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Verfahren zur Polaritätsermittlung bei der AD-Wandlung nach dem Iterationsverfahren
mit nichtlinearer Kennlinie vorz- :sweise für PCM-Systeme Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Polaritätsermittlung bei der AD-Wandlung nach dem Iterationsverfahren
mit nichtlinearer Kennlinie vorzugsweise für PCM-Systeme.
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Es sind Verfahren von AD-Wandlern nach dem Iterationsverfahren mit
einem oder zwei Vergleichskreisen bekannt.
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Bei einem Verfahren mit zwei Vergleichskreisen wird die PAM beiden
Komparatoren (Vergleichern) direkt zugeführt, die Polarität der Vergleichsspannungen
ist für beide Komparatoren unterschiedlich.
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Bei einem anderen Verfahren mit zwei Vergleichskreisen wird die PAM
dem einen Komparator direkt und dem anderen phasenumgekehrt zugeführt, die Vergleichsspannungen
liegen direkt an den Komparatoren und haben nur eine Pols, rität.
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Bei einem Verfahren mit einem Vergleichskreis wird Je nach Polarität
der PAM die positive oder negative Vergleichsspannung an den Komparator geschaltet.
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Ein anderes Verfahren mit einem Vergleichskreis arbeitet mit einer
Vergleichsspannungspolarität, Je nach Polarität der PAM wird diese phasenumgekehrt
oder nicht phasenumgekehrt an den Komparator geschaltet.
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Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß nach Löschung des alten
und Abtastung des neuen PAM-Wertee als erstes die Polarität der PAM ermittelt werden
muß. Bei Verfahren mit zwei Vergleichs spannungen ist dies erforderlioh,
da
je nach Polarität auf den einen oder anderen Komparator zur Gewinnung des Rinärcodes
geschaltet werden muß, denn es kann Je nach Polarität nur Jeweils ein Komparator
den Vergleich während der einselnen Abfragen durchführen. Beim Verfahren mit einem
Vergleichskreis und positiver oder negativer Vergleichsspannung ist es erforderlich,
da in Äbhängiakeit von der Polarität der PAM die Polarität der Vergleichsspannung
des Bewertungsnetzwerkes umzuschalten ist, während beim Verfahren mit einem Vergleichskreis
und phasenumgekehrter und nicht phasenumgekehrter PAM auf die phasenumgekehrte und
nicht phasenumgekehrte PA geschaltet werden muß. außerdem ist beim Verfahren mit
einem Vergleichskreis und poßitiver und negativer Vergleichsspannung die nssage
des Komparators bei der Codierung des Ämplituden-3etrages bei positiven PAM-Werten
negiert gegenüber der bei nenegativen. Das heißt, bei positiven PAM-Werten, die
grö Ber als die Vergleichsspannung sind, sagt er "L" und bei negativen "O". Zur
Erzeugung der PCM-Impulse und zur Schaltung der Abfragelogik des AD-Wandlers muß
deshalb die eine Aussage gleich vom Beginn der Amplitudencodierung an negiert werden,
wozu die Kenntnis der Polarität erforderlich ist.
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Bei den bekannten Verfahren erweist ee sich als nachteilig, daß unmittelbar
nach der Löschung des alten und Xbtastung des neuen Amplitudenbetrages, wenn noch
große Störungen durch Überschwingen azif Grund großer und sehr schneller Amplitudenänderungen
sowie großen Stromverbrauchs vorliegen, durch den Komparatorverstärker die Entscheidung
mit der höchsten Empfindlichkeit, die Polaritätsentscheidung, gefällt werden muß.
Die Differenzen zwischen den Vergleichsspannungen, die dabei dem Komparatorverstärker
angeboten werden, liegen im ungünstigsten Fall unterhalb des Spannungsbetrages der
kleinster zu codierenden Amplitudenstufe. Die Störungen können zu
einer
Fehlermittlung der Polarität führen, was sich im hohen gLlsntisierungsgeräusch bei
kleinen Amplitudenbeträgen niederschlägt.
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Weiter erweist es sich als Nachteil, daß bei den bekannten Verfahren
ein Bit für die Polaritätsentscheidung benötigt wird. Bei der 7-Bit-Codierung (sechs
Bit für die Amplitudenkennzeichung, ein Bit für die Polaritätskennzeichnung) steht
auf Grund der Tatsache, daß pro Kanal eine Taktzeit von acht Bit tur Verfügung steht,
eine Zeit von ein Bit für die Ldachung und Abtastung bereit. Diese Zeit ist bei
der 8-Bit-Codierung (sieben Bit für die Amplitudenkennzeichnung, ein Bit für die
Polaritätskennzeichnung) nicht vorhanden. Hier muß entweder innerhalb einer Bitzeit
die Löschung, Abtastung und Entscheidung der Polarität durchgeführt werden, was
erhebliche Anforderungen auf Grund der kurzen Impulse für Löschung und abtastung
an die Grenzfrequenz der Verstärkerelemente wegen Nebensprechen stellt und wegen
der Kürze der Entscheidungszeit sehr schnelle Komparatorverstärker und nachgesohaltete
Logikteile erfordert, oder es müssen bestimmte Teile des AD-Wandlers doppelt angeordnet
werden, die dann wechselweise arbeiten.
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Problematisch ist auch die Umschaltung der Polarität der Referensgpannungsquelle
des Bewertungsnetzwerkes, da die Spannungsbeträge in der pro-mille-Größe einander
gleich zu sein haben und die Umschaltung innerhalb von 100 bis 200 ns erfolgen muß.
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Schließlich ist auch die Umschaltung zwischen phasenumgekehrter und
nicht phasenumgekehrter PÄM bei kleinen PAM-Pegel durch dabei auftretende Störungen
kritisch.
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Die unterschiedlichen Nullpunkte sind dabei noch ein zusätzliches
Problem.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln,
das es ermöglicht, die Polaritätsentscheidung vom Beginn der PAM-Bewertung und damit
aus dem Bereich der großen Störungen zu verlegen und das Polaritätsbit paralles
zu den Amplitudenbits, zwischen oder nach den Amplitudenbitß zu gewinnen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird von der Tatsache ausgegangen, daß bei
einer bekannten Anordnung zum Iterationsverfahren mit zwei Komparatcren, einem einpolaren
Bewertungsnetzwert und phasenumgekehrter und nicht phasenumgekehrter PAM es sich
ergibt, daß nur jeweils ein Komparator bei positiven und negativen PAM-Werten auf
die einzelnen Ab fragen während der Amplitudencodierung mit "ja" und "nein", d.
h. PAM größer oder kleiner als die Vergleichsspannung, antwortet und der andere
komparator dazu ständig "nein" sagt. Erfindungsgemäß werden die Aussagen eines oder
beider Komparatoren während der Amplitudencodierung beobachtet, eingespeichert und
nach den Bits des Amplitude im Codewert abgegeben. Dabei bedarf es nur ei ner einzigen
ja-Aussage eines der beiden komparatoren, um die Polarität zu ermitteln. wiegt die
zu codierende Amplitude unterhalb des Wertes für die kleinste Amplitudenstufe, so
sagen beide Komparatoren bei allen Abfragen "nein", und man muß sich für diesen
Fall für eine bestimmte Polarität entscheiden, was keine Fehler bringt, da es gleichgültig
ist, ob ein Spannungabetrag von 0 Volt mit + oder - gekennzeichnet wird. Zur Bildung
der Amplitudenbits brauchen die beiden gomparatoraussagen nur über eine Oder-Schaltung
zusammengeführt werden.
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Es ist auch möglich, die Polaritätsermittlung erfindungs gemäß so
vorzunehmen, daß die beiden Xomparatoren zur Bildung der Ämplitudenbite über eine
Oder-Schaltung zusammengeführt sind und nach Abschluß oder auch während einer eingeschobenen
Pause in der Amplituden-Codierung
das Bewertungsnetzwerk auf 0 geschaltet,
ein Komparator abgeschaltet und hinter der Oder-Schaltung die duesage des eingeschaltet
gebliebenen Komparator abgenommen wird.
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Je nach positiver oder negativer PÄM wird diese L oder 0 -sein, g
daß aus ihr das Polaritätsbit gewonnen werden kann.
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Gegenüber den bekannten Verfahren ergeben sich folgende Vorteile:
Zur sehr kleine zu codierende Amplituden, für die an sich die Störungen von Interesse
sind, erfolgt die erste Abfrage jetzt mt der größten Vergleichsspannung und die
letzte mit der kleinsten, so daß der Abfall der Vergleichsspannung und daß Abklingen
der Störung gleichartig verläuft und damit die geringste Beeinflussung vorliegt.
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Die Polaritätsumschaltung des Bewertungsnetzwerkes und der sie versorgenden
Referenzspannungsquelle entfällt.
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Dadurch vereinfachen sich beide Baugruppen und die Zeit-und Amplitudenprobleme
beim Umschalten entfallen.
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Das Verfahren, bei dem die Polaritäts.rmittlung parallel zur Amplitudencodierung
erfolgt, hat den weiteren Vorteil, daß keine zusätzliche Zeit für die Polaritätsermittlung
benötigt wird und für die Löschung und Abtastung bei der 7-Bit-Codierung zwei Bitzeiten
und bei der 8-Bit-Codierung noch eine Bit zeit zur Verfügung stehen.
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Doppelaufbauten von Teilen des AD-Wandlers sind in diesem Halle nicht
erforderlich, da diese Zeit ausreicht.
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Die Polaritätsermittlung ist hierbei auch nicht mehr von der Präzision
eines eigens zu diesem Zweck durchgeführten Vorganges abhängig, sondern sie fällt
bereite an, wenn ein Komparator während der Amplituden-Codierung auch nur einmal
auf eine Abfrage " a", das heißt PAM größer als Vergleichsspannung, gesagt hat.
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Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert
werden. Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel, Pig. 2 das zugehörige 8pannungadiagramm
für eine 8-Bit-Codierung und zwar mit Ableitung der Polarität aus der in zwei Speicher
33 4 übernommenen Aussage der Komparatoren 1; 2. Die PAM wird dem Komparator 1 direkt
und dem Komparator 2 über das Phasenumkehruii6d 13 zugeführt. Die Vergleichsspannung
erhalten die Komparatoren vom einpolaren Bewertungsnetzwerk 14.
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Die Aussage der Komparatoren wird über die Torschaltungen 5; 6 jeweils
zur Taktgrenze kurzzeitig in die Flip-Flop 3 und 4 eingespeichert. Die Taktimpulse
G und G# öffnen dabei für etwa 30 bis 50 ns die Torschaltung 5. Der Eomparator 1
liefert bei positiven PAM-Werten auf die 1.
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bis 7. Abfrage in der Taktzeit 8' bis 6 die jeweilige ja-oder nein-Aussage
(gleich L oder 0), während der Eomparator 2 dabei ständig 0 liefert. Bei negativen
PAM-Werten erfolgt dies umgekehrt, Die Aussage steht für jeweils eine Taktzeit in
den Flip-Flops 3 und 4, während in jeder folgenden Taktzeit die jeweils nächste
Aussage eingeschrieben wird. Liefert ein Komparator als Antwort auf eine Abfrage
ein L, so kippt der Ausgang der Flip-Flops 3 oder 4 auf 0. Diese 0 geht über die
in negativer Logik arbeitende Oder-Schaltung 7 und über die Polaritätseinblendung
8 als L-PCM-Bit aus der Schaltung heraus. Bei O vom Komparator erfolgt alles entsprechend
negiert. Zu Beginn der 9. Tacktzeit werden die Flip-Elops 3 und 4 durch denn Rückstellimpuls
R@ vom Rückstell-Flip-Flops 9 in die Ausgangsstellung mit L am Ausgang gekippt.
Der Polaritätsspeicher 10 wird in der 1. Hälfte der 1. Taktzeit durch den Rückstellimpuls
R2 vom Rückstell-Flip-Flop 11 in die Ausgangsstellung mit O am Ausgang gekippt.
Werden positive PAM-Impulse, die mindestens den Wert der klein sten zu codierenden
Stufe überschreiten, codiert, so wird
der Positiv-Flip-Flop 3 in
der Taktzeit 1 bis 7 mindestens einmal auf 0 am Ausgang stehen und damit den Polaritätsspeicher
10 auf L am Atzsgang kippen. In der 8. Taktzeit wird die Information, welche im
Polaritätaapeicher 10 steht, über die Polaritäts-Torschaltung 12 an die Poles ritätseinblendung
8 gegeben und somit als letztes L-PCM-Bit dem Codewort für die Amplitude angehängt.
Hat der Positiv-Flip-Flop 3 nicht gearbeitet, sondern nur der Negativ-Flip-Flop
4, so verbleibt der Polaritätsspeicher 10 in seiner Ausgangsstellung und eine 0
als letztes PCM-Bit ist die Folge.
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Im Prinzip kann man die Polaritätsauoeage auch an den Punkten A oder
3 abgreifen und in einem Polaritätespeicher einspeichern, jedoch bekommt man hier
auf Grund der unterschiedlichen Ansprechwerte in Bezug auf Zeit und Schwelle leicht
Differenzen zwischen den beiden Speicheraussagen bei kleinen zu codierenden Amplituden.
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Die Driftregelungen 16 17 arbeiten während einer extra dafür reservierten
Zeit parallel nebeneinander.
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Fig. 3 zeigt ein 2. Ausführungebeispiel ebenfalls für eine 8-Bit-Codierung,
Fig. 4 das zugehörige Spannungsdiagramm.
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Die Aussage des entsprechend der Polarität jeweils tä tigen Komparators
wird hier nicht in zwei getrennte Flip-Flops eingespeichert, sondern über Komparator-Torschaltungen
5 und 6 und Eomparator-Oder-Schaltung 18 auf einen gemeinsamen Flip-Flop 15 gegeben.
Die Komparatoren liefern auf die 1. bis 7. Abfrage in der Taktzeit 8' bis 6 die
jeweilige Antwort auf die Amplitudenabfrage, welche vom Flip-Flop 15 in der Taktzeit
1 bis 7 ala PCM-Bit-Impulse abgegeben werden. In der 7. Taktzeit wird das 3ewertuqsnetzwerk
14 auf 0 geschaltet und die Komparator-Torschaltung 6 des Komparatore 2 abgeschaltet,
BO daß nur der
Komparator 1 seine Aussage liefert. erden positive
Amplituden codiert, so wird der Komparator 2 ein L liefern, welohes in den Plip-Flop
15 eingeschrieben, während der 8. Taktzeit abgegeben und damit als letztes PCM-Bit
den Bits für die Amplitude angehängt wird. Bei negativen Amplituden wird der Komparator
1 entsprechend eine 0 liefern. Die Driftregelungen 19; 20 arbeiten während einer
extra dafür reservierten Zeit gestaffelt nacheinander.