die Vergleichspotentiale und die binären Ausgangs-4 (a) to 4 (h) the comparison potentials and the binary output
Signale, welche an der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen 4 -Bit-Analog-/ Digital-Wandlers mit zunehmendem analogen Eingangssignal erzeugt werden;Signals which are generated on the embodiment of the 4-bit analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3 with an increasing analog input signal;
Fig. 5 die in Fig. 4 gezeigten binären Ausgangssignale in Abhängigkeit von dem angelegten analogen Eingangs- signal in Tabellenform;5 shows the binary output signals shown in FIG. 4 as a function of the analog input signal applied in tabular form;
Fig. 6 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen 4 -Bit-Analog- /Digital-Wandlers mit vier Komparatoren, wobei die Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtungen jeweils durch parallel ge- schaltete Stromquellen und einen Referenzwiderstand gebildet sind;6 shows a further preferred embodiment of the 4-bit analog / digital converter according to the invention with four comparators, the comparison potential generating devices in each case being connected in parallel by switched current sources and a reference resistor are formed;
Figur 7 eine weitere bevorzugte Aus ührungsform eines Ana- log-/Digital-Wandlers mit 4 Komparatoren, undFIG. 7 shows a further preferred embodiment of an analog / digital converter with 4 comparators, and
Figur 8 die in Figur 7 anliegenden Signale in einem Zeitablaufdiagramm.Figure 8 shows the signals present in Figure 7 in a timing diagram.
Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen 4-Bit-Analog-/Digital-Wandlers mit vier Komparatoren 1, 2, 3, 4. Die Komparatoren 1, 2, 3, 4 sind zweckmäßigerweise Operationsverstärker und besitzen jeweils einen ersten nicht -invertierenden Eingang (+) und einen zweiten invertierenden Eingang (-) . Ein dem Analog- /Digital- Wandler zugeführtes Analogsignal Ue liegt über eine Analogsignal-Eingangsleitung 5 an den ersten Eingängen der Komparatoren 1, 2, 3, 4 an. Die zweiten Eingänge der Komparatoren 1, 2, 3, 4 sind jeweils über eine entsprechende Leitung 6, 7, 8, 9 zum Anlegen eines Vergleichspotentials mit einer zugehörigen Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 10, 11, 12, 13 verbunden. Die Komparatoren 1, 2, 3, 4 weisen jeweils eine Ausgangssignalleitung 14, 15, 16, 17 zur Ausgabe eines binä- ren Ausgangssignals Q1( Q2, Q3 , Q4 auf.Fig. 3 shows the basic structure of an embodiment of the 4-bit analog / digital converter according to the invention with four comparators 1, 2, 3, 4. The comparators 1, 2, 3, 4 are expediently operational amplifiers and each do not have a first -inverting input (+) and a second inverting input (-). An analog signal U e fed to the analog / digital converter is present via an analog signal input line 5 at the first inputs of the comparators 1, 2, 3, 4. The second inputs of the comparators 1, 2, 3, 4 are each connected to an associated comparison potential generating device 10, 11, 12, 13 via a corresponding line 6, 7, 8, 9 for applying a comparison potential. The comparators 1, 2, 3, 4 each have an output signal line 14, 15, 16, 17 for outputting a binary output signal Q 1 ( Q 2 , Q 3 , Q 4) .
Mit Ausnahme der Ausgangssignalleitung 14 des Komparators 1 für das niederwertigste Ausgangssignalbit Qx sind die Ausgangssignalleitungen 15, 16, 17 der höherwertigen binären AusgangsSignale Q2, Q3, Q4 an Abzweigpunkten 18, 19, 20 über eine jeweilige Rückkoppelleitung 21, 22, 23 mit den Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen verbunden, welche zu Komparatoren mit den binären Ausgangssignalen geringerer Wertigkeit gehören.With the exception of the output signal line 14 of the comparator 1 for the least significant output signal bit Q x , the output signal lines 15, 16, 17 of the more significant binary output signals Q 2 , Q 3 , Q 4 are at branch points 18, 19, 20 a respective feedback line 21, 22, 23 is connected to the comparison potential generating devices, which belong to comparators with the binary output signals of lesser value.
Die Ausgangssignalleitung 17 des Komparators 4 für das binäre Ausgangssignal Q4 mit der höchsten Wertigkeit ist über die Rückkoppelleitung 23 mit den Vergleichspotential-Erzeugungs- einrichtungen 10, 11, 12 aller in der Wertigkeit darunterlie- genden Komparatoren 1, 2, 3 verbunden. Die Ausgangssignallei- tung 16 des Komparators 3, welcher das binäre Ausgangssignal Q3 mit der zweithöchsten binären Wertigkeit abgibt, ist über die Rückkoppelleitung 22 mit den Vergleichspotential-Erzeu- gungseinrichtungen 10, 11 der beiden in der Wertigkeit darun- terliegenden Komparatoren 1, 2 verbunden. Die Ausgangssignalleitung 15 des Komparators 2, welcher das binäre Ausgangssignal Q2 mit der zweitniedrigsten binären Wertigkeit abgibt, ist über die Rückkoppelleitung 21 mit der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 10 des Komparators 1 verbunden, der das binäre Ausgangssignal Q mit der niedrigsten Wertigkeit abgibt. Die Ausgangssignalleitung 14 des Komparators 1 ist nicht rückgekoppelt. Die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 13 des Komparators 4 mit der höchsten Wertigkeit ist an keine der digitalen Ausgangssignalleitungen 14, 15, 16, 17 angeschlossen.The output signal line 17 of the comparator 4 for the binary output signal Q 4 with the highest valence is connected via the feedback line 23 to the comparison potential generating devices 10, 11, 12 of all comparators 1, 2, 3 which are valued below. The output signal line 16 of the comparator 3, which outputs the binary output signal Q 3 with the second highest binary valency, is connected via the feedback line 22 to the comparison potential generating devices 10, 11 of the two comparators 1, 2, which are valued below . The output signal line 15 of the comparator 2, which outputs the binary output signal Q 2 with the second lowest binary value, is connected via the feedback line 21 to the comparison potential generator 10 of the comparator 1, which outputs the binary output signal Q with the lowest value. The output signal line 14 of the comparator 1 is not fed back. The comparison potential generating device 13 of the comparator 4 with the highest significance is not connected to any of the digital output signal lines 14, 15, 16, 17.
Im weiteren wird die Funktionsweise des in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Analog- /Digital-Wandlers beschrieben. Die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen 10, 11, 12,The mode of operation of the analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3 is described below. The comparison potential generating devices 10, 11, 12,
13 legen über die jeweilige Verbindungsleitung 6, 7, 8, 9 jeweils ein Vergleichspotential an die zweiten Eingänge der Komparatoren 1, 2, 3, 4 an. Das an der Verbindungsieitung 9 anliegende Vergleichspotential U4 für den Komparator 4 mit der höchsten Wertigkeit wird durch die Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtung 13 konstant auf ein Vergleichspotential Uc eingestellt. Das Vergleichspotential, welches am zweiten Eingang des Komparators 4 mit der höchsten Wertigkeit anliegt, ist unabhängig von den an den binären Ausgangssignal - leitungen 14, 15, 16, 17 anliegenden Bits Q1; Q2, Q3 , Q4. Das an der Verbindungsleitung 8 anliegende Vergleichspotential U3 für den Komparator 3 mit der zweithöchsten Wertigkeit wird durch die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 12 einge- stellt.13 each apply a comparison potential to the second inputs of the comparators 1, 2, 3, 4 via the respective connecting line 6, 7, 8, 9. The comparison potential U 4 applied to the connecting line 9 for the comparator 4 with the highest value is constantly set to a comparison potential U c by the comparison potential generating device 13. The comparison potential, which is present at the second input of the comparator 4 with the highest valency, is independent of the bits Q 1 which are present on the binary output signal lines 14, 15, 16, 17 ; Q 2 , Q 3 , Q 4 . The comparison potential U 3 applied to the connecting line 8 for the comparator 3 with the second highest value is set by the comparison potential generating device 12.
Dabei setzt sich das von der Vergleichspotential-Erzeugungs- einrichtung abgegebene Vergleichspotential U3 aus einem konstanten Anteil Uconst(3 und einem variablen Anteil δU3 zusam- men. Der konstante Anteil Uconst/3 ist fest auf einen Wert eingestellt, der durch Teilung des konstant eingestellten Vergleichspotentials U4 = Uc durch einen Gewichtungsfaktor, welcher der Wertigkeit des Komparators 3 entspricht. Da U3 das Vergleichspotential des Komparators 3 für das binäre Aus- gangssignal Q3 mit der zweithöchsten Wertigkeit ist, wird derThe comparison potential U 3 output by the comparison potential generating device is composed of a constant component U const (3 and a variable component δU 3. The constant component U const / 3 is permanently set to a value which is determined by division of the constant comparison potential U 4 = U c by a weighting factor which corresponds to the value of the comparator 3. Since U 3 is the comparison potential of the comparator 3 for the binary output signal Q 3 with the second highest value, the
konstante Anteil seines Vergleichspotentials auf — einge-constant proportion of its comparison potential to -
2 stellt. Der konstante Anteil des Vergleichspotentials für den Komparator 3 mit der zweithöchsten Wertigkeit wird also durch Teilung des Vergleichspotentials Uc durch den Faktor 2 gebil- 1 A det. Der konstante Anteil des Vergleichspotentials U2 für den Komparator 2 mit der dritthöchsten Wertigkeit wird durch Teilung des Vergleichspotentials U4 = Uc durch einen Faktor 4 gebildet . Der konstante Anteil des an der Leitung 6 anliegenden Vergleichspotentials Ux für den Komparator 1 wird durch die Teilung des Vergleichspotentials Uc durch den Faktor 8 gebildet.2 poses. The constant portion of the comparison potential for the comparator 3 with the second highest value is thus obtained by dividing the comparison potential U c by the factor 2. 1 A det. The constant portion of the comparison potential U 2 for the comparator 2 with the third highest value is formed by dividing the comparison potential U 4 = U c by a factor 4. The constant portion of the comparison potential U x applied to the line 6 for the comparator 1 is formed by dividing the comparison potential U c by the factor 8.
Allgemein lautet die Formel für den konstanten Anteil Uconst α des i-ten Komparators:In general, the formula for the constant component U const α of the i-th comparator is:
U,const.i in-ι) 2U, const.i in-ι) 2
wobei n die Anzahl der in dem erfindungsgemäßen Analog-/ Di- gital-Wandler vorgesehenen Komparatoren ist, Uc das konstant eingestellte Vergleichspotential für den Komparator mit der höchsten Wertigkeit n ist und i eine Laufvariable für die i- te Komparatoreinrichtung darstellt, wobei 1 < i < n gilt.where n is the number of comparators provided in the analog / digital converter according to the invention, U c is the constantly set comparison potential for the comparator with the highest value n and i represents a run variable for the i th comparator device, 1 < i <n applies.
Die konstanten Anteile der erzeugten Vergleichspotentiale Ux, U2, U3, U4 sind daher für den in Fig. 3 dargestellten 4 -Bit- Analog- /Digital-Wandler :The constant components of the generated comparison potentials U x , U 2 , U 3 , U 4 are therefore for the 4-bit analog / digital converter shown in FIG. 3:
'-'const, l = ='-'const, l = =
23 82 3 8
'-'const, -- = = y 4'-'const, - = = y 4
'-'const, 3 = 1 = 2 2 U = ^ = U'-'const, 3 = 1 = 2 2 U = ^ = U
Neben dem konstanten Anteil Uconst i weisen die von den Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen 10, 11, 12, 13 er- zeugten Vergleichspotentiale mit Ausnahme des Vergleichspotentials U4 für den Komparator 4 mit der höchsten Wertigkeit noch einen variablen Anteil auf, der in Abhängigkeit von den binären Ausgangssignalen höherer Wertigkeit eingestellt wird. Beispielsweise hängt der variable Anteil des Vergleichspoten- tials U2 für den zweiten Komparator 2 von dem binären Aus- gangssignal Q4 des höchstwertigen Komparators 4 sowie von dem binären Ausgangssignal Q3 des Komparators 3 mit der zweithöchsten Wertigkeit ab. Die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 11 für den Komparator 2 stellt den variablen An- teil δU2 des Vergleichspotentials U2 also in Abhängigkeit der rückgekoppelten Bits Q4 und Q3 ein.In addition to the constant component U const i , the comparison potentials generated by the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13, with the exception of the comparison potential U 4 for the comparator 4 with the highest value, also have a variable component, which depends on the binary output signals of higher significance is set. For example, the variable component of the comparison potential U 2 for the second comparator 2 depends on the binary output signal Q 4 of the most significant comparator 4 and on the binary output signal Q 3 of the comparator 3 with the second highest value. The comparison potential generating device 11 for the comparator 2 sets the variable component δU 2 of the comparison potential U 2 as a function of the feedback bits Q 4 and Q 3 .
Allgemein wird der variable Anteil des Vergleichspotentials des i-ten Komparators durch die Vergleichspotential-Erzeu- gungseinrichtungen 10, 11, 12, 13 nach folgender Formel eingestellt :In general, the variable component of the comparison potential of the i-th comparator is set by the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13 according to the following formula:
δUt = ∑ Q(l)xUa t,l l=i+\δU t = ∑ Q (l) xUa t, ll = i + \
wobei i, 1 Laufvariablen sind und Q(l) das rückgekoppelte binäre Ausgangssignal des 1-ten Komparators ist und entsprechend seinem Zustand einen Zahlenwert 0 oder 1 einnehmen kann, wobei n die Anzahl der vorgesehenen Komparatoren ist und 1 < i < n-1 gilt. Für den n-ten Komparator ist der variable Anteil, wie gesagt, Null.where i, 1 are run variables and Q (l) is the feedback binary output signal of the 1st comparator and can assume a numerical value 0 or 1 depending on its state, where n is the number of comparators provided and 1 <i <n-1 applies. For the nth comparator, the variable component is zero, as I said.
Das von der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung für den i-ten Komparator erzeugte Vergleichspotential U_ setzt sich also aus dem konstanten Vergleichspotential Uconstιi und dem variablen einstellbaren Vergleichspotential δU± zusammen: The comparison potential U_ generated by the comparison potential generating device for the i-th comparator is therefore composed of the constant comparison potential U constιi and the variable, adjustable comparison potential δU ± :
Ui = uconst r i + δu± Ui = u const ri + δu ±
Für das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung lauten die durch die Vergleichspotential-Erzeugungseinrich- tungen 10, 11, 12, 13 eingestellten Vergleichspotentiale, die an den zweiten Eingängen der Komparatoren 1, 2, 3, 4 anlie- gen, wie folgt:For the exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 3, the comparison potentials set by the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13, which are present at the second inputs of the comparators 1, 2, 3, 4, are as follows:
Ux = ^ + Q4 x Uc + Q3 x ^ + Q2 x üU x = ^ + Q 4 x U c + Q 3 x ^ + Q 2 x ü
8 2 48 2 4
U2 = ^ Q4 x Uc + Q3 x ^U 2 = ^ Q 4 x U c + Q 3 x ^
4 24 2
U3 = -^ + Q4 X Uc U 3 = - ^ + Q 4 XU c
22
U4 = Uc = konstantes PotentialU 4 = U c = constant potential
Durch Rückkopplung steuert das binäre Ausgangssignal eines bestimmten Komparators mit einer bestimmten Wertigkeit alle Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen für Komparatoren mit einer im Vergleich niedrigeren Wertigkeit.The binary output signal of a certain comparator with a certain value controls all by feedback Comparison potential generating devices for comparators with a lower value in comparison.
Die Fig. 4 (a) bis 4 (h) zeigen die Vergleichspotentiale Uj. so- wie binären Ausgangssignale der Komparatoren Q_ für verschiedene analoge Eingangssignalspannungen Ue .4 (a) to 4 ( h ) show the comparison potentials U j . as well as binary output signals of the comparators Q_ for various analog input signal voltages U e .
Fig. 5 zeigt in Tabellenform die Ausgangssignale Q1# Q2, Q3 , Q4 des erfindungsgemäßen 4-Bit-Analog- /Digital-Wandlers für verschiedene analoge Eingangssignalspannungen Ue, die an der Analogsignal-Eingangsleitung 5 des erfindungsgemäßen Analog-/ Digital-Wandlers angelegt wird.5 shows in table form the output signals Q 1 # Q 2 , Q 3 , Q 4 of the 4-bit analog / digital converter according to the invention for various analog input signal voltages U e which are connected to the analog signal input line 5 of the analog / Digital converter is created.
Wie man aus Fig. 4 (a) erkennen kann, ist das durch die Ver- gleichspotential-Erzeugungseinrichtung 13 erzeugte Vergleichspotential U4 gleich dem Konstantpotential Uc.As can be seen from FIG. 4 (a), the comparison potential U 4 generated by the comparison potential generating device 13 is equal to the constant potential U c .
Aus Fig. 4 (b) geht hervor, daß das Vergleichspotential4 (b) shows that the comparison potential
U3, das durch die Vergleichspotential -Erzeugungseinrichtung 12 erzeugt wird, einen konstanten Anteil von 0,5 Uc aufweist, wobei ein variabler Anteil in Höhe von Uc aufgeschaltet wird, wenn das höchstwertige Bit Q4 (Fig. 4 (h) ) in den logischen H- Zustand übergeht. Das höchstwertige Bit Q4 wird gesetzt, wenn das analoge Eingangssignal Ue an der Eingangsleitung 5 das Vergleichspotential U4 (Fig. 4 (a) ) überschreitet, d.h. wenn das Eingangssignal Ue größer als Uc ist.U 3 , which is generated by the comparison potential generating device 12, has a constant component of 0.5 U c , a variable component of U c being applied when the most significant bit Q 4 (FIG. 4 (h)) changes to the logical H state. The most significant bit Q 4 is set when the analog input signal U e on the input line 5 exceeds the comparison potential U 4 (FIG. 4 (a)), ie when the input signal U e is greater than U c .
Wie aus Fig. 4 (c) erkennbar, beträgt der konstante Anteil des durch die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 11 er- zeugten Vergleichspotentials U2 ein Viertel von Uc. Bei Setzen des binären Ausgangssignals Q3 des dritten Komparators (Fig. 4 (g) ) wird das Vergleichspotential U2 für den zweiten Komparator 2 um 0,5 Uc auf 0,75 Uc erhöht. Wie man aus Fig. 4(c) erkennt, wird das von der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 11 abgegebene Vergleichspotential stufenweise mit ansteigendem Analog-Eingangssignal Ue erhöht, und zwar bis zu einem Wert 1,75 x Uc.As can be seen from FIG. 4 (c), the constant portion of the voltage generated by the comparison potential generating device 11 is generated comparison potential U 2 a quarter of U c . When the binary output signal Q 3 of the third comparator (FIG. 4 (g)) is set, the comparison potential U 2 for the second comparator 2 is increased by 0.5 U c to 0.75 U c . As can be seen from FIG. 4 (c), the comparison potential emitted by the comparison potential generating device 11 is gradually increased with an increasing analog input signal U e , to a value of 1.75 x U c .
Wie aus Fig. 4 (d) hervorgeht, erhöht sich das Vergleichspotential, das durch die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 10 für den niederwertigsten Komparator 1 abgegeben wird, stufenweise mit steigender Eingangssignalspannung Ue bis zu einem Wert von 1,875 Uc.As can be seen from FIG. 4 (d), the comparison potential which is output by the comparison potential generating device 10 for the least significant comparator 1 increases step by step with increasing input signal voltage U e up to a value of 1.875 U c .
Wie man aus Fig. 4 erkennen kann, entspricht beispielsweise eine analoges Eingangssignal Ue von 1,2 x Uc einem digitalen Ausgangswert Q4, Q3, Q2, Qx = 1001. Bei einem analogen Ein¬As can be seen from FIG. 4, for example, an analog input signal U e of 1.2 x U c corresponds to a digital output value Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q x = 1001. With an analog input
gangssignal von Ue < - Uc sind die binären AusgangsSignaleThe output signal from U e <- U c are the binary output signals
8 alle zurückgesetzt, d.h. Q4, Q3 , Q2 , Q_ = 0000. Bei einem analogen Eingangssignal, das mehr als 1,875 Uc beträgt, nehmen alle binären AusgangsSignale den logischen H-Zustand ein.8 all reset, ie Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q_ = 0000. With an analog input signal that is more than 1.875 U c , all binary output signals assume the logic H state.
Fig. 4(a) bis 4 (h) sind in Fig. 5 in Tabellenform zusammenge- faßt. Wie aus der Tabelle in Fig. 5 hervorgeht, sind durch den in Fig. 3 gezeigten 4-Bit-Analog-/Digital-Wandler gemäß der Erfindung 16 Zustände unterscheidbar. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Parallel-4-Bit-Analog-/Digital- Wandler, welcher mit vier Komparatoren lediglich fünf analoge Signalbereiche unterscheiden kann, ist die Anzahl der durch den erfindungsgemäßen Analog-/Digital-Wandler definierbaren analogen Eingangssignalbereiche erheblich erhöht . Gemäß der Erfindung lassen sich mit n Komparatoren 2n unterschiedliche Signal- bzw. Spannungsbereiche definieren, während es bei dem in Fig. 1 gezeigten Analog-/Digital -Wandler nach dem Stand der Technik lediglich n+1 sind.4 (a) to 4 (h) are summarized in table form in FIG. 5. As can be seen from the table in FIG. 5, the 4-bit analog / digital converter shown in FIG. 3 distinguishes 16 states according to the invention. In comparison to the known parallel 4-bit analog / digital converter shown in Fig. 1, which with four comparators only five analog Can distinguish signal ranges, the number of analog input signal ranges that can be defined by the analog / digital converter according to the invention is considerably increased. According to the invention, n different signal or voltage ranges can be defined with n comparators 2, whereas in the prior art analog / digital converter shown in FIG. 1 there are only n + 1.
Die Auflösung des erfindungsgemäßen Analog-/Digital -WandlersThe resolution of the analog / digital converter according to the invention
beträgt, wie aus der Tabelle in Fig. 5 hervorgeht, — , d.h.5, as can be seen from the table in FIG.
88th
- des am höchstwertigen Komparator 4 angelegten konstanten- The constant applied to the most significant comparator 4
88th
Vergleichspotentials Uc. Im Vergleich dazu beträgt die Auflösung des in Fig. 1 gezeigten bekannten parallelen Analog-/Comparative potential U c . In comparison, the resolution of the known parallel analog /
Digital-Wandlers - des angelegten konstanten Referenzpoten-Digital converter - of the constant reference
4 tials Uc, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Der erfindungsgemäße Analog- /Digital-Wandler weist also eine wesentlich höhere Auflösung, d.h. kleinere unterscheidbare Analogeingangs- Signalintervalle auf als der in Fig. 1 dargestellte parallele Analog- /Digital-Wandler .4 tials U c , as shown in Fig. 2. The analog / digital converter according to the invention thus has a significantly higher resolution, ie smaller distinguishable analog input signal intervals than the parallel analog / digital converter shown in FIG. 1.
Allgemein beträgt die Auflösung des erfindungsgemäßen Ana- log-/Digital-Wandlers, wie er in Fig. 3 gezeigt ist:In general, the resolution of the analog / digital converter according to the invention is as shown in FIG. 3:
wobei n die Anzahl der enthaltenen Komparatoren und Uc das von der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung für den höchstwertigen Komparator abgegebene konstante Vergleichspotential ist.where n is the number of comparators contained and U c that of the comparison potential generating device for the highest comparator output is constant comparison potential.
Die Anzahl der durch den erfindungsgemäßen Analog- /Digital- Wandler definierbaren analogen Eingangssignalbereiche beträgt 2n, wobei n die Anzahl der in dem erfindungsgemäßen Analog-/ Digital-Wandler enthaltenen Komparatoren ist.The number of analog input signal ranges that can be defined by the analog / digital converter according to the invention is 2 n , where n is the number of comparators contained in the analog / digital converter according to the invention.
Die Funktionsweise des in Fig. 3 dargestellten erfindungsge- mäßen Analog-/Digital-Wandlers wird anhand des folgenden Beispiels, bei dem ein Eingangssignalspannung Ue von 1,2 x Uc an den Eingang 5 des Wandlers angelegt wird, erläutert.The mode of operation of the analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3 is explained using the following example, in which an input signal voltage U e of 1.2 × U c is applied to input 5 of the converter.
Der Anfangszustand sei bei t < t0 Q4 , Q3 , Q2, Qx = 0000, wobei die Vergleichspotentiale, die anfänglich durch die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen an die zweiten Eingänge der Komparatoren 1, 2, 3, 4 angelegt werden,The initial state is at t <t 0 Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q x = 0000, the comparison potentials which are initially applied to the second inputs of the comparators 1, 2, 3, 4 by the comparison potential generating devices,
U4 = Uc; U3 = ^-; U2 = -^ ; und Ux = ^U 4 = U c ; U 3 = ^ -; U 2 = - ^; and U x = ^
2 4 82 4 8
betragen.be.
Zum Zeitpunkt t = t0 wird ein analoges Eingangssignal von Ue = 1,2 x Uc an die analoge Eingangsleitung 5 des Analog-/ Digital-Wandlers angelegt.At time t = t 0 , an analog input signal of U e = 1.2 x U c is applied to the analog input line 5 of the analog / digital converter.
Die folgende Tabelle zeigt, wie sich die binären Ausgangs- Signale Q1# Q2, Q3, Q4 und die von den Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtungen abgegebenen Vergleichspotentiale verändern.The following table shows how the binary output signals Q 1 # Q 2 , Q 3 , Q 4 and those of the comparison potential Modification potentials given to generating facilities change.
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
t < t0 An angszustand i_£. i_£. 4 8t <t 0 initial state i_ £. i_ £. 4 8
Anlegen von Ue = = 1, .2 Uc t = t0 Applying U e = = 1, .2 Uc t = t 0
t = t, 1 1 1 1 c 1,5UC 1,7SUC 1, 875U, t = t, 1 0 0 0 Uc 1.5Ue 1,25UC 1, 125U, t - t, 1 0 0 1 Uc 1,5UC 1,25U- 1,125U, t = t4 1 0 0 1 c 1.5UC 1,250. 1.125U,t = t, 1 1 1 1 c 1.5U C 1.7SU C 1, 875U, t = t, 1 0 0 0 U c 1.5U e 1.25U C 1, 125U, t - t, 1 0 0 1 Uc 1.5U C 1.25U- 1.125U, t = t 4 1 0 0 1 c 1.5U C 1.250. 1.125U,
e 2e 2
Wie aus der obigen Tabelle 2 erkennbar, wird das digitale Ausgangssignal Q4, Q3, Q2, Q__ = 1001, welches dem analogen Eingangssignal Ue = 1,2 Uc entspricht, zum Zeitpunkt t = t3, d.h. nach drei Schritten, erreicht. Die Umsetzgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Analog- /Digital-Wandlers ist also im Vergleich zu Analog-/Digital-Wandlern, die das Wägeverfahren oder das Zählverfahren verwenden, erheblich erhöht.As can be seen from Table 2 above, the digital output signal Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q__ = 1001, which corresponds to the analog input signal U e = 1.2 U c , at the time t = t 3 , ie after three steps , reached. The conversion speed of the analog / digital converter according to the invention is therefore considerably increased in comparison to analog / digital converters which use the weighing method or the counting method.
Beträgt das Eingangssignal Ue weniger als - Uc, wird das bi-If the input signal U e is less than - U c , the bi-
8 näre Ausgangssignal Q4, Q3, Q2, Q__ = 0000, und beträgt das analoge Eingangssignal Ue mehr als 1,875 Uc, wird das digita- le Ausgangssignal Q4, Q3, Q2, Qτ = 1111 bereits nach dem ersten Schritt erreicht.8 nary output signal Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q__ = 0000, and if the analog input signal U e is more than 1.875 U c , the digital Output signal Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q τ = 1111 already reached after the first step.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten bekannten parallelen Analog-/ Digital-Wandler wird das binäre Ausgangssignal bereits beim ersten Schritt erreicht. Der in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Analog- /Digital-Wandler weist somit eine Umsetz- geschwindigkeit auf, die zwischen der Umsetzgeschwindigkeit des parallelen Analog-/Digital-Wandlers und der Umsetzge- schwindigkeit von Analog-/Digital-Wandlern liegt, die nach dem Wäge- oder Zählverfahren arbeiten.In the known parallel analog / digital converter shown in FIG. 1, the binary output signal is already reached in the first step. The analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3 thus has a conversion speed which lies between the conversion speed of the parallel analog / digital converter and the conversion speed of analog / digital converters, which after the Weighing or counting processes work.
Im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten parallelen Analog-/ Digital-Wandler weist der erfindungsgemäße, in Fig. 3 darge- stellte Analog-/Digital-Wandler zwar eine niedrigere Umsetzgeschwindigkeit auf, jedoch ist seine Auflösung sowie die Anzahl der unterscheidbaren analogen Eingangsintervalle erheblich höher.In comparison to the parallel analog / digital converter shown in FIG. 1, the analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3 has a lower conversion speed, but its resolution and the number of distinguishable analog input intervals significantly higher.
Zum Erreichen einer gleich hohen Auflösung erfordert der in Fig. 1 dargestellte, bekannte parallele Analog-/Digital- Wandler im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Analog-/ Digital-Wandler einen erheblich höheren technischen Aufwand. Der schaltungstechnische Aufwand bei dem erfindungsgemäßen Ana- log-/Digital-Wandler ist im Vergleich zu dem parallelen Analog-/Digital-Wandler sehr gering, wobei die Umsetzgeschwindigkeit nur leicht vermindert ist. Das Verhältnis zwischen Leistung und Aufwand ist also bei dem erfindungsgemäßen Analog-/Digital-Wandler im Vergleich zu dem in Fig. 1 darge- stellten parallelen Analog-/Digital-Wandler erheblich verbessert .To achieve an equally high resolution, the known parallel analog / digital converter shown in FIG. 1 requires a considerably higher technical outlay than the analog / digital converter according to the invention. In terms of circuitry, the analog / digital converter according to the invention is very low compared to the parallel analog / digital converter, the conversion speed being only slightly reduced. The relationship between power and effort is therefore shown in the analog / digital converter according to the invention in comparison to that shown in FIG. put parallel analog / digital converter significantly improved.
Fig. 6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Analog-/Digital- Wandlers, bei dem die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen 10, 11, 12, 13 jeweils aus parallel geschalteten Stromquellen und einen Referenzwiderstand R gebildet sind. Die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 13 weist eine nicht steuerbare Stromquelle 24 und einen dazu in Reihe geschalteten Referenzwiderstand 25 auf. Die Konstantstromquelle 24 wird durch eine Versorgungsspannung Vcc versorgt und liefert einen konstanten Strom, der über den Widerstand 25 zur Erde (GND) fließt. Das an dem zweiten Eingang des Komparators 4 über die Verbindungsleitung 9 anliegende Vergleichsponten- tial U4 ist ein konstantes Potential Uc, das folgendermaßen durch das Produkt aus dem Konstantstrom der Konstantstromquelle 24 und dem Referenzwiderstand 25 gebildet wird:FIG. 6 shows a further preferred embodiment of the analog / digital converter according to the invention shown in FIG. 3, in which the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13 are each formed from current sources connected in parallel and a reference resistor R. The comparison potential generating device 13 has a non-controllable current source 24 and a reference resistor 25 connected in series with it. The constant current source 24 is supplied by a supply voltage V cc and supplies a constant current which flows to the earth (GND) via the resistor 25. The comparison potential U 4 present at the second input of the comparator 4 via the connecting line 9 is a constant potential U c , which is formed as follows by the product of the constant current of the constant current source 24 and the reference resistor 25:
Uc = I24 x R25 = konstant,U c = I 24 x R 25 = constant,
Die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 12 weist zwei parallel geschaltete Stromquellen 26, 27 auf. Die Stromquelle 26 ist über eine Steuerleitung 28 an die Rückkoppelleitung 23 angeschlossen, welche am Abzweigungspunkt 20 mit der Ausgangssignalleitung 17 des Komparators 4 verbunden ist . Ist das binäre Ausgangsbit Q4 am Ausgang des Komparators 4 gesetzt bzw. nimmt den logischen H-Zustand ein, gibt die steuerbare Stromquelle 26 der Vergleichspotential-Erzeugungs- einrichtung 12 einen Strom I26 ab, der gleich dem Strom der Konstantstromquelle 24 ist, nämlichThe comparison potential generating device 12 has two current sources 26, 27 connected in parallel. The current source 26 is connected via a control line 28 to the feedback line 23, which is connected at the branch point 20 to the output signal line 17 of the comparator 4. If the binary output bit Q 4 is set at the output of the comparator 4 or assumes the logic H state, the controllable current source 26 outputs the comparison potential generation device 12 from a current I 26 , which is equal to the current of the constant current source 24, namely
^26 = ^24 = ^o^ 26 = ^ 24 = ^ o
Die Stromquelle 27 der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 12 ist nicht steuerbar und gibt unabhängig von dem binären Ausgangssignal einen konstanten Strom I .. ab welcher halb so groß ist wie der von der Stromquelle 24 abge- gebene Strom I24.The current source 27 of the comparison potential generating device 12 is not controllable and, regardless of the binary output signal, outputs a constant current I .. which is half as large as the current I 24 emitted by the current source 24 .
'24'24
I27 =I 2 7 =
Die an den Stromquellen 26 und 27 abgegebenen Ströme addieren sich am Knotenpunkt 29 der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 12 und fließen über den Referenzwiderstand 30 auf Masse (GND) ab. Dadurch erzeugen sie an der Verbindungslei- tung 8 ein Vergleichspotential in Höhe von:The currents emitted at the current sources 26 and 27 add up at the node 29 of the comparison potential generating device 12 and flow to ground (GND) via the reference resistor 30. As a result, they generate a comparison potential in the amount of:
U3 = 2S x Q4 + I27) x R 30 x Q4 __0 ) x R 30U 3 = 2S x Q 4 + I 27 ) x R 30 x Q 4 __0) x R 30
Die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 11 weist drei parallel geschaltete Stromquellen 31, 32, 33 auf. Dabei ist die Stromquelle 31 eine KonstantStromquelle, die einen Kon-The comparison potential generating device 11 has three current sources 31, 32, 33 connected in parallel. The current source 31 is a constant current source which has a constant
stantstrom in Höhe von — liefert. Die Stromquelle 32 istconstant current of - supplies. The current source 32 is
4 steuerbar und ist über eine Steuerleitung 34 an die Rückkopplungsleitung 22 und die Ausgangsleitung 16 des Komparators 3 angeschlossen. Ist das binäre Ausgangssignal Q3 des Komparators 3 gesetzt bzw. nimmt einen logischen H-Zustand ein, gibt4 controllable and is via a control line 34 to the feedback line 22 and the output line 16 of the comparator 3 connected. If the binary output signal Q 3 of the comparator 3 is set or assumes a logic H state, there
die steuerbare Stromquelle 32 einen Strom in Höhe von — ab.the controllable current source 32 a current of - from.
22
Die steuerbare Stromquelle 33 der Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtung 11 ist über eine Steuerleitung 36 an die Rückkopplungsleitung 23 und an die Ausgangsleitung des Komparators 4 angeschlossen. Ist das Ausgangsbinärsignal Q4 gesetzt, gibt die steuerbare Stromquelle 33 einen Strom in Höhe von I0 ab. Die von den Stromquellen 31, 32, 33 abgegebe- nen Ströme addieren sich am Knotenpunkt 37 und fließen über den Referenzwiderstand 38 auf Masse (GND) ab. Das am zweiten Eingang des Komparators 2 über die Verbindungsleitung 7 anliegende Vergleichspotential beträgt:The controllable current source 33 of the comparison potential generating device 11 is connected via a control line 36 to the feedback line 23 and to the output line of the comparator 4. If the output binary signal Q 4 is set, the controllable current source 33 outputs a current of I 0 . The currents emitted by the current sources 31, 32, 33 add up at the node 37 and flow to ground (GND) via the reference resistor 38. The comparison potential present at the second input of the comparator 2 via the connecting line 7 is:
U2 = (I 31 32 I33) x R38 = (— + Q Q4 x I0) x R 38U 2 = (I 31 32 I 33 ) x R 38 = (- + QQ 4 x I 0 ) x R 38
22
Die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 10 weist vier parallel geschaltete Stromquellen 39, 40, 41, 42 auf. Die Stromquelle 39 ist eine Konstantstromquelle und gibt einenThe comparison potential generating device 10 has four current sources 39, 40, 41, 42 connected in parallel. The current source 39 is a constant current source and gives one
konstanten Strom in Höhe von — ab. Die steuerbare Stromquel-constant current from - down. The controllable power source
8 le 40 ist über die Rückkoppelleitung 21 an die binäre Aus- gangsleitung 15 des Komparators 2 angeschlossen und gibt, wenn das Ausgangsbit Q2 gesetzt ist bzw. einen logischen H-8 le 40 is connected via the feedback line 21 to the binary output line 15 of the comparator 2 and gives, if the output bit Q 2 is set or a logic high
Zustand einnimmt, einen Strom in Höhe von — ab. Die steuer-State assumes a current of - from. The tax-
4 bare Stromquelle 41 der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 10 ist über die Rückkσpplungsleitung 22 an die Ausgangsleitung 16 des Komparators 3 angeschlossen und gibt bei einem gesetzten Ausgangsbit Q3 = H einen Strom in Höhe4 bare current source 41 of the comparison potential generating device 10 is connected via the feedback line 22 to the output line 16 of the comparator 3 and outputs with an output bit Q 3 = H set, a current in the amount
von — ab. Die steuerbare Stromquelle 42 der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 10 ist über die Rückkoppelleitung 23 an die Ausgangsleitung 17 des Komparators 4 angeschlossen. Nimmt das binäre Asugangssignal Q4 des höchstwertigen Komparators 4 einen logischen H-Zustand ein, gibt die Stromquelle 42 einen Strom in Höhe von I0 ab. Die von den Stromquellen 39, 40, 41, 42 abgegebenen Ströme addieren sich am Knotenpunkt 43 und fließen über den Referenzwiderstand 44 auf Masse (GND) ab.from. The controllable current source 42 of the comparison potential generating device 10 is connected via the feedback line 23 to the output line 17 of the comparator 4. If the binary Asuangssignal Q 4 of the most significant comparator 4 assumes a logic high, the current source 42 outputs a current of I 0 . The currents emitted by the current sources 39, 40, 41, 42 add up at the node 43 and flow to ground (GND) via the reference resistor 44.
Das am zweiten Eingang des Komparators 1 über die Verbindungsleitung 6 anliegende Vergleichspotentials J_ beträgt daher:The comparison potential J_ present at the second input of the comparator 1 via the connecting line 6 is therefore:
Ux = ( I 39 + I40 + I41 + I42 ) x R, 43U x = (I 39 + I 40 + I 41 + I 42 ) x R, 43
= ( - + Q2 x ^ + Q3 x ^- + Q4 x I0) x R44 = (- + Q 2 x ^ + Q 3 x ^ - + Q 4 x I 0 ) x R 44
8 4 28 4 2
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Referenzwiderstände der Vergleichspotential -Erzeugungseinrichtungen 10, 11, 12, 13, d.h. R25, R30, R38, R44 gleich hoch, d.h. besitzen alle den gleichen Widerstandswert R.In a particularly preferred embodiment of the invention, the reference resistances of the comparison potential generating devices 10, 11, 12, 13, ie R 25 , R 30 , R 38 , R 44, are of the same height, ie they all have the same resistance value R.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stromwert I0 der Konstantsstromquelle 24 in der Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung 13 und somit das an dem zweiten Eingang des Komparators 4 einstellbare Vergleichspotential Uc einstellbar.In a further preferred embodiment of the invention, the current value I 0 of the constant current source 24 in the comparison potential generating device 13 and thus the on the second input of the comparator 4 adjustable comparison potential U c adjustable.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ana- log-/Digital-Wandlers sind die in Fig. 6 dargestellten Stromquellen durch entsprechende Spannungsquellen ersetzt.In a further embodiment of the analog / digital converter according to the invention, the current sources shown in FIG. 6 are replaced by corresponding voltage sources.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsformen beschränkt . Beispielsweise kann die Anzahl der Komparato- ren beliebig erhöht werden. Weiterhin ist es zweckmäßig, der Analogsignal-Eingangsleitung 5 eine Abtasthalteschaltung vorzuschalten, um eine konstante Eingangssignalspannung Ue am ersten Eingang der Komparatoren zu gewährleisten. Des weiteren ist es möglich, am Ausgang des erfindungsgemäßen Analog-/ Digital-Wandlers eine Einrichtung vorzusehen, die feststellt, daß die Analog-/Digital-Wandlung abgeschlossen ist, d.h. welche die Zustände der digitalen Ausgangssignale Q4, Q3, Q2, Q_ überprüft und feststellt, wenn sich keine Änderung mehr ergibt. Nachdem das Ende der Analog-/Digital-Wandlung festge- stellt ist, wird dann das analoge Ausgangssignal Q4 , Q3 , Q2, Q_ zum Auslesen freigegeben.The invention is not restricted to the described embodiments. For example, the number of comparators can be increased as desired. Furthermore, it is expedient to connect a sample hold circuit to the analog signal input line 5 in order to ensure a constant input signal voltage U e at the first input of the comparators. Furthermore, it is possible to provide a device at the output of the analog / digital converter according to the invention which determines that the analog / digital conversion has been completed, ie which states the states of the digital output signals Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q_ checks and determines when there is no change. After the end of the analog / digital conversion has been determined, the analog output signal Q 4 , Q 3 , Q 2 , Q_ is then released for reading.
Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt 16 Widerstände Rl bis R16 mit einem Widerstandswert R zwischen einem Referenzpotential Uc und Bezugspotential geschaltet. Die einzelnen Teilerabgriffe sind über insgesamt 11 Umschalteinrichtungen UMSCH, die gemäß Figur 7 verschaltet sind, an die invertierenden Eingänge der Komparatoren Kl bis K4 geschaltet. Der invertierende Eingang des Komparators K4 ist mit dem Teilerabgriff zwischen dem Widerstand Rl und R9 in Verbindung. Die nichtinvertierenden Eingänge der genannten Komparatoren Kl bis K4 sind an die EingangsSpannung Ue geschaltet. Der Ausgang des Komparators Kl ist mit der Klemme Q0 der Schalteinrichtung in Verbindung. Die Ausgangsklemmen der anderen Komparatoren K2 bis K3 sind jeweils über ein LATCH mit den Klemmen Ql, Q2 und Q3 in Verbindung. In diese LATCH führen zusätzlich Leitungen einer Steuereinrichtung CONTROL. Auf diesen Leitungen werden Signale Sl, S2 und S3 geführt. In die Steuereinrichtung COBTROL führen Leitungen, die das Taktsignal CLK und das Startsignal START führen.In the exemplary embodiment shown in FIG. 7, a total of 16 resistors R1 to R16 with a resistance value R are connected between a reference potential Uc and a reference potential. The individual divider taps are connected to the inverting inputs of the comparators K1 to K4 via a total of 11 switching devices UMSCH, which are connected according to FIG. The inverting input of the comparator K4 is connected to the divider tap between the resistors Rl and R9. The non-inverting inputs of the above Comparators K1 to K4 are connected to the input voltage Ue. The output of the comparator Kl is connected to the terminal Q0 of the switching device. The output terminals of the other comparators K2 to K3 are each connected to terminals Ql, Q2 and Q3 via a LATCH. Cables from a CONTROL control device also lead into this LATCH. Signals S1, S2 and S3 are carried on these lines. Cables lead into the control device COBTROL, which carry the clock signal CLK and the start signal START.
In Figur 8 sind die zugehörenden Zeitabläufe der einzelnen Signale dargestellt.The associated time sequences of the individual signals are shown in FIG.
Die Schaltungsanordnung von Figur 8 eignet sich dazu, kurze Einschwingzeiten und kleine Strukturen zu realisieren. Die im Zusammenhang mit den vorgenannten Figuren erläuterte Rückkopplung über Stromquellen wurde abgeänder . Die einzelnen Referenzpegel werden in bereits erläuterter Weise gebildet. Die Schalterkaskaden können durch Multiplexer mit 4, 8 oder 16 Eingängen und einem Ausgang ersetzt werden. Eine weitere Verbesserung der Performance kann erzielt werden, wenn die Schalternetze vorgeladen werden. Dies kann wie folgt geschehen. Im Ruhezustand sind alle Schalter UMSCH, die am Widerstandsteiler Rl bis R16 angeschlossen sind, geöffnet: An die- ser Stelle wird ein Potential, das der zu wandelnden Spannung entspricht, eingespeist. Die dahinterliegenden Schalter UMSCH sind auf die Ote-Stufe geschaltet. Somit sind alle Kapazitäten der Schalternetze auf die zu wandelnde Spannung vorgeladen. Bei jedem Wandlungsschritt erfolgt die Bestimmung eines Referenzpegels, wobei der Spannungssprung vom vorgeladenen Wert auf den Referenzpegel bei jedem Schritt immer geringer wird. Dieser beträgt beim LSB nur noch +-1/(2 x n) . Dies ist sehr vorteilhaft, weil die Kapazität der Schalternetze mit fallender Wertigkeit steigt. (Das Schaltnetz des LSB besitzt den größten kapazitiven Wert.) Um stabile Zustände in der Schaltungsanordnung von Figur 7 sicherzustellen und ein Aufschwingen zu verhindern, wird vorzugsweise jedem Komparator K2 bis K4 ein LATCH nachgeschal¬ tet. Die Steuerschaltung CONTROL erzeugt die Signale mit de¬ nen Stufe für Stufe die Ergebnisse abgelatcht werden. Auch hier werden die Ergebnisse vom MSB zum LSB hin gültig. Hier¬ bei bedeutet MSB höchstwertiges Bit und LSB niederwertigstes- Bit . The circuit arrangement of FIG. 8 is suitable for realizing short settling times and small structures. The feedback on current sources explained in connection with the aforementioned figures has been modified. The individual reference levels are formed in the manner already explained. The switch cascades can be replaced by multiplexers with 4, 8 or 16 inputs and one output. A further improvement in performance can be achieved if the switch networks are precharged. This can be done as follows. In the idle state, all switches UMSCH, which are connected to the resistor divider Rl to R16, are open: A potential that corresponds to the voltage to be converted is fed in at this point. The switches UMSCH behind are switched to the Ote stage. This means that all capacities of the switch networks are pre-charged to the voltage to be converted. A reference level is determined in each conversion step, the voltage jump from the precharged value to the reference level becoming smaller and smaller with each step. With the LSB this is only + -1 / (2 xn). This is very advantageous because the capacity of the switch networks increases with falling value. (The switching network of the LSB has the greatest capacitive value.) To ensure stable states in the circuit arrangement of Figure 7 and to prevent swinging, each comparator K2 to K4 is preferably a LATCH nachgeschal ¬ tet. The control circuit CONTROL generates signals with de ¬ NEN stage by stage, the results are abgelatcht. The results from the MSB to the LSB are also valid here. Here ¬ means MSB most significant bit and LSB least significant bit.

Claims

Patentansprüche claims
1. Analog- /Digital-Wandlervorrichtung mit:1. Analog / digital converter device with:
n Komparatoreinrichtungen (1, 2, 3, 4) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (+,-); undn comparator devices (1, 2, 3, 4) with a first and a second input (+, -); and
n Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen (10, 11, 12, 13) zum Anlegen eines jeweiligen Vergleichspotentials (Ux, U2, U3, U4) an eine entsprechende Komparatoreinrichtung (1, 2, 3, 4) ;n comparison potential generating devices (10, 11, 12, 13) for applying a respective comparison potential (U x , U 2 , U 3 , U 4 ) to a corresponding comparator device (1, 2, 3, 4);
wobeiin which
die Komparatoreinrichtungen (1, 2, 3, 4) am ersten Eingang (+) mit dem zu wandelnden Analogsignal (Ue) und am zweiten Eingang (-) mit dem jeweiligen Vergleichspotential (Ul; U2, U3, U4) verbunden sind;the comparator devices (1, 2, 3, 4) at the first input (+) with the analog signal to be converted (U e ) and at the second input (-) with the respective comparison potential (U l; U 2 , U 3 , U 4 ) are connected;
die i-te Komparatoreinrichtung (1, 2, 3, 4) an ihrem Ausgang (14, 15, 16, 17) jeweils ein Bit Q(i) mit be- stimmter Wertigkeit i des dem gewandelten Analogsignals (Ue) entsprechenden Digitalsignals (Q(4), Q(3), Q(2), Q(D) liefert und das höchstwertige Bit Q(n) die Wertigkeit n besitzt; die i-te Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung (10, 11, 12, 13) derart gestaltet ist, daß sie das an die i- te Komparatoreinrichtung (1, 2, 3, 4) anzulegende Vergleichspotential (U1; U2, U3, U4) in Abhängigkeit von den rückgekoppelten Bits Q(j) einstellt, deren Wertigkeit j größer als i ist; undthe i-th comparator device (1, 2, 3, 4) at its output (14, 15, 16, 17) each has a bit Q (i) with a specific value i of the digital signal corresponding to the converted analog signal (U e ) ( Delivers Q (4), Q (3), Q (2), Q (D) and the most significant bit Q (n) has the significance n; the i-th comparison potential generating device (10, 11, 12, 13) is designed in such a way that the comparison potential (U 1; U 2 , U 3 , U 3 , 4) to be applied to the i th comparator device ( 1, 2, 3, 4) U 4 ) as a function of the feedback bits Q (j) whose value j is greater than i; and
n, i, j natürliche Zahlen sind und die Beziehung 1 < i < j < n gilt.n, i, j are natural numbers and the relationship 1 <i < j <n applies.
2. Analog- /Digital-Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die i-te Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtung (10, 11, 12, 13) derart gestaltet ist, daß sie die an die i-te Komparatoreinrichtung (1, 2, 3, 4) folgendes Vergleichspotential TJL anlegt:2. Analog / digital converter device according to claim 1, characterized in that the i-th comparison potential generating device (10, 11, 12, 13) is designed such that it to the i-th comparator device (1, 2, 3, 4) applies the following comparison potential TJ L :
Ui = Uconst( i + δUiUi = U const (i + δUi
wobei Uconst ι i = -j^ für 1 < i < nwhere U const ι i = -j ^ for 1 <i <n
undand
l-n wobei δUt = ι£+\ Q{,) * Uconst,ι für 1 < i < n- 1ln where δU t = ι £ + \ Q {,) * U const, ι for 1 <i <n- 1
und δüi = 0 für i = n wobei Uc ein Konstantpotential ist, i, 1 natürliche Zahlen sind und das Bit Q(l) die Zahlenwerte 0 oder 1 entsprechend seinem Zustand aufweist.and δüi = 0 for i = n where U c is a constant potential, i, 1 are natural numbers and bit Q (l) has the numerical values 0 or 1 according to its state.
3. Analog-/Digital-Wandlervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtungen (10, 11, 12, 13) jeweils mindestens eine Stromquelle (24, 26, 27, 31, 32, 33, 39, 40, 41, 42) und einen in Reihe dazu geschal - teten Referenzwiderstand (25, 30, 38, 44) aufweisen.3. Analog / digital converter device according to one of the preceding claims, characterized in that the comparison potential generating devices (10, 11, 12, 13) each have at least one current source (24, 26, 27, 31, 32, 33, 39, 40, 41, 42) and a reference resistor (25, 30, 38, 44) connected in series.
4. Analog- /Digital-Wandlervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichspotential- Erzeugungseinrichtungen (10, 11, 12, 13) jeweils eine Konstantstromquelle (24, 27, 31, 39) aufweisen.4. Analog / digital converter device according to claim 3, characterized in that the comparison potential generating devices (10, 11, 12, 13) each have a constant current source (24, 27, 31, 39).
5. Analog-/Digital-Wandlervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die i-te Konstantstromquelle5. Analog / digital converter device according to claim 4, characterized in that the i th constant current source
(24, 27, 31, 39) einen konstanten Strom abgibt, welcher entsprechend der Wertigkeit des zu der betreffenden Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung (10, 11, 12, 13) gehörenden Bits Q(i) gewichtet ist.(24, 27, 31, 39) outputs a constant current which is weighted in accordance with the value of the bit Q (i) belonging to the relevant comparison potential generating device (10, 11, 12, 13).
6. Analog- /Digital-Wandlervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichspotential-6. Analog / digital converter device according to claim 3 or 4, characterized in that the comparison potential
Erzeugungseinrichtungen (10, 11, 12) bis auf die dem höchstwertigen Bit Q(n) entsprechende Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung (13) jeweilige steuerbare Stromquellen (26; 32, 33; 40, 41, 42) aufweisen, welche jeweils parallel zu der zugehörigen Konstantstromquelle (24, 27, 31, 39) geschaltet sind.Generating devices (10, 11, 12), apart from the comparison potential generating device (13) corresponding to the most significant bit Q (n), have respective controllable current sources (26; 32, 33; 40, 41, 42) which are each connected in parallel to the associated constant current source (24, 27, 31, 39).
7. Analog-/Digital-Wandlervorrichtung nach Anspruch 6, da- durch gekennzeichnet, daß die Anzahl k der in der i-ten7. Analog / digital converter device according to claim 6, characterized in that the number k of the i-th
Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung (10, 11, 12, 13) enthaltenen, parallel geschalteten, steuerbaren StromquellenComparison potential generating device (10, 11, 12, 13) contained, connected in parallel, controllable current sources
k = n - i mit 1 < i < nk = n - i with 1 <i <n
beträgt .is.
8. Analog- /Digital-Wandlervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Stromquellen (26; 32, 33; 40, 41, 42) der i-ten Vergleichspotential-Erzeugungseinrichtung (10, 11, 12, 13) durch die höherwertigen Bits Q(j) gesteuert werden, wobei 1 < i < j < n gilt. 8. Analog / digital converter device according to claim 6 or 7, characterized in that the controllable current sources (26; 32, 33; 40, 41, 42) of the i-th comparison potential generating device (10, 11, 12, 13) controlled by the higher order bits Q (j), where 1 <i <j <n.
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