DE2758788C2

DE2758788C2 - Analog-Digital-Umsetzer

Info

Publication number: DE2758788C2
Application number: DE2758788A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Ing.(grad.) 3510 Hann Münden Maschke
Original assignee: Individual
Current assignee: MASCHKE, ECKHARD, ING.(GRAD.), 8520 ERLANGEN, DE
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1977-12-29
Publication date: 1983-04-14
Also published as: DE2758788A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digital-Umsetzer mit einem Integrator, dem eine Anfangsbedingung, bestehend aus dem umzusetzenden Analogsignal und einer Verschiebegröße, eingegeben werden kann und der darauffolgenden Abintegration mit einer Bezugsgröße bis zu einem bestimmten Wert, wobei die Abintegrationszeit von einem Digitalzähler ausgewertet wird.

Analog-Digital-Wandler mit einem Integrator arbeiten meistens nach dem bekannten Verfahren der Auf-Ab-Integration, wie z. B. die Anmeldung DE-OS 43 523 oder nach dem Sägezahnverfahren wie z. B. DE-AS 21 64 227.

Der Analog-Digital-Wandler nach der Anmeldung DE-AS 21 64 227 zur Umsetzung von Analogsignalen beliebiger Polarität benötigt sechs Analogschalter und einen Analogumschalter und ist damit vom Schaltungsaufwand sehr hoch.

Auch der Analog-Digital-Wandler nach der Anmeldung DE-OS 21 43 523, der nach dem Verfahren der Auf-Ab-Integration arbeitet, ist bezüglich seiner Genauigkeit und Stabilität noch nicht befriedigend.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen im Vergleich zu den bekannten Anordnungen präziseren Analog-Digital-Wandler mit einer einfachen Schaltungsanordnung anzugeben. Diese Aufgabe wird erfin-

dungsmäßig dadurch gelöst, daß einem Integrator eine Verschiebegröße zur additiven Überlagerung mit einer Eingangsgröße und einer Bezugsgröße zur Entladung des Integrators eingegeben wird, daß die Verschiebegröße durch eine Spannung (U_H \) der einen Polarität und die Bezugsgrößi: durch eine betragsmäßig exakt gleich große Spannung (Uri) der entgegengesetzten Polarität dargestellt wird.

Im Buch »Halbleiter-Schaltungstechnik« der Autoren Tietze/Schenk, Ausgabe 1974, Springer Verlag, S. 242/ Abb. 10.49 ist ein Integrator, dem eine Anfangsbedingung eingegeben werden kann, abgebildet. Nach F i g. 1 der vorliegenden Erfindungsbeschreibung handelt es sich ebenfalls um einen Integrator, dem eine Anfangsbedingung eingegeben werden kann, der aber dafür nur mit einem Umschalter auskommt. In Schalterstellung 1 wird die unbekannte Spannung U_x mit der Referenzspannung Ur ι summiert und damit der Kondensator C auf diesen Wert aufgeladen.

Es sei Um eine negative und Ur2 eine positive Spannung, U_x ist eine positive Spannung.

Nach einer gewissen Zeit, bei der gewährleistet ist, daß der Kondensator C aufgeladen ist, schaltet der Umschalter in Stellung 2. In Schalterstellung 2 wird die Referenzspannung Ur2 aufintegriert und es ergibt sich die Ausgangsspannung U_a am Integrator wie folgt:

i'a ■= U_R} - U_x -

RC

'Jr: at.

Mit dem Umschalten von der Stellung 1 in Stellung 2 startet gleichzeitig ein Vorwärts-Rückwärts-Digitalzähler. Der Digitalzähler zählt von seinem höchsten Zählerstand aus rückwärts bis nach Null. Beim Erreichen von Null kehrt der Zähler seine Zählrichtung um und der Digitalzähler zählt von Null aus bis zu seinem höchsten Zählerstand aus vorwärts.

In Schalterstellung 2 entlädt die Referenzspannung Ur2 den Kondensator Cund bei der Ausgangsspannung des Integrators U₃ = O V detektiert der Komparator K den Nulldurchgang der abfallenden Rampe des Integrators. Beim Nulldurchgang der Rampe wird der Zählerstand des Digitalzählers in einem Speicher abgespeichert und über eine Ziffernanzeige dargestellt. Erreicht die Flanke beim Rückwärtszählen den Nulldurchgang, dann handelt es sich um eine positive Spannung U_x. Bei einer negativen Spannung U_x erfolgt der Nulldurchgang der Rampe beim Vorwärtszählen.

Ist Ur ι eine positive Spannung und Ur2 eine negative Spannung, dann erfolgt der Nulldurchgang der abfallenden Rampe bei einer negativen Spannung U_x beim Rückwärtszählen, bei einer positiven Spannung U_x dagegen erfolgt der Nulldurchgang beim Vorwärtszählen.

Aus Fi g. 2 ist der Verlauf der Ausgangsspannung U₁ des Integrators zu ersehen.

Beträgt U_x-O V, dann ergibt sich die Ausgangsspannung am Integrator wie folgt:

U_a = Ur

RC J

Ur₂ dl

bei U₁₁ = 0 V ergibt sich:

._ Uk₁RC

U₁

R2

Die Referenzspannungen Ur \ und Ur2 werden so eingestellt, daß der Digitalzähler in Verbindung mit einem Pulsgenerator genau in der Zeit t von Null aus vorwärts bis zu seinem höchsten Zählerstand bzw. von seinem höchsten Zählerstand aus rückwäns bis nach Null zählen kann. 1st die Spannung U_x , positiv, dann ergibt sich die Ausgangsspannung U₁ am Integrator wie folgt:

_ U_X2RC

¹² ^T"

bei U_a = O V ergibt sich:

_ (U_Kl -U_xQRC
t\ —

Ist die Spannung U_{x 2} negativ, dann beträgt U₀

J U₁₁₃ d ι

bei (Z₁ = OV ergibt sich:

U Ri -

, _ W_K]+U_X1)RC _ U_RiRC

h T. T.

Wie aus den Gleichungen für t\ und t? sowie aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist U_x \ proportional zu /i und t/,2 propoi lional zu /2-

Die Anzahl der Impulse, die in der Zeit t\ bzw. f₂inden Zähler gelangen, sind also proportional zu den Spannungen + U_x χ und — U_x 2.

Die Polarität der Spannung U_x wird über eine entsprechende Logik zur Anzeige gebracht.

Wie aus der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlich, wird bei diesem Anaiog-Digital-Umsetzer der Steuerungsteil wesentlich einfacher, als beim »Dual-Slope«-Verfahren.

Beim »Dual-Slope«-Verfahren und bei der Anmeldung DE-OS 21 43 523 werden beim Aufladen und Entladen des Integrators jeweils ein Schah-Spike erzeugt. Die Ladungsübertragung der beiden Schalt-Spikes beeinflussen die Genauigkeit der Analog-Digital-Umsetzung. Beim vorliegenden Verfahren geht dagegen nur der Schaltspike in die Genauigkeit ein, der beim Umschalten in Schalterstellung 2 erfolgt. Außerdem braucht beim vorstehenden Verfahren die Qualität des Integrationsverstärkers nicht sehr hoch zu sein, da der Einfluß der Fehlerspannung und des Eingangsstromes durch die Referenzspannungen ausgeglichen werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Analog/Digital-Wandlung von Eingangssignalen beider Polaritäten mit einem Integrator, einer Verschiebegröße zur additiven Oberlagerung mit der Eingangsgröße, einer Bezugsgröße zur Entladung des Integrators und mit einem Zähler, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebegröße durch eine Spannung (Um) der einen Polarität und die Bezugsgröße durch eine betragsmäßig exakt gleich große Spannung (Ur₂) der entgegengesetzten Polarität dargestellt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zähler eine Rück-Vorwärts-Zählung zur Erkennung der Polarität der Eingangsgröße durchgeführt wird.

3. Schaltungsanordnung zu; Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Operationsverstärker als Integrator beschaltet wird und in der einen Schalterstellung eines Umschalters der Integrationskondensator über ein Summationsnetzwerk, welches den Operationsverstärker zu einem invertierenden Verstärket schaltet, aufgeladen wird, wobei gleichzeitig der Integrationswiderstand des Integrators abgetrennt wird und in der anderen Schalterstellung das Summationsnetzwerk abgeschaltet wird und im Rückkopplungskreis nur noch der Kondensator wirkt, bei gleichzeitigem Zuschalten des Integrationswiderstandes auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 mit Nullpunktkompensation, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationskondensator C nach jeder Wandlung nur mit der Referenzspannung aufgeladen und die Entladezeit zur Nullpunktkompensation ausgewertet wird.