DE2601789A1

DE2601789A1 - Analog/digital-umsetzer

Info

Publication number: DE2601789A1
Application number: DE19762601789
Authority: DE
Inventors: Adrian Kryn Dorsman
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1975-05-19
Filing date: 1976-01-20
Publication date: 1976-12-02
Also published as: US4112428A; SE413082B; CA1079858A; JPS5816648B2; GB1476280A; NL7601164A; BE837129A; SE7601518L; IT1053377B; JPS51141571A

Description

PATENTANWALT
DIPL-ING.

HELMUT GÖRTI

rt am Main 70
. 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-Modulationstyp_s 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-Digitalisierer_s 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

X
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 I_w und I₇, gleich

¹X ⁵X

dem Präzisionsstrom Ι_σ, 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

^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*

^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 I_p 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 I_p zu jeder gegebenen Zeit, auch während der Zeitdauer von jeder der Polaritäten des Stromes I_p.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 I_p zu steuern, derart, daß der mittlere Wert der Summe der Ströme I_p 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 I_p = -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: I_p = 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 I_p = + 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 F_x

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 I_p 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 1}S ^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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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 I_g 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 NAND_TGatter 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-

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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 V_Q 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 F_p 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

- 31 Patentansprüche

l/ Analog/Digital-Umsetzer-System, gekennzeichnet durch

erste 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, und

zweite 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.

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2. 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,

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um 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, und

ein Flip-Flop (47), das auf das dritte Signal und die Taktimpulse anspricht, um die ersten und zweiten zueinander komplementären Signale zu erzeugen.

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6. 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 Präzisionsstrom

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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, und

zweite 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 dritten

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Signals,

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, und

einen 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', und

ein Gatter-Kreis, der von dem Flip-Flop gesteuert wird, um dritte Signale durchzulassen, die ein digitales Abbild der Amplitude des analogen Stromes siiid* -/-

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14. 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-

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weisen, 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, und

Vergleichermittel, die auf das Spannungssignal und das dritte Signal ansprechen, um ein Vergleichssignal zu erzeugen.

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19. 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 *

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21. 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 des

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-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, und

Gattermittel, 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.

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