DD119505B1 - Digital to analog converter - Google Patents

Description

Titel der Erfindung Digital-Analog-Wandler Anwendungsgebiet der ErfindungTitle of the invention Digital-to-analog converter Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Digital-Analog-Wandler zur Umaetzung von in einer beliebigen Folge bereitgeatellten Digitalwerten, nach dem Pulsbreitenmodulstionaprinzip, Derartige Digital-Analog-Wandler finden insbesondere bei digitalen Steuerungen für Servoantriebe Anwendung.The invention relates to a circuit arrangement for a digital-to-analog converter for the conversion of digital values provided in any sequence, according to the pulse width modulation principle. Such digital-to-analog converters are used in particular in digital controllers for servo drives.

Charakteriatik der bekannten technischen LösungenCharacteristics of the known technical solutions

Ea iat bekannt, einen in eine analoge Form umzusetzenden digitalen Zahlenwert in einen Zähler einzugeben und diesen mit einer Taktfrequenz leerzuzählen» Mit Zählbeginn wird eine Kippschaltung geaetzt, die bei Nullstellung dea Zählers wieder zurückgestellt wird. Dadurch erscheint am Ausgang der Kippschaltung ein Impuls, dessen Dauer pro-Ea iat known to enter a to be converted into an analog form digital numerical value in a counter and to de-count this with a clock frequency »Counting begins a toggle circuit is replaced, which is reset when zeroing the counter again. This causes a pulse to appear at the output of the flip-flop, the duration of which

portional dem in den Zähler eingegebenen Zahlenwert iat. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wird erneut ein Digitalwert in den Zähler eingegeben. Die auf diese Weise gewonnene breitenmodulierte Impulsfolge wird in einem Tiefpaß in eine dem Digitalwert analoge Gleichspannung umgewandelt (DE-OS 22 09 207),proportional to the numerical value entered in the numerator iat. After a predetermined period of time, a digital value is again entered into the counter. The width-modulated pulse sequence obtained in this way is converted in a low-pass filter into a DC voltage which is analogous to the digital value (DE-OS 22 09 207),

Der Nachteil dieses Digital-Analog-Wandlers besteht in der Verwendung zweier, voneinander unabhängiger Impulsgebereinrichtungen, einmal zur Eingabe des Digitalwertes und Abfrage des Analogwertes in einer bestimmen Zeiteinheit und zum anderen eine Taktgebereinrichtung für den verwendeten Zähler und der Notwendigkeit eines Pufferspeichers. Neben dem hohen Aufwand, der für diese Schaltungsanordnung erforderlich ist, tritt auch ein erhöhter Übertragungsfehler infolge der Addition der Frequenzabweichungen der beiden Impulsgebereinrichtungen auf.The disadvantage of this digital-to-analog converter is the use of two, independent pulse generator devices, once for the input of the digital value and query the analog value in a certain unit of time and on the other a clock means for the counter used and the need for a buffer memory. In addition to the high cost, which is required for this circuit arrangement, also occurs an increased transmission error due to the addition of the frequency deviations of the two pulse generator devices.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung setzt sich das Ziel, den technischen Aufwand für Digital-Analog-Wandler zu verringern und gleichzeitig deren Genauigkeit bei der Umsetzung zu erhöhen.The invention sets itself the goal of reducing the technical complexity of digital-to-analog converter while increasing their accuracy in the implementation.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen nach dem Pulsbreitenmodulationsprinzip arbeitenden Digital-Analog-Wandler zu schaffen, der unter Verwendung eines Vor- und Rückwärtszählers, einer Nullprüfungseinrichtung, einer Koindenzschaltung und einer bistabilen Kippstufe mit nachgeschalteten Integrierglied ohne einen Pufferspeicher für die Digitalwerte und mit nur einer Taktimpulsquelle auskommt und gleichzeitig eine größtmögliche Übertragungsgenauigkeit gewährleistet.It is an object of the invention to provide a working according to the pulse width modulation principle digital-to-analog converter using a forward and backward counter, a zero tester, a Koindenzschaltung and a bistable multivibrator with downstream integrator without a buffer memory for the digital values and with only one Clock pulse source gets along while ensuring the greatest possible transmission accuracy.

Er-findungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daßHe-inventive, this object is achieved in that

die Paralleleingänge dea Vor- und Rückwärtszählers die Eingänge für die Digitalwerte bilden und an deaaen Parallelauagänge die Nullprüfungseinrichtung und die Koindenzschaltung, die mit ihrem Ausgang mit dem Übernahmeaufrufeingang dea Vor- und Rückwärtazählera verbunden ist, angeachloaaen sind, an deren Ausgänge je ein Eingang der biatabilen Kippstufe angeachloaaen iat, deren Ausgänge mit j3 einem Zählrichtungaaufrufeingang dea Vor- und Rückwärtszählers verbunden sind. Gemäß weiterer Ausbildung ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang der bistabilen Kippstufe auf je einen Eingang zweier ШШ-Verknüpfungen, deren zweite Eingänge Vorzeichenaufrufeingänge zur Analogsignalumpolung sind, geführt ist. Die Ausgänge der UND-Verknüpfungen sind mit je einem Integrierglied verbunden, an die die Eingänge eines Operationsverstärkers angeschlossen sind.the parallel inputs of the forward and backward counters form the inputs for the digital values, and at the same time the zero checking device and the co-efficient circuit connected to the takeover call input of the forward and reverse counter are connected to their outputs, each having one input of the bi-stable multivibrator angeachloaaen iat whose outputs are connected to j3 a Zählrichtungaaufrufeingang dea forward and backward counter. According to a further embodiment, the invention is characterized in that an output of the bistable flip-flop on each one input of two ШШ-links whose second inputs are sign call inputs to the analog signal reversal, is performed. The outputs of the AND gates are each connected to an integrator to which the inputs of an operational amplifier are connected.

Der Vor- und Rückwärts zähler zählt zunächst bis zum Erreichen der Koinzidenz vorwärts. Daraufhin wird der Digitalwert in den Vor- und Rückwärtszähler übernommen und die Zählrichtung umgekehrt. Bei Nullstellung des Zählers wird die Zählrichtung wieder auf vorwärts gestellt und der Umsetzungavorgang wiederholt sich. Die an den Ausgängen der bistabilen Kippstufe in diesen Zeitabschnitten anstehenden Signale sind ein Maß für den Analogwert.The up and down counter first counts forward until coincidence is reached. Then the digital value is taken over in the up and down counter and the counting direction is reversed. When zeroing the counter, the counting direction is set to forward again and the implementation process is repeated. The signals present at the outputs of the bistable multivibrator in these time periods are a measure of the analog value.

AusführungabeispielAusführungabeispiel

Die Erfindung aoll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung ist das Logikschaltbild dargestellt.The invention aoll be explained below with reference to an embodiment in more detail. In the accompanying drawing the logic diagram is shown.

Ein aua acht Binäratellen bestehender Vor- und Rückwärtszähler 1 mit den Paralleleingängen a bis h ist mit seinem Vorwärtszähleingang V an den Ausgang eines ersten NAND-Gatters I angeschlossen. Der Riickwärtszähleingang R ist mit dem Ausgang eines zweiten NAND-Gatters II verbunden. Auf je einen Eingang der beiden NAN.D-Gatter I, II iat der Ausgang einer Taktimpulsquelle CP geführt. Aus zwei weiteren NAND-Gattern III, IV ist ein R-S-Plip-Plop gebildet, wobei der freie Eingang des dritten NAND-Gatters III mit dem Ausgang einer Koinzidenzschaltung Ko, die mit ihren Eingängen an die Parallelausgänge des Vor- und Rückwärts Zählers 1 angeschlossen ist, verbunden ist. Der freie Eingang des vierten NAND-Gatters IV ist an den Ausgang einer Nullprüfungseinrichtung 2, die ebenfalls den Parallelausgängen des Vor-Rückwärts-Zählers 1 nachgeschaltet ist, angeschlossen. Der Ausgang dea dritten NAND-Gattera III ist auf den zweiten Eingang des zweiten NAND-Gattera II und der Ausgang des vierten NAND-Gatters IV ist auf den zweiten Eingang dea ersten NAND-Gattera I geführt. Der Übernahmeaufrufeingang des Vor-Rückwärts-Zählers 1 ist mit dem Ausgang der Koinzidenzschaltung Ko verbunden. Mit dieser Koinzidenzschaltung Ko läßt sich ein bestimmter Zählwert voreinstellen und ea erscheint an ihrem Ausgang ein Signal, wenn dieser Y/ert errdcht ist. Der Ausgang des vierten NAND-Gatters IV ist auf je einen Eingang zweier UND-Verknüpfungen ü 1; U 2 geführt, deren freie Eingänge ala Vorzeichenaufrufeingänge für den angelegten Digitalwert dienen.An up-eight binary counters existing forward and backward counter 1 with the parallel inputs a to h is connected with its forward counting input V to the output of a first NAND gate I. The reverse counting input R is connected to the output of a second NAND gate II. On each one input of the two NAN.D gates I, II iat the output of a clock pulse source CP out. Two further NAND gates III, IV form an RS-Plip-Plop, wherein the free input of the third NAND gate III is connected to the output of a coincidence circuit Ko, which is connected with its inputs to the parallel outputs of the forward and reverse counter 1 is connected. The free input of the fourth NAND gate IV is connected to the output of a zero test device 2, which is also connected downstream of the parallel outputs of the front-to-back counter 1. The output of the third NAND gate III is applied to the second input of the second NAND gate II and the output of the fourth NAND gate IV is routed to the second input of the first NAND gate I. The transfer call input of the up-down counter 1 is connected to the output of the coincidence circuit Ko. With this coincidence circuit Ko, a certain count can be preset and ea appears at its output a signal when this Y / ert is errdcht. The output of the fourth NAND gate IV is on each one input of two AND operations ü 1; U 2 whose free inputs serve as sign call inputs for the applied digital value.

Jedem dieser NAND-Gatter V, VI iat ein Gleichrichter D 1, D 1', ein Integrierglied R 1/C 1, R 1^f/C 1' und ein Belaatungswiderstand R 2, R 2' nachgeachaltet, die wiederum an je einen Eingang eines Operationsverstärkers OV ange-ѳсЫоааеп aind. Der Ausgang dea Operationaveratärkera OV iat der Analogaignalauagang.Each of these NAND gates V, VI iat a rectifier D 1, D 1 ', an integrator R 1 / C 1, R 1 ^f / C 1' and a Belaatungswiderstand R 2, R 2 'nachgeachaltet, in turn, each at an input of an operational amplifier OV ange-ѳсЫоаап aind. The output of the operational amplifier OV is the analogue signal generator.

Bei Nullstellung des Vor-Rückwärta-Zählera 1 erscheint am Ausgang der Koinzidenzachaltung Ko L-Signal, daa erhalten bleibt, aolan^e der voreingeatellte Zählwert nicht erreicht ist. Dagegen führt der Ausgang der Nullprüfungseinrichtung 2 bei Nullstellung des Vor-Rückwärta-Zählers 1 O-Signal· Daraufhin führt der Ausgang dea dritten NAND-Gatters III O-Signal und der Ausgang des vierten NAND-Gatters IV L-Signal. Mit diesem L-Signal iat das erste NAND-Gatter I aufgerufen und die von der Taktimpulsquelle CP gelieferten Impulse gelangen an den Vorwärtszähleingang des Vor-Rückwärts-Zählera 1, der von diesen Impulsen bis zum voreingestellten Zählwert vollgezählt wird. Die Nullprüfungseinrichtung 2 führt bei einer Abweichung von der Nullstellung dea Vor-Rückwärta-Zähler3 1 L-Signal an ihren Ausgang und die Koinzidenzschaltung Ko gibt bei Erreichen des voreingestellten Zählwertes O-Signal ab. Daraufhin wechseln das dritte und das vierte NAND-Gatter III, IV ihre Ausgangasignale, so daß das zweite NAND-Gatter II von dem L-Signal am Ausgang des dritten NAND-Gattera III aufgerufen ist und die von der Taktimpulsquelle CP gelieferten Impulse an den Rückwärtszähleingang des Vor-Rückwärta-Zählera 1 gelangen, der damit leergezählt wird. Pur die Dauer des RückwärtsZählvorganges liegt an den zusammengeschalteten Eingängen der beiden UND-Verknüpfungen U 1, U 2 L-Signal vom Ausgang des vierten NAND-Gatters IV an.When zeroing the Vor-Rückwärtsa counter 1 1 appears at the output of coincidence Ko L signal, daa remains aolan ^ e the preset count is not reached. On the other hand, the output of the zero tester 2 at zero position of the backward counter 1 results in O signal. Thereupon, the output of the third NAND gate III results in the O signal and the output of the fourth NAND gate IV L signal. With this L signal, the first NAND gate I is called, and the pulses supplied from the clock pulse source CP are applied to the count-up input of the front-to-back counter 1, which is counted up by these pulses to the preset count value. The zero checking device 2, when deviating from the zero position, feeds the pre-reverse counter 3 1 L signal to its output, and the coincidence circuit Ko outputs O signal upon reaching the preset count value. Thereafter, the third and fourth NAND gates III, IV change their output signals, so that the second NAND gate II is called by the L signal at the output of the third NAND gate III and the pulses supplied by the clock pulse source CP are fed to the countdown input the Vor-Rückwärta counter 1 arrive, which is counted with it. Pur the duration of Rückwärtszählvorganges is due to the interconnected inputs of the two AND gates U 1, U 2 L signal from the output of the fourth NAND gate IV.

Je nachdem, welches Vorzeichen mit dem Digitalwert eingegeben wurde, iat eine der beiden UND-Verknüpfungen U 1, U 2 aufgerufen und das L-Signal gelangt über den nachgeschalteten Gleichrichter D 1, D 1' und das jeweilige Integrierglied C 1/R 1, C 1'/R 1' an einen der beiden Eingänge +, - des Operationsveratärkera OV, an desaen Ausgang dann das analoge Signal, der dem Vorzeichen des Digitalwertea entsprechenden Polarität erscheint. Bei einem Vorzeichenwechael erfolgt die Umpolung dea Ausgangssignales des Operationsverstärker OV, Sobald der Vor-Rückwärta-Zähler 1 leergezählt iat, wechaeln das dritte und das vierte NAND-Gatter III, IV wieder ihre Ausgangasignale und der Vorgang beginnt von Neuem. Während des Vorwärtszählvorgangea, durch den die Impulapauae am Ausgang dea vierten NAND-Gattera IV beatimmt wird, wird der durch den vorausgegangenen Impuls aufgeladene Kondensator C 1, C 1' durch den diesem zugeordneten Belastungswideratand R 2, R 2' entladen. Durch die Koinzidenzachaltung Ko läßt sich die Vpreinateilung, des Vor-Rückwärta-Zählera 1 beliebig verändern, wodurch verschiedene Übertragungafunktionen realisiert werden können. Damit läßt aich beispielsweise eine degreaaive Übertragungsfunktion erzielen, wie sie bei Lageregelkreisen gefordert wird.Depending on which sign was entered with the digital value, iat one of the two AND operations U 1, U 2 called and the L signal passes through the downstream rectifier D 1, D 1 'and the respective integrator C 1 / R 1, C 1 '/ R 1' to one of the two inputs +, - of the Operationsveratärkera OV, at desaen output then the analog signal, the polarity corresponding to the sign of the Digitalwertea appears. When a Vorzeichenwechael the umpolung dea output signal of the operational amplifier OV, as soon as the Vor-Rückwärta counter 1 counted iat, the third and the fourth NAND gates III, IV again swing their output signals and the process begins again. During the Vorwärtszählvorgangea, by the Impulapauae at the output dea fourth NAND gate IV is blown, the charged by the previous pulse capacitor C 1, C 1 'by the associated therewith Belastungswideratand R 2, R 2' discharged. Due to the coincidence Ko, the preprogramming of the back-and-back counter 1 can be changed arbitrarily, whereby various transmission functions can be realized. In this way, for example, a degreaaive transfer function can be achieved, as required in the case of position control loops.

Ein dem Vorwärtszähleingang vorgeschaltetes Zeitglied dient dazu, bei Digitalwerten, die in der Größe der Zählerkapazität liegen, durch daa Verzögern des Zähl— beginns die Übertragungskennlinie zu linearisieren.A timer connected upstream of the count-up input serves to linearize the transfer characteristic for digital values which are in the size of the counter capacity by delaying the start of counting.

Claims (2)

Erfindungsanspruchinvention claim 1, Schaltungsanordnung für einen Digital-Analog-Wandler nach dem Pulsbreitenmodulationsprinzip mit einem von einer Taktimpulsquelle ständig beaufschlagten Vor- und Rückwärts zähler, einer Nullprüfungseinrichtung und einer Koinzidenzschaltung, einer die pulsbreitenmodulierten Signale speichernden Kippstufe und einem Integrierglied, das an einen Ausgang der bistabilen Kippstufe angeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Paralleleingänge des Vor- und RückwärtsZählers1, circuit arrangement for a digital-to-analog converter according to the pulse width modulation principle with a constantly acted upon by a clock pulse source counter and counter, a zero tester and a coincidence circuit, a pulse width modulated signals storing the flip-flop and an integrator connected to an output of the bistable multivibrator is characterized in that the parallel inputs of the up and down counter (1) die Eingänge für die Digitalwerte bilden und an dessen Parallelausgänge die Nullprüfungaeinrichtung(1) the inputs for the digital values form and at its parallel outputs the Nullprüfaeinrichtung (2) und die Koinzidenzschaltung (ко), die mit ihrem Ausgang mit dem Übernahmeaufrufeingang des Vor- und' RückwärtsZählers (1) verbunden ist, angeschlossen(2) and the coincidence circuit (ко), which is connected with its output to the acceptance call input of the up and down counter (1) connected ,· sind, an deren Ausgänge je ein Eingang der bistabilen Kippstufe (III, IV) angeschlossen ist, deren Ausgänge mit je einem Zählrichtungsaufrufeingang-des Vor- und RückwärtsZählers (1) verbunden sind., · Are at whose outputs each one input of the bistable flip-flop (III, IV) is connected, whose outputs are each connected to a Zählrichtungsaufrufeingang-of the forward and backward counter (1). 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Ausgang der bistabilen Kippstufe (III, IV) auf je einen Eingang zweier UND-Verknüpfungen (U 1, U 2), deren zweite Eingänge Vorzeichenaufrufeingänge zur Analogsignalumpolung.sind geführt iat und die Ausgänge der UND-Verknüpfungen (U 1, U 2) mit je einem Integrierglied (C 1, R 1/C 1^f, R 1') verbunden sind, an die die Eingänge eines Operationsverstärkers (OV) angeschlossen sind,2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that one output of the bistable flip-flop (III, IV) on each one input of two AND gates (U 1, U 2) whose second inputs signed call inputs to Analogsignalumpolung.sind out iat and the outputs the AND gates (U 1, U 2) are each connected to an integrator (C 1, R 1 / C 1 ^f , R 1 ') to which the inputs of an operational amplifier (OV) are connected, - Hierzu ein Blatt Zeichnung -- For this a sheet drawing -