DE1948495B2

DE1948495B2 - Analog digital umsetzer fuer kleine signale mit sicherer beseitigung von fehlerspannungen

Info

Publication number: DE1948495B2
Application number: DE19691948495
Authority: DE
Inventors: Paul Edward Matawan N.J. Prozeller (V.StA.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE1948495A1; GB1227066A; BE739428A; ES372276A1; SE349437B; AT299583B; FR2019206A1; US3541446A; NL6914717A

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

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-

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-

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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 £a_{und erÄugt},_eemh «n Au«- £^ _dä_s 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 kttranM}3_toren 314

ifruchteifder gespeicherten L._.
tätsverhältnis der KondensatorenI_n 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 FeU}ielfekttran«istor..n Ml und ₃₁₂ durch die negative Quelle 315 in einen leitenden -i _{wenJen D(Unit wlrd w1e o}ben be-

r₃ £»«g .^ ^ _{anaIngen 8ΐριΗ|8} vorhan-

_{Speicherkonde}nsator 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 ^SP^a^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

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

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^- ₂an_Sspotential 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 Zu_w 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

Impulszähler 343 bewirkt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 322 betätigt die UND-Gatter und 335 und setzt damit die selektiv? Übertragung des von den Potentiometern 397 und 398 gelieler.jn Referenzstroms zum integrierenden Kondensator 331 unter dem EinfluB des Ausgangssignals des Komparator 340 in Tätigkeit. Dieser Referenzstrom geht zum integrierenden Kondensator 331. bis er entladen ist. woraufhin das Ausgangssignal des Komcarators 340 seinen Zustand ändert. Die Änderung des Zustands des Ausgangssignals des Komparator geht über die Leiter 347 oder 349 des RUckkopplungssystems und die Umkehreinrichtung 359 zum Rücks'telleingang 344 der JK-Flipflop-Schaltung 330. Hierdurch wird die JK-Flipflop-Schaltung 330 rückgestellt und das UND-Gatter 341 außer Tätigkeit gesetzt, wobei das Anlegen von Inmpulsen der Impulsquelle 342 an den Zähler 343 unterbrochen wird. Die Anzahl der vom Zähler gezählten Impulse ist der Größe der in die digitale Form umzuwandelnden analogen Spannung dire'r proportional. Wenn auch das Prinzip der Erfindung an Hand einer speziellen Ausführung beschrieben wurde, so können vom Fachmann coch Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Wesen und Ziel der Frfindung abzuweichen. Paten'iinsprüche:

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 de^c. 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

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