DE2601191C3

DE2601191C3 - Elektronisch programmierbarer Funktionsgenerator

Info

Publication number: DE2601191C3
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: 1980-01-31
Also published as: JPS5723898B2; US3982115A; GB1520888A; DE2601191A1; JPS51102536A; DE2601191B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronisch programmierbaren Funktionsgenerator zur Erzeugung einer abschnittsweise linearen Funktion, die aus dreieckförmigen Grundfunklionen zusammengesetzt wird, die je durch zwei programmierbare Bezugssignale festlegbar sind, die jeweils Eingängen von Spannungskomparatoren zuführbar 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 Kollektorströiiie der Transistoren werden in einem Netzwerk aus Widerständen und mindestens einer 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 Eingangssignalen, die in positiver und negativer Polarität vorliegen und gleich groß sein müssen, lineare, elektrische Signale erzeugt, die je nach dem Verlauf der Eingangssignale unterschiedliche Steigungen und Schnittpunkte mit den Achsen des karthesischen Koordinatensystems aufweisen. Diese linearen Signale werden einander überlagert. Zur Einstellung der Schnittpunkte der linearen Signale mit den Achsen des Koordinatensystems dienen Potentiometer. Ober Dioden und weitere Potentiometer gelangen die Sign*« in eine aus V/iderständen aufgebaute Additionsschaltung (DE-OS 19 62 583).
Schließlich ist ein Funktionsgenerator bekannt, der

jo 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 durc¹"· die Auswahl der Widerstände.

Der Erfindung liegt die Aufgabt zugrunde, einen Funktionsgenerator der eingangs erläuterten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß er bei möglichst einfacher Programmierung eine hohe Genauigkeit

4-, aufweist und für cien Aufbau in integrierter Technik geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Spannungskomparatoren Differentialverstärker vorgesehen sind, daß in der Funktion benachbarte

w Bezugssignale jeweils einem der F.ingänge zweier verschiedener Differentialverstärker /uführbar sind, deren andere F.ingänge gemeinsam vom Fingangssign.il (V„„) beaufschlagt sind, daß von allen Differentialver stärkern ein Ausgangsstrom vom gleichen Differential

v, verstärkerzweig einer Schaltung zuführbar ist. die Analogmultiplizierer mit .Stromverteilungssteuerung aufweist, von denen jeder mit ie einem Eingang an den Ausgang eines der beiden von benachbarten Bezugssignalen beaufschlagten Differentialverstärker ange schlossen ist. daß die Analogmultipli/ierer in der durch die Bezügssignalc bestimmten Reihenfolge jeweils mit dem Ausgangsstrom des einen als Eirtgangsstrom iüf den folgenden in Kaskade geschaltet sind und daß der Aüsgängsströfii des Analogmultiplizierers am Ende der

es Reihe in Verhältnis zu einem dem ersten zugeführten Bezugsstrom (r_m) dem Verhältnis der Spannungsdifferenzert an den Eingängen zwischen je zwei ßezugssl· gfidlen entspricht.

ΠΙ 1 Q1

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 is« 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 schematischss Schaltbild eines Grundfunktionsgenerators,

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

F i g. 3A bis 3E in einem Blockschaltbild und verschiedenen Diagrammen eine Ausführungsform des Funkticnsgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung.

In F i g. 1 ist der erfindungsgemäße Grund-Funktions-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 su Annäherung zwischen bestimmten Punkten, die sozusagen als Haltepunkte verstanden werden können, herbeiführt, und diese Punkte entsprechen den Koordi naten V_m-i. /m-i). V_m I_m), und V_m+1, l_m+_x). Die abschnittweise lineare Annäherung ist dann die gerade Strecke /0, die auf die erwähnten Haltepunkt-Koordina ten durch algebraisches Zusammenfügen der von den geraden Strecken I"_m-u l"m und /"_ra*i gegebenen linearen Annäherungen trifft. Programmierte Eingangsspannunger beispielsweise V_n, 1, V_n* V_mtl 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 einer 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 Komparators ist mit einem f-'ingangsanschluß 34 verbunden, der fur die Aufnahme eines funktionell /u verändernden Signals vorgesehen ist. das nachfolgend als » V,.,„u bezeichnet wird. Aus F ig. 1 ist erkennbar.daß die Basen eines jeden Transistorpaares den Eingang zum Komparator bilden. Der Strom für jeden Komparator wird von den Stromquellen im Emitter _bn Stromkreis bestimmt.

Der Ausgang eines jeden Komparators (Kollektorstroni) liegt an einer Schaltung 50 an, die eine Anzahl voll Breitbanddiffefentialvcrslärkern umfaßt, und zwar solche, wie sie jn der US-Patentschrift 36 89 752 ausführlich beschrieben sind. Die Schaltung 50 dient dazu, den programmicfiCäi Strom in zwei Strömen mit demselben relativen Verhältnis wie das Verhältnis der qn den Komparator angelegten Differenzspannung aufzuspalten. Nachfolgend wird die Schaltung 50, die Analogmultipüzierer 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, weiche 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, bi'det einen Bestandteil der Schaltung, da zwei Verstärkungszellen und nur eine Stromquelle benutzt werden. Die Stromquelle 60 speist Emitterstrom in eine Ver^'ärkungszelle, die ihrerseits Emitterstrom in eine anden- Verstärkungszelle einspeist. So bewirkt die Diode 52 einen notwendigen Spannungsabfall, um die Sättigung der gestuft angeordneten Verstärkungszellen zu verhindern. Schließiich ist ein Ausgang 66 vorgesehen.

Wieder unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist noch anzufügen, daß der Grundfunktionsgenerator den gesamten Ausgangsstrom l_aus bereitstellt, der die Summe aller V_n, ist, wobei I"_m der Bruchteil von I_n, ist, der zum Ausgang geht. Bei Betrachtung der Strecken zwischen den »Haltepunkten« (V_m- \, I_m-\), (V_m Im) und (V_m+u /_m+i) ergibt sich, daß beim Anwachsen von V_an von V_m-i auf V_n* I"_m \ linear von I_n, \ zu Null interpoliert wird, während I"_m linear von Null zu I_m interpoliert wird. Ähnlich wird beim Anwachsen von Vem von V_n, auf V_m+i, I"_m linear von I_n, zu Null interpoliert, während /"„,» 1 von Null zu /_m+1 interpoliert wird.

Die soeben beschriebene Interpolation ist am besten durch Betrachtung der vier verschiedenen Bereiche von V_e, im verstehen, wo nämlich ist:

'ein 'τη

K-I

Die Ströme /ι - /_h ergeben sich aus der folgenden Schaltungsanalyse:

V-V V-V

ι 'ein ^vm 1 / ^rm 'fm

, V_n. - V_n

'■' ⁼ R

h =

U =

Wenn

K_1n <

Ί =

= 0

und

V-V- h = -^ls-^^ss- Φ

Κ = Ό =

Mit

Ki-i < Κ« < K_n

wird das Verhältnis der Ströme mit /, φ ο, I₂ φ 0

Ii/ F|fin ~~* WH —1

'2 · '5 f/ __ r/

V-V

U =

ο.

Es ergibt sich die Interpolation: /" y.—v.

m 'cm ' m — l

/_m ^_ (Z_11-1

wenn

K_n < Kf. < Kn ₊ I

wird das Verhältnis der Ströme K^, - Κ..·.

U ■ (s —

V , — V

Da

K — Κι ' m * cm r\

I₂ = _

'ein K_n-I

₅

und die Interpolation

ν — V

»m+1 "ein

wird vollzogen.

Die vierte Position von V_ei„, wo V_ein > Kn₊₁ ergibt:

U =

'm₊i ~ K/in _.

und

h
so daß

Ki. - K_n+ .
R

Φ 0

Die Abgabe /o wird die Summe aller ("_m wobei l"_m der Bruchteil von /_m ist. der zum Ausgang gehl.
Nunmehr ist es möglich, den Grundfunktionsgenerator anzuwenden oder auszubauen, sowie eine Verbreitung der mathematischen Analyse zur Schaffung der mathematischen Voraussetzung für weitere Anwendungen VörZüiicnfncri. uciSpiciVwciSc uaiVgi uci fTmnCncri nachrichtenverarbeitenden Systemen eine genaue Signalwiedergabe 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 Ei Weiterung des Funktionsgenerators darstellt. Die Fig. 3B-3E enthalten außerdem eine Anzahl von Diagrammen zur Verdeutlichung.

Ein Signal liegt an einem Übcrtragungs- und/oder Signalverarbeitungswegteil IOC' an, dessen Abgabe grundsätzlich an eine Leitung 102 gegeben wird und idealerweise der in Fig. 3B dargestellten Interpolation entspricht. In der Praxis kann jedoch infolge der Nichtlinearität des Obertragungs- 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 Sipnal an den V^--F.ins>an(T eine»; Funktinnsgenerators FC oder 106 gemäß der vorliegenden Erfindung, und an den »X«-Eingang einer Multiplizierschaltung 108 und gleichzeitig der Ausgang (VO) des Funktionsgenerators 106 an den »y«-Eingang der Multiplizierschaltung 108 angelegt werden, wird über eine Leitung 104 eine gemäß Fig.3D verlaufende Korrektur aufgebracht, die das Produkt der »X«- und »y«-Eingänge am Multiplizierer 108 ist Durch Hinzufügen der Korrekturinterpolation zu dem verzerrten Signalausgang auf der Leitung 102 wird die in Fig.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 R und solche Widerstände 250 bzw. 5000 Ohm. Zusätzlich können eine Anzahl von

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

Übertragungsqualität, wird üblicherweise mit Bezeichnungen der Phaseri/Frequenz-Empfindlichkeit und der Amplituden/Frequenz-Empfindlichkeit dieser Systemelemente ausgedrückt. Manchmal ist es erforderlich ßetriebszuslände eines jeden speziellen Verstärkers oder einer Videoschleife oder des gesamten Videoübertragungswegs urifer delii liier vorliegenden Aspekt Beachtung zu schenken. Die vorliegende Erfindung ist deshalb bei der automatischen Sleuerung der ganzen Übertragungsschleifcn sehr wirksam.

Hierzu 2 Blatt Zeicliniingcri

Claims

26 Ol 191 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 gekennzeichnet, 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 (Vd_n) beaufschlagt sind, daß von allen Differential verstärkern (26,28,30,32) ein Ausgangsstrom vom gleichen Differentialverstärkerzweig einer Schaltung (50) zuführbar ist, die Analogmultiplizierer mii Stromverteilungssteuerung aufweist, von denen jeder mit je einem Eingang an den Ausgang eines der beiden von benachbarten Bezugssignalen 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 in Verhältnis zu einem dem ersten zugeführten Bezugsstrom (I_n,) dem Verhältnis der Spannungsdifferenzen an den Linänge., (20, 22; 24, 34) zwischen je zwei Bezugssignilen entspricht.

2. Funktionsgenerator nach A Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipiizierschaltung (50) als Analogmultiplizierer Breitband-Differentialverstärker aufweist.

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

4. Funktionsgenerator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialverstärker (26, 28, 30, 32) bezüglich ihrer F.ingänge (20, 22, 24, 54) in Reihe gelegt sind, indem /wei F.ingänge (34) der Differential verstärker (26, 28; 30, 32) für in der Funktion benachbarte Bezugssignale miteinander und die weiteren F.ingänge (20, 22, 24) mit den Fingängen eines der Differenzverstärker für die in der Funktion nächsthöheren b/w. nächstniedrigeren Bezugssignu Ie verbunden sind.

5. Funktionsgenerator nach Anspruch I <ider einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Fmitterkreis des einen Fmgangstransistors in jedem Differenzverstärker (26, 28; 30, 32) ein Widerstand (R) angeordnet ist unö daß die Emitter der Transistoren von einer gemeinsamen Strom quelle gespeist sind.