DE2601191B2

DE2601191B2 - Elektronisch programmierbarer Funktionsgenerator

Info

Publication number: DE2601191B2
Application number: DE2601191A
Authority: DE
Inventors: Einar Oddbjorn Portland Oreg. Traa (V.St.A.)
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1975-01-31
Filing date: 1976-01-14
Publication date: 1979-05-31
Also published as: DE2601191A1; US3982115A; GB1520888A; JPS5723898B2; DE2601191C3; JPS51102536A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronisch programmierbaren Funktionsgenerator zur Erzeugung einer abschnittsweise linearen Funktion, die aus

b5 dreieckförmigen Grundfunktionen zusammengesetzt wird, die je durch zwei programmierbare Bezugssignale festlegbar sind, die jeweils Eingängen von Spannungskomparatoren zuführbsir sind.

Ein derartiger Funktionsgenerator ist bereits bekannt (US-PS 34 43 082). Die Eingangssignale werden bei diesem Funktionsgenerator je über Widerstände den Emittern von Transistoren zugeführt, deren Basen miteinander verbunden sind. Die Kollektorströme der Transistoren werden in einem Netzwerk aus Widerständen und mindestens ei;ner Diode einander überlagert Der bekannte Funktionsgenerator benötigt für die Interpolation die Eingangsspannung in positiver und negativer Polarität Die beiden Spannungen müssen für eine genaue Interpolation übereinstimmen.

Bei einem anderen bekannten Funktionsgenerator werden aus den Eingangssignaien, die in positiver und negativer Polarität vorliegen und gleich groß sein müssen, lineare, elektrische Signale erzeugt oie je nach dem Verlauf der Eingangssignale unterschiedliche Steigungen und Schnittpunkte mit den Achsen des kartiicsischcn Koordinatensystems aufweisen. Diese linearen Signale werden einander überlagert Zur Einstellung der Schnittpunkte der linearen Signale mit den Achsen des Koordinatensystems dienen Potentiometer. Über Dioden und weitere Potentiometer gelangen die Signale in eine aus Widerständen aufgebaute Additionsschaltung (DE-OS 19 62 583).

Schließlich ist ein Funktionsgenerator bekannt der als Eingangsschaltung eine Stromteileranordnung enthält, die zwei Ausgangsströme erzeugt, deren Summe konstant ist. Die beiden Ströme werden über Transistoren und Dioden in ein Widerstandsnetzwerk eingespeist. Für jeden Punkt des Polygonzugs sind zwei Widerstände vorgesehen, die in Reihe geschaltet sind. Die Reihenschaltungen von Widerständen sind parallel mit Eingängen eines Verstärkers verbunden (US-PS 37 40 539). Die Programmierung erfolgt bei diesem bekannten Funktionsgenerator durch die Auswahl der Widerstände.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Funktionsgenerator der eingangs erläuterten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß er bei möglichst einfacher Programmierung eine hohe Genauigkeit aufweist und für einen Aufbau in integrierter Technik geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Spannungskomparatoren Differentialverstärkcr vorgesehen sind, daß in der Funktion benachbarte Bezugssignale jeweils einem der Eingänge zweier verschiedener Differentialverstärker zuführbar sind, deren andere Eingänge gemeinsam vom Eingangssignal (Van) beaufschlagt sind, daß von allen Differentialverstärkern ein Ausgangsstrom vom gleichen Differentialverstärkerzweig einer Schaltung zuführbar ist die Analogmultiplizierer mit Stromverteilungssteuerung aufweist, von denen jeder mit je einem Eingang an den Ausgang eines der beiden von benachbarten Bezugssignalen beaufschlagten Differentialverstärker angeschlossen ist, daß die Analogmultiplizierer in der durch die Bezugssignale bestimmten Reihenfolge jeweils mit dem Ausgangsstrom des einen als Eingangsstrom für den folgenden in Kaskade geschaltet sind und daß der Ausgangsslrom des Analogmultiplizierers am Ende der Reihe in Verhältnis zu einem dem ersten zugeführten Bezugsstrom (L) dem Verhältnis der Spannungsdifferenzen an den Eingängen zwischen je zwei Bezugssignaien entspricht.

Diese Schaltung kann als planare integrierte Schaltung wirtschaftlich hergestellt werden. Eine Zufuhr des Eingangssignals in positiver und negativer Form ist nicht erforderlich, so daß die schwierige Erzeugung von gleich großen Signalen entfällt. Darüber hinaus hat die Anordnung eine gute Temperaturstabilität, eine große Bandbreite und ein niedriges Rauschen. Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist darin zu sehen, daß das Eingangssignal beliebige Polaritäten besitzen darf.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines Grundfunktionsgenerators,

Fig.2 einen Verlauf der Ausgangsströme in Abhängigkeit von den Eingangsspanaungen für den Grund-Funktions-Generator gemäß F i g. 1 und

Fig.3A bis 3E in einem Blockschaltbild und verschiedenen Diagrammen eine Ausführungsform des Funktionsgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung.

In F i g. 1 ist der erfindungsgemäße Grund-runktions-Generator dargestellt, der bei der Erklärung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung vorab abzuhandeln ist.

In Fig.2 sind die Beziehungen zwischen der Spannung und den Strömen für den Grund-Funktions-Generator gemäß Fig. 1 dargestellt. Es ist erkennbar, daß die Grundschaltung eine abschnittweise lineare Annäherung zwischen bestimmten Punkten, die sozusagen als Haltepunkte verstanden werden können, herbeiführt, und diese Punkte entsprechen den Koordinaten K-n-i. /m-i), Vm, Im), und V_ro+i, I_n,+ ]). Die abschnittweise lineare Annäherung ist dann die gerade Strecke /o, die auf die erwähnten Haltepunkt-Koordinaten durch algebraisches Zusammenfügen der von den geraden Strecken /",„_i, l"_m und l"_m+\ gegebenen linearen Annäherungen trifft. Programmierte Eingangsspannungen, beispielsweise V„,_i, V_n, V_n,+ \ usw., die monoton anwachsen, werden an die programmierbaren Eingänge 20 bzw. 22 bzw. 24 angelegt. Jeder Eingang ist jeweils mit einer Seite einer Anzahl von Differential-Verstärkern verbunden, die allgemein mit 26,28,30 und 32 bezeichnet sind. Jeder Differentialverstärker oder Komparator weist einen ersten Transistor auf, dessen Emitter und Kollektor zu geeigneten Spannungsquellen wie beispielsweise +5 Volt und —5 Volt über eine Reihen-Stromquelle im Emitterstromkreis in bezug gesetzt sind, und einen zweiten Transistor, dessen Emitter zu dem Emitter des ersten Transistors über einen Widerstand R in bezug gesetzt ist und dessen Kollektor als Ausgang dient. Die andere Seite eines jeden Komparalors ist mit einem Eingangsanschluß 34 verbunden, der für die Aufnahme eines funktionell zu verändernden Signals vorgesehen ist, das nachfolgend als » V_ei„K bezeichnet wird. Aus F i g. 1 ist erkennbar, daß die Basen eines jeden Transistorpaares den Eingang zum Komparator bilden. Der Strom für jeden Komparator wird von den Stromquellen im Emitterstromkreis bestimmt.

Der Ausgang eines jeden Komparator (Kollektorstrom) liegt an einer Schaltung 50 an, die eine Anzahl von Breitbanddifferentialverstärkern umfaßt, und zwar solche, wie sie in der US-Patentschrift 36 89 752 ausführlich beschrieben sind. Die Schaltung 50 dient dazu, den programmierten Strom in zwei Strömen mit demselben relativen Ve/hältnis wie das Verhältnis der an den Komparator angelegten Differenzspannung aufzuspalten. Nachfolgend wird die Schaltung 50, die Analognu-Itiplizierer mit Stromverteilungssteuerungen aufweist, als »Quadranten-Multiplizierschaltung« bezeichnet und diejenigen Schaltungsstellen und -elemente, die im wesentlichen in der Fig.3 der erwähnten Patentschrift zusammengefaßt sind, werden als eine »Verstärkungs-Zelle« bezeichnet Die Quadranten-Multiplizierschaltung des Grund-Funktions-Generators weist zwei solcher Verstärkungszellen auf. An die »Verstärkungszellen« wird gemeinsam Strom aus einer Stromquelle 60 angelegt welche zum Beispiel aus einem entsprechend vorgespannten Transistor bestehen kann, um einen im wesentlichen konstanten Emitterstrom zu liefern.

Eine zusätzliche Diode 52, die in der obengenannten Patentschrift nicht beschrieben ist bildet einen Bestandteil der Schaltung, da zwei Verstärkungczellen und nur eine Stromquelle benutzt werden. Die Stromque'le 60 speist Einitterstrom in eine Verstärkungszelle, die ihrerseits Emitterstrom in eine and».-:·.: Verstärkungszelie einspeist So bewirkt die Diode 52 ein^n notwendigen Spannungsabfall, um die Sättigung der gestuft angeordneten Verstärkungszellen zu verhindern. Schließlich ist ein Ausgang66 vorgesehen.

Wieder unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist noch anzufügen, daß der Grundfunktionsgenerator den gesamten Ausgangsstrom /_au$ bereitstellt der die Summe aller l"_m ist, wobei l"_m der Bruchteil von /„, ist

jo der zum Ausgang geht. Bei Betrachtung der Strecken zwischen den »Haltepunkten« (V_m-\, l_m-\), (V_m I_n,) und (K_n+1. Im+i) ergibt sich, daß beim Anwachsen von V_cl„ von Kn-i auf Kn, l"m-\ linear von I_n,-] zu Null interpoliert wird, während l"_m linear von Null zu I_n,

}5 interpoliert wird. Ähnlich wird beim Anwachsen von V_Ci„ von K_n, auf Κ?,+ .. l"m linear von I_n, zu Null interpoliert, während /"_m+i von Null zu I_n,+ ] interpoliert wird.

Die soeben beschriebene Interpolation ist arr. besten durch Betrachtung der vier verschiedenen Bereiche von Van zu verstehen, wo nämlich ist:

(I)	Kin <	: Kn
(2)	Kn-I <	Kn ₊
(3)	Kn «
(4)	Κ-,, :
= Kn-.
*- 'ein* ~*
= K,, <
> Kn.,

-,o Die Ströme /ι - /_b ergeben sich aus der folgenden Schaltungsanalyse:

/ 'ein 'm-\ ι 'm 'ein

¹ ~ R ^h * ~~ R

Kin Kn

k = h

und

U-

Kn +1 ~ Κ;·π

R~

Wenn

Km < K--.

K/in ~ Kn-I

= 0

und

V-V

ι ^v m ^rfin

•3 — - r.

Φ

Mil

wird das Verhältnis der Ströme mit /, * o. I₂ φ 0

Kin ~ Kn

I₂: U =

V-V

und

I _

^ m 11 K/i»

Es ergibt sich die Interpolation: C ₌ K,n - Ir.-,

I V — V

wenn

Kn < K,n< KnM

wird das Verhältnis der Strome ι/ ν

'm +1 ~ 'ein

U-L-

Kn ₊ , - Kn

Da

_h ₌ -^l- -JiÜL. =

und ι	die Interpolation
/;	*"VV* n ^rm + l ^rei
/,	Kn₊₁ - K
wird	vollzogen.
Die vierte Position

Vein, WO K„„>

ί»
R

von
K„_+I ergibt

U
und

/.,
so daß

I/ _ I/

'»ti 'ein η

-jj = 0

I/ _ I/

^rfift ^rm + l

Die Abgabe A> wird die Summe ader /",,„ wobei /"„ der Bruchteil von I_n, ist, der zum Ausgang geht.

Nunmehr ist es möglich, den Grundfunktionsgcnera tor anzuwenden oder auszubauen, sowie eine Verbreitung der mathematischen Analyse zur Schaffung der mathematischen Voraussetzung für weitere Anwendungen vorzunehmen. Beispielsweise hängt bei manchen

*u..:~u« u~:# — λ— c·..-. „- „:— C-:

gnalwiedergabe von der Qualität des ganzen Systems ab. durch welches das Signal hindurchgeht. Die vorliegende Erfindung erweist sich als sehr wirksam wenn die beschriebene Interpolation ein Korrekturfaktor ist. der zur Kompensierung eines ganzen Systems verwendet werden kann. Beispielsweise wird in F i g. 3A ein Blockschaltbild eines Systems dargestellt, welches eine Erweiterung des Funktionsgenerators darstellt. Die Fig. 3Γ-3Ε enthalten außerdem eine Anzahl von Diagrammen zur Verdeutlichung.

Ein Signal liegt an einem Übertragungs- und/oder Signaiverarbeitungswegteil 100 an. dessen Abgabe grundsätzlich an eine Leitung J02 gegeben wird und idealerweise der in Fig. 3B dargestellten Interpolation entspricht. In der Praxis kann jedoch infolge der Nichtlinearität des Übertragungs- und/oder Signalverarbeitungsweges 100 die Signalabgabe zur Leitung 102 beispielsweise der in Fig. 3C dargestellten Interpolation entsprechen. Die Unvollkommenheit der im Weg angeordneten Bauelemente, wie beispielsweise aktive und passive Glieder, bewirken Verzerrungen. Wenn das verzerrte Signal an den K,.,„-Eingang eines Funktionsgenerators FG oder 106 gemäß der vorliegenden Erfindung, und an den »A"«-Eingang einer Multiplizierschaltung 108 und gleichzeitig der Ausgang (It,) des Funktionsgenerators 106 an den »WEingang der Multiplizierschaltung 108 angelegt werden, wird über eine Leitung 104 eine gemäß Fig. 3D verlaufende Korrektur aufgebracht, die das Produkt der »A"«- und » V«-Eingänge am Multiplizierer 108 ist. Durch Hinzufügen der Korrekturinterpolation zu dem verzerrten Signalausgang auf der Leitung 102 wird die in Fi^. 3E dargestellte korrigierte Interpolation erzeugt.

Es ist hiermit eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben worden. Daraus wird aber deutlich, daß an ihr oder in ihrer Verwendung zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann eine Anzahl von Widerständen benutzt werden, um die Stromquellen im Emitterkreis, die mit den Komparatoren aus F i g. 1 verbunden sind, zu ersetzen. Das Hinzufügen der hier beschriebenen Widerstände zu dem Grund-Funktions-Generator stellt keine ausschließliche Lösung der Aufgabe dar, sondern es wird damit der Verstärkungsgrad unabhängig von der Impedanz der Transistorparameter gemacht Beispielsweise sind typische Werte für K und solche Widerstände 250 bzw. 5000 Ohm. Zusätzlich können eine Anzahl von

danzvorrichtungen wie beispielsweise von Widerständen, benutzt werden, die um die Verstärkungsfaktorzellendioden herum angeordnet werden, um den dynamischen Emitterwiderstand des Eingangstransistors zu kompensieren, wenn Nichtlinearitäten auftreten. Ein typischer Widerstandswert liegt etwa bei 3000 Ohm. Weiterhin hängt auf dem Gebiet der Videotechnik eine getreue Bildwiedergabe von der Qualität des gesamten Videoivitems ab, über welches die Video-Wellenform übermittelt wird. Dieses Videosystem setzt sich aus Verstärkern, passiven Elementen usw. zusammen. Die

Übertragungsqiialität, wird üblicherweise mit Bezeichnungen der Phasen/Frequenz-Empfindlichkeit und der Amplituden/Frequenz-Empfindlichkeit dieser Systemelemente ausgedrückt. Manchmal ist es erforderlich -> Betriebszustände eines jeden speziellen Verstärkers oder einer Videoschleife oder des gesamten Videoübertragungswegs unter dem hier vorliegenden Aspekt Beachtung zu schenken. Die vorliegende Erfindung ist deshalb bei der automatischen Steuerung der ganzen ίο Übcrtragungsschleifen sehr wirksam.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisch programmierbarer Funktionsgenerator zur Erzeugung einer abschnittsweise ■-, linearen Funktion, die aus dreieckförmigen Grundfunktionen zusammengesetzt wird, die je durch zwei programmierbare Bezugssignale festlegbar sind, die jeweils Eingängen von Spannungskomparatoren zuführbar sind, dadurch ge ke η nzeich π e t,. daß als Spannungskomparatoren Differentialverstärker (26, 28, 30, 32) vorgesehen sind, daß in der Funktion benachbarte Bezugssignale jeweils einem der Eingänge (20, 22; 22, 24) zweier verschiedener Differentialverstärker (26,28; 30,32) zuführbar sind, deren andere Eingänge (34) gemeinsam vom Eingangssignal (Vein) beaufschlagt sind, daß von allen Differentialverstärkern (26,28,30,32) ein Ausgangsstrom vom gleichen Differentialverstärkerzweig einer Schaltung (50) zuführbar ist, die Analogmulti- on plizierer l.iit Stromverteilungssteuerung aufweist, von denen jeder mit je einem Eingang an den Ausgang eines der beiden von benachbarten Bezugssigrialen beaufschlagten Differentialverstärker (26, 28; 30, 32) angeschlossen ist, daß die Analogmultiplizierer in der durch die Bezugssignale bestimmten Reihenfolge jeweils mit dem Ausgangsstrom des einen als Eingangsstrom für den folgenden in Kaskade geschaltet sind und daß der Ausgangsstrom des Analogmultiplizierers am Ende der Reihe jo in Verhältnis zu einem dem ersten zugeführten Bezugsstron; (I_n,) dem Verhältnis der Spannungsdifferenzen an den Einärmen (20, 22; 24, 34) zwischen je zwei Bezugssignaien entspricht

2. Funktionsgenerator Mach Anspruch 1, dadurch r, gekennzeichnet, daß die Muluplizierschaltung (50) als Analogmultiplizierer Breitband-Differentialverstärker aufweist.

3. Funktionsgeneratoi nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Breitband-Differentialverstärker eine Verstärkerzelle bildet, durch die das Verhältnis der Kollektorströme gleich dem Verhältnis der extern zugeführten Ströme gehalten wird.

4. Funktionsgenerator nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialverstärker (26, 28, 30, 32) bezüglich ihrer Eingänge (20, 22, 24, 34) in Reihe gelegt sind, indem zwei Eingänge (34) der Differentialverstärker (26, 28; 30, 32) für in der Funktion benachbarte Bezugssignale miteinander und die weiteren Eingän- w ge (20, 22, 24) mit den Eingängen eines der Differentialverstärker für die in der Funktion nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Bezugssignale verbunden sind.

5. Funktionsgenerator nach Anspruch I oder γ, einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Emitterkreis des einen Eingangstransistors in jedem Differentialverstärker (26, 28; 30, 32) ein Widerstand (R) angeordnet ist und daß die Emitier der Transistoren von einer gemeinsamen Strom- t,o quelle gespeist sind.