DE2231216A1

DE2231216A1 - Digital-Analog-Umsetzer

Info

Publication number: DE2231216A1
Application number: DE19722231216
Authority: DE
Inventors: Yasunobu; Tanaka Kenzo; Kintaka Akira; Tokio. P Yoshimoto
Original assignee: Takeda Riken Industries Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1971-06-25
Filing date: 1972-06-26
Publication date: 1972-12-28
Also published as: JPS5116104B1; DE2231216B2; GB1385788A

Description

6 Frankiuii a. M. 1
Parkstraße 13

7118

TAIiEDA RIKEN INDUSTRY COJiPANY LIMITED, Tokyo, Japan

Digital-Analog-Umsetzer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Digital-Analog-Umsetzer und sie befaßt sich insbesondere mit einem Digital-Analog-Umsetzer (welcher auch als "D-A-Unsetzer" bezeichnet werden kann), der eine Pulslängenmodulationsschaltung einfachen Aufbaus aufweist. -

Bisher wurden als Digital-Analog-Umsetzer, die ein Analogsignal proportional zu einem vorgegebenen Digitalwert bilden (was im folgenden als "Digital-Analog-Umsetzen" bezeichnet ist), solche Umsetzer verwendet, die eine Digital-Analog-Umsetzung vornehmen können , ohne daß sich der Wert der Ausgangsspannung einer Bezugsspannungsquelle ändert, und ohne daß ein Widerstand zur Aufteilung des oben erwähnten Spannungswerts vorgesehen ist. Ein derartiger Digital-Analog-Umsetzer kann so ausgeführt sein, daß er ein Signal abgibt, welches entsprechend dem Digitalwert pulslängenmoduliert ist,und daß eine Bezugsspannung abgeschaltet und während der Zeit, die der Impulsbreite entspricht, eingeschaltet wird, und daß dieses Signal geglättet wird und dadurch eine analoge Ausgangsspannung bildet.

Derartige Digital-Analog-Umsetzer weisen viele vorteilhafte Merkmale auf. Beispielsweise sind keine kostspieligen Drahtwickelwiderstande oder viele Umschaltschaltungen hoher Quali-

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tat erforderlich. Ferner können der Digitalteil und der Analcgteil dieses Umsetzers in einfacher V/eise voneinander elektrisch isoliert werden. Die bekannten derartigen Digital-Analog-Umsetzer waren jedoch nachteilig, insofern als die Pulslängen-, modulationseinrichtungen zur Bildung eines pulslllnge:i:r.oduliert&n Signals proportional zu einem vorgegebenen Digitalwert nit wachsender Zahl der Ziffern des Digitalwerts immer komplizierter und kostspieliger wurden. Es ist dementsprechend ein aligemeines Ziel der vorliegenden Erfindung einen neuen und zweckmäßigen Digital-Analog-Umsetzer vorzusehen, bei dem die oben genannten Schwierigkeiten der bekannten Umsetzer vermieden sind.

Insbesondere ist es Ziel der Erfindung einen Digital-Analog-Umsetzer zu schaffen, der eine Pulslängenmodulationsschaltung einfachen und preiswerten Aufbaus auf v/eist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Digital-Analog-Umsetzer zu schaffen, der zwei Frequenzteiler aufweist, die eine Pulslängenmodulationsschaltung enthalten. Durch""~geeignc— te Auswahl der Frequenzteilerzahl der Frequenzteiler in diesem Digital-Analog-Umsetzer kann die maximale Bitzahl der Digitalsignale, die umgesetzt werden soll, irgendeinen beliebiger. Wert annehmen. Ferner wird selbst bei einer Änderung der Folgefrequenz der durch einen Impulsgenerator erzeugten Impulse, die den Frequenzteilern zugeführt werden, die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers nicht beeinflußt.

Eine · Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des wesentlichen Aufbaus einer Ausführungsform eines Digital-Analog-Umsetzers gemäß der Erfindung und ■ ν

Fig. 2A bis

Fig. 2F Kurvendiagramme, die die Zeitabhängigkeit der Signale darstellen, die an verschiedenen Stelle, des durch das

Blockschaltbild nach Fig. 1 dargestellten Umsetzers fließen.

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Gemäß Fig. 1 erzeugt ein Pulsgenerator 11 eine Taktimpulsfolge a mit einer konstanten Folgefrequenz At, also einen Taktpuls, wie es in Fig. 2A dargestellt ist. Der Taktpuls a dieses 'Pulsgenerators wird einem ersten Frequenzteiler 12 und der Frequenzteilarschaltung 14 eines zweiten Frequenzteilers 13 zugeführt. Die Frequenzteilungszahl der Frequenzteiler 12 und 13 ist jeweils η .

Der Frequenzteiler 12 teilt den Taktpuls a mit der Frequenz- teilerzahl n_ und er bildet, wie es in Fig. 2B dargestellt ist, einen Ausgangspuls b einer Folgefrequenz η · Δ t bei einer bestimmten Taktstellung, beispielsweise der Stellung "0" für die Stellungen von "0" bis "9". Der Ausgangspuls b des .Frequenzteilers 12 wird einerseits einer Speicherschaltung 15 züge- ·■ führt, um diese Speicherschaltung zurückzustellen, und er wird andererseits jeweils einem der Eingangsanschlüsse jeder der UND-Schaltungen I6a, I6b, I6n des Frequenzteilers 13 zugeführt. Der Frequenzteiler 13 wird dadurch auf die Frequenzteilerzahl η zurückgestellt.

Den anderen Eingangsanschlüssen der UND-Schaltungen 16a, 16b, I6n, werden Digitalsignale, die umgesetzt werden sollen, über Eingangsanschlüsse 17a, 17b, 17n zugeführt. Die Frequenzteilerschaltung 14 des Frequenzteilers 13 wird durch die Ausgänge dieser UND-Schaltungen 16a bis I6n gesteuert, so daß die Frequenz des Taktpulses a. des Pulsgenerators 11 entsprechend dem Digitalsignal und der Frequenzteilerzahl η geteilt wird, wodurch ein Puls c mit einer Folgefrequenz η ·Δ t entsteht, wie es in Fig. 2C dargestellt ist.

Die Frequenzteilerschaltung 14 beginnt jetzt von "7" ah» "8", "9", "10" zu zählen und zwar für den Fall, daß der Digitalwert, der umgesetzt werden soll "7" ist und einen Puls c in der Stellung oder zu der Zeit "0" erzeugt. Wenn entsprechend der Digitalwert, der umgesetzt werden soll, gleich n_ ist,,dann ist dor PuIc c gegenüber dom Puls b um eine Zeit n„· <£ t, die ".pro- '" portional zu η ist, phasenverschoben. Dar Ausgangspuls c diesee Frequenzteilers 13 wird der oben erwähnten Speicherschal- "

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tung 15 zugeführt, um diese Speicherschaltung zu setzen.

Die Speicherschaltung 15 wird, wie oben beschrieben, durch den Ausgangspuls b des Frequenzteilers 12 zurückgesetzt und sie wird durch den Ausgangspuls c des.Frequenzteilers 13 gesetzt und erzeugt an ihrem Ausgang ein Ausgangssignal d, v/ie es in Fig. 2D angedeutet ist. Dieses Ausgangssignal d weist einen Verlauf auf, bei dem ein Ansteigen der Amplitude bei der Vorderflanke der Impulse des Pulses c und ein Abfallen der Amplitude bei der Vorderflanke der Impulse des Pulses b auftritt. Das Ausgangssignal d hat in seinem Verlauf eine Breite, die dem Wert η des Digitalsignals, welches umgesetzt werden soll,

-rw

proportional ist. D.h., das Ausgangssignal d ist entsprechend dem Wert η des Digitalsignals pulslängenmoduliert.

Das Ausgangssignal d der Speicherschaltung 15 wird einer Umschalt schal tung 18 zugeführt, die auf das Ausgangssignal d derart anspricht, daß sie zwischen einer konstanten Ausgangsspannung e einer BezugsSpannungsquelle 19 und dem Erdpotential (der Spannung Null) umschaltet. Dementsprechend ergibt sich am Ausgang dieser Umschaltschaltung 18 eine Ausgangsspannung e, die einen Verlauf aufweist, so wie es in Fig. 2E dargestellt ist, wobei die Spannung während der Zeit die der Zeit η ·At des Signals d entspricht, einen konstanten Wert e_ annimmt und wobei die Spannung zu allen anderen Zeiten Null (OV) beträgt .

Die Ausgangsspannung e der Umschaltschaltung 18, deren Verlauf unterbrochen ist, wird durch eine Filterschaltung 20 geglättet und es ergibt sich ein analoges Ausgangssignal f als Mittelwertsspannung, wie es in Fig. 2F dargestellt ist, zwischen den Ausgangsanschlüssen 21a und 21b. Die Spannung e_Q dieses analogen Ausgangssignals f ist die Mittelwertsspannung der Spannung e und sie kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden.

Ω —

ο "

η ·

ο " η -At S - η

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Deshalb ergibt sich an den Ausgangsanschlüssen 21a und 21b ein analoges Ausgangssignal, welches eine Spannung ist, die einem umgesetzten Di^italsignal entspricht, welches einen Digitalsignalwert η aufweist.

Es sollte in diesem Zusammenhang beachtet werden, daß die Spannung e des oben erwähnten Ausgangssignals f keine Funktion der Folgefrequenz Λ t des Taktpulses a ist. Selbst wenn sich die Folgefrequenz At des Ausgangspulses a des Pulsgenerators 11 ändert, wird aus diesem Grund die Spannung e durch diese Änderung nicht beeinflußt.

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Claims

Patentansprüche

Λ J Digital-Analog-Umsetzer,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulsgenerator (11) vorgesehen ist, der eine Taktimpulsfolge konstanter Folgefrequenz At erzeugt, daß ein erster Frequenzteiler (12) vorgesehen ist, der die Frequenz der Ausgangsimpulsfolge des Pulsgenerators durch eine Frequenzteilerzahl η

teilt, so daß an seinem Ausgang ein Puls mit einer Folgefrequenz η · At entsteht, daß ein zweiter Frequenzteiler (13) durch den Ausgangspuls des ersten Frequenzteilers auf einen Unsetzv/ert η rückgestellt wird und ferner von einem Digitalsignal, weiches umgesetzt werden soll, gespeist wird, welches einen Digitalsignalwert η aufweist, durch den die Taktimpulsfolge des Pulsgenerators in der Frequenz geteilt wird, und als Ausgang einen Puls erzeugt, 'der gegenüber dem Ausgangspuls des ersten Frequenzteilers eine Phasenverschiebung von η · At und eine FoI-gefrequenz von η · At aufweist, daß eine Speicherschaltung (15) durch den Ausgangspuls des ersten Frequenzteilers rückgesetzt und durch den Ausgangspuls des zweiten Frequenzteilers gesetzt wird, daß eine Bezugsspannungsquelle (19) eine konstante Ausgangsspannung abgibt, daß eine Umsehaltschaltung (18) durch die Ausgangsspannung der Speicherschaltung gesteuert und betätigt wird, so daß sie zwischen der Ausgangsspannung der Bezugsspannungsquelle und dem Massepotential umgeschaltet wird und daß eine Glättungsschaltung (20) die Ausgangsspannung der Umschaltschaltung glättet und einen Spannungsmittelwert als analoges Ausgangssignal bildet.
2. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsmittelwert e des Analogausgangs durch die folgende Gleichung darstellbar ist: e_n = (n /n_o)*e_, wobei

e_ die konstante Spannung der Bezugsspannungsquelle bezeichnet. s

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3. Digital-Analog-Umsetzer nach* Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Frequenzteiler (13) eine Frequenzteilerschaltung (14) aufweist, die die Ausgangsimpulsfolge des Pulsgenerators mit einer Frequenzteilerzahl n„ in der Frequenz teilt,und daß mehreren UND-Schaltungen (i6a bis I6n) jeweils an einem Eingangsanschluß der Ausgangspuls des ersten Frequenzteilers und jeweils am anderen Eingangsanschluß das Digitalsignal, v/elches umgesetzt werden und" ein Ausgangssignal erzeugen soll, zugeführt wird, wobei dann die Ausgänge dieser UND-Schaltungen dazu verwendet v/erden, die Takt stellen' zur Frequenzteilung in der Frequenzteilerschaltung zu steuern.
4. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschaltung (15) ein Ausgangssignal eines Verlaufs erzeugt, bei dem die Amplitude bei der Vorderflanke des Ausgangspulses des zweiten Frequenzteilers anwächst und bei dem die Amplitude bei der Vorderflanke des Ausgangspulses des ersten Frequenzteilers abfällt und wobei die zeitliche Dauer zwischen den Verlaufsänderungen n_·δt beträgt.

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