DE1948495B2 - Analog digital umsetzer fuer kleine signale mit sicherer beseitigung von fehlerspannungen - Google Patents
Analog digital umsetzer fuer kleine signale mit sicherer beseitigung von fehlerspannungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Um- die für die Analog-Digital-Umsetzung von großen
setzer, bestehend aus einem Operationsintegrator mit Spannungen geeignet ist, ist für die Umsetzung von
einem integrierenden Rückkopplungskondensator, kleinen Spannungen im Millivolt-Bereich mtolge von
einem Komparator dessen Ausgangspolarität durch Fremdströmen und Restspannungen, die in den
den Ausgang des Operationsintegrators gesteuert 5 Energiespeicherkomponenten in der Wandle-rsehnlwird,
einer Referenzstromquelle, die mit dem Ein- tung auftreten, zu ungenau. Um ein kleines analoges
gang des Operationsverstärkers verbunden ist, um Signal in die digitale Form genau zu v* andern, ist es
den Rückkopplungskondensator mit einer geregelten notwendig, daß diese fremden Restladungen entGeschwindigkeit
zu entladen, einer Zeitschaltung, die weder von den Energiespeichereinrichtungen entfernt
mit dem Ausgang des Komperators veibundcn ist, io oder auf einen vorher definierten Wert genau geregelt
um die Entladungszeit des Rückkopplungskondensa- werden.
tors zu messen, einer Schaltung, um das Anlegen des Daher werden durch die Erfindung kleine analoge
analogen Signals an den Operationsintegrator zu Signalamplituden in ihre digitalen Äquivalente genau
steuern, einer Einrichtung, um die Referenzstrom- gewandelt, während infolge.gespeicherter Restladung
quelle während des Anlegens des Signals an den 15 im Umsetzer entstehende Fehler kompensiert werden.
Operationsintegrator außer Tätigkeit zu setzen. Demgemäß wandelt ein Analog-Digital-Umsetzer
Mit bekannten Schaltungen, die eine ähnliche eine analoge Signalspannungsamplitude in eine reFunktion
durchführen, können kleine Signale wegen präsentative Impulsdauer um, indem die Entladung
der Ableitung von Ladung auf Ladungsspeicher- einer Energiespeichereinrichtung zeitlich bestimmt
elemente und fremder Streuströme nicht gemessen 20 wird. Die Spannung des umzusetzenden analogen Siwerden.
Diese Effekte ergeben unvorhersagbare An- gnals wird zunächst auf einem Speicherkondensator
fangsbedingungen in der Integrationsschaltung und gespeichert.
führen zu bedeutenden Fehltrn, wenn kleine analoge Der Speicherkondensator ist mit einem Operations-
Eingangssignale gemessen werden. integrator gekoppelt, der aus einem Operationsver-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 25 stärker mit einem integrierenden Rückkopplungskon-Analog-Digital-Umsetzer
der eingangs angegebenen densator besteht. Die auf dem Speicherkondensator Art so auszvbüden, daß auch kleine Signale gemes- gespeicherte Ladung wird zum integrierenden Rücksen
werden können. Diese Aufgabe wird bei der vor- kopplungskondensator des Operationsintegrators
liegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Polarität übertragen. Die Zeit, die zur Entladung des integrieder
Referenzstromquel'.e durch die Ausgangspolarität 30 renden Rückkopplungskondensators mit einem kondes
Komparators gesteuert wi.d, so daß die Wirkun- stanten Referenzstrom notwendig ist, stellt ein Maß
gen von Fremdströmen und Ladungen sowohl im für die Amplitude des analogen Signals dar. Ein
Operatiorisintegrator als auch im Komparator wäh- Multivibrator, der auf die Entladung des integrierenrend
der Zeitintervalle zwischen Messungen kompen- den Kondensators anspricht, erzeugt einen Impuls,
siert werden. 35 dessen Dauei gleich der Entladungszeit ist. Dieser
Eine Ausführungsform der Erfindung ermöglicht Impuls wird verwendet, um ein Gatter zu betätigen,
die Messung von Spannungen, bezogen auf Referenz- daß der periodische Ausgang einer Impulsquelle an
spannungen, die nicht das Erdpotential des Umsetzers einen Impulszähler angelegt wird. Die erzielte Im-
darstellen. indem zunächst die Spannung auf einem pulszählung ist eine digitale Darstellung der analogen
Kondensator gespeichert wird, der vom Erdpotential 40 Signalamplituden.
der Schaltung getrennt ist und dann die angesammelte Dieser konstante Referenzstrom wird durch einen
Ladum: auf die vorher beschriebene Schaltung über- Referenzrückkopplungskreis geliefert, der auf den
tragen wird. Ausgang des Operationsverstärkers anspricht. Re-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die ferenzrückkopplungskreise kompensieren zusätzlich
Referenzstromquelle mit umkehrbarer Polarität. Ge- 45 Fehlersignale und abweichende Spannungen im Opemäß
diesem Merkmal werden zwei getrennte Quellen rationsverstärker. indem Referenzströme mit abbenutzt,
die unter dem Einfluß der Polarität des Aus- wechselnden Polaritäten geliefert werden, um den
gangs des Signalkomperators in geeigneter Weise Speicherkondensator und den integrierenden Rückdurchgeschaltet
werden. kopplungskondensator während freier Perioden zwi-
Ein Analog-Digital-Umsetzersystem des Typs, mit 50 sehen den Messungen vor der Übertragung der ge-
dem sich die Erfindung befaßt, tastet eine zum speicherten Ladung auf vorbestimmten abweichenden
analogen Signal in Beziehung stehende Spannung ab, Potentialen zu halten.
speichert die abgetastete Probe in einer Energie- Fin Merkmal einer Ausführung der Erfindung ist
speichereinrichtung und bestimmt die Dauer, die not- eine Ladungsübertragungsanordnung, die die genaue
wendig ist, um die Energiespeichereinrichtung zu ent- 55 Analog-Digital-Wandiung von analogen Spannungen
laden. Bei einer besonderen Ausführung dieses Um- ermöglicht, ohne daß eine Symmetrierung des Umsetzersystems
wird eine abgetastete Probe der analo- setzers in bezug auf die Referenz-Erdspannung der
gen Signalspanntingsamplitude in einem Kondensator gewandelten analogen Spannung notwendig ist.
gespeichert. Der Kondensator wird mit einem vor- Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der bestimmten Normalreferenzstrom entladen. Während 60 Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
dieser Entladungsperiode wird eine periodische Tm- F i g. 1 ein Blockschema eines Analog-Digital-Umpulsquelle zu einem Zähler durchgeschallet. Die An- setzers, der das Erfindungsprinzip verkörpert,
zahl der vom Zähler gezählten Impulse wird in eine F i g. 2 ein Blocksc'.iema eines Analog-Digital-Umdigitale Darstellung der analogen Signalamplitude setzers, der das Erfindungsprinzip verwendet, um c°diert. 63 analoge Signale in digitale Signale zu wandeln, ohne
gespeichert. Der Kondensator wird mit einem vor- Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der bestimmten Normalreferenzstrom entladen. Während 60 Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
dieser Entladungsperiode wird eine periodische Tm- F i g. 1 ein Blockschema eines Analog-Digital-Umpulsquelle zu einem Zähler durchgeschallet. Die An- setzers, der das Erfindungsprinzip verkörpert,
zahl der vom Zähler gezählten Impulse wird in eine F i g. 2 ein Blocksc'.iema eines Analog-Digital-Umdigitale Darstellung der analogen Signalamplitude setzers, der das Erfindungsprinzip verwendet, um c°diert. 63 analoge Signale in digitale Signale zu wandeln, ohne
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung er- den Umsetzer in bezug auf die Referenz-Erdspannung
geben sich aus nachstehender Beschreibung. tier analogen Signale zu symmetriereti, und
Die oben beschriebene Ausführung des Urnsetzers, F i g. 3 eine teilweise in Blockform dargestelltes,
3 4
mehr ins einzelne gehendes Schema eines Analog- Die Ausgangsspannung des Operationsintegrators
Digital-Umsetzers, die das Erfindungsprinzip benutzt. 117 geht zu einer Komperatorschaltung 121, Die
Der in Fig. 1 dargestellte Analog-Digital-Urnset- Komperatorschaltung 121 kann aus einem Begrenzerzer
tastet eine analoge Eingangsspannung ab und er- verstärker mit hoher Verstärkung bestehen. Die Funkzeugt
unter deren Einfluß einen Impuls, dessen Dauer 5 tionen der hohen Verstärkung und der Begrenzung
der Größe der abgetasteten analogen Spannung direkt des Verstärkers ergeben einen binären Ausgang, der
proportional ist. Dieser Impuls wird verwendet, um dem vom Operationsir.tegrator 117 gelieferten Einden
Ausgang einer periodischen Impulsquelle zu gangssignal entspricht. Der binäre Ausgang der Konieinem
Impulszähler durchzuschalten. Die Zählung peratorschaltung 121 ändert seinen Zustand, wenn
der Impulse durch den Zähler ist eine digitale Dar- io immer das Eingangssignal des Komparators eine bestellung
der Größe der gemessenen analogen Span- stimmte Schwellenwertspannung durchquert. Bei einer
nung. Diese Zänlung kann zur Übertragung zu einer idealen Komparatorschaltung ist diese Schwellenwertentfernten
Anzeigestelle in einen binären Code um- spannung theoretisch Null, sie ist jedoch infolge ingewandelt
werden oder sie kann als Zählung direkt nerer Vorströme und Schaltelementänderungen nordargestellt
werden. 15 malerweise eine kleine feste Spannung. Die Spannung
Das analoge Signal, dessen Spannungsamplitude am Eingang des Operationsintegrators 117 weicht in
gemessen werden soll, wird von einer analogen Signal- gleicher Weise von Null ab. Ferner wird auf dem
quelle 110, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, und die Rückkopplungskou '.rnsator 119 eine Korrekturspaneine
Quellenimpedanz 111 hat, geliefert. Die analoge nung aufrechterhalten, um diese Schwellenwertspan-Signalquelle
110 kann aus irgendeiner elektrischen 20 nung am Eingang des Komparators 121 zu kompen-Einrichtung
bestehen, die irgendein elektrisches Si- sieren. Wenn das Eingangssignal des Komparators
gnal erzeugt und verarbeitet, dessen Spannung ge- 121 unter dem vorher erwähnten Schwellenwert liegt,
messen werden soll. Die Spannung des von der Quelle ist sein Ausgang ein negatives Signal, das eine logische
110 gelieferten analogen Signals wird über einen ge- Null darstellt. Wenn das Eingangssignal über diesem
schlossenen Schalter 112 an einen Speicherkondensa- 25 Schwellenwert liegt, ist sein Ausgang ein positives
tor 115 übertragen. Der Schalter 112 bleibt für eine Signal, das eine logische Eins darstellt,
ausreichende Zeitdauer geschlossen, um sicherzustel- Das Ausgangssignal des Komparators 121 geht len, daß die ganze analoge Spannungsamplitude im über den Leiter 122 zu zwei Referenzstrom-Rück-Speicherkondensator 115 gespeichert wird. kopplungskreisen 124 und 125. Die Rückkopplucgs-
ausreichende Zeitdauer geschlossen, um sicherzustel- Das Ausgangssignal des Komparators 121 geht len, daß die ganze analoge Spannungsamplitude im über den Leiter 122 zu zwei Referenzstrom-Rück-Speicherkondensator 115 gespeichert wird. kopplungskreisen 124 und 125. Die Rückkopplucgs-
Das Öffnen und Schließen des Schalters 112 wie 30 kreise 124 und 125 sind ihrerseits mit dem Eingang
auch des Schalters 113 wird durch eine Prüfzyklus- des Operationsintegrators 117 verbunden. Der erste
steuerung 139 gesteuert. Die Prüfzyklussteuerung 139 Rückkopplungskreis 125 enthält das Gatter 128, das
kann aus einer Signalschrittschalteinrichtung bestehen, eine positive Stromquelle 130 unter dem Einfluß eines
die Steuersignale liefert und geeignete Schalter be- positiven Ausgangssignals des Komparators 121 mit
tätigt, um die Folge der Wandlerfunktion zu steuern, 35 dem Eingang des Operationsintegrators 117 verbin-
die das Öffnen und das Schließen der Schalter 112 det. Der zweite Rückkopplungskreis 124 enthält eine
und 113 umfassen. Die Signalschrittschaltung wird Umkehreinrichtung 123 und das Gatter 127, das eine
selektiv so zeitlich festgelegt, daß ausreichend Zeit negative Stromquelle 129 unter dem Einfluß eines
für den Speicherkondensator 115 zur Verfügung steht, negativen Ausgangssignals des Komparators 121 mit
um auf den maximal vorgesehenen Amplitudenwert 40 dem Eingang des Operationsintegrators 117 verbindet,
der gemessenen analogen Spannung aufgeladen zu Wenn die Ausgangsspannung des Operationsinte-
werden. Der Aufbau einer Prüfzyklussteuerung, wie grators 117 über die Schwellenwertspannung des
sie hier beschrieben wird, ist dem Fachmann bekannt Komparators 121 geht, ist das Ausgangssignal des
und braucht daher im einzelnen nicht geschildert zu Komparators positiv und betätigt das Gatter 128, so
werden. 45 daß der positive Ausgangsstrom der Stromquelle 130
Wenn p.usreichend Zeit für die Aufladung des an den integrierenden Kondensator 119 angelegt
Speicherkondensators 115 auf die analoge Spannung wird und ihn lädt, bis der Ausgang des Operationsverstrichen
1st, öffnet die Prüfzyklussteuerung 139 integrators 117 unter die Schwellenwertspannung fällt,
den Schalter 112 und schließt den Schalter 113. Das Wenn die Ausgangsspannung des Operationsinte-Schließen
des Schalters 113 ermöglicht die übertra- so grators 117 unter die Schwellenwertspannung fällt,
gung der auf dem Kondensator 115 gespeicherten ändert der Ausgang des Kompantors 121 seinen Zu-Ladung
zum integrierenden Rückkopplungskonden- stand und erzeugt ein negatives Ausgangssignal. Diesator
119 des Operationsintegrators 117. Der Opera- ses negative Ausgangssignal wird durch die Umkehrtionsintegrator
117 besteht aus einem Gleichstrom- einrichtung 123 umgekehrt und benutzt, um das Gatdifferentialverstärkerll8
mit hoher Verstärkung, wo- 55 ter 127 zu betätigen. Die Gatterschaltung 127 legt bei
bei der integrierende Rückkopplungskondensator 119 Betätigung den negativen Ausgangsstrom der Stromdie
Ausgangsklemme mit der umkehrenden Eingangs· quelle 129 an den integrierenden Kondensator 119 an.
klemme verbindet, Die nichtumkehrende Eingangs- Die Wirkung des oben beschriebenen RUckkoppklemme
des Differentialverstärkers 118 ist geerdet. lungssystems wird benutzt, um die gespsicherte La-Die
Ausgangsspannutig des Operationsintegrators 60 dunp zu entladen, die infolge des analogen Signals
117 ist der auf dem integrierenden Kotidensator 119 zum integrierenden Kondensator 119 des Operationsgespeicherten
Ladung direkt proportional. Durch die integrators 117 übertragen wird. Die Zeit, die zur
Ladungsübertragung wird die auf dem Kondensator Entladung der infolge des analogen Signals auf dem
115 gespeicherte Ladung vollständig entfernt. Diese integrierenden Kondensator 119 gespeicherten La-Ladungsübertragung
ist »Ollständig, weil der Eingang Ö5 dung notwendig ist, ist der Größe der gemessenen
des Operationsintegrators 117 eine virtuelle Erde ist, analogen Spannung proportional,
so daß die vollständige Entladung des Kondensators In der Zeit zwischen den Messungen regelt das 115 möglidi wird. Rückkopplungssystem die auf dem Speicherkonden-
so daß die vollständige Entladung des Kondensators In der Zeit zwischen den Messungen regelt das 115 möglidi wird. Rückkopplungssystem die auf dem Speicherkonden-
δ 6
sator 115 und dem integrierenden Kondensator 119 ren Impulse zum Impulszähler 137 übertragen wer-
vorhandenen fremden Restladungen, um die genaue den. Die gesamte Impulszählung ist daher eine Dar-
Analog-Digital-Wandlung von kleinen Spannungen zu stellung des Betrages der auf dem integrierenden
ermöglichen. Diese Restladungsregelung hält das Aus- Rückkopplungskondensator 119 gespeicherten La-
ßangspotential des Operationsintegrators 117 auf der 5 dung und damit der Größe der analogen Spannung.
Schwellenwertspannung des Komparators 121. Wan- die von der analogen in die digitale Form umgewan-
rend der Periode der Ladungsübertragung, wenn die delt werden soll.
infolge des analogen Signals gespeicherte Ladung vom Wie oben beschrieben, wird die analoge Spannung
Speicherkondensator 115 zum integrierenden Knn- flbgetastet und auf dem Speicherkondensator 115 gedenr.ator
119 übertragen wird, wird die Tätigkeit des io speichert. Während der Abtastperiode wird eine ge-Rückkopplungssystems
unter dem Einfluß der Prüf- steuerte Restladung auf dem Speicherkondensator zyklussteuerung 139 unterbrochen. Die Prüzyklus- 115 und dem integrierenden Kondensator 119 durch
steuerung 139 setzt das Rückkopplungssystem außer die vom Rückkopplungssystem gelieferten Referenz-Tätigkeit,
indem es während dieser Periode über die ströme aufrechterhalten. Die infolge der analogen
Leiter 147 und 148 Sperrsignale an die Gatter 127 15 Spannung vorhandene Ladung wird auf dem Speicherund
128 anlegt. kondensator 115 gespeichert und dann zum integrie-
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß das renden Kondensator 119 übertragen. Während der
Rückkopplungssystem vor der Übertragung der La- Ladungsübertragungsperiode wird das Anlegen des
dung vom Speicherkondensator zum integrierenden Referenzstroms an den Speicherkondensator 115 und
Kondensator Restladungen a'if dem Speicherkonden- 20 den integrierenden Kondensator 119 gesperrt. Am
sator 115 und dem integrierenden Kondensator 119 Ende der Ladungsübertragungsperiode wird der bihält.
Während der Ladungsübertragung wird die Wir- stabile Multivibrator 132 eingestellt, wobei die Rekung
des Rückkopplungssystems gesperrt. Nach dem ferenzströme wieder an den Speicherkondensator 115
Ende der Ladungsübertragung wird das Rückkopp- und den integrierenden Kondensator 119 angelegt
lungssystem wieder in Tätigkeit gesetzt, um die ge- 95 werden. Die Referenzströme entladen den integrierensteuerte
Entladung des integrierenden Kondensators den Kondensator 119 auf den Restladungswert, wor-119
zu ermöglichen. Die Dauer der gesteuerten Ent- aufhin die Komparatorschaltung 121 ihren Zustand
ladung stellt die Amplitude des analogen Signals dar ändert. Dieser Übergang des Ausgangssignals des
und wird durch die Dauer des Ausgar.gsimpulses der Kompararors 121 stellt, den bistabilen Multivibrator
bistabilen Multivibratorschaltung 132 wiedergegeben. 30 132 zurück. Die Zeit der Einstellperiode des bistabi-
Die auf dem integrierenden Kondensator 119 durch len Multivibrators 132 entspricht der Amplitude des
das Rückkopplungssystcm gespeicherte Restladung gewandelten analogen Signals. Die infolge der abreicht
aus. um den Ausgang des Operationsverstär- weichenden Spannung und der Schwellenwertspankers
auf der Schwellenwertspannung des Kompara- nung auftretenden Fehler können mehrere Millivolt
tors 121 zu halten. Die hinzugefügte Ladung, die das 35 betragen. Durch Steuern der Restladung in der oben
analoge Signal darstellt, vergrößert bei der Übertra- beschriebenen Weise kann die Wandlung kleiner
gung zum integrierenden Kondensator 119 das Aus- Spannungen im Millivoltbereich genau gemacht
gangspotential des Operationsverstärkers um einen werden.
Betrag, der der analogen Spannungsamplitude pro- Die in Fig. 1 dargestellte Analog-Digital-Wandportional
ist. Die Änderung der auf dem integrieren- 40 lungsanordnung ist so aufgebaut, daß sie in Schaltden
Kondensator 119 nach der Ladungsübertragung anordnungen arbeitet, in denen die Wandlungseingespeicherten
Ladung ist nur die Folge der Ladung richtung in bezug auf die gleiche Erdreferenzspander
analogen Spannung, die ursprünglich auf dem nung, wie die in die digitale Form umzuwandelnde
Ladungsspeicherkondensator 115 gespeichert war. analoge Spannung, symmetriert ist. Die in Fig. 2
Der Speicherkondensator 115 ist dauernd mit dem 45 dargestellte Analog-Digital-Wandlerschaltung wird in
integrierenden Rückkopplungskondensator 119 und den Fällen benutzt, wo das analoge Signal und der
dem Rückkopplungssystem verbunden. Weiterhin ent- Wandler nicht in bezug auf das gleiche Erdpotential
hält der Speicherkondensator 115. wie oben beschrie- symmetriert sind. Bei diesem Analog-Digital-Wandler
ben, eine Restladung, die durch das Rückkopplungs- ist ein zusätzlicher Kondensator 247 in den Ladungssystem gesteuert wird. Die Ladung auf dem Ladungs- 5° übertragungsweg eingefügt, um die Restfehlerkorrekspeicherkondensator
115 infolge der abgetasteten turladung zu speichern und zu liefern,
analogen Spannung wird durch die gesteuerte Rest- Die analoge Signalquelle 210, die den Quellenladung
geändert, um die abweichende Spannung zu widerstand 211 enthält, ist mit den gekuppelten Einkompensieren,
die am Eingang des Operationsinte- gangsschaltern 216 verbunden, die durch die Prüf
grators 117 erforderlich ist. 55 zyklussteuerung 239 gesteuert werden. Wenn di(
Die Prüfzyklussteuerung 139 stellt zu Beginn der Schalter 216 geschlossen sind, wird die analoge Span
Entladungsperiode, während der das Rückkopplungs- nung zum Speicherkondensator 214 übertragen, si
system den integrierenden Rückkopplungskondensa- daß er parallel zur analogen Signalquelle liegt. Dies*
tor 119 entlädt, ^en bistabilen Multivibrator 132 ein. Spannung wird über den Fehlerkorrekturkondensato
Der Einstellausgang des bistabilen Multivibrators 60 247 zu?? integrierenden Kondensator 219 übertrager
132 betätigt das UND-Gatter 135 und ermöglicht da- Das Rückkopplungssystem, das auf den Komparato
mit die übertragung des Impulszugausgangs der Im- 221 anspricht, hält auf dem Fehlerkorrekturkonden
pulsquelle 133 zum Impulszähler 137. Wenn der sator 247 und dem integrierenden Kondensator 21
Ausgang des Komparators 121 seine Polarität unter eine Restladung aufrecht, nicht aber während de
dem Einfluß der Entladung des integrierenden Rück- 65 Ladungsübertragungsperiode. Diese Restladung hä
kopplungskondensators 119 ändert, wird der bistabile den abweichenden Spannungsausgang des Operation;
Multivibrator 132 zurückgestellt. Das UND-Gatter integrators 217 auf dem Schwellen we rtspannungseh
135 wird außer Tätigkeit gesetzt, wobei keine weite- gang des Komparators 221.
ι 77 7
Die Ladungsübertragung vom Speicherkondensator
114 zum integrierender* Rückkopplungskondensator 119 geschieh! durch die aufeinanderfolgenden Schritte
Bens der gekuppelten Schalter^ Die auf
,,^kondensator 214 8«^^]^.!^^
der» Fehlerkorrekturkondensator247 nicht
^,321 enthält eine Umkehreinrichtung
£aund erÄugt,eemh «n Au«-
£^ däs JU logische Eins ^teUt D.eses
|ff , e das eine logische Eins darstellt, schalterden
Signa.das e^ g^ ^Αι.α,β Leihmg im Tra.v
Γ ans* ^ dje Fddeff kttranM3toren 314
ifruchteifder gespeicherten L._.
tätsverhältnis der KondensatorenIn Kondensator portional ist. wird zum integrierenden Kondensa.wt Kitt agen Jedoch werden die jeweiligen Udun-
tätsverhältnis der KondensatorenIn Kondensator portional ist. wird zum integrierenden Kondensa.wt Kitt agen Jedoch werden die jeweiligen Udun-
SSHSSgSsE
Ladungsübertragung der Größe der ^ uND.Oaiter, 32i w,rdduu _d
kehre.nrichtune 319 umgekehrt un.l damn der Tran
*£„ m in einen nichtleitenden Zustand pe Krach .
daß dje FeUielfekttran«istor..n Ml und
312 durch die negative Quelle 315 in einen leitenden
-i wenJen D(Unit wlrd w1e oben be-
r3 £»«g .^ ^ anaIngen 8ΐριΗ|8 vorhan-
Speicherkondensator 313 ge-
die Restspannungen auf den Kondensatoren unab
h'inaie von der Ladungsübertragung aufrechi/uerhal
S daß der Komparator 221 seinen *£$*£
der., nachdem eine Ladung, die die analoge Signal
amnlitude darstellt, vom integrierenden Ruckkopp
lungskondensator 219 entladenjst. Messune
Die obige Anordnung erlaubt die genaue Messung
von unsymmetrischen analogen SPa^n^3
daß die Durchführung von Ber
ist um die in den Kondensatoren jjjj ladunKen zu berücksichtigen. Mit A»stwhme der La dunasübertragungsanordming arbeitet der in Fig\.i Seite Wandler in gleicher Weise w.e der Wandler der Fi ε 1
ist um die in den Kondensatoren jjjj ladunKen zu berücksichtigen. Mit A»stwhme der La dunasübertragungsanordming arbeitet der in Fig\.i Seite Wandler in gleicher Weise w.e der Wandler der Fi ε 1
pin in einzelne gehendes in ^
ma.isch dargestelltes Schaltbild des g^
Wandlers der Fig. 2 zeigt die Fig. 3. Die in die
diStäe Form zu wandelnden analogen Signale we
den von der analogen Signalquelle: 310 geliefert IJi
be,den Leiter der analogen Signalquelle 310 s,nde
weiis mit einer der Stromwegelekrroden der ma Γΐϊ kttSsistoren 311 tmd 312 verbunden deren
Steucrelektroden mit einern
verbunden sind. Der Utog 313 ist zwischen die übrigen Swg ,er Feldeffekttransistoren 311 und 312 g^ Sie Suomwegelektroden der WddhWjgJ
verbunden sind. Der Utog 313 ist zwischen die übrigen Swg ,er Feldeffekttransistoren 311 und 312 g^ Sie Suomwegelektroden der WddhWjgJ
M4 und MS sind f«nör mit dem Ladun8^^SI
iondensamr 313 verbunden. Der Strorn«eg d« Feld
dTekttransistors 316 verbindet' die e.ne Heirt ^
eines Fehterkorrekturkondensators 317 jnt der btae
Unter normalen Betriebsbedingungen smd d^e R.d
effekttransistoren 311, 312 und 316 durch das nega_
tive Potential 315-im leitenden Zustand Die wra
effekttransistoren- 314 und 31s sind dutdj^ das^-
2anSspotential des leitenden:TratBisto« 320nw^m
leitenden Zustand. Hierdurch kann.das »
•mal den Speicherkondensator 313 auf den Sisnalspannungswert aufladen ■ Söeicher-
Vor der Übertragung: der Ladung^_V'
konaensator 313 zum intefn,ere^fnr 322 S die
331 sind, der monostabile Multivibrator 3221^d cne
h^^g
in einem Zustand, bei d ^j sienale eine logische Null darstellen.
Schaltung ist ein bistabjler «** ;
Kipp-EinW Ein an ^n K.pp-Eingang
Sienal bewirkt, daß die Schaltung ihren Z dert. JK-Flipflop-Schaltungen sind^
es nicht notwendig ist, sie im einzelnen
, . r —c— fc.
gung des Startknopfschalters 324 ringele
d der monostabil« Multivibrator 322 in seistabilen
Zustand gebracht. Der monostabile 22 erzeugt während seines quasi stabt-....
Zustands einen Ausgangsimpuls, der eine logische Eins darstellt. Dieses Signal wird über den Leiter
328 und den Kipp-Eingang 325 an die JK-Flipflop-Schaltung
330 angelegt, um sie einzustellen. Dieser Ausgang mit einer logischen Eins wird ferner über
den Leiter 327 an das UND-Gatter 321 angelegt. Der 3« Ausgang der eingestellten JK-Ftipflop-Schaltung 330
auf den Leiter 351 stellt eine logische Null dar. so daß das UND-Gatter 321 außer Tätigkeit gesetzt
I. Der umgekehrte Ausgang des UND-Gatters321
den Transistor 320 in einen nichtleitenden Zuw Damit werden die Feldeffekttransistoren 314
und 315 zum Leiten gebracht. Der Feldeffekttransistor
316 befindet sich zur gleichen Zeir im nichtleitenden Zustand und ertaubt damit die Übertragung
von Ladung vom SpeicherkondensatoT 313 zum inte-4»
girierenden Kondensator 330.
Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 322 im quasi stabile« Zustand wird feiner Ober
die Leiter 338 an die UND-Gatter 334 und 335 angelegt, so daß die Übertragung in den Gattern außer
Tätigkeit gesetzt wird. Die UND-Gatter 334 und 335 sind" ferner mit dem Komparator 340 verbunden.
Wenn die UND-Gatter 334 und 335 außer Tätigkeit
sind, kommen die Transistoren 364 Und 3ö5 in eine«
nichtleitenden Zustand. Die Transistoren 366 und S* 367 sind ihrerseits "im"nieh"tleitetiden Zustand. Die
Transistoren 366 und 367 unterbrechen irtvnitehtleitenden
Zustand das Anlegen der Referenzströme, die von den Potentiometern'397 Und 398 geliefert werden,
welche durch die positiven unfd negativen Quel-
$5 len 368 und 369 m'tf Energie versorgt werden^ um
den integrierenden Kondensator 331 zu entladen.-t'amit
werden Während der tadungsübetträgürig die Vor
dem Rückkoppiungksystem geiieferfeivRef eretizströmi
unterbrochen. '· " ■'■ · ' '-■:'.''·'.' ru;:,^ :ά ■ :■':■- ·.<-:
Am Enöe der ^LädtmpüfertWglin^ kommt de
monöstabite· Mitltivibfäföf;322-irtseinen' stabilen; 1Zu
stand und' erzeugt ein AusgarfgssigEiai^&is^ein
logische Null darstellt. Dieses Signal geht über de: an Kipp-Eingang 325 der JK-Flipflop
...ο -_ J. Die JK-Flipflop-Schaltung wird dlai
„„ eingestellt und legt ihrerseits ein Signal an Ut
TJND-Gatter 341 an, das die Übertragung von durc
die Impulsquelle 342 erzeugten Zeitimpulsen zui
1095Ί8/4;
Claims (4)
1. Analog-Digital-Umsetzer, bestehend aus
einem Operationsimcgrator mit einem integrierenden Rückkopplungskondensator, einem Komparator,
dessen Auspingspolarität durch den Ausgang
des Operation integrators gesteuert wird, einer Referenzstromeuelle. die mit dem Eingang
des Operationsverstärkers verbunden ist. um den Rückkopplungskondensator mit t.ier geregelten
Geschwindigkeit zu entladen, einer Zeitschaltung, die mit dem Ausgang des Komparators verbunden
ist. um die En:ladungszeit des Rückkopplungskondensators zu messen, einer Schaltung,
um das Anlegen des analogen Signals an den Operationsintegrato - zu steuern, einer Einrichtung,
um die Refe'enzstromquelle während des
Anlegens des Signals an den Operationsintegrator außer Tätigkeit zu setzen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Polarität der Referenzstromquelle durch die Ausgangspolarität des Komparators
gesteuert wird, so daß die Wirkungen von Fremdströmen und Ladungen sowohl im Operationsintegrator als auch im Komparator während
der Zeitintervalle zwischen Messungen kompensiert werden.
2. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum
Steuern des Anlegens des analogen Signals an den Operationsintegrator besteht aus einem Ladungsspeicherkondensator
(115), dessen eine Klemme mit dem Eingang des Operationsintegrators verbunden ist. einem ersten Schalter (112), um den
analogen Signaleingang und die zweite Klemme des Ladungsspeicherkondensators nur während
der Anle^ezeit des analogen Signals miteinander zu verbinden, einem zweiten Schalter (Il 3). um
die zweite Klemme des Ladungsspeicherkondensatorr. nach der Anlegezeit des analogen Signals
für eine vorbestimmte Periode mit der Erde zu verbinden, so daß die Übertragung von Ladung
vom Ladungsspeicherkondensator zum integrierenden Rückkopplungskondensator ermöglicht
wird, und eine Schaltung (139) zur Steuerung der Arbeitsweise des ersten und dec. zweiten Schalters.
?·. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1.
dadurch gekennzeichnet. da» die Schaltung zum Steuern des Anlegens des analogen Signals an den
Operationsintegrator besteht aus einem ersten Kondensator (214). einem ersten Schalter (216).
der den ersten Kondensator während der Periode des Anlegens des analogen Signals mit dem
anülogen Signaleingang verbindet, einem zweiten Kondensator (247). dessin erste Klemme mit dem
Eingang des Operationsintegrators verbunden ist. eini:m zweiten Schaltet (212). der während einer
ersten Ladungsübertrajiungsperiode die eine Klemme des ersten Kondensators (214) mit der
zweiten Klemme des zweiten Kondensators (247) und die andere Klemme des ersten Kondensators
mit der Erde verbindet, so daß die Ladungsübertragung vom ersten Kondensator (214) zum zweiten
Kondensator (247) ermöglicht wird, und einem dritten Schalter (213). der während einer
zweiten Ladungsübertragungsperiode die zweite Klemme des zweiten Kondensators (247) und die
Erde verbindet, so daß die Übertragung von Ladung vom zweiten Kondensator (247) zum integrierenden
Rückkopplungskondensator (219) ermöglicht wird.
4. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstromquelle
und die Einrichtung zum Außertätigkeitsetzen der Referenzstromquelle bestehen aus einer ersten Gatterschaltung mit einem
Ausgang, einem Strorneingang, einem Gattereingang und einem Sperreingang, deren Ausgang mit
dem Eingang des Operationsintegrators und deren Gatiereingang mit dem Ausgang des Komparators
verbunden sind, einer ersten Stromquelle mit einer gegebenen Polarität, die zwischen den
Stromeingang der ersten Gatterschaltung und die Erde geschaltet ist. einer zweiten Gatterschaltung
mit einem Ausgang, einem Stromeingang, einem Gattereingang und einem Sperreingang, deren
Ausgang mit dem Eingang des Operationsintegrators verbunden ist, einer zweiten Stromquelle mit
entgegengesetzter Polarität wie die erste Stromquelle,
die zwischen den Stromeingang der zweiten Gatterschaltung und die Erde geschaltet ist.
einer Umkehreinrichtung, die zwischen den Ausgang des Signalkomparators und den Gattereineang
der zweiten Gatterschaltung geschaltet ist, und einer Steuerschaltung, die mit den Sperreingängeii
der ersten und der zweiten Gatterschaltung verbunden ist, um beide Gattcrschaltungen
während der Perioden der Ladungsübertragung außer Tätigkeit zu setzen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
•17 7
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