DE2116765A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Wandlung eines Analogsignals in ein simultanes Digitalsignal - Google Patents

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Wandlung eines Analogsignals in ein simultanes Digitalsignal

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wandlung eines Analogsignals in ein simultanes Digitalsignal sowie die Schaltungsanordnung zur Ausführung des genannten Verfahrens. Die Tatsache, dass es sich hier um echte Gleichzeitigkeit der Signale handelt, muss besonders betont werden. Dies bedeutet, dass alufend die vollständige digitale Darstellung eines Analogsignals für die weitere Verwendung verfügbar ist.

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Das Erfassen beliebiger technischer Vorgänge geschieht in der Regel in analoger Form. Sein Zweck liegt in der Ermittlung von Daten, die weiter verarbeitet werden, sollen. Zu letzterem eignet sich aber oft die digitale Form besser. Es besteht daher ein echter Bedarf nach geeigneten Verfahren zur Wandlung von analoger in digitale Darstellung. Den Möglichkeiten der Anwendung solcher Verfahren sind kaum Grenzen gesetzt. Analog-Digilalwandler sind in der gesamten Elektronik anzutreffen. Sie werden besonders dort gebraucht, wo anfallende Information einem Zweck nur mittelbar dienlich gemacht werden kann. Zu den häufigsten Anwendungsgebieten gehören die Prozesssteuerung sowie die Informationsund Nachrichtentechnik. Dies ist eine Folge der Vorteile, welclxe die Ueberrnittlung, Verarbeitung und Speicherung von Daten in digitaler Form bieten.

Bei den meisten bekannt gewordenen Verfahren zur Analog-Digilalwandlung werden die Analogwerte zu bestimmten Zeiten abgetastet und gespeichert. Dann werden die Abtastwerte beispielsweise durch Vergleich mit Bezugsgrössen mehrfach

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gemessen und die zugehörigen Digitalwerte ermittelt. Diese stehen direkt oder nach vorübergehende!" Zwischenspeicherung für die weitere Verwendung zur Verfügung. Der erwähnte Messvorgang muss für jeden Abtastwert wiederholt werden, so dass bei grosser Frequenzbandbreite des Analogsignals die erzielbare Arbeitsgeschwindigkeit eine immer wichtigere Rolle spielt.

Die aufgezählten Einzelschritte einer Analog-Digitalwandlung können durch verschiedenartige elektronische Schaltelemente ausgeführt werden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass vor allem aktive Elemente wie Verstärker, Impedanzwandler und auch rückgekoppelte Schaltungen der Arbeitsgeschwindigkeit Grenzen setzen. Es ist daher wichtig für das rasche Arbeiten, auf aktive Schaltelemente soweit als möglich zu verzichten und, wenn solche unumgänglich sind, nur die schnellsten unter ihnen zu verwenden. Gleichzeitig muss auch das Umwandlungsverfahren selber auf seine Eignung hinsichtlich hoher Arbeitsgeschwindigkeit erprobt sein. Beispielsweise erscheint die Wahl eines Verfahrens attraktiv, welches alle Teile eines Digitalausdrucks gleichzeitig produziert. Dies erheischt aber soviele Vergleichersehaltungen

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als Quantisieruiigsstufen bei der Analog-Digitalwandlung vorgesehen sind. Die Folge davon ist grosser schaltungstechnischcr Aufwand, der die Wirtschaftlichkeit in Frage stellt. Ausserdem gilt stets der Grundsatz, dass ein Verfahren sich umso besser fur hohe Arbeitsgeschwindigkeit eignet, je weniger unteremanclei.· verkettete Einzeloperationen zur Ausführung nötig sind.

Die Qualität der erzielten Resultate hängt ebenfalls eng mit der Art der verwendeten Schaltelemente und deren Anzahl zusammen. Einfache Schaltung und wenige, aktive Elemente bieten die beste Gewähr für hohe Genauigkeit und Konstanz. Auch unerwünschte Zeitverzögerung lässt sich auf diese Art vermeiden. Mit den bekannten Verfahren und Schaltungsanordnungen zur Analog-Digitalwandlung ist es bisher kaum gelungen, alle die aufgezählten Schwierigkeiten zu meistern oder zu umgehen.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren, das den Zweck hat, ein Analogsignal ohne jede Verzögerung in ein Digitalsignal zu wandeln. Als Folge davon tritt das Digitalsignal simultan mit dem Analogsignal auf, wie dies bereits betont worden ist.

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Ein weiterer Zweck des erfinderischen Verfahrens ist es, die Digitalanzeige ohne Staffelung sondern vollzählig in all ihren Teilen zu gestalten. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei binärer Darstellung mit drei Stellen jederzeit der dreistellige AusdrucK vollständig und parallel, stellvertretend für das eingegebene Analogsignal verfügbar ist.

Die zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagene Schaltungsanordnung bezweckt durch Einfachheit des Aufbaus und Auswahl geeigneter Schaltelemente den Betrieb mit Analogsignalen grosser Frequenzbandbreite. Damit ist ein nach der vorliegenden Erfindung aufgebaiiter Analog-Digitalwandler fähig, einen grossen Informationsfluss zu verarbeiten, beispielsweise Sprach- und Bildsignale umzuformen.

Durch die Einfachheit des Aufbaus wird zusätzlich die Verwendung kritischer Schaltelemente vermieden und zugleich die Herstellung als integrierte Schaltung angestrebt. Der Zweck ist natürlich Zuverlässigkeit, Konstanz, Reproduzierbarkeit und niedrige Herrstellungskosten, mit einem Wort: Wirtschaftlichkeit.

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Die genannten Ziele lassen sich durch ein Verfahren erreichen, das dadurch gekennzeichnet ist,

dass ein elektrischer Masstab mit einer Anzahl η Stufen zur isewertung der Amplitude desAnalogsignals erzeugt wird,

dass diese Amplitude mit dem genannten Masstab gemessen ψ wird, und

dass während der Messung zu jedem Zeitpunkt ein Signal die höchste jeweils überschrittene Stufe anzeigt.

Eine Schaltungsanordnung zur Ausführung des genannten Verfahrens ist gekennzeichnet durch

wenigstens (n - 1) Paare einander mit entgegengesetzter Polarität parallel geschalteter Dioden, die zwecks Erzeugung ψ des gestuften elektrischen Masstabes mit gewichtetem kon

stantem Strom beaufschlagt sind, ferner durch

wenigstens einen elektronischen Schalter je Stufe des Masstabes, der auf die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen eines Diodenpaares anspricht und die Digitalanzeige steuert. .

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mittels Zeichnungen in allen Einzelheiten erläutert.

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T^VJ "**"1)ο *■·*** ^ 1*0^ W** *"* '^ύ ό.ί^Λϊ* "^tt* 1 ein*¹¹'⁷!^* ο«

Es zeigen:

Fig. 1 a) eine Reihenschaltung von Diodenpaaren

zur Erzeugung einer Spannungstreppe mit acht Stufen,

Fig. 1 b) die Spannungsverteilung an der Schaltung

von Fig. 1 a) bei einem Analogstrom I =0,

Fig. 1 c) die Spannungsverteilung an derselben

Schaltung, wenn der Wert des Analogstromes I zwischen 5 I und 6 I liegt. a 00

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines

Analog- Digital-Wandle rs mit Schalt-

3 transistoren zur Anzeige einer von 2

Wertstufen und einer Matrix zur binären Kodierung der Anzeige,

Fig. 3 eine verbesserte Anzeigeschaltung mit

Rückwirkung der Anzeige auf den Speisestrom I des zugehörigen Knotens in der Reihe der Diodenpaare und schliesslich

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Fig. 4 ein zweites Ausiührungsbeispiel eines

Analog- Digital-Wandlers mit Dioden-Einzelpaaren zur Vermeidung der grossen Potentialdifiercnz zwischen, den Enden eiiiex· längen Reihe von Diüüiüiuaareii.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. la sind acht Diodenpaare dargestellt. ' Die zwei Dioden eines Paares sind jeweils mit entgegengesetzter Polarität einander parallel geschaltet. Alle Paare sind in einer Reihe zusammengeschlossen, deren Anfang links an Erdpotential liegt. Von einem Leiter, der auf dem Potential +U liegt, führen Verbindungen zu je einem Knoten der aus den Diodenpaaren gebildeten Reihe.

Jede dieser Verbindungen enthält eine Konstantstromquclle S, welche

^ dem betreffenden Knoten in der Diodenkelte einen Strom I zuführt.

Der Verbindungspunkt des letzten Diodenpaares am Ende der Reihe rechts ist nicht nur mit einer Konstantstromquellc S verbunden, sondern auch mit einem zweiten Leiter, 'über welchen der Schaltung

ein Strom I entnommen wird.
a

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Tn der Fig. Ib ist die Spannungsverteilung an der beschriebenen Reihe von Diodenpaaren gezeigt. Die Darstellung gilt für den Ruhezustand d.h. wenn der Strom I =0 ist. Die von den acht

Konstantstromquellen S gelieferten Ströme I flies sen alle nach links durch wenigstens ein oder mehrere Diodenpaare zum Erdanschluss ab. Entsprechend der Polung leitet ,natürlich nur eine Diode eines Paares den Strom. Nun bildet sich an jeder stromdurchflossenen Diode die Diodenspannung U aus. Im vorliegenden Fall liegt der rechte Verbindungspunkt eines Diodenpaares auf einem um U höheren Potential als der linke. In dieser Weise entsteht die in Fig. Ib gezeigte Spannungstreppe, wobei jede einzelne Stufe der Spannungsdifferenz zwischen den Verbindungspunkten eines Diodenpaares also U entspricht.

Die Fig. Ic zeigt nun die Spannungsverteilung an derselben Diodenreihe, wenn der Strom I verschieden von null ist. Es wird dabei

angenommen, dass der Stromwert von I zwischen 5 I und 6 I *» ' a ο ο

liegt. Dadurch hat sich die Spannungstreppe völlig verändert. Bisher fiel die Spannung vom rechten Ende der Reihe in regelmässigen Stufen bis auf Erdpotential al). Jetzt aber hat der dritte

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Knoten, zwischen dem dritten und dem vierten Diodenpaar vom geerdeten Anfang der Reihe an gezählt, die relativ höchste Spannung. Von diesem Punkt an nach rechts fällt die Spannung wieder über jedem Diodenpaar um den Wert U , da sich die St rom richtung geändert hat. Wenn I grosser als 5 I ist, so müssen wenigstens

3. . O

fünf Ströme I und sogar ein Teil des sechsten_vnach rechts abfliessen, so dass in diesem rechten Teil der Diodenreihe nun die andere Diode eines Paares der Polung entsprechend Strom führt. Die Sx^annung fällt also bis zum Reihenende und erreicht dort sogar einen Wert um 2 U niedriger als der Nullpegel oder Erdpotential.

Die Form der Spannungslreppe ist vom Wert des Stromes I abhängig. Die Lage des Knotens der Diodenreihe mit der relativ höchsten Spannung zeigt diesen Wert an. Ist der Strom I grosser

Ά·

als 8 I , dann ist der Anfang der Reihe links mit seinem Knoten auf Erdpotential der Punkt mit der relativ höchsten Spannung. Alle Knoten rechts davon bis zum Reihenende sind dann je nach Abstand um eine Anzahl U negativer. Aus dem Vej-halten der vorliegenden Schaltung kann die Grosse des Stromes I abgelesen werden, wobei

et

acht Wertstufen zur Verfügung stehen. Aendert sich der Strom I

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proportional einem Analogsignal, dann ist auch die Anzeige im Rahmen der acht Stufen proportional dem Analogsignal. Diese Anzeige erfolgt praktisch ohne Verzögerung, da sie nur von der Reaktionsgeschwindigkeit der verwendeten stromführenden Schaltelemente abhängt. Das Resultat erscheint deshalb simultan mit dem Anlegen eines Analogsignals. Es sei hier noch gesagt, dass die Anzahl der Diodenpaare in der Reihe frei gewählt werden kann. Das Verhalten der Schaltung ist von der vorhandenen Stufenzahl unabhängig.

In der Fig. 2 ist dieselbe Reihe von Diodenpaaren nocheinrnal gezeigt. Die Schaltung ist aber vervollständigt durch Schalttransistoren T. , eine Konstantstromquelle S zur Lieferung eines

Stromes I an die Schalltransistoren sowie durch eine Kodiermatrix c

10 zur Wandlung der Anzeige in binäre Information. Je einer der

Schalttransistorcn ist mit seiner Basis an einen Knoten der Diodenreihe geschlossen. Es sind also gleich viele Schalttransistoren wie Diodenpaare in der Reihe. Die Emitter aller Transistoren T sind zusammengeschlossen und mit-einem Anschluss der Konstantstromquelle S verbunden. Der andere Anschluss dieser Stromquelle ist mit einer Speisespannung -U verbunden. Die Kollektoren der

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Schalttransistoren T, sind einzeln, je über einen Belaslungswiderstand R an eine Speisespannung + U_ geführt ausgenommen der Kollektor des letzten Transistors T , dessen Basis mit dein letzten Knoten am rechten Ende der Diodenreihe verbunden ist. Dieser letzte Kollektor ist ohne BeIa stungs wider stand direkt an die Speisespannung +U geschlossen.

fe · Als Kodiermatrix 10 ist eine bekannte Diodenmatrix dargestellt,

doch ist dies nicht einschränkend aufzufassen. Die Wahl einer anderen geeigneten Matrix oder Kodiervorrichtung steht: frei. In der vorliegenden Schaltungsanordnung bilden die Kollektorieitungen der Schalltransistoren T die Kolonnenleiter der Matrix. Ausgenommen, davon ist der letzte Schalttransistor rechts in der Reihe, dessen Kollektorleitung frei bleibt. Die ersten sieben Transistoren 6tehen also mit der Matrix in Verbindung, die insgesamt drei Zeilen

fe aufweist und deshalb als Ausgang drei Zeilenleiter besitzt. An'

ausgewählten Kreuzungspunkten der Kolonnenleiter mit den Zeilenleitenr sind die. betreffenden Leiter durch Dioden miteinander-verbunden. In der abgebildeten Matrix idnd diese Dioden so verteilt, dass die an den Ausgangsleilem erscheinenden Signale dem gewöhn-

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lichen Binärkode entsprechen. Malt dessen kann aber jede beliebige Diodenverteilung oder mit anderen Worten jeder erwünschte Kode gewählt werden.

uie Schaltungsanordnung der Fi«. 2 ar beil et in folgender VvOibt:.

Wenn ein Analogstrom I fliesst, so stellt sich entlang der Reihe

a ^v

von Diodenpaaren eine Spannungstreppe ein, wie sie bereits anhand der Fig. 1 a - c beschrieben worden ist. Einer der Knotenpunkte zwischen den Dioden D weist dann das höchste Potential in der Reihe auf. Der Schalttransistor T , dessen Basis mit diesem Knoten verbunden ist, übernimmt nun den Strom I der Konstantstromquelle S . Dabei entsteht an seiner Basis-Emitter strecke», ein Spannungsabfall in der gleiclien Grössenordnung wie der Spannungsabfall U an einer der Dioden D. Weil alle Emitter der Schalttransistoren T durch ihren Zusammenschluss auf demselben Potential liegen, ergeben sich an den Basis-Emitterstrecken der anderen Transistoren Spannungsverhältnisse, welche die letzteren für einen Stromdurchfluss im wesentlichen sperren. In der Regel führt also der Schalttransistor mit dem höchsten Basispotential den ganzen Strom I . Da die Diodenschaltung keinen

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negativen Widerstand aufweist, kann in einem beschränkten Bereich der Unsicherheil der Strom I von zwei benachbarten

Schalttransistoren T übernommen werden. Der mögliche Anzeigefehler beträgt dann eine Wertstufe und bleibt auf diese beschränkt, wenn für die Kodiermatrix beispielsweise der sogenannte "Gray"-Kode statt des gewöhnlichen Binärkodes gewählt wird.

Je nach der Amplitude des Analogstromes I führt also in der

et

Regel einer der Schalttransistoren T Strom. Damit ist die Amplitude des Analogstromes, die eine Funktion der Zeit ist, in eine Funktion des Ortes verwandelt. Der Strom I , der eine

der Kollektorleitungen durchfliesst, stellt ein Eingangssignal für die Kodiermatrix 10 dar. In dieser wird es, wie abgebildet in Fig. 2, in eine binäre Digitalanzeige umgesetzt. Einzelheiten dieser Umsetzung sind nicht von Bedeutung und deshalb wird hier nicht näher darauf eingegangen. Eine Signalspeicherung ist in der gezeigten Schaltungsanordnung nicht vorgesehen. Deshalb kann sich die Digitalanzeige dem Analogsignal entsprechend fortlaufend ändern. Damit die Digitalanzeige des Wandlers weiterverwendet werden kann, müssen Impulse erzeugt werden. Diese

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Aufgabe kann auf drei Arten gelöst werden:

1. Die Digits lausgänge der Matrix werden je mit einer

UND-Schaltung verbunden und letztere periodisch durch Prüfimpulse abgefragt.

2. Die Stromquelle S der Schalttransistoren T wird

im Takt der Prüfimpulse getastet.

3. Das Analogsignal wird im Takt der Prüfimpulse getastet und in dieser Form an den Analogeingang des Wandlers gegeben.

In. den Fällen 1 und 2'muss der Analog- Digitalwandler für eine Bandbreite gebaut werden, die dem Frequenzumfang des Analogsignals angepasst ist. Im Fall 3 jedoch wird eine Bandbreite gebraucht, die dem grösseren Frequerizumfang der Digitalsignalc entspricht.

Die Tatsache, dass die Dioden-Schwellenwertschaltung in ihrer Schaltfunktion einen gewissen Bereich der Unsicherheit einschliesst, ist bereits erwähnt worden. Dieser Nachteil wird durch die_in__Fir>. 3,

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gezeigte Schaltung weitgehend behoben. Durch Rückkopplung wird in die Schwellenwertschaltung eine negative Widerstandslinie eingeführt und dadurch der Unsicherheitsbereich zum Verschwinden gebracht. Die Schaltung stellt einen Ausschnitt aus einer Anordnung ähnlich der von Fig. 2 dar. Schaltelemente derselben Art mit derselben Funktion sind in beiden erwähnten Schaltbildern mit den gleichen Referenzzeichen und -zahlen versehen.

In der Fig. 3 sind drei Diodenpaare D, D einer Reihenschaltung gezeigt. Ein Pfeil U gibt jeweils an, in welcher Richtung das. Potential an den Dioden abfällt. Die Knoten zwischen den Diodenpaaren sind einerseits je mit der Basis eines Schalttransistors T verbunden und anderseits je an den Kollektor eines anderen Transistors T geschlossen. Der Emitter jedes Transistors T liegt in Reihe mit einem Widerstand R und der positiven Speisespannung

E
+ U . Von einer anderen Speiseleitung aus, deren Potential um den Wert U niedriger liegt als +U , führt je eine Serieschaltung zweier Widerstände R und R zum Kollektor jedes Schalttransistors

T-. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R und R 1 J3 Ο

ist jeweils an die Basis des zugehörigen Transistors T geschlossen.

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tl·

Mit den Knllektork-itungen der Schalttransistoren T. ist wie bisher je eine Leitung verbunden, welche als Kolonnenleiter zur Kodiermatrix führt. Ebenso wie bisher sind die Emitter der Schalttransistoren T zusammengeschlossen und mit einer Konstantstromquelle S verbunden, welche den Strom I liefert.

c · c

Die Schaltung nach Fig. 3 arbeitet in folgender Weise. Für jeden Knoten zwischen zwei Diodenpaaren bildet der Transistor T mit den zugehörigen Widerständen R und R eine Stromquelle, welche im Ruhezustand den Strom I liefert. R„ ist der Basiswiderstand

ο Β

des Transistors T und gleichzeitig mit R der Belastungswider-

stand des an diesen Knoten angeschlossenen Schalttransistors T . Wenn nun, wie durch die Pfeile U angedeutet, der erste Knoten von links etwas höheres Potential aufweist als der benachbarte Knoten rechts davon, dann nimmt der mit dem ersten Knoten verbundene Schalttransistor T₁ den Strom I auf. Der Strom I bewirkt

Ic c

einen Spannungsabfall am Widerstand R und steuert dadurch den zugehörigen Transistor T so, dass dessen Kollektorstrom I um

Lt Q

eine Komponente Δ I vergrössert wird. Die folgenden zwei Formeln dienen dc-r Erläuterung der geschilderten Zusammenhänge:

I es -~- und al =- —~ .

ο R,, ο R„

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Die erhöhte Stromzufuhr zu dicsern Knoten z-vjscben zw«i paaren unterstützt die Wirkung des höheren Potentials an diesem Punkt und verhindert vollständig die Aufspaltung des Stromes I auf zwei benachbarte Schalttransistore.n T .

Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Analog-Digitalwandler kann sowohl mit bipolaren als auch mit unipolaren Schaltelementen. aufgebaut werden. Die Verwendung von Schottky-Dioden und Schottky-Feldeffekttransistoren ergibt im wesentlichen zwei Vorteile. Erstens weist dann die Reihenschaltung der Diodenpaare eine grössere Frequenz-Bandbreite auf, da in Schotlky-Dioden keine Ladungsspeicher-Effekle auftreten. Zweitens erwirkt sie während der Schwellenwertbildung in der Schaltung nach der Fig. 2 höhere Verstärkung, weil die Eingangs impedanz eines Schottky-Feldeffekttransistors wesentlich höher ist als diejenige eines bipolaren Transistors. Dies hat für die Funktion der genannten Schaltung zur Folge, dass der bereits besprochene Bereich der Unsicherheit in der Schwellenwertbildung erheblich eingeengt und dadurch die Wahrscheinlichkeil für das Auftreten von Fehlanzeigen herabgesetzt wird. Zudem sind zweifellos noch weitere Schaltungen denkbar, die eine ähnliche Wirkung haben wie das in Fig. 3 gezeigte Beispiel.

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Das bisher bespfocJifnfi Ansfuhrunosbeispiel eines Analog-Digitalwandlers gcmäss der vorliegenden Erfindung umfasst als wichtiges Element die Reihenschaltung von Diodenpaaren. Die Zahl der Paare entspricht wie bereits gesagt der Anzahl Wertstufen, nach welchen ein Analogsignal beurteilt und in einen Digitalwert verwandelt wird. Diese Anzahl Wertstufen hängt wiederum von der angestrebten Genauigkeit ab und kann grundsätzlich frei gewählt werden. Praktisch wird schon bald eine Grenze erreicht, weil eine grosse Anzahl in Reihe geschalteter Diodenpaare zu einer Potentialdifferenz an der Reihe führt, die in den heute verwendeten Mikroschallungen gar nicht mehr anwendbar ist. In der Fig. 4 ist deshalb das Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt, das die Reihenschaltung der Diodenpaare und damit die hohe Potentialdifferenz vermeidet.

Auch diese Schaltun» ist für acht Wertstufen ausgelegt und umfasst daher acht Diodenpaare. Zwei Dioden D sind jeweils mit entgegengeselzer Polarität einander parallel geschaltet und mit einem der Anschlüsse auf Erdpotential gelegt. Beide Anschlüsse eines Diodenpaares sind je mit der Basis eines Schalttransistors T verbunden.

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Die Emitter der zwei zusammengehörenden Transistoren T sind gemeinsam an eine Konstantstromquelle S angeschlossen,

die einen Strom I liefert und deren anderer Anschluss an die c

Speisespannung - U gelegt ist· Im Schaltbild der Fig. 4 ist jeweils ein Diodenpaar über den zugehörigen Schalttransistoren T angeordnet und acht solcher Kombinationen, liegen parallel nebeneinander.

Aus der Schaltung in Fig. 4 ist zu ersehen, dass jeweils zwei benachbarte Schalttransistoren T , die nicht zum gleichen Diodenpaar gehören, eine gemeinsame Kollektorleitung besitzen, welche zur nicht mehr dargestellten Kodiermatrix führt. Dieser nicht gezeigte Teil der Schaltung kann grundsätzlich genau so gestaltet sein wie der untere Teil der Fig. 2. Es existieren also in beiden Fällen sieben Kollektorleitungen. In der Fig. 4 sind dadurch vierzehn der insgesamt sechzehn Schalttransistoren T erfasst. Der Kollektor des ersten und des letzten Transistors T in der Reihe ist nämlich direkt an die Speisespannung +U geschlossen. Der oben liegende und nicht geerdete Anschluss jedes Diodenpaares ist ausser mit der Basis eines Schalltransislors T noch mit zwei

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weiteren Leitungen verbunden. Ueber die eine Leitung wird jedem Diodenpaar ein gewichteter Strom zugeführt und über die andere ein dem Analogsignal proportionaler Strom I entnommen. Dem ersten Diodenpaar rechts wird der Strom I zugeführt, dem nächsten

2 I . usw. . dem achten und. letzten JJiodenpaar der btrom δ ϊ . ο .ο

■ν

Die Schaltung der Fig. 4 arbeitet in folgender Weise. Solange das Analogsignal gleich null ist, weist jedes Diodenpaar gegenüber Erde die positive Spannung + U auf, da nur das ein- oder mehrfache an Strom I zugeführt wird. Von den zwei zugehörigen Schalttransistoren T_ führt dann der linke den Strom- I und jede der sieben 3 c

gemeinsamen Kollektorleitungen, die mit einer Kodiermatrix verbunden sind, führt ebenfalls den Strom I . Die Situation ändert sich

wenn der Strom I einem Analogsignal proportional und nicht null

et

ist. Wie in der Fig. Ic wird auch in der vorliegenden Schaltung angenommen, dass la einen Wert zwischen 5 I und 6 I hat. Damit

ο . ο

ändert sich die Spannung an den fünf ersten Diodenpaaren, von rechts gezählt, gegenüber Erde zu -U und es führt nun nicht mehr der linke zugehörige Schalttransistor T den Strom I , sondern der rechte. Für die letzten drei Diodenpaare und ihre Schalttransistoren

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bleibt alles wie bisher. Die Folge der veränderten Verhältnisse lässt sich am Strom in den gemeinsamen Kollektorleitungen der Schalttransistoren ablesen. Die ersten vier und die letzten zwei Leitungen, stets von rechts gezählt, führen weiterhin den Strom I . Die fünfte Leitung aber führt jetzt keinen Strom mehr und zeigt damit an, dass das Analogsignal zwischen der fünften und sechsten Wertstufe liegt. Der Analogwert ist wieder in eine Funktion des Ortes gewandelt worden.

In den vorausgegangenen Erläuterungen ist ein Analog-Digital-Wandler beschrieben, der fähig ist, fortlaufend und simultan eine.'■· Digitalanzeige eines eingegebenen Analogsignals zu liefern. Die,-.: Anzeige erfolgt nicht gestaffelt, sondern beispielsweise stets.als. · volles Binärwort. Die Schaltung .eignet sich vorzüglich zur· Ver-. arbeitung von Signalen hoher Frequenz, so dass ein weitei*. Anwendungsbereich vorauszusehen ist. Dank ihrer Einfachheit kann mit der Herstellung als integrierte Schaltung gerechnet werden, wodurch die Herstellungskosten sehr niedrig gehalten werden können.

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es

Die bisherigen Ueberle«ungen sind dahin zu ergänzen, dass das Vorhandensein irgend einer Kodiervorrichtung keineswegs eine Notwendigkeit ist. Bei Anordnung der richtigen Anzahl Wandler- und Schaltsluien kann beispielsweise direkt eine dezimale Digitaldarstellung erzielt werden. Für eine Zahl η Quantisicrungsstufen sind wenigstens (n - 1) Wandlerstufen erforderlich. Dies rührt daher, dass die Zahl "Null" als niedrigste digitale Stufe keinen Schaltungsaufwand verlangt. In den Schaltungen der Fig. la und kann also das Diodenpaar am geerdeten Anfang der Reihe sowie die. zugehörige Konstantslromquelle S eingespart werden. Der Erdanschluss ist an den Knoten zu verlegen, der mit der Basis des ersten Schalttransistors T verbunden ist.' Aehnlich kann in Fig. 4 auf das äusserste Diodenpaar links, die zwei zugehörigen Schalttransistoren T und eine Stromquelle S verzichtet werden. An der übrigen Schaltung ändert sich nichts.

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Claims (10)

1. - 24 PATENTANSPRÜCHE

   . 1. ^ Verfahren zur Wandlung eines Analogsignals in ein simultanes Digitalsignal, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Mas stab mit einer Anzahl η Stufen zur Bewertung der Amplitude des Analogsignals erzeugt wird, dass diese Amplitude mit dem genannten Masstab gemessen wird und dass während der Messung zu jedem Zeitpunkt ein Signal die höchste jeweils überschrittene Stufe anzeigt.
2. 2. Verfehren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Analogamplitude proportionaler Strom (I ) erzeugt wird, dass zur Messung der Analogamplitude der genannte Strom (I) mit wenigstens einem gewichteten Strom (I , 2 1, 3 1, etc.) der eine Stufe des elektrischen Masstabes definiert, verglichen wird, und dass schliesslifc bei jedem Überschreiten einer Stromstufe durch den genannten Strom (I) die Polarität eines an der jeweiligen Stufe auftretenden Potentials (U ) in ihr Gegenteil verkehrt und beim Unterschreiten derselben Stufe wiederhergestellt wird,
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polaritätswechsel der an den Strömstufen auftretenden Potentiale (U_n) für die Auslösung des die höchste überschrittene

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   - 25 Stufe anzeigenden Signals ausgewertet werden.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die höchste überschrittene Stufe anzeigende Signal dazu ausgenutzt wird, den für die nächsthöhere Stufe zu liefernden ge-

   wichteten Strom (I ) um einen Bruchteil ( Δ, I ) zu erhöhen und ^v o' ^v o'

   dadurch die Eindeutigkeit der Anzeige ai sichern.
5. 5. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens (n - 1) Paare einander mit entgegengesetzter Polarität parallel geschalteter Dioden (D), die zwecks Erzeugung des gestuften elektrischen Masstabes mit gewichtetem konstantem Strom (I bzw. 2 1, 3 1, etc.) beaufschlagt sind, ferner durch wenigstens einen elektronischen Schalter (T bzw. T„) je Stufe des Masstabes, der auf die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen eines Diodenpaares anspricht und die Digitalanzeige steuert.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenpaare in Reihe geschaltet und am Anfang mit Erde verbunden sind, dass gleichviele Konstantstromquellen (S) wie Diodenpaare je mit einem der nicht geerdeten Knoten zwischen den Paaren und jenem am Ende der Reihe zur Einspeisung eines gewichteten Stromes (I ) verbunden sind und dass ferner der letzte Knoten

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   am Ende der. Reihe zusätzlich an eine weitere Leitung zur Entnahme eines einer Analogamplitude proportionalen Stromes (I ) geschlossen ist (Fig. Z).
7. 7. · Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Schalter Transistoren (T₁) und deren Basis je an einen Knoten eines Diodenpaares geschlossen sind, und dass die Emitter aller Transistoren (T.) und deren Basis je an einen Knoten eines Diodenpaares geschlossen sind, und dass die Emitter aller Transistoren (T₁) gemeinsam mit einer weiteren Konstant stromquelle (S ) verbunden sind, die einen Strom (I ) liefert, der von jenem der Transistoren mit dem höchsten Potential an der Basis übernommen wird (Fig. 2).
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalttransistoren (T₁) je mit der an denselben Knoten geschlossenen Konstantstromquelle (S) über ein Rückkopplungsglied

   (R ) derart verbunden sind, dass der in einem der Transistoren (T₁) B

   flies sende Strom (I ) den von der zugehörigen Konstant stromquelle

   (S) zu liefernden Strom (I ) um einen Bruchteil ( Δ I ) erhöht (Fig. 3).
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Diodenpaar mit einem Anschluss geerdet ist und dass der

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   andere Anschluss mit einer Speiseleitung für einen gewichteten Strom (I oder 2 1, 3 1, etc. ) sowie einer Leitung zur Entnahme eines ^v ο oo

   einer Analogamplitude proportionalen Stromes (I ) verbunden ist (Fig. 4).
10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Transistoren (T,) als elektronische Schalter an beide Anschlüsse eines Diodenpaares angeschlossen sind, dass beide Transistoren (T_)

    eines Paares mit einer gemeinsamen Konstant stromquelle (S ) zur Lieferung eines Stromes (I ) verbunden sind und dass ferner je ein Schalttransistor (T_) eines Diodenpaares mit einem benachbarten Transistor (T.,) eines Nachbarpaares an eine gemeinsame Rückleitung für den vom einen oder dem benachbarten Schalttransistor (T.,) geführten Strom (I ) geschlossen ist. (Fig. 4)

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