DE2601789A1 - Analog/digital-umsetzer - Google Patents
Analog/digital-umsetzerInfo
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Description
PATENTANWALT
DIPL-ING.
DIPL-ING.
HELMUT GÖRTI
rt am Main 70
. 27-Td. 617079 2601789
. 27-Td. 617079 2601789
19. Januar 1976 ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION Gzw/goe
Analog/Digital-Umsetzer
Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog/Digital-Umsetzer gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs, d.h. also auf einen
Umsetzer von dem Puls-Breiten-Modulationstyps und im speziellen
auf einen Typ für inkrementale Puls-Breiten-Modulation, der dasu dient, ein digitales Abbild der Amplitude eines analogen Stromes
zu erzeugen2 und zwar mit einer sehr kleinen Vorspann-Ausweichung
bzw. einem Vorspann-Driftfehler. Die Erfindung bezieht sich dabei auf eine Verbesserung des Gegenstandes der älteren Anmeldung
P 25 48 746.1.
Es sind bereits viele elektromagnetische Beschleunigungs-Digitalisierers
Strom-Digitalisierer, digitale Voltmeter und andere Analog/Digital-Umsetzer bekannt geworden, die ein analoges Eingangssignal
in ein digitales Ausgangssignal verwandeln können.
Viele dieser bekannten Einrichtungen benutzen zum Umsetzen des analogen Eingangssignals in das digitale Ausgangssignal pulsbreitenmodulierte
Signale, Der Stand der Technik läßt sich zweckmäßig anhand der folgenden US-Patentschriften repräsentativ
darstellen.
Die US-PS 3.500,109 offenbart einen Analog/Digital-Umsetzer,
der nacheinander positive und negative Bezugsspannungen schaltet und dann diese geschalteten Bezugsspannungen in Bezugsströme umsetzt.
Ein Integrator summiert selektiv diese Bezugsströme mit einem analogen Eingangsstrom auf, wobei die sich am Integratorausgang
einstellende Spannung in einem Vergleichsglied mit einer dreieckförmigen Spannung verglichen wird. Ist die Ausgangsspannung
des Integrators größer als die Dreiecksspannung, dann wird die Summe des analogen Eingangsstromes und eines negativen Bezugsstromes
integriert. Liegt die Integrator-Ausgangsspannung unterhalb der Dreiecksspannung, dann wird die Summe des analogen
Eingangsstromes und eines positiven Bezugsstromes integriert. Das Ausgangssignal des Vergleichsgliedes ist ein pulsbreitenmoduliertes
Signal, das proportional zu dem analogen Eingangssignal ist und das dazu dient, nacheinander das Schalten der positiven
und negativen Bezugsspannung zu steuern. Die geschalteten Bezugsspannungen
werden weiterhin dazu verwendet, das Hoch- und Runterzählen von Taktimpulsen in einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler zu
steuern, um auf diese Weise ein digitales Ausgangs signal entsprechend dem Wert des analogen Eingangssignals zu erzeugen.
Diese bekannte Einrichtung besitzt einige Nachteile. Das pulsbreitenmodulierte
Ausgangssignal des Vergleichsgliedes ist nicht mit den Taktimpulsen synchronisiert. Dazu kann es zu Fehlern im digitalen
Ausgangssignal kommen. Die Verwendung von zwei Bezugsspan-
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nungen führt zu zwei verschiedenen Maßstabsfaktoren für den Wert der positiven und der negativen Spannung, wobei das Maximum der
Fehlerdifferenz bei einem Eingangssignal von Null Volt auftritt.
Hinzu kommt, daß Fehler in der Linearität des Maßstabsfaktors und in der Genauigkeit der ausgegebenen Werte auftreten, wenn Spannungen
geschaltet werden.
Bei dem Analog/Digital-Umsetzer nach der US-PS 3,316,547 werden
die Bezugsspannungen und die analogen Spannungen alternativ geschaltet und in Ströme umgewandelt, bevor sie an einen Integrator
gelangen. Der integrierte Wert der Ströme wird dann an ein Pegel-Vergleichsglied angelegt, das die Zufuhr von Taktimpulsen zu
einem Zähler durch Steuerung eines Tores beeinflußt. Der Zähler gibt ein digitales Ausgangssignal vor und steuert weiterhin ein
Flip-Flop, das seinerseits das Schalten der Bezugs- und der analogen Spannung steuert. Auch diese bekannte Einrichtung besitzt
verschiedene Nachteile. Zunächst ist es nur möglich, eine Eineinzigen
gangsspannung einer/Polarität zu digitalisieren. Da die Eingangsspannung darüber hinaus nur zeitweilig anliegt, erzeugen irgendwelche
Änderungen in der Amplitude des Eingangssignals, die während der Zeit auftreten, in der die Bezugsspannung verwendet wird,
einen Fehler in dem digitalen Ausgangssignal. Ein Schalter schließt
den integrierenden Kondensator in dem Integrator aus, wodurch
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sich häufende Fehler verursacht werden. Das Vergleichsglied wird nicht durch den Impulsgenerator getriggert. Wenn somit das Vergleichsglied
seinen Zustand ändert, kann sich ein Fehler bis zu einer Taktzeit des Impulsgenerators einstellen. Darüber hinaus
bedingt die Spannungs-Schalt-Technik, wie bereits oben erwähnt, einen Verlust in der Linearität des Maßstabsfaktors und einen
Verlust in der Genauigkeit der ausgegebenen Werte.
Weitere Analog/Digital-Umsetzer, die nach der Spannungs-Schalt-Technik
arbeiten, sind in den US-PS'en 3,305,856; 3,^58,809 und
3,488,652 offenbart. Jeder dieser Umsetzer besitzt somit ebenfalls die vorerwähnten Nachteile hinsichtlich des Linearitätsverlustes
im Maßstabsfaktor und des Verlustes in der Genauigkeit
der ausgegebenen Werte.
In der US-PS 3,305,856 ist dabei ein Analog/Digital-Umsetzer beschrieben,
bei dem eine sägeζahnformige Spannung für einen Spannungs-Vergleichskreis
bzw. Summierer als das den Schaltpunkt bestimmendes Signal dient, wobei das Ausgangssignal der Summe der
Sägezahnspannung und eines integrierten Eingangssignals entspricht.
Der Vergleichskreis steuert das Schalten eines Präzisions-Festkörperschalters, um abwechselnd positive und negative Spannung
auf seine Ausgangsleitung aufzuschalten. Das Ausgangssignal des
Festkörperschalters ist ein pulsbreitenmoduliertes Signal, das
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eine konstante Periode besitzt und eine erste Polaritätsdauer aufweist, die -proportional der analogen Eingangsspannung ist.
Ein anderer Nachteil dieses Umsetzers beruht auf der Tatsache, daß die Rückführungs-Schaltzeit des Pestkörperschalters nicht mit
dem Ausgangssignal der Zeitbasis, d.h. den Mitteln, die die Zählperiode des Universal-Zählers bestimmen, synchronisiert ist.
Dieser Umstand begrenzt die Genauigkeit des Ausgangssignals, da
Fehler, die auf einem Verlust eines Teiles der Impulsbreite beruhen,
am Ausgang" des Pestkörperschalters erscheinen.
Der Analog/Digital-Umsetzer vom Spannungs-S'chalt-Typ nach der
US-PS 3,458,809 besitzt einen Umvrandlungs ζ yk lus konstanter Periode.
Während eines ersten Teiles des Zyklus wird mittels eines Taktimpulses ein Schalter angeschaltet, um dabei eine Bezugsspannung
durchzuschalten, die dann in einen Bezugsstrom umgewandelt wird, der am Eingang eines Integrators algebraisch mit einem analogen
Strom aufsummiert wird. Während des zweiten Teiles des Zyklus wird
der Schalter ausgeschaltet, so daß nur der analoge Strom an den Eingang des Integrators gelangt. Der Betrag der Periode, die von
dem ersten Teil des Zyklus eingenommen wird, ist so eingestellt, daß sie den Wert des analogen Eingangssignals repräsentiert. Ein
Zähler zählt die Taktimpulse, die während eines Teiles des Zyklus auftreten, um damit den Wert des analogen Eingangssignals in
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digitaler Form zu bestimmen. Ein weiterer Nachteil dieses Umsetzers
besteht darin, daß die Rückführ-Periode nicht mit den Taktimpulsen synchronisiert ist. Dadurch kann die Pulsbreite nicht
exakt gemessen werden, und es entstehen große Linearitätsfehler.
Der Analog/Digital-Umsetzer, der in der US-PS 3,488,652 offenbart ist, und der ebenfalls vom Spannungs-Schalt-Typ ist, ist ähnlich
dem nach der US-PS 3,500,109, ausgenommen, daß die abwechselnd geschalteten positiven und negativen Spannungen gefiltert und nicht
integriert werden, bevor sie mit einer analogen Spannung aufsummiert werden. Weiterhin ist kein Vergleich mit einer dreiecksförmigen
Spannung vorgesehen. Dafür findet ein Vergleich der summierten Spannungen in Bezug auf das Massepotential statt. Da in diesem
Fall kein Integrator benutzt wird, ist die ausgangsseitige Genauigkeit
relativ klein.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß alle vorstehend erläuterten
Patentschriften Analog/Digital-Systeme vom Spannungs-Schalt-Typ betreffen, die viele Nachteile haben. Sie haben dabei
den gemeinsamen Nachteil hinsichtlich des Linearitätsverlustes des Maßstabsfaktors und des Genauigkeitsverlustes der ausgegebenen
Werte.
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Der in der obengenannten Patentanmeldung P 25 48 746.1 beschriebene
Umsetzer sieht eine einpolige Strom-Sehalt-Einrichtung vor, die ganz wesentlich die Nachteile hinsichtlich des Linearitätsverlustes
des Maßstabsfaktors und des Genauigkeitsverlustes der ausgegebenen Werte verringert. Dieser Umsetzer besitzt eine sehr
gute Linearität hinsichtlich des Maßstabsfaktors sowie eine gute
Stabilität dieses Paktors (oder einen niedrigen Maßstabsfaktorfehler)
und gibt relativ genaue Ausgangswerte ab. Fehler im Maßsfcabsfaktor
bilden jedoch einen großen Teil der Fehler im Analog/ Digital-Umeetzersystem. Obwohl in dem obengenannten Umsetzer die
Fehler im Maßstabsfaktor sehr gering gemacht werden konnten, besitzt dieser Umsetzer weiterhin eine ihm innewohnende Ausweichung
des Ruhezustandes (bias offset) sowie Driftfehler des Ruhezustands,
(bias drift errors).
Keine der obengenannten Schriften und Anmeldungen offenbart einen Analog/Digital-Umsetzer vom inkremental Puls-Breiten-Modulationstyp
zum Erzeugen eines sehr genauen digitalen Abbildes der Amplitude eines analogen Stromes mit kleinen Fehlern hinsichtlich des Ruhezustandes
und des Maßstabsfaktors nach der Methode, bei der selektiv
als Funktion der Amplitude'des analogen Stromes ein bipolar geschalteter
Präzisionsstrom mit dem analogen Strom aufsummiert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Umsetzer
anzugeben. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.
Die Erfindung sieht somit einen verbesserten Analog/Digital-Umsetzer
vor, der sehr kleine Fehler hinsichtlich des Ruhezustandes und des Maßstabsfaktors besitzt und der sehr genaue digitale Ausgangswerte
eines analogen Eingangsstromes ausgibt. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel steuert ein inkrementaler Puls-Breiten-Modulator das bipolare Schalten eines Präzisiänsstromes
mittels eines Brückenetzwerkes von Schaltern, und zwar auf einen oder hinweg von einem summierenden Eingang eines Integrators
als Punktion der Amplitude eines analogen Stromes. An dem summierenden
Eingang des Integrators wird der bipolare Strom mit einem analogen Strom aufsummiert, wodurch der Integrator in der Lage
ist, ein Spannungssignal zu erzeugen, das proportional dem Integral
der Summe dieser Ströme ist. Der inkrementale Puls-Breiten-Modulator
spricht auf das Spannungssignal und auf Taktimpulse an,
damit es dem Brückennetzwerk von Schaltern möglich ist, sehr genau die Plußrichtung des bipolar geschalteten Präzisionsstromes in
Bezug auf den summierenden Eingang des Intergrators zu steuern. Der inkrementale Puls-Breiten-Modulator setzt weiterhin einen
Ausgangskreis in die Lage, ein im hohen Maße genaues digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes zu erzeugen, und zwar
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mit sehr kleinen Fehlern hinsichtlich des Ruhezustandes und sehr
kleinen Fehlern hinsichtlich des Maßstabsfaktors.
Die Erfindung betrifft somit einen verbesserten Analog/Digital-Umsetzer
der ein pulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, wobei die Pulsbreite sich inkremental mit Übereinstimmung mit Taktimpulsen
ändert. Das System gemäß der Erfindung liefert ein im hohen Maße genaues digitales Abbild der Amplitude eines analogen
Stromes, und zwar mit sehr geringen Fehlern sowohl hinsichtlich des Ruhezustandes als auch hinsichtlich des Maßstabsf-aktors.
Der erfindungsgemäße Umsetzer vermeidet darüber hinaus vollständig die Notwendigkeit hinsichtlich der eine Vorspannung vorgebenden
Widerstände, in dem er Schaltkreise verwendet, die einen bipolar geschalteten Präzisionsstrom vorgeben anstelle der Verwendung
einer üblichen Spannungs-Schalt-Technik oder einer einpolig geschalteten
Präzisionsstrom-Technik. Der Fluß des Präzisionsstromes in einen oder hinweg von einem summierenden Eingang eines integrierenden
Kreises wird als Funktion der Pulsbreite eines inkremental pulsbreitenmQdulierten Signals geschaltet. Der Umsetzer nach der
Erfindung kann als Stromdigitalisierer, als ausgangsseitiger Digitalisierer
eines elektromagnetischen Beschleunigungsmessers, als
Digitalisierer des Stromes eines Kreisels, als integrierendes digitales Amperementer, als Präzisions-Integral-Digitalvoltmeter
oder sonstwie als Analog-Digital-Umsetzer verwendet werden.
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Die ausgangsseltige Taktimpulsfolge des erfindungsgemäßen Umsetzers
Ist proportional der Amplitude des analogen Eingangssignals.
Die Erfindung bezieht sich schließlich auf einen Analog/Digital-Umsetzer
der ein digitales Abbild einer Amplitude eines analogen Stromes erzeugt, indem er präzise die Richtung des Stromes eines
Präzisionsstromes in Bezug auf einen summierenden Eingang eines Integrators als Punktion der Amplitude eines analogen Stromes
schaltet, um auf diese Weise ein Schalt-Steuer-Signal, das proportional der Amplitude des analogen Stromes ist, zu erzeugen und
digital die Breite dieses Signals zu messen»
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich anhand der Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Digitalisierers der Fig. 1, und
Fig. 3 ein Schaubild von Impulsen und Spannungsverlaufen zur
Erläuterung der Arbeitsweise des Digitalisierers nach
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Die Pig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des verbesserten inkrementalen puls-breitenmodulierten
Systems nach der Erfindung. Das System nach Pig. I kann beispielsweise arbeiten als ein Stromdigit.alisierer, als
ein Stromdigitalisferer eines Kreisels, als integrierendes Digital-Amperementer,
als Ausgangsdigitalisierer eines elektromagnetischen Beschleunigungsmessers, als integrierendes Digital-Voltmeter
oder sonst irgendwie als Analog/Digital-Umsetzer. Das System spricht auf einen analogen Eingangsstrom I.,an, der an
den Eingangsklemmen 11 an einen Digitalislerer 13 angelegt wird,
um ein digitales Abbild der Amplitude dieees analogen Eingangsstromes zu erzeugen. Der Strom I. mag dabei anfänglich von einer
externen analogen Quelle 15 erhalten werden. Die analoge Quelle 15 kann dabei entweder eine analoge Stromquelle oder eine analoge
Spannungsquelle sein.
Wenn die analoge Quelle 15 eine analoge Stromquelle ist, beispielsweise
ein Kanal eines elektromagnetischen Beschleunigungsmessers oder eine andere geeignete Quelle eines unbekannten analogen Stromes,
dann wird der analoge Strom I^ von der analogen Quelle 15
erzeugt und gelangt über die Klemme 17 ü"ber eine nicht dargestellte
Brücke, die die Klemmen 17 und 11 miteinander verbindet zu dem Digitalisferer 13. Wenn andererseits die analoge Quelle
eine Spannungsquelle ist, beispielsweise für den Fall des inte-
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grierenden Digital-Voltmeters oder für die Arbeitsweise des
Analog/Digital-Umsetzers, dann wird anstelle einer Brücke ein ■ Widerstand 19 zwischen die Anschlüsse 17 und 11 geschaltet, um
so zwecks Verwendung für den Digitalisierer 13 die analoge Spannung der Quelle 15 in einen analogen Strom umzusetzen.
Ein Zeitgeber 21, der einen Taktgenerator und Frequenzteilerschaltungen
(nicht gezeigt) enthalten kann, entwickelt Taktimpulssignale mit den Frequenzen F., F» nnd P,. Die Frequenz für F.
kann beliebig vorgegeben werden, wogegen Fp ein ganzteiliger
Teiler der Frequenz F., und F^, ebenfalls ein ganzteiliger Teiler
der Frequenz F2 ist. In der später noch zu erläuternden Beschreibung
der Fig. 2 sind beispielsweise für die Frequenzen F1, F2 und F, die Vierte von 40 kHz, 320 Hz und 64 Hz gewählt
worden.
Die Taktimpulssignale in den Frequenzen F^ und F2 werden an den
Digitalisierer 13 angelegt, damit dieser in der Lage ist, den analogen Eingangsstrom I. in eine Folge von Impulsen umzuwandeln,
deren Impuls-FoIgefrequenz proportional zu der Amplitude des
analogen Eingangsstromes I^ ist. Diese Ausgangsimpulsfolge des
Digitalisierers 13 bildet ein^ im sehr hohen Maße genaues digitales
Abbild.der Amplitude des analogen Eingangsstromes I..
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Die Impulsfolge wird von dem Digitalisierer 13 über eine Leitung 23 an eine Recheneinrichtung 25 angelegt, die beispielsweise
ein Zähler oder ein Digitalrechner sein kann, der eine digitale Ausgangsanzeige oder Ausgaben der Amplitude des analogen Stromes
I. gibt. Um diese Punktion durchzuführen, benutzt die Recheneinrichtung
25 das Takt impuls signal mit der Frequenz P-, zum Vorgeben der Abtastzeit, währenddessen die Einrichtung 25 zählt. Die Recheneinrichtung
25 zählt daher während jeder Abtastzeit vorwärts. Die Einrichtung 25 speichert daneben entweder die Mess.ung; des
Stromes I. oder zeigt diese Messung an, und zwar ebenfalls wäh- '
rend der Dauer der Abtastzeit. Es soll noch erwähnt werden, daß die Leitung 23 eine zusammengesetzte Leitung sein kann, um ein
komplementäres Paar von Ausgangsimpulsfolgen an die Recheneinrichtung 25 anzulegen, die ihrerseits das komplementäre Paar
auf eine einzige Leitung umsetzt, um die darin enthaltende Information auszunutzen.
Anhand der Fig. 2 und 3 soll nunmehr der Digitalisierer 13 der Fig. 1 im Detail erläutert werden. Die Fig. 2 zeigt dabei den
Digitalisierer 13 in einem Blockschaltbild, wogegen die Fig. 3 zur Erläuterung der Fig. 2 ein Impulsdiagramm bzw. Spannungsverläufe zeigt.
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- in -'
Eine Präzisionsstromquelle 31 erzeugt einen Präzisionsstrom I
(Spannungsverlauf 33) und legt diesen Strom an ein Brückennetzwerk
von Schaltern 35, 37, 39 und 41 an. Die Schalter 35, 37, 39 und 4l sind im vorliegenden Beispiel als Feldeffekttransistoren
ausgebildet, jedoch können auch andere geeignete elektronische Schalter dafür benutzt werden. Im folgenden wird für den Begriff
des Feldeffekttransistors die Abkürzung FET verwendet. Die FET-Schalter 35 und 37 liegen in Reihe zwischen den summierenden
Eingang 43 eines Integrators 45 und einem Bezugspotential, beispielsweise
Masse, wobei ihre gemeinsam verbundenen Drain-Elektroden an die Eingangsseite der Präzisionsstromquelle 31
geschaltet sind. In gleicher Art und Weise liegen die FET-Schalter 39 und 4l in Reihe zwischen dem summierenden Eingang 43
des Integrators 45 und Masse, wobei ihre gemeinsam verbundenen
Source-Elektroden an die Ausgangsseite der Präzisionsstromquelle 31 geschaltet sind.
Die Arbeitsweise der FET's 35,37,39 und 41 wird von einem D-Flip-Flop
47 gesteuert, das Teil einesinkrementalen Puls-Breiten-Modulators
49, der später noch erläutert wird, ist. Der Q-Ausgang des Flip-Flop 47 erzeugt ein Ausgangssignal X, das an die Gate-Elektroden
der FET's 37 und 39 angelegt ist, wogegen der Ausgang Q der Flip-Flop 47 das Komplement des Signals X, d.h. das Signal
X erzeugt^, das an die Gate-Elektroden der FET's 35 und 41 ange-
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Der Digitalisierer 13 besitzt zwei Betriebszustände. In dem ersten
Betriebszustand sind die Signale X bzw. X des Flip-Flops
47 in dem Zustand binär "1" bzw. binär 11O". Während des ersten Betriebszustandes sind daher die FET-'-s 35 und 41 abgeschaltet, wogegen die FET's 37 und 39 eingeschaltet sind, wodurch es dem Strom I„ möglich ist, von Masse durch den FET 37, die Präzisionsstromquelle 31 und den FET 39 in den summierenden Eingang 43
zu fließen. In dem zweiten Betriebszustand sind die Signale
X und t des Flip-Flops 47 in dem Zustand binär "0" bzw. binär
"1". Während dieses zweiten Betriebszustandes sind daher die FET's 37 und 39 ausgeschaltet, wogegen die FET's 35 und 4l angeschaltet sind, wodurch es dem Strom Ip möglich ist, von dem summierenden
47 in dem Zustand binär "1" bzw. binär 11O". Während des ersten Betriebszustandes sind daher die FET-'-s 35 und 41 abgeschaltet, wogegen die FET's 37 und 39 eingeschaltet sind, wodurch es dem Strom I„ möglich ist, von Masse durch den FET 37, die Präzisionsstromquelle 31 und den FET 39 in den summierenden Eingang 43
zu fließen. In dem zweiten Betriebszustand sind die Signale
X und t des Flip-Flops 47 in dem Zustand binär "0" bzw. binär
"1". Während dieses zweiten Betriebszustandes sind daher die FET's 37 und 39 ausgeschaltet, wogegen die FET's 35 und 4l angeschaltet sind, wodurch es dem Strom Ip möglich ist, von dem summierenden
X
Eingang 43 durch den FET 35, die Präzisionsstromquelle 31 und
Eingang 43 durch den FET 35, die Präzisionsstromquelle 31 und
den FET 4l nach Masse abzufließen. Es soll erwähnt werden, daß
der vollständige Strompfad von der Masse oder zu der Masse für die Ströme I17 und I_ vervollständigt wird durch den Integrator
45 und seine zugeordnete LeistungsVersorgung, die nicht dargestellt
ist.
Betrachtet man den Eingang der Stromquelle 31, so ist die Summe der an den Eingang zurückfließenden Ströme Iw und I7, gleich
1X 5X
dem Präzisionsstrom Ισ, da sich beide Ströme zu dem konstanten
Strom Ig, dargestellt in dem Spannungsverlauf 33, kombinieren.
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Betrachtet man jedoch den summierenden Eingang 4 3 des Integrators,
dann erscheinen die Ströme I_ und I„ zu verschiedenen
FX FX Zeiten und fließen in entgegengesetzte Richtungen,wobei der
Strom I„ in den Summierungspunkt 43 hineinfließt, und der Strom
bX
I„ von dem summierenden Eingang 43 wegfließt. Abhängig von
I„ von dem summierenden Eingang 43 wegfließt. Abhängig von
FX
der Schaltweise des Brückennetzwerkes von Schaltern 35, 37, 39 und 4l wt-rd daher ein bipolarer Strom in den summierenden Eingang 43 hineingeschickt oder fließt aus ihm heraus. Dieser bipolare Strom ist der Rückführstrom I„, der den Spannungsverlauf 51 hat. Der Strom I„ ist daher gleich der algebraischen Summe der Ströme I„ und I_ , die in den summierenden Eingang 43 hinein- bzw*
der Schaltweise des Brückennetzwerkes von Schaltern 35, 37, 39 und 4l wt-rd daher ein bipolarer Strom in den summierenden Eingang 43 hineingeschickt oder fließt aus ihm heraus. Dieser bipolare Strom ist der Rückführstrom I„, der den Spannungsverlauf 51 hat. Der Strom I„ ist daher gleich der algebraischen Summe der Ströme I„ und I_ , die in den summierenden Eingang 43 hinein- bzw*
FX FX
wieder aus ihm herausfließen, wobei die positiven bzw. die negativen
Teile des Sp annungs Verlaufes 51 die Ströme I_ bzw. I17 darstellen.
Es sei nun angenommen, daß der Digitalisierer 13 der Pig. 2 so ausgelegt ist, daß er einen Präzisionsstrom I~ von
ImAe. jeugt, so wie es die Kurvenform 33 zeigt. In diesem Fall
ist der Rückführstrom Ip entweder +ImA oder -ImA, so wie es der
Kurvenverlauf 51 zeigt.
An den summierenden Eingang 43 ist weiterhin der unbekannte
gangsseitige analoge Strom I. (Spannungsverlauf 53) angelegt,
von dessen Amplitude ein digitales Abbild umgesetzt werden soll. Die Ströme I„ und I. werden an dem summierenden Eingang 43 aufsummiert, um den Leitstrom (net current) im Integrator 45
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(Kurvenform 55) zu erzeugen. Als Antwort auf diesen Leitstrom
erzeugt der Integrator 45 eine Ausgangsspannung V (.Kurvenform
57), die proportional zu dem Integral der Summe der Strömelp und
I., die an den summierenden Eingang 43 angelegt sind, ist.
In dem inkremental Puls-Breiten-Modulator-Schaltkreis 49 ist
ein Generator 59 vorgesehen, der eine Dreieckspannung erzeugt,
und der auf das 320 Hz-Taktsignal (Fp) von dem Zeitkreis 21 (Fig. 1) anspricht, um daraufhin ein 32o Hz-nullsymmetrisches
Bezugs-Dreiecksignal zu erzeugen, wie es in der Fig. 3 in der Kurvenform 6l dargestellt ist. Dieses Dreiecksignal (Kurvenverlauf
6l) und die Ausgangsspannung V des Integrators 45
(Kurvenverlauf 57) werden in einem Differenzvergleicher 63 miteinander verglichen, wobei am Ausgang des Vergleichers 63 die
Spannung mit dem Kurvenverlauf 65 (Fig. 3) erzeugt wird. Untersucht man die Spannungen mit den Kurvenformen 57, Sl und 65,
so ist ersichtlich, daß die Kurve 65 im Zustand binär "0" ist, wenn die integrale Ausgangsspannung V negativ in Bezug auf das
dreieckförmi-ge Signal 6l ist. In gleicher Weise ist die Spannung der Kurvenform 65 in dem Zustand binär "1", wenn die Ausgangsspannung
V des Integrators positiv in Bezug auf das dreieckförmige
Signal 6l ist.
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Das Ausgangssignal (Kurvenverlauf 65) des Differenzverglelchers
63 wird an den D-Eingang des Flip-Flop 47 angelegt. Das 40 kHz-Taktimpulssignal
F , dargestellt durch den Kurvenverlauf 67 in Fig. 3, liegt an dem Taktimpulseingang CLK des Flip-Flop 47.
Bei jeder Taktimpulszeit des 40 kHz-Taktes, verbleibt entweder das X-Signal an dem Q-Ausgang des Flip-Flop 47 in seinem binären
Zustand oder es ändert sich auf den binären Zustand des Signals (Kurvenverlauf 65), das unmittelbar vor der betreffenden Taktimpulszeit
an seinem D-Eingang angelegen hat. Das Komplement des X-Signals (X) erscheint an dem Q -Ausgang des Flip- Flop 47.
Dieses X-Signal an dem Q-Ausgang des Flip-Flops 47 wird ebenfalls
als ein inkrementaler pulsbreitenmodulierter Impuls (Spannungsverlauf 69 in Fig. 3) verwendet, da seine mittlere Pulsbreite
proportional zu der Amplitude des zu messenden analogen Eingangsstromes I. ist.
Wie bereits oben erwähnt, steuern bzw. treiben die X- und X-Ausgangssignale
des Flip-Flops 47 einzeln die beiden Paare von FET-Schaltern (35, 4l und 37, 39) in dem Brückennetzwerk von Schaltern
35, 37, 39 und 4l, um damit einen bipolaren Präzisionsstrom I51 an den summierenden Eingang 43 vorzugeben, an welchen
dieser bipolsre Strom I_ algebraisch mit dem analogen Strom I.
summiert wird. Die X- und X-Ausgangssignale des Flip-Flop 47
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bestimmen daher die Polarität des Stromes Ip zu jeder gegebenen
Zeit, auch während der Zeitdauer von jeder der Polaritäten des Stromes Ip.Die Breiten der inkremental pulsbreitenmodulierten
Signale X und It werden daher durch den Schaltkreis 49 als Punktion
der Amplitude des analogen Stromes I. gesteuert.
Das inkremental pulsbreitenmodulierte Signal X des "Q-Ausganges
des Flip-Flop 47 wird weiterhin an das UND-Gatter 71 angelegt,
das selektiv während/^Kile der Spannung 69, die dem Zustand binär
"1" zugeordnet sind, eine Torsteuerung des 40 kHz-Taktimpulses
bewirkt. Die Ausgangsimpulse des UND-Gatters 71, dargestellt durch den Kurvenverlauf 73 in Fig. 3, sind das digitale Abbild
der Amplitude des unbekannten analogen Stromes I.. Diese Ausgangsimpulse werden von einer Recheneinrichtung 25 gezählt,um
dadurch eine digitale Ausgangsanzeige bzw. einen digitalen Auslesevorgang
zu bewirken. Wenn die Recheneinrichtung 25 ein komplementäres Paar von Eingängen benötigt, dann wird das Ausgangssignal
des UND-Gatters 71 invertiert mittels eines lpgischen Inverters oder NAND-Gatters 75, um auf diese Weise das Komplement
der Kurvenform 73 zu bilden, wobei dann die Ausgangssignale
des UND-Gatters 71 und des NAND-Gatters 75 an die Recheneinrichtung 25 angelegt werden.
Der Digitalisierer 13 arbeitet in der Weise, daß er die Puls-IaTeIte
"Jedes der "Signale ~X uncTX des Flip-"Flop 47 ändert, damit
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das Brückennetzwerk der Schalter 35, 37, 39 und 4l in der Lage
ist, den mittleren V/ert des Rückführstromes Ip zu steuern, derart,
daß der mittlere Wert der Summe der Ströme Ip und I., die in den
summierenden Eingang 43 des Integrators hineintreten bzw. ihn
verlassen, gleich Null ist« Diese Beziehung kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Ip +I1 =0 (1)
%VE 1AVE
Als Folge davon muß der Schaltkreis 49 diesen Leistungszyklus an seinen Ausgangs Signalen X und X erzeugen, die dafür sorgen,
daß die Ausgangs spannung des Integrator 45 im Mittel gleich Null
ist» Zur Bestimmung dieses Leistungszyklus, den der Schaltkreis 49 als Antwort auf das Anlegen eines gegebenen Wertes eines analogen
Eingangsströmes I. in den Digitalisierer 13 der Fig. 2 erzeugen
muß, kann die folgende Leistungszyklus-Gleichung (2) formuliert werden:
Leistungszyklus = j -J±-\ + 1 50 % (2)
wobei I. = der Amplitude des analogen Eingangsstromes, und
I- = die Amplitude des Präzisionsstromes, erzeugt'durch
die Quelle 31, ist.
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Um die Arbeitsweise des Digitalisierers 13 besser verstehen zu können, sei angenommen, daß der Strom Ip = +1 mA ist, wenn das
Signal X die FET's 37 und 39 anschaltet, und daß der Strom Ip =
-1 mA ist, wenn das Signal X* die FET's 35 und 4l anschaltet,
so wie es in der Kurvenform 51 ausgedrückt ist. Es soll noch in Erinnerung gerufen werden,« daß gilt: Ip = I_ + I„ , wobei
I„ der positive Strom ist, der während des ersten Betriebszustandes
in den summierenden Eingang 43 hineinfließt, und wobei Ip- der negative Strom ist, der während des zweiten Betriebszustandes
von diesem summierenden Eingang 43 wegfließt. Ist daher
Ip = +1 mA, dann ist Ip = + 1 mA und Ip- = O mA. Umgekehrt,
Λ. JrL
ist I„ = -1 mA, dann ist I„ = O mA und I„ = -1 mA.
Λ. Λ
Es sei ferner angenommen,daß der analoge Strom I. zwischen den
Zeiten t. und t„ = O ist, so wie es in der Kurvenform 53 dargestellt
ist. Wenn die FET's 37 und 39 eingeschaltet sind (und die FET's 35 und 41 ausgeschaltet sind), dann fließt ein Rück-
führstrom I„ (oder I„ ) + 1 mA in den summierenden Eingang 43.
F Fx
Ganz ähnlich fließt, wenn die FET's 35 und 41 eingeschaltet sind, (und die FET's 37 und 39 ausgeschaltet sind), ein Rückführstrom
Ip (oder Ip- ) von-1 mA von dem summierenden Eingang 43 weg.
Da der mittlere Wert der Ströme Ip und I., die den summierenden
Eingang verlassen bzw. in ihn hineinfließen, gleich Null sein muß, und der Strom I. für die vorliegende Erläuterung als zu
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O mA festgelegt worden ist, so haben die PET-Paare 35 und 4l
(als auch die FET-Paare 37 und 39) einen Leistungszyklus von 50$,
da jedes der Paare dieser Schalter alternativ 50 % der Zeit ein-
und ausgeschaltet ist. Wenn man den Wert I. = 0 und I0 = 1 mA
in die Gleichung (2) einsetzt, dann ergibt sich auch rechnerisch die Tatsache des 50 ^-Leistungszyklus gezeigt durch den Schaltkreis
49 und I. = 0 mA während der Zeitperiode t. - t~ gemäß
Fig. 3 ist.
Es sei nun angenommen, daß der analoge Strom I. = +-^- mA ist,
und zwar während der Zeitperiode t„ - t-,, so wie es in der Kurve
53 dargestellt ist. Da der Strom I. einen positiven Wert hat, fließt er in den summierenden Eingang 43 hinein.
Wie die Gleichung (1) zum Ausdruck bringt, muß der mittlere Wert (I_ ) des Rückführstromes Ι-, der in den summierenden Eingang
5AVE F
43 des Integrators 45 hineinfließt oder von ihm wegfließt,
= ~i mA sein, wenn I. = +-^ mA während der Zeitperiode t,, - t,
der Fig. 3 ist. Setzt man die Vierte von I. = +-^ mA und I„ = +1 mA
in die Gleichung (2) ein, so ergibt sich, daß der von dem Schaltkreis 49 erzeugte Leistungszyklus 75 % beträgt mit I. = +■» mA
während der Zeitperiode tp - t, der Fig. 3.
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Mit anderen Worten, die Impulsbreite des Y-Signals (oder des inkremental
pulsbreitenmodulierten Impulses 69) ist so, daß die FET's 35 und 41 im Mittel 75 % der Zeit ein- und 25 % der Zeit
ausgeschaltet sind, wogegen die Impulsbreite des X-Signals so ist, daß die FET's 37 und 39 75 % der Zeit aus-und 25 % der Zeit
eingeschaltet sind.
Betrachtet man die Gleichung (2), so kann man ersehen, daß in ähnlicher Weise der Schaltkreis 49 Leistungszyklen von O %,
25 % und 100 % erzeugt, wenn der analoge Strom I. entsprechend dem Wert -Ig* "21Q und 1S hat*
Mit dem gemäß der Fig. 2 ausgelegten Schaltkreis arbeitet der Digitalisierer mit Werten des Stromes I., die zwischen -1 mA
+1 mA liegen. Jegliche Änderungen in der Amplitude oder in der Polarität des analogen Eingangsstromes I. werden so durch Änderungen
in der Pulsbreite des positiven Teiles des impulsbreitenmodulierten Impulses 69 an den "Q-Ausgang des Flip-Flop 47 angezeigt
und durch die entsprechenden Änderungen in der Zahl der 40 kHz-Taktimpulse, die das UND-Gatter 71 (und ebenfalls das NAND-Gatter
75) zu der Recheneinrichtung 25 passieren, gemessen. Es ist jedoch verständlich, daß auch andere Arbeitsparameter in gleicher
Weise im Rahmen der Erfindung Anwendung finden können. Beispielsweise kann der Digitalisierer 13 der Fig. 2 so ausgelegt
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- 21 -
Vferden, daß er mit höheren Werten von I3 arbeitet, wenn der Bereich
von I. größer ist. Wie es die Gleichung (2) zum Ausdruck bringt, liegt der optimale Arbeitsbereich des Digitalisierers 13 zwischen
Leistungszyklen von O und 100 % mit einem Leistungszyklus von
50 % bei I. - O mA. Der Digitalisierer der Fig. 2 kann auch so
ausgelegt werden, daß er erste bzw. zweite Ausgangsimpulsfolgen während der Zeit abgibt, wenn der inkremental pulsbreitenmodulierte
Impuls 69 positiv bzw. negativ war. In diesem Fall ist die Recheneinrichtung 25 ein Vorwärts/Rückwärts-Zähler, der seinen Zählstand
schrittweise mit den Impulsen der Folge, die während der Zeit erzeugt werden, in der beispielsweise der impulsbreitenmodulierte
Impuls 69 positiv war, erhöht, und der den Zählstand schrittweise vermindert mit der Impulsfolge, die während der Zeit
entsteht, in der der impulsbreitenmodulierte Impuls negativ war.
Der Umsetzer nach der Erfindung weist verschiedene Vorteile auf, die im nachfolgenden erläutert werden sollen.
Durch das Schalten des konstanten Stromes I3 der Präzisionsstromquelle
31 mittels einer Brücke entstehen vernachlässigbare Fehler,
obgleich die FET-Schalter 35, 37, 39 und kl endliche Widerstände
im eingeschalteten Zustand besitzen. Bei den bekannten Umsetzern, die die Technik der Spannungsschaltung benützen, entstehen
Schaltfehler, die sich anhäufen, so daß relativ beträchtliche
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Ausgangsfehler entstehen. Zusätzlich wird im Vergleich zu den Umsetzern
nach der obengenannten Patentanmeldung P 25 Ί8
durch das Schalten des Präzisionsstromes Ig durch eine Brücke
ein mehr symmetrisches Schalten des Stromes erreicht.
Zweitens kann die Frequenz der X und X-Signale von den komplementären
Ausgängen Q und Q des Flip-Flop 47 niedrig und auf einem
konstanten Wert gehalten werden, so daß die Schaltfehler vernachlässigbar klein gemacht werden können.
Die Messung der Dauer oder der Impulsbreite des positiven Teiles des pulsbreitenmodulierten Impulses 69 ist drittens im wesentlichen
eine sehr exakte Messung, weil die Impulsbreite sich nur in diskreten Stufen ändert, die der Periode der 40 kHz-Taktimpulse
entspricht, die an das Flip-Flop 47 angelegt werden, und die von dem UND-rGatter 71 (gegebenenfalls auch von dem NANDTGatter 75)
ausgegeben werden* Bekannte Digitalisierungs-Systeme, die die Puls-Breiten-Modulation verwenden, lösen Impulse aus, die fehlerhaft
entsprechend dem Anwachsen der Impulsbreite des pulsbreitenmodulierten Impulses mit den Ausgabe-Taktimpulsen sind. Dadurch
weist die Messung der Impulsperiode mit den bekannten Systemen einen maximalen Fehler von plus oder minus einer Taktimpuls-Periode
pro Periode des pulsbreitenmodulierten Impulses auf, wobei der Fehler ein sehr großer angehäufter Fehler sein kann. Die in-
609849/0
kremental Puls-Breiten-Modulations-Technik gemäß der Erfindung
vermeidet einen solchen Anhäufungsfehler, weil jeder Fehler in
der Messung der Dauer des positiven Teiles des inkremental pulsbreitenmodulierten
Impulses, der entweder plus oder minus eine Ausgabe-Taktimpulsperiode ist, in dem Integrator 55 gespeichert
wird und sich nicht zu einem anhäufenden Fehler entwickeln kann. Für irgendeine gegebene Zahl von inkremental pulsbreitenmodulierten
Impulsperioden ist der gesamte Fehler^in dieser gegebenen Zahl von Impulsperioden nur plus oder minus eine Periode der 4O kHz-Taktimpulsperiode.
Dieser Fehler einer Taktperiode wird in der Ladung des integrierenden Kondensators (nicht dargestellt) des
Integrators 45 gespeichert und wird in die nächste Impulsperiode
des pulsbreitenmodulierten Signals übertragen, ohne daß jedoch ein zusätzlicher Fehler angehäuft wird.
Die Verwendung der inkrementalen Puls-Breiten-Modulation gemäß
der Erfindung erlaubt viertens die Verwendung einer relativ niedrigen Frequenz F . Es sei in Erinnerung gerufen, daß in dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Frequenz der Taktimpulsfolge F_ zu 320 Hz gewählt wurde. Diese 320 Hz-Taktimpulsfrequenz wurde
von dem Schaltkreis 49 dazu verwendet, um die dreieckförmige
Spannung (Kurvenform 6l) für einen Spannungsvergleich mit dem Ausgangssignal VQ des Integrators 45 (Kurvenform 57) zu erzeugen.
Auf der Grundlage dieses Spannungsvergleiches wird der inkremental
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pulsbreitennmodulierte Impuls 69 erzeugt. Die Taktimpulse F_
steuern daher die Periode der inkremental pulsbreitennmodulierten Impulse an dem Ausgang des Flip-Flop 47» Die niedrigst mögliche
Frequenz für die Taktimpulsfolge F„ wird durch die benötigte Bandbreite
für den Digitalisierer 13 vorgegeben. Daher kann für bestimmte Anwendungen die Frequenz der Taktimpulsfolge Fp so niedrig
wie 10 Hz oder so hoch wie 1000 Hz sein. Gleichzeitig kann die Auflösung des Ausgangssignals, d.h. die Genauigkeit der Messung
der inkremental pulsbreitenmodulierten Impulse auf irgendeinen gewünschten Wert festgelegt werden. In der Ausführungsform
nach Fig. 2 wurde eine 40 kHz-Frequenz für die Taktimpulsfolge
F. gewählt. Diese 40 kHz-Taktfrequenz ergibt eine Auflösung des
Ausgangssignales von 1:40 ooo, bezogen auf die gesamte Skala
für eine Abtastperiode mit der Dauer von 1 Sekunde (oder F,). Wird die Frequenz F. zu 1 MHz gewählt, dann wird eine ausgangsseitige
Auflösung von 64:1 000 000 erzielt, ebenfalls bezogen auf die gesamte Skala einer Abtastperiode von F,, die 1/64 Sekunde
beträgt. In gleicher Weise können noch höhere ausgangsseitige Auflösungen durch die Erfindung erzielt werden, indem man
die Frequenz F. erhöht und/oder die Frquenz F, erniedrigfcv.Es sei
jedoch noch einmal darauf hingewiesen, daß die Taktimpulsfrequenzen Fp und F, aus derselben, die Zeitbasis hergebenden Taktfrequenz
F. (Fig. 1) abgeleitet sein müssen, und daß sie gegenseitig
ein geeignetes bestimmtes Verhältnis ausweisen müssen.
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Fünftens ist es als Vorteil zu werten, daß der Digitalisierer 13 am Ausgang des UND-Gatters 71 bzw. am Ausgang des NAND-Gatters
75 Impulse erzeugt, die leicht zu zählen sind, gegenüber pulsbreitenmodulierte η Signalen, die peripheren Einrichtungen
zum Messen der Zeitdauer der Impulsperioden besitzen müssen.
Schließlich besteht eines der Hauptmerkmale der Erfindung darin, daß es keinen, eine Vorspannung vorgebenden Widerstand besitzt.
In dem erfindungsgemäßen Umsetzer ist daher kein Vorspann-Strom im Spsifischen vorgesehen. Das Fehlen von einen Vorstrom vorgebendenWiderständen
ist durch die Tatsache bekundet, daß die Erfindung Schaltkreise benützt, die einen bipolar geschalteten Präzisionsstrom
vorgeben. Indem man keine Vorspann-Widerstände benützt, um einen Vorspann-Strom zu erzeugen, ergibt sich ein Analog/Digital-Umsetzer,
der eine im hohen Maße genaue digitale Abbildung der Amplitude eines analogen Stromes vorgibt, mit sehr
kleinen Fehlern sowohl hinsichtlich der Ausweichungen aus dem Ruhezustand bzw. der Drift der Ruhelage, als auch hinsichtlich
des Maßstabsfaktors. Keine der im vorausgehenden beschriebenen
Spannungs-Schalttechniken oder die einpolige Strom-Schalttechnik
kann ein Umsetzer-System vorgeben, das geringe Fehler sowohl hinsichtlich der Ruhelage als des Maßstabsfaktors besitzt. Daher
können diese bekannten Systeme nicht die Genauigkeit in den ausgegebenen Werten besitzen, wie es durch die Erfindung möglich ist.
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Die Erfindung betrifft somit einen Analog/Digital-Umsetzer vom inkremental Puls-Breiten-Modulations-Typ, der ein in hohem Maße
genaues digitales Abbild der Amplitude eines analogen Stromes liefert, indem er präzise als Punktion der Amplitude des analogen
Stromes die Flußrichtung eines Präzisionsstromes in den summierenden Eingang eines Integrators oder von diesem Eingang hinweg
schaltet, um auf diese Weise ein Schalt-Steuersignal zu erzeugen, und die Periode dieses Signals zu messen, die proportional der
Amplitude des analogen Stromes ist.
Bei dem Analog/Digital-Umsetzer nach der Erfindung steuert ein inkremental Puls-Breiten-Modulator erste und zweite Betriebszustände
eines Brückennetzwerkes von Schaltern, derart, daß das Brückennetzwerk von Schaltern einen Präzisionsstrom von einer
Stromquelle in einen summierenden Eingang eines Integrators während eines ersten Betriebszustandes passieren läßt, und während
eines zweiten Betriebszustandes den Strom von diesem Summierungspunkt des Integrators ableitet. Der bipolare Präzisionsstrom des
Brückennetzwerkes von Schaltern wird an dem summierenden Eingang des Integrators mit einem analogen Strom aufsummiert, damit der
Integrator ein Spannungssignal erzeugt, das proportional dem Integral
der Summe dieser Ströme ist. Entsprechend auf dieses Spannungssignal und auf Taktimpulse steuert der inkrementale Puls-Breiten-Modulator
sehr präzise den ersten und zweiten Betriebs-
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zustand des Brückennetzwerkes von Schaltern und setzt einen Ausgangskreis in die Lage, ein digitales Abbild der Amplitude
des analogen Stromes zu erzeugen.
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Claims (1)
- - 31 Patentansprüchel/ Analog/Digital-Umsetzer-System, gekennzeichnet durcherste Mittel (15) zum Erzeugen eines Präzisionsstromes, ein summierender Anschluß zum Empfangen eines analogen Stro*- mes,Schaltmittel, die es dem Präzisionsstrom ermöglichen, während eines ersten Betriebszustandes von den ersten Mitteln in den summierenden Anschluß zu fließen, und die es dem Präzisionsstrom ermöglichen, während eines zweiten Betriebszustandes von dem summierenden Anschluß zu den ersten Mitteln zu fließen,ein Integrator zum Erzeugen eines Spannungssignales, das proportional zu dem Integral der Summe des Präzisionsstromes und des analogen Stromes ist, die durch den summierenden Anschluß fließen, undzweite Mittel, die mit den Schaltmitteln gekoppelt sind, und die auf das Spannungssignal sowie auf Taktimpulse ansprechen, um den ersten und den zweiten Betriebszustand der Schaltmittel zu steuern und um ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes zu erzeugen.609849/06112. Umsetzer-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel eine Brückenanordnung eines ersten und eines zweiten Paares von Schaltern aufweisen, die mit den ersten Mitteln verbunden sind, wobei das erste Schalterpaar es dem Präzisionsstrom während des ersten Betriebszustandes erlaubt, von den ersten Mitteln in den summierenden Anschluß zu fließen, und wobei das zweite Paar von Schaltern es dem Präzisionsstrom erlaubt, während des zweiten Betriebszustandes von dem summierenden Anschluß zu dem ersten Mittel zu fließen.3. Umsetzer-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze i chnet, daß die zweiten Mittel eine Zeitquelle, die Taktimpulse und ein Bezugssignal erzeugt sowie dritte Mittel enthält, die auf das Spannungssignal, die Taktimpulee und das Bezugssignal anspricht, den ersten und zweiten Betriebszustand der. Schaltmittel zu steuern, und um ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes zu erzeugen.1I. Umsetzer-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel einen inkrementalen Euls-Breiten-Modulationskreis aufweisen, der auf das Spannungssignal, die Taktimpulse und das Bezugssignal anspricht,609849/0611um erste und zweite komplementäre Signale zum Steuern des ersten und zweiten Betriebszustandes der Schaltmittel zu erzeugen und die einen Ausgangskreis aufweisen, der auf ein vorbestimmtes der beiden ersten und zweiten komplementären Signale und auf die Taktimpulse anspricht,· um ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes zu erzeugen.5. Unsetzer-System nach Anspruch 4, gekenn zei chne t durch den folgenden Aufbau des inkrementalen PuIs-Breiten-Modulationskreises:einen Generator, der auf das Bezugssignal anspricht, um ein Signal mit einem vorbestimmten Kurvenverlauf zu erezeugen, einen Vergleicher, der ein drittes Signal erzeugt, und zwar als Antwort auf das Spannungssignal und das Signal mit dem vorbestimmten Kurveηverlauf, wobei dieses dritte Signal in einem ersten binären Zustand ist, wenn das Spannungssignal in edner ersten Polaritätsbeziehung zu dem Signal mit der vorbestimmten Kurvenform steht, und das in einem zweiten binären Zustand ist, wenn das Spannungssignal in einer zweiten Polarität sbeziehung in Bezug auf das Signal mit dem vorbestimmten Kurvenverlauf ist, undein Flip-Flop (47), das auf das dritte Signal und die Taktimpulse anspricht, um die ersten und zweiten zueinander komplementären Signale zu erzeugen.609849/06116. Umsetzersystem nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter in der Brückenanordnung Feldeffekttransistor-Schalter sind.7. Umsetzer-System nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis einen Gatter-Schaltkreis aufweist, er auf ein vorbestimmtes der ersten und zweiten zueinander komplementären Signale anspricht, um für die Dauer des ersten Betriebszustandes Taktimpulse durchzulassen und um die für die Dauer des anderen Betriebszustandes die Taktimpulse zu sperren, um auf diese Weise ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes zu erzeugen.8. Umsetzer-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gatterschaltkreis Mittel angeschlossen sind, die eine digitale Aus gangs anzeige d^r Amplitude des analogen Stromes vorgeben.9. Umsetzer-System, gekennzeichnet durch: einen Integrator mit einem Eingang, wobei dieser Generator ein erstes Signal erzeugt, das proportional dem Integral der Summe von einem analogen und einem bipolaren Präzisionsstrom609849/061\die an dem Eingang anliegen,erste Mittel zum Anlegen einer ersten bzw. einer zweiten Polarität des bipolaren Präzisionsstromes an den Eingang des Integrators während eines ersten bzw. zweiten Betriebszustandes der ersten Mittel, undzweite Mittel, die auf das erste Signal ansprechen, um als Punktion der Amplitude des analogen Stromes den ersten und den zweiten Betriebszustand der ersten Mittel zu steuern, und um ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes zu erzeugen.10. Umsetzer-System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel Generatormittel zum Erzeugen eines Präzisionsstromes sowie eine Brückenanordnung von Schaltern aufweist, die durch die zweiten Mittel gesteuert sind, um es dem Präzisionsstrom zu ermöglichen, während des ersten Betriebszustandes mit der ersten Polarität in den Eingang des Integrators zu fließen bzw. während des zweiten Betriebszustandes mit der zweiten Polarität von dem Eingang des Integrators wegzufließen.11. . Umsetzer-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel enthalten: · eine Quelle zum Erzeugen eines zweiten und eines dritten609 849/0611260 Ί 789Signals,dritte Mittel, die auf das erste und das zweite Signal ansprechen und ein Vergleichssignal erzeugen, und vierte Mittel, die auf den Vergleich und das dritte Signal ansprechen, um als Punktion der Amplitude des analogen Stromes den ersten und zweiten Betriebszustand der dritten Anordnung von Schaltern zu steuern, und um ein digitales Abbild der Am^ plitude des analogen Stromes zu erzeugen.12. Umsetzer-System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel enthalten:einen Generator, der auf das zweite Signal anspricht und ein dreieckförmiges Signal erzeugt, undeinen Vergleicher, der auf das erste Signal und das dreieckförmige Signal anspricht, um das Vergleichssignal zu erzeugen.13. Umsetzer-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vierten Mittel- enthalten:ein Flip-Flop, das auf das Vergleichssignal anspricht zwecks Steuerung des ersten und zweiten Betriebszustandes der Brückenanordnung von Schaltern als Funktion der Amplitude des analogen Stromes', undein Gatter-Kreis, der von dem Flip-Flop gesteuert wird, um dritte Signale durchzulassen, die ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes siiid* -/-609849/061114. Umsetzer-System, gekennzeichnet durch erste Mittel, die einen bipolaren Strom mit einem ersten und einem zweiten Polaritätsanteil vorgeben, zweite Mittel, die auf den bipolaren Strom und auf einen elngangsseitigen analogen Strom ansprechen und ein Spannungssignal erzeugen, das proportional dem Integral der Summe des bipolaren und des analogen Stromes ist, und dritte Mittel, die auf das Spannungssignal ansprechen und das erste Mittel veranlassen, den ersten und zweiten Polaritätsanteil des bipolaren Stromes an die zweiten Mittel als eine Punktion der Amplitude deafeingangsseitigen analogen Stromes anlegen, und um ein digitales Abbild der Amplitude des eingangsseitigen analogen Stromes zu erzeugern.15. Umsetzer-System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel enthalten:eine erste Quelle eines Präzisionsstromes und eine Brückenanordnung von Schaltern, die von den dritten Mitteln gesteuert werden, um es dem Präzisionsstrom als auch dem bipolaren Strom zu erlauben, zu den zweiten Mitteln hinzufließen oder von diesen Mitteln wegzufließen.16. Umsetzer-System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel einen Integrator auf--■i.7-60984 9/0611weisen, der ein Spannungssignal erzeugt, das proportional zu dem Integral der Summe des bipolaren und des analogen Stromes ist.17. Umsetzer-System nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel enthalten:eine zweite Quelle zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Signals,vierte Mittel, die auf das erste und das Spannungssignal ansprechen, um ein Vergleichssignal zu erzeugen, fünfte Mittel , die auf das Vergleichssignal ansprechen, um die Arbeitsweise der Brückenanordnung von Schaltern als eine funktion der Amplitude des analogen Stromes zu steuern, und Gatter-Mittel, die von den fünften Mitteln gesteuert werden, und selektiv die zweiten Signale durchlassen, um ein digitales Abbild des analogen Stromes zu erzeugen.18. Umsetzer-System nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, daß die vierten Mittel enthalten:einen Generator, der auf das erste Signal anspricht und ein drittes Signal erzeugt, das eine vorbestimmte Kurvenform aufweist, undVergleichermittel, die auf das Spannungssignal und das dritte Signal ansprechen, um ein Vergleichssignal zu erzeugen.609849/061 119. Umsetzer-System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die fünften Mittel ein Flip-Flop aufweisen, um ein Signal zu erzeugen, das die Arbeitsweise der Brückenanordnung von Schaltern steuert, und um es den Gattermitteln selektiv zu ermöglichen, das zweite Signal als Funktion der Amplitude des analogen Stromes passieren zu lassen.20» Umsetzer-System, gekennzeichnet durch:einen summierenden Anschluß zum Empfangen eines analogen Stromes,eine Präzisionsstromquelle, die einen Eingang und einen Ausgang aufweist, Mittel, die es dem Präzisionsstrom ermöglichen, während eines ersten Betriebszustandes von dem Ausgang der Quelle zu dem Summierungsanschluß zu fließen bzw. während eines zweiten Betriebszustandes von dem Summierungsanschluß zu dem Eingang der Stromquelle zu fließen, Mittel zum Erzeugen eines Spannungsignals, das proportional zu dem Integral der Summe des Präzisions- und des analogen Stromes ist, die durch den summierenden Anschluß fließen, und Mittel, die auf das Spannungssignal und Taktimpulse ansprechen, um den ersten und zweiten Betriebszustand der Mittel, die es dem Präzisionsstrom erlauben, in bestimmte Richtungen zu fließen, als eine Funktion der Amplitude des analogen Stromes zu steuern und um ein digitales Abbild der Amplitude des:;,.analogen ,..Stromes :,zU:^er-z.e.ugen *6098 49/061121. Umsetzer-System, gekennzeichnet durch: einen summierenden Anschluß zum Empfangen eines analogen Stromes,eine Quelle für einen Präzisionsstrom, wobei diese Quelle einen Eingang und einen Ausgang aufweist, erste und zweite Schalter, wobei der erste Schalter zwischen den Eingang der Stromquelle und ein Bezugspotential geschaltet ist und wobei der zweite Schalter zwischen den Ausgang der Stromquelle und den summierenden Anschluß geschaltet ist, und wobei die ersten und zweiten Schalter aufgrund eines ersten Signales so angeschaltet sind, daß sie den Präzisionsstrom erlauben, von dem Bezugspotential durch den ersten Schalter, die Stromquelle und den zweiten Schalter zu dem Summierungsanschluß zu fließen,dritte und vierte Schalter, von denen der dritte Schalter zwis 'nen den Eingang der Stromquelle und den Summierungsanschluß und der vierte Schalter zwischen den Ausgang der Stromquelle und das Bezugspotential geschaltet ist, wobei der dritte und vi.erte Schalter durch ein zweites Signal so angeschaltet sind, daß es dem Präzislonsstrom möglich ist, von dem Summierungsanschluß durch den dritten Schalter, die Stromquelle und den vierten Schalter zu dem Bezugspotential abzufließen, einen Integrator zum ERzeugen eines Spannungsignals, das proportional zu dem Integral der Summe des Präzisions- und des609849/061 1-JlI-analogen Stromes Ist, die zu dem Summierungsanschluß hin- bzw. von Ihm wegfließen,eine Zeitquelle zum Erzeugen von ersten und zweiten Taktimpulsen,einen Generator, der auf die ersten Taktimpulse anspricht und ein Bezugssignal von einer vorgewählten Kurvenform erzeugt,einen Spannungsvergleicher, der auf das Bezugs- und auf das Spannungssignal anspricht und ein Vergleichssignal erzeugt, ein Flip-Flop, das auf das Vergleichssignal und die zweiten Taktimpulse anspricht, um alternativ als Funktion der Amplitude des analogen Stromes die ersten und die zweiten Signale zu erzeugen, undGattermittel, die vorbestimmt auf eines der ersten und zweiten Signale sowie auf die zweiten Taktimpulse ansprechen, um ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes zu erzeugen.609849/0611Leerseite
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