DE2052753A1

DE2052753A1 - Analog/Digital Umsetzer

Info

Publication number: DE2052753A1
Application number: DE19702052753
Authority: DE
Inventors: Howard Anthony Metcalf Eric Farnborough Hampshire Dorey (Großbntan men)
Original assignee: Solartron Electronic Group Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1969-10-29
Filing date: 1970-10-28
Publication date: 1971-05-06
Also published as: US3768009A; FR2065754A1; FR2065754B1; GB1271297A; SE364836B

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl-Ing. Wolfgang Reichel

6 Frankfurt a. M. 1

ParksiraßelS ■

THE SOIARTRON ELECTRONIC GROUP LIMITED, Farnborough, England

Ana 1 og/D ig i.t a 1-Ums e t ζ er

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog/Digital-Umsetzer, und zwar ..,einen" Zeichen/Pause-Analog/Digital-Umsetzer der insbesondere als digitales Voltmeter verwendet werden kann, mit einer auf ein erstes und ein zweites elektrisches Signal durch Abgabe eines integrierten Ausgangssignals ansprechenden Integrier- und Vergleicherschaltung, der das erste und das zweite elektrische Signal während eines UmsetzerIntervalls bzw. ständig unter Steuerung durch eine bistabile Kippschaltung zugeführt werden, die so ausgeführt ist, daß sie zu/vorbestimmten Zeiten in einen ersten und immer dann, wenn die Ausgangsspannung einen bestimmten Wert, einen sogenannten Stellwert, erreicht, in einen zweiten Zustand schaltet, und mit einem Zähler, der Taktimpulse während des Abschnitts des Umsetzerintervalls zählt, bei dem sich die bistabile Kippschaltung in einem Zustand befindet.Als Folge davon nimmt die Ausgangsspannung zu und wieder ab und das Verhältnis .zwischen den beiden Signalen ist proportional zu dem Verhältnis der Zeit, während der sich die bistabile Kippschaltung in dem einen Zustand befindet, zu der gesamtzeit; daraus ergibt sich der Name/Zeichen/Pause-Umsetzer.

Derartige Umsetzer sind in der britischen Patentschrift Nr. 1057 696 oder der deutschen Patentschrift 1 289 101 besohrieben. Diese Umsetzer weisen das Merkmal auf, das mehrere

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Arbeitszyklen, insbesondere sieben, notwendig sind, bevor sich das Meßinstrument auf einen Dauerzustand einstellt, in dem die oben erwähnte Proportionalität gegeben ist. Die britische Patentschrift Nr. 1 200 773, die der deutschen Patentschrift .,...»... entspricht, beschreibt einen ähnlichen Umsetzer, bei dem ein Schwellwert verändert wird, um ein rascheres Erreichen des stetigen Zustande zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rasches Erreichen des stetigen Zustande auf besonders einfache Weise zu erzielen, wobei es nicht notwendig ist, einen veränderlichen Schwellwert zu verwenden, (wenn auch die Anordnung gemäß der Erfindung mit der Anordnung der zuletzt genannten Druckschrift, wenn es erforderlich ist, zusammengeschaltet werden kann).

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem Analog/Digital-Umsetzer der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß eine Taktschaltung die Intervalle zwischen den aufeinanderfolgenden bestimmten Zeiten während des Umsetzerintervalls nach einem bestimmten Programm verändert. Durch das Programm kann die Dauer der Intervalle während eines Umsetzerintervalls bzw. während einer Messung mindestens einmal geändert werden. Vorzugsweise vermindert das Programm die Dauer der Intervalle während der Messung, bzw. während des Umsetzerintervalls allmählich und nach einem besonders zweckmäßigen Programm werden die Intervalle jeweils um den Faktor zwei, so wie es unten beschrieben ist, vermindert.

Das erste Signal ist vorzugsweise das Eingangssignal, das umgesetzt werden soll, während das zweite Signal ein Bezugssignal ist, wobei jedoch beide Signale vertauscht werden können und auch gar kein Bezugssignal vorgesehen sein muß, wenn man nur das Verhältnis-zwischen zwei Signalen bestimmt. Es werden übliche stetige Signale verwendet, es können aber auch gepulste Signale verwendet werden, wie sie bei einigen digitalen Voltmetern gut bekannt sind.

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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben, Dabei zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform und

Figur 2 ein Beispiel für eine bei der Ausführungsform sich ergebende Kurve zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise.

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Nach Figur 1 wird eine unbekannte Spannung Vj einer Eingansklemme 10 zugeführt, die über einen Eingangswiderstand 11 mit einer Integrierschaltung verbunden ist. Die Integrier- * schaltung enthält einen Rechenverstärker 12 mit einem Rückkopplungskondensator 13» Der Integrierschaltung wird ferner eine entgegengesetzt gerichtete Spannung -V_R über einen Feldeffekttransistor-Schalter 14 und einen Widerstand 15 zugeführt. Die Spannung -V_R wird dann zugeführt, wenn sich eine bistabile Kippschaltung 16 in ihrem Rückstellzustand befindet, so daß der Schalter 14 geschlossen ist, wobei sich die bistabile Kippschaltung 16 zu Beginn des Umsetzer- oder Meßintervalls in dem Rückstellzustand befindet. Der Strom aufgrund der Bezugsspannung -Vp ist so bemessen, daß er größer ist, als der'volle Wert, der sich durch die Spannung Vj ergibt. Zu Anfang nimmt deshalb die Ausgangsspannung V₀ des integrierenden Rechenverstärkers 12 zu, bis sie einen Schwellwert V^ eines Schwellwertdetektors 17+ erreicht. V_Q und Vj. sind in Figur 2 dargestellt. Wenn Y_Q den Schwellwert V^ erreicht, dann setzt der Schwellwertdetektor 17 die bistabile Kippschaltung 16, die den Schalter 14 öffnet. Die Spannung Vj bewirkt nun, daß die Ausgangsspannung V₀ abnimmt, bis die bistabile Kippschaltung 16 durch einen impuls einer Taktschaltung 18 zurückgestellt wird. Das Zunehmen und Abnehmen wiederholt sich dann, jedoch werden die Zeitabschnitte, nach denen die bistabile Kippschaltung 16 gesetzt wird allmählich, wie es in Figur 2 dargestellt ist, kürzer.

(Zu diesem Zweck enthält die Taktschaltung 18 einen Taktgenerator 19, dessen Ausgangspuls eine Frequenz von 819,2 kHz haben kann, die durch einen 7-Bit-Zähler 20 und einen weiteren 7-Bit-Zähler 21, dessen Bit mit dem größten Stellenwert sich am unteren Ende in Figur 1 befindet und auf der Leitung IA erscheint, geteilt wird, eo daß 20 ms-Zeitabschnitte entstehen. Die Impulse des Zählers 20 erscheinen mit einer Periode von 0,15625 ms und nachdem der Zähler 21 64 dieser

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Impulse gezählt hat, d.h. nach 10 ms erreicht der Zähler 21 einen Zählerstand von 1000000... Der Übergang des Bits mit dem größten Stellenwert von O nach 1 wird dazu verwendet, einen Impuls von der Leitung L1 über einen Kondensator 22 und eine ODER-Schaltung 25 zu leiten, wodurch die bistabile Kippschaltung 16 rückgestellt wird. Nach weiteren 32 Impulsen mit einer Dauer von 0,15625 ms stellt sich auf dem Zähler 21 die Ziffer 11000001 ein und es wird eine UND-Schaltung 24 geöffnet, so daß ein Impuls auf einer Leitung I^ über einen weiteren Kondensator 22 zu der ODER-Schaltung 23 gelangen kann. Weitere UND-Schaltungen 25 bis 29 stellen die Zustände 1110000, 1111000, 1111100, 1111110 und 1111111 fest und stellen die bistabile Kippschaltung 16 über die ODER-Schaltung 23 nach den Zeitabschnitten, die in Figur 2 dargestellt sind, zurück. Am rechten Ende dieser Figur ist es nicht möglich, Zeitabschnitte von 0,3125 ms, 0,15625 ms und (wieder) 0,15625 ms zu zeigen, da der Maßstab zu gering ist, und es ist dementsprechend der letzte Teil von V₀ nicht dargestellt. Der letzte Zeitabschnitt von 0,15625 ms wird durch einen Impuls beendet, der über einen Kondensator 30 von einer Leitung L3 abgegeben wird, wobei durch diesen Impuls der Übergang von 1 nach 0 des Bits mit dem größten Stellenwert des Zählers 21 angegeben wird. Dieser Impuls wird der ODER-Schaltung 23 zugeführt/,und er wird auch dazu verwendendes Endes des Meßintervalls oder Meßzyklus von 20 ms Dauer zu kennzeichnen.

Der zuletzt erwähnte Impuls stellt auch einen Zähler 31 zurück und überträgt dessen Inhalt an eine Auslese^speichervorrichtung 32. Der Zähler 31 hat während der Zeiträume, während der die bistabile Kippschaltung 16 zurückgestellt ist, ungeteilte Taktimpulse angesammelt, da die bistabile Kippschaltung im rückgestellten Zustand eine. UND-Schaltung,33 öffnet, so daß diese Taktimpulse durchgelassen werden. Wenn die Zahl der Taktimpulse, die während eines Meßzyklus -gezählt werden, N ist, dann ist Vj proportional zu N.

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Der Fehler, der in dem integrierenden Kondensator 13 am Ende jeder'Ablesung gespeichert wird, kann geringer gemacht werden als das Auflösungsvermögen des Umsetzers_/und dieser Zustand kann während jedes Zeitabschnitts zwischen den abgelesenen Werten aufrecht erhalten werden. Dementsprechend ergibt sich für die Anordnung vor dem Ablesen eine Einstellzeit die eigentlich O ist. if kann von dem ersten Zyklus an abgelesen werden.

Der Umsetzer kann so aufgebaut sein, daß er mit einer konstanten Frequenz umgeschaltet wird, oder daß die Zahl der Umschaltvorgänge verglichen mit der zählenden Impulszahl gering ist, wodurch Fehler durch die UmsohaItzeiten vermindert werden.

Es . ist ein Verstärker mit scheinbarer Erde beschrieben, wobei die gut bekannten Potentiometerformen verwendet werden können.

Es ist ferner ein Voltmeter zum Umsetzen von Eingangssignalen nur eines Vorzeichens beschrieben, jedoch kann die Schaltung nach bekannten Möglichkeiten so erweitert sein, daß sie EingangssignaIe eines Vorzeichens bearbeiten kann.

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Claims

Patentansprüche

Analog/Digital-Umsetzer mit einer auf ein erstes und auf ein zweites elektrisches Signal durch Abgabe eines integrierten Ausgangssignal ansprechende Integrier- und Vergleicherschaltung, der das erste und das zweite elektrische Signal während eines Umsetzerintervalls bzw. ständig unter Steuerung durch eine bistabile Kippschaltung zugeführt werden, die so ausgeführt ist," daß sie zu{vorbestimmten Zeiten in einen ersten und immer dann, wenn die Ausgangsspannung einen bestimmten Wert erreicht, in einen zweiten Zustand schaltet und mit einem Zähler, der Taktimpulse während des Abschnitts des Umsetzerintervalls zählt, bei dem sich die bistabile Kippschaltung in einem Zustand befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Taktschaltung (18) die Intervalle zwischen den aufeinanderfolgenden bestimmten Zeiten während des Umsetzerintervalls nach einem bestimmten Programm verändert.
2. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch" ,gekennzeichnet,

daß das Programm die Dauer der Intervalle während eines Umsetzerintervalls mindestens einmal vermindert. '
3. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Programm die Dauer der Intervalle während eines Umsetzerintervalls allmählich vermindert.
4. Analog/Digital-Umaetzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Programm die Intervalle nacheinander jeweils um den Paktor zwei vermindert.

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5. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Taktschaltung einen Tektimpulsgenerator (19» 20), einen binären Zähler (21) zunrZählen der Impulse und Vorrichtungen (22 bis 29) aufweist, die auf den Stand des Zählers durch Umschalten der-bistabilen Kippschaltung (16) in den ersten Zustand ansprechen,und zwar dann, wenn das Bit des Zählers mit dem bedeutendsten Stellenwert nach 1 geht, wenn anschließend
das Bit des Zählers mit dem zweiten Stellenwert nach 1 geht, wenn anschließend auch das Bit mit dem dritten Stellenwert
nach 1 geht, ubw.

'Rei/diN

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