DE2906740A1

DE2906740A1 - D=A converter with increased precision - multiplies input by factor less than one when limit is exceeded

Info

Publication number: DE2906740A1
Application number: DE19792906740
Authority: DE
Inventors: Josef Ing Grad Roehrle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-02-21
Filing date: 1979-02-21
Publication date: 1980-08-28
Also published as: JPS55115723A; BR8000959A

Abstract

The d-a or a-d converter has its input signal multiplied by a factor less than one when that input signal exceeds a given limit. The output signal is multiplied by the reciprocal of this factor. Several limits may be provided such that when the limits are exceeded the input signals are multiplied by factors that decrease as limits increase. The digital signal is multiplied by the factor by using displacement in a shift register. The analog signal is multiplied by switching the feedback resistors of an operational amplifier. The converter's precision in converting small signals is therefore increased.

Description

Verfahren zur Erhöhung der Genauigkeit eines Digital-Method for increasing the accuracy of a digital

Analog- bzw. Analog-Digital-Wandlers und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Gehauigkeit eines Digital-Analog- bzw. Analog-Digital-Wandlers und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahre"c.r Die Umsetzung digitaler bzw. analoger Signale in analoge bzw. digitale Signale tritt häufig bei Anlagen auf, die mit Digitalrechnern gesteuert werden. Während der D gitalrochner nur mit digitalen Größen arbeiten kann, sind die in der Anlage auftretenden Größen meistens analog. Die dem Rechner zugeführten Anlagengrößen müssen daher über Analog-Digital-Wandler dem Rechner zugeführt werden, während die Rechnersignale der Anlage über Digital-Analog-Wandler zugeführt werden. Dabei besteht das Problem, daß der Rechner mit praktisch beliebig hoher Genauigkeit arbeiten könnte, während die Genauigkeit der dem Rechner zugeführten bzw. vom Rechner abgegebenen Größen von der Genauigkeit der Digital- Analog-Wandler bzw. Analog-Digital-Wandler -abhängt.Analog or analog-digital converter and circuit arrangement for implementation of the method The invention relates to a method for increasing the precision a digital-to-analog or analog-to-digital converter and a circuit arrangement to carry out the procedure "c.r The conversion of digital or analog signals in analog or digital signals occurs frequently in systems with digital computers being controlled. While the D gitalrochner can only work with digital quantities, the variables occurring in the system are mostly analogous. The ones supplied to the computer System sizes must therefore be fed to the computer via analog-digital converters. while the computer signals are fed to the system via digital-to-analog converters. The problem here is that the computer can be used with practically any degree of accuracy could work while the accuracy of the computer supplied or from the computer given sizes on the accuracy of the digital Analog converter or analog-to-digital converter -dependent.

Diese Wandler sind aber nur mit begrenzter Genauigkeit erhzlelich, wobei die Kosten mit zunehmender Genauigkeit außerdem stark ansteigen. Digital-Analog-Wandler sind beispielsweise im Datenblatt "DAC-HK-Series" der Firma DATEL beschrieben.However, these converters are only available with limited accuracy, the cost also increasing sharply with increasing accuracy. Digital-to-analog converter are described, for example, in the data sheet "DAC-HK-Series" from DATEL.

Digital -Analog-Wandler und Analog-Digital-Wandler haben die Eigenschaft, daß die absoluten Fehler über einen großen Bereich konstant sind, d.h. also, daß die relativen Fehler bei kleinen Meßwerten zunehmen. In den meisten Anwendungsfällen sind aber die relativen Fehler des Signal ausschlaggebencil. So kommt es z.B.Digital-to-analog converters and analog-to-digital converters have the property that the absolute errors are constant over a large range, i.e. that the relative errors increase with small measured values. In most use cases but the relative errors of the signal are decisive. So it happens e.g.

häufig or, daß im Rechner eine Regelabweichung errechnet wird, die in eine analoge Größe umgesetzt und einem analogen Regler zugeführt wird. Dabei kommt es In erster Linie darauf an, im Bereich um die Regelabweichung Nu£l kLeiner Fehler zu erhalten, während bei höheren Werten größere Fehler zugelassen werden können Es besteht daher auf Aufgabe, , ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Genauigkeit eines Digital-Analog- bzw. Analog-Digital-Wandlers bei kleinen Signalwerten zu finden.often or that a system deviation is calculated in the computer that is converted into an analog variable and fed to an analog controller. Included It primarily depends on the area around the control deviation being Nu £ l smaller Errors, while larger errors are allowed at higher values There is therefore the object, a method and a circuit arrangement to increase the accuracy of a digital-to-analog or analog-to-digital converter to be found at small signal values.

Diese Aufgabe wird erfindungsuemaR dadurch gelöst, daß dessen Eingangssignal bei überschreiten eines Grenzwertes irit einem Faktor, der kleiner als 1 ist, multipiLziert und das Ausgangssignal mit dem reziproken Faktor multipliziert wird. Damit werden bei vorgegebenem Wanc1.ler des relative und der absolute Fehler bei kleinem Eingangssignal geringer. Andererseits kann bei einer bestimmten geforderten Genauigkeit der Umsetzung ein weniger genauer und damit billigerer Wandler verwendet werden.This object is achieved according to the invention in that its input signal when a limit value is exceeded, it is multiplied by a factor that is less than 1 and the output signal is multiplied by the reciprocal factor. So be with a given Wanc1.ler the relative and the absolute error with a small input signal less. On the other hand, at a certain required accuracy a less accurate and therefore cheaper converter can be used for the implementation.

Dabei können mehrere Grenzwerte vorgesehen sein, wobei bei Überschreiten jedes Grenzwerts das Eingangssignal mit einem mit zunehmendem Grenzwert abnehmendem Faktor multipliziert wird. Damit wird der Fehler mit kleiner werdenden Eingangssignalen in Stufen verringert.A number of limit values can be provided, and when they are exceeded of each limit value the input signal with a decreasing with increasing limit value Factor is multiplied. Thus, the error becomes smaller as the input signals become smaller decreased in steps.

Die Multiplikation des Analogsignals erfolgt am einfachsten durch Umschaltung der Verstärkung eines Analogverstärkers. Das kann z.B. auf einfache Weise dadurch erfolgten, daß die Rückführwiderstände eines Operationsverstärkers umgeschaltet werden.The easiest way to multiply the analog signal is through Switching the gain of an analog amplifier. This can be done, for example, in a simple Wise made by the fact that the feedback resistors of an operational amplifier be switched.

Bei einem Verfahren, bei dem die digitalen Signale im Binär-Code dargestellt sind, kann jeder Faktor ein ganzzahliger Bruchteil von 1/2 sein und die Multiplikatlcn lurch Stellenverschiebung des digitalen Signals erfolgen. Damit ist eine besonders einfache Möglichkeit zur Multiplikation gegeben.In a process in which the digital signals are represented in binary code each factor can be an integer fraction of 1/2 and the multiplicators be done by shifting the position of the digital signal. That makes one special simple possibility for multiplication given.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Vertahrens erfolgt die Umschaltung der Verstärkung zweckmäßlgerweise durch von Grenzwertgebern angesteuerte Schalter, wobei durch die Schalter der Analogverstärker mit unterschied1.ichen Rückkopplungswiderständen beschaltet wird.In the case of a circuit arrangement for carrying out the procedure the switching of the amplification is expediently controlled by limit switches Switch, whereby through the switch the analog amplifier with different feedback resistances is connected.

Der Analogverstärker kann dabei zwei in Serie geschaltete Rückkopplungswiderstände aufweisen, wobei ein Ende der Serienschaltung mit einem negativen Eingang des Analogverstärkers, die Mittelanzapfung der Serienschaltung mit einem ersten Kontakt des ersten elektronischen Schalters und das andere Ende der Serienschaltung mit dem Mittelkontakt eines Umschalters als zweitem elektronischen Schalter verbunden ist und wobei der Ausgang des Analogverstärkers mit dem zweiten Kontakt des ersten elektronischen Schalters und mit dem ersten Umschaltkontakt des Umschalters und der zweite Umschaltkontakt des ITmschalters mit dem negativen Eingang des Analogverstärkers verbunden ist. Durch Ansteuerung der Schalter können dann drei verschiedene Verstärkungen ereicht werden.The analog amplifier can have two feedback resistors connected in series have, one end of the series circuit having a negative input of the analog amplifier, the center tap of the series circuit with a first contact of the first electronic Switch and the other end of the series circuit with the center contact of a changeover switch connected as a second electronic switch and being the output of the analog amplifier with the second contact of the first electronic switch and with the first changeover contact of the changeover switch and the second changeover contact of the ITm switch with the negative Input of the analog amplifier is connected. By activating the switch you can then three different reinforcements can be achieved.

Vorteilhafterweise ist zwischen zweitem Kontakt des Schalters und erstem Umschaltkontakt des Umschalters sowie zwischen erstem Umscha?tkontakt und Mittelkcntakt des Umschalters je en Knnensationswiderstand angecrdnet. Dadurch können Ai-:weichungen der Verstärkung vom Sollwert, die durch den Durchlaßwiderstand der Schalter bedingt sind, kompensiert werden, wenn besonders hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden.Advantageously, between the second contact of the switch and first changeover contact of the changeover switch and between the first changeover contact and Middle contact of the changeover switch connected to each node resistance. This allows Ai-: deviations of the amplification from the nominal value, which are caused by the forward resistance of the Switches are conditional, are compensated if particularly high accuracy requirements be asked.

Die Stellenverschiebung der digitalen Signale kann z.B. durch Verschiebung der digitalen Signale in einem Schieberegister erfolgen.The position shift of the digital signals can be done e.g. by shifting of the digital signals take place in a shift register.

Bei einer Schaltungsanordnung, bei der die digitalen Signale im Binär-Code vorliegen, kann die Grenzwertüberwachung des digitalen Signals durch Überwachung der in einem Register stehenden Bits mit der höchsten Wertigkeit erfolgen. Dadurch werden gesonderte Grenzwertstufen unnötig.In a circuit arrangement in which the digital signals are in binary code are present, the limit value monitoring of the digital signal can be monitored the bits in a register with the highest significance. This will be separate threshold levels are unnecessary.

Die Grenzwertüberwachung der digitalen Signale, die Ansteuerung der Schalter und die Multiplikation der digitalen Signale kann durch einen Rechner erfolgen.The limit value monitoring of the digital signals, the control of the Switches and the multiplication of the digital signals can be done by a computer.

Das ist besonders in den Fällen vorteilhaft, in denen die Wandler in Zusammenhang mit einem Rechner verwendet werden. Der zusätzliche Hardware-Aufwand für die Erhöhung der Genauigkeit des Wandlers besteht dann lediglich as den elektronischen Schaltern und gegebenenfalls Kompensationwiderständen.This is particularly advantageous in cases where the converters used in conjunction with a computer. The additional hardware overhead to increase the accuracy of the converter, there is then only the electronic one Switches and, if necessary, compensation resistors.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.The inventive method and a circuit arrangement for Implementation of the method is explained in more detail below with reference to FIGS.

Figur 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung mit einem Digital-Analog-Wandler D/A. Mit diesem Digital-Analo-Wadler D/A soll ein im Binärcode mit 14 Bit vorliegendes Eingangssignal E in ein analoges Ausgangssignal mit einem Wertebereich von z.B. + 10 V umgesetzt werden. Der Digital-Analog-Wandler arbeitet bipclar, d.h. er kann Signale mit positive und negativen Vorzeichen verarbeiten und weist im Ausführungsbeispiel einen 12-Bit-Eingang auf. Der Digital-Analog-Wandler arbeitet mit negativen Zahlen im Zweier-Komplement. Da von den zur Verfügung stehenden 12 Bit eines für das Vorzeichen verbraucht wird, kann der Digital-Analog-Wandler also in Dezimalzahlen ausgedrückt einen Wertebereich von - 2048 bis + 2047 verarbeiten. Das in einen Analogwert umzusetzende 14 Bit-Eingangssignal weist jedoch einen Wertebereich von - 8192 bis + 8191 auf. Die Umsetzung dieses Signals in einen Analogwert erfolgt daher mit Hilfe einer im folgenden beschriebenen Beschaltung des Digital-Analog-Wandlers D/A nach Figur 1. Die Beschaltung besteht aus einem Wandlerteil I und einem Steuerteil II.Figure 1 shows schematically a circuit arrangement with a digital-to-analog converter THERE. With this digital-analogue caliper D / A, a binary code with 14 bits is to be used Input signal E into an analog output signal with a value range of e.g. + 10 V can be implemented. The digital-to-analog converter works bipclar, i.e. it can Process signals with positive and negative signs and has in the exemplary embodiment a 12-bit input. The digital-to-analog converter works with negative numbers in two's complement. Since one of the available 12 bits is for the sign is consumed, the digital-to-analog converter can therefore be expressed in decimal numbers process a range of values from - 2048 to + 2047. The one to be converted into an analog value However, the 14 bit input signal has a range of - 8192 up to + 8191. This signal is therefore converted into an analog value With the help of a wiring of the digital-to-analog converter D / A described below according to Figure 1. The circuit consists of a converter part I and a control part II.

Es wird zunächst der Wandlerteil I erläutert.The converter part I will first be explained.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, enthält der Digital-Analog-Wandler D/A am Ausgang einen Operationsverstärker OP mit Beschaltungswiderständen R1, R2.As shown schematically in FIG. 1, the digital-to-analog converter contains D / A at the output an operational amplifier OP with wiring resistors R1, R2.

Die Anschlüsse der Beschaltungswiderstände Ri, R2 sind aus dem Digital-Analog-Wandler D/A herausgeführt.The connections of the wiring resistors Ri, R2 are from the digital-to-analog converter D / A brought out.

Dabei ist der Anschluß 2, der am gerb;ndungspunkt der Widerstände R1, R2 liegt, mit einem Kontakt S1b des Schalters S1 verbunden, der Anschluß 3, der am Widerstand R2 liegt, ist mit dem Mittelkontakt S2c des Umschalters S2 verbunden, der Anschluß 4, der am Widerstand R1 liegt, ist mit einem Umschaltkontakt S2b des Umschalters S2 verbunden. Der zweite Kontakt S1a des Schalters 51 und der zweite Umschaltkontakt S2a des Umschalters S2 sind mit dem Ausgang 1 des Operationsverstärkers verbunden. Im unbetätigten Zustand der Schalter gqf, '.2 ist der Kontakt S1b mit dem Kontakt 61a und der Kontakt S2c mit dem Kontakt S2b verbunden. Die Widerstandsverhältnisse der Widerstände R1 und R2 sind so gewählt, daß jeweils bei einem Wertebereich von - 2048 bis + 2047 des Eingangssignals E' das Ausgangssignal A bei geschlossenem Schalter S1 einen Wertebereich von - 2,5 V bis + 2,4988 V bei geschlossenem Schalter S1 und umgeschalteten Schalter S2 einen Wertebereich von - 5V bis + 49976 V und bei geöffnetem Schalter S1 und umgeschaltetem Schalter S2 einen Wertebereich von - 10 V bis + 9,9951 V hat. Je nach Schaltstellung der Schalter S1 und S2 kann das Ausgangssignal also um den Faktor 2 oder 4 vergrößert werden. Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem in dezimaler Darstellung angegebenen digitalen Eingangssignal E' und dem analogen Ausgangssignal A in Abhängigkeit von der Schalterstellung der Schalter S1, S2. Die Linie A stellt dabei den Zusammenhang bei geschlossenem Schalter S1, die Linie B bei geschlossenem Schalter S1 und umgeschalteten Schalter S2 und die Linie C bei geöffnetem Schalter S1 und bei umgeschalteten Schalter S2 dar. Ein Digital-Analog-Wandler, der am Ausgang einen Operationsverstärker mit einer Beschaltung der beschriebenen Art enthält, ist beispielsweise voii der Fa. Datel unter der Bezeichnung DAC-HK 12 BGC erhältlich.Terminal 2 is the one at the junction of the resistors R1, R2 is connected to a contact S1b of the switch S1, the connection 3, which is connected to the resistor R2, is connected to the center contact S2c of the switch S2, the terminal 4, which is connected to the resistor R1, is connected to a changeover contact S2b of the Switch S2 connected. The second contact S1a of the switch 51 and the second Changeover contact S2a of changeover switch S2 is connected to output 1 of the operational amplifier tied together. In the inactivated state, the switch gqf, '.2 is the contact S1b with the contact 61a and the contact S2c connected to the contact S2b. The resistance relationships of the resistors R1 and R2 are chosen so that in each case with a value range of - 2048 to + 2047 of the input signal E 'the output signal A when the Switch S1 has a range of values from - 2.5 V to + 2.4988 V when the switch is closed S1 and switched switch S2 have a value range from - 5V to + 49976 V and when switch S1 is open and switch S2 is toggled, a value range of - 10 V to + 9.9951 V. Has. Depending on the switch position of the switch S1 and S2, the output signal can be increased by a factor of 2 or 4. Fig. 2 shows the relationship between that indicated in decimal representation digital input signal E 'and the analog output signal A as a function of the position of switches S1, S2. The line A represents the context when switch S1 is closed, line B when switch S1 is closed and switched Switch S2 and line C when switch S1 is open and when the switch is switched S2 represents. A digital-to-analog converter with an operational amplifier at the output a circuit of the type described is, for example, from the company. Datel available under the designation DAC-HK 12 BGC.

Durch entsprechende Umschaltung der Schalter S1, S2 und durch Multiplikation der Eingangsgröße E soll nun erreicht werden, daß das Eingangssignal bei Uberschreiten eines Grenzwertes mit einem Faktor, der kleiner als 1 ist, multipliziert und das Ausgangssignal A mit dem reziproken Faktor multiplizIert wird. Fig. 3 zeigt schematisch eine Steueranordnung, mit der das erreicht wird. Dabei wird das Eingangssignal E mit vier Grenzwertstufen G1 bis G4 iiberwacht, ob es den Wert von 2047 bzw. 4095 überschritten oder den Wert von - 2048 bzw.By appropriately switching switches S1, S2 and by multiplication the input variable E should now be achieved that the input signal when exceeded a limit value is multiplied by a factor that is less than 1 and that Output signal A is multiplied by the reciprocal factor. Fig. 3 shows schematically a control arrangement with which this is achieved. The input signal E with four limit value levels G1 to G4 monitors whether the value of 2047 or 4095 exceeded or the value of - 2048 resp.

- 4096 unterschritten hat. Solange der Betrag des Eingangssignals im Bereich zwischen - 2048 und + 2047 liegt, wird keiner der Schalter S1, S2 betätigt. Das Eingangssignal weist in diesem Fall 12 Stellen auf und kann unverändert aus dem Registerteil Rel des Registers Re als Hilfseingangssignal E' in den D.gital-Analog-Wandler D/A gegeben werden. Der Werte- bereich - 2048 bis + 2047 wird in den analogen Wertebereich von - 2,5 V bis + 2,4988 V umgesetzt. In diesem Bereich gilt also die Kurve A aus Fig. 2. Unterschreitet nun der Betrag des Eingangssignals E den Wert - 2048 oder überschreitet es den Wert + 2047, so wird der Betrag des Eingangssignals durch zwei dividiert, was mit dem Block B1 in Fig. 3 angedeutet ist. Wegen der binären Darstellung des Eingangssignals E kann die Division durch 2 auf einfache Weise dadurch geschehen, daß im Register Re, das zu diesem Zweck als Schieberegister ausgebildet ist, alle Werte um eine Stelle nach rechts verschoben werden. Das Bit mit der geringsten Wertigkeit fällt dabei weg. Aus dem Eingangssignal mit der ursprünglichen Stellenzahl von 13 Bit wird damit ein Hilfseingangssignal E' mit der Stellenzahl 12 Bit, das dem Digital-Analog-Wandler zugeführt wird. Die Multiplikation des Eingangssignal E mit dem Faktor F = 1/2 muß nun am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers dadurch rückgängig gemacht werden, daß das Ausgangssignal mit dem Faktor 2 multipliziert wird. Das geschieht durch Umschalten des Schalters S2, wie in Block 1 der Fig. 3 angedeutet ist.- has fallen below 4096. As long as the amount of the input signal is in the range between - 2048 and + 2047, none of the switches S1, S2 are actuated. In this case, the input signal has 12 digits and can be output unchanged the register part Rel of the register Re as an auxiliary input signal E 'into the D.gital analog converter D / A can be given. The value range - 2048 to + 2047 is in the analog value range from - 2.5 V to + 2.4988 V implemented. In this area curve A from FIG. 2 applies E has the value - 2048 or if it exceeds the value + 2047, the amount of the Input signal divided by two, which is indicated by the block B1 in FIG is. Because of the binary representation of the input signal E, division by 2 can be done in a simple manner that in register Re, this is done for this purpose is designed as a shift register, all values are shifted one place to the right will. The bit with the lowest value is omitted. From the input signal with the original number of digits of 13 bits, it becomes an auxiliary input signal E 'with the number of digits 12 bits, which is fed to the digital-to-analog converter. the Multiplication of the input signal E by the factor F = 1/2 must now be at the output of the Digital-to-analog converter can be reversed that the output signal is multiplied by a factor of 2. This is done by switching the switch S2, as indicated in block 1 of FIG. 3.

Damit wird das digitale Eingangssignal E mit dem Wertebereich - 4096 bis - 2049 bzw. + 2048 bis + 4095 in ein Analogsignal mit dem Wertebereich - 5 V bis - 2,5024 V bzw. + 2,5 V bis + 49976 V umgesetzt. In diesem Bereich wird die Kennlinie B der Fig. 2 verwendet, die jedoch durch Multiplikation des Eingangssignals E zur Kennlinie B' umgewandelt wurde.This results in the digital input signal E with the value range - 4096 to - 2049 or + 2048 to + 4095 into an analog signal with the value range - 5 V. to - 2.5024 V or + 2.5 V to + 49976 V implemented. In this area the Characteristic curve B of FIG. 2 is used, however, by multiplying the input signal E has been converted to curve B '.

Sobald das Eingangssignal E den Wert + 4095 überschreitet oder den Wert - 4096 unterschreitet, wird dieses Signal mit dem Faktor 1/4 multipliziert. Das geschieht durch Verschieben des Schieberegisterinhalts um zwei Stellen nach rechts, wobei die zwei Bit mit der geringsten Wertigkeit wegfallen. Damit wird das Eingangssignal E mit 14 Stellen in ein Hilfseingangssignal E' mit 12 Stellen umgewandelt. Das Hilfseingangssignal E' wird dem Digital-Analog-Wandler zugeführt. Die Multiplikation mit dem Faktor 1/4 am Eingang wird am Ausgang durch die Multiplikation mit dem Faktor 4 kompensiert, indem man den Schalter S1 ausschaltet und den Schalter S2 umschaltet. Damit steht dem Wertebereich des Eingangssignals E von - 8192 bis - 4097 bzw. + 4096 bis + 8191 ein analoger Wertebereich des Ausgangssignals A von - 10 V bis - 5,0049 V bzw.As soon as the input signal E exceeds the value + 4095 or the If the value falls below 4096, this signal is multiplied by a factor of 1/4. This is done by shifting the contents of the shift register by two Place to the right, whereby the two bits with the lowest significance are omitted. So that will the input signal E with 14 digits into an auxiliary input signal E 'with 12 digits converted. The auxiliary input signal E 'is fed to the digital-to-analog converter. The multiplication by the factor 1/4 at the input is done by the multiplication at the output compensated with a factor of 4 by turning off switch S1 and the switch S2 toggles. This means that the value range of the input signal E is from -8192 to - 4097 or + 4096 to + 8191 an analog value range of the output signal A of - 10 V to - 5.0049 V or

+ 5 V bis t 9,9951 V gegenüber. In diesem Bereich wird die Kennlinie C des Digital-Analoy-Wandlers aus Fig. 2 verwendet, die durch die Multiplikation des Eingangssignals zur Kennlinie C' umgewandelt wurde.+ 5 V to t 9.9951 V versus. In this area the characteristic C of the digital-to-analog converter from FIG. 2 is used, which is obtained by the multiplication of the input signal has been converted to characteristic curve C '.

In den Wahihejtstabellen auf den Seiten 10 und 11 sind 'iir verschiedene Werte des Eingangssignals E, dessen Dezimaldarstellunq mit E* angegeben ist, das Hilfseingangssignal E' und das analoge Ausgangssignal A yezeigt. rü das Eingangssignal E ist ferner die Wertigkeit der einzelnen Bits angegeben, wobei das Vorzeichen-Bit mit VZ bezeichnet ist. In Abhängigkeit vom Bereich des umzuwandelnden Signals ist weiter die Anzahl der notwendigen Verschiebungen im Schieberegister Re in der Spalte SZ angegeben. Die zweite Tabelle auf Seite 11 stellt nichts weiter als eine Charakteristik des Digital-Analog-Wandlers D/A dar. Durch Gegenüberstellung der beiden Tabellen erkennt man also recht deutlich, daß es lediglich durch Stellenverschiebung des Eingangssignals E in Abhängigkeit von Wertebereich des Eingangssignals E sowie durch Bereichsumschaltung beim D-igital-Analog-Wandler D/A gelingt, den erwünschten Zusammenhang zwischen Eingangssignal E und Ausgangssignal A zu erzielen. Bereich E* E' A [v] + 10V 8191 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 9,9951 4096 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 5,0000 # 5V 4095 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 4,9976 . . . . 2048 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 2,5000 # 2,5V 2047 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 2,4988 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 2048 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 2,5000 - 2049 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 2,5024 # 3V . . - 4096 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 5000 - 4097 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 5,0049 # 10V . - 8192 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 10,000 E* E SZ VZ 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 8191 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4096 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4095 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2048 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2047 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2048 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2049 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 . -4096 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -4097 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 2 -8192 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 The selection tables on pages 10 and 11 show various values of the input signal E, the decimal representation of which is indicated by E *, the auxiliary input signal E 'and the analog output signal A ye. The value of the individual bits is also specified for the input signal E, the sign bit being denoted by VZ. Depending on the range of the signal to be converted, the number of necessary shifts in the shift register Re is also given in the SZ column. The second table on page 11 represents nothing more than a characteristic of the digital-to-analog converter D / A. By comparing the two tables, one can see quite clearly that it is only by shifting the position of the input signal E as a function of the value range of the input signal E and By switching the range in the D / A digital-to-analog converter D / A, the desired relationship between input signal E and output signal A can be achieved. Area E * E 'A [v] + 10V 8191 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 9.9951 4096 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 5.0000 # 5V 4095 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 4.9976 . . . . 2048 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 2.5000 # 2,5V 2047 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 2.4988 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 2048 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 2.5000 - 2049 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 2.5024 # 3V. . - 4096 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 5000 - 4097 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 5.0049 # 10V. - 8192 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 10,000 E * E SZ VZ 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 8191 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4096 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4095 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2048 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2047 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2048 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2049 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 . -4096 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -4097 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 2 -8192 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Ferner erkennt man anhand der ersten Tabelle auf S. 10, daß der Wertebereich des Eingangssignals E durch Auswertung der drei ersten Stellen des Eingangssignals E überwacht werden kann. Im Bereich von - 8192 bis - 4097 des Eingangssignals E stellen nämlich die drei ersten Stellen, dezimal ausgedrückt, eine 4 oder eine 5 dar, im Bereich von - 4096 bis - 2049 eine 6, im Bereich von - 2048 bis + 2047 eine Null oder eine 7, im Bereich von + 2048 bis + 4095 eine 1 und im Bereich von + 4096 bis + 8191 eine 2 oder eine 3.You can also see from the first table on p. 10 that the range of values of the input signal E by evaluating the first three digits of the input signal E can be monitored. In the range from - 8192 to - 4097 of the input signal E represent the first three digits, expressed in decimal, a 4 or a 5 in the range from - 4096 to - 2049 a 6, in the range from - 2048 to + 2047 a Zero or a 7, in the range from + 2048 to + 4095 a 1 and in the range from + 4096 up to + 8191 a 2 or a 3.

Von dieser Tatsache wird in der im folgenden erläuterten Steuerschaltung II nachFig. 1 Gebrauch gemacht. Die den drei ersten Stellen entsprechenden Ausgänge 12 bis 14 des Schieberegisters Re werden den Eingängen 8 bis 10 eines BCD/Dezimaldecoders D zugeführt, der die in BCD-Code anstehende Zahl in die Dezimalzahlen 0 bis 7 umwandelt. Dabei sind die Ausgänge 2 bis 5 mit den Eingängen eines ODER-Gatters OD1 und die Ausgänge 1 und 6 mit. den Eingängen eines ODER-Gatters OD2 verbunden. Die Ausgänge der ODER-Gatter OD1 und OD2 sind mit den Eingängen des ODER-Gatters OD3 verbunden, dessen Ausgangssignal den Umschalter S2 ansteuert. Das Ausgangs signal des ODER-Gatters OD1 steuert den Schalter S1 an und ist außerdem auf den Eingang 18 des Schieberegisters Re geführt, wobei das Anstehen eines Signals an diesem Eingang zu einer Verschiebung des Registerinhalts um zwei Stellen führt. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters OD2 ist auf den Eingang 17 des Schieberegisters Re geführt. Ein Signal am Eingang 17 bewirkt eine Verschiebung des- Registerinhalts um eine Steile.This fact is shown in the control circuit explained below II according to Fig. 1 made use of it. The outputs corresponding to the first three digits 12 to 14 of the shift register Re are the inputs 8 to 10 of a BCD / decimal decoder D, which converts the number in BCD code into the decimal numbers 0 to 7. The outputs 2 to 5 are connected to the inputs of an OR gate OD1 and the Outputs 1 and 6 with. connected to the inputs of an OR gate OD2. The exits the OR gates OD1 and OD2 are connected to the inputs of the OR gate OD3, whose output signal controls the switch S2. The output signal of the OR gate OD1 controls switch S1 and is also on input 18 of the shift register Re out, whereby the presence of a signal at this input leads to a shift the contents of the register by two places. The output of the OR gate OD2 is led to the input 17 of the shift register Re. A signal at input 17 causes the contents of the register to be shifted by one step.

Sowohl das Schieberegister RE als auch der BCD/Dezimalwandler D sind getaktet, d.h. die an den Eingängen anstehenden Zahlen werden in das Schieberegister RE bzw.Both the shift register RE and the BCD / decimal converter D are clocked, i.e. the numbers at the inputs are stored in the shift register RE resp.

den BCD/Dezimalwandler D übernommen, wenn eine positive Signalflanke am Takteingang 16 bzw. 11 auftritt. Dazu sind der Takteingang 16 des Schieberegisters Re und der Takteingang 11 des BCD-Dezimalwandlers D mit einem Taktgeber T verbunden. Mit jeder positiven Flanke des Taktsignals des Taktgebers T wird also das Eingangssignal E in das Schie iregister Re eingelesen. Der Inhalt der drei ersten Stellen des Schieberegisters Re wird in den BCD-Dezimaldecoder D eingelesen und in Abhängigkeit von den dessen Ausgangs signalen an den Ausgängen 0 bis 7 werden die Schalter S1 und S2 angesteuert und der Inhalt des Schieberegisters Re wird verschoben. Wenn am Ausgang 0 oder 7 des BCD-Dezimalwandlers D ein Ausgangssignal ansteht, d.h. die eingeschriebene Zahl 0 oder 7 ist, findet keine Verschiebung des Registerinhalts des Schieberegisters Re statt und die Schalter 1 und S2 bleiben in ihrer Ruhelage. Wenn am Ausgang 1 oder 6 des BCD-Dezimalwandlers D ein Signal ansteht, wird der Registerinhalt um eine Stelle verschoben und der Umschalter S2 wird umgeschaltet. Wenn schließlich an einem der Ausgänge 2 bis 5 des BCD-Dezimalwandlers ein Signal ansteht, wird der Registerinhalt um zwei Stellen verschoben und sowohl der Schalter S1 als auch der Umschalter S2 werden umgeschaltet. Mit der besprochenen Steuerschaltung II werden also die Stellenverschiebung des Inhalts des Schieberegisters sowie die Ansteuerung der Schalter 51 und S2 in der Weise durchgeführt, wie es für den beschriebenen Funktionsablauf erforderlich ist.the BCD / decimal converter D is taken over when a positive signal edge occurs at clock input 16 or 11. The clock input 16 of the shift register is used for this purpose Re and the clock input 11 of the BCD decimal converter D are connected to a clock generator T. With each positive edge of the clock signal of the clock generator T, the input signal E read into the register Re. The content of the first three digits of the shift register Re is read into the BCD decimal decoder D and depending on its Output signals at outputs 0 to 7, switches S1 and S2 are activated and the content of the shift register Re is shifted. If at the output 0 or 7 of the BCD decimal converter D there is an output signal, i.e. the written number 0 or 7, there is no shift of the register contents of the shift register Re instead and switches 1 and S2 remain in their rest position. If at output 1 or 6 of the BCD decimal converter D is pending a signal, the content of the register is changed shifted one place and the switch S2 is switched. When finally If a signal is present at one of the outputs 2 to 5 of the BCD decimal converter, the Register contents shifted by two places and switch S1 as well as the Changeover switches S2 are switched over. With the discussed control circuit II will be thus the position shift of the content of the shift register and the control the switches 51 and S2 carried out in the manner as it is for the functional sequence described is required.

Die mit der dargestellten Schaltung erreichte Genauigkeit der Umwandlung wird im folgenden anhand von Fig. 4 erörtert. Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Wert des digitalen Eingangssignals E und dem Wert des analogen Ausgangssignals A. Wie die vorangehenden Betrachtungen zeigen, wird im Wertebereich des Eingangssignals E von - 2048 bis + 2047 jedes Bit durch den Digital-Analog-Wandler ausgewertet. Die maximale Abweichung des analogen Ausgangssignals A vom Sollwert beträgt also in diesem Wertebereich: 2,5 V = 1,22 mV 2048 Diese Stufen von 1,22 m V sind in Fig. 4 der Darstellbarkeit wegen stark überhöht. Auf den gesamten Arbeitsbereich des Digital-Analog-Wandlers bezogen ergibt sich im Bereich von - 2048 bis 4 2047 eine Auflösung von 13 J Bit, wobei von den zur Verfügung stehenden 14 Bit ein Bi für die Vorzeichenerfassung verwendet wird.The conversion accuracy achieved with the circuit shown is discussed below with reference to FIG. Fig. 4 shows the relationship between the value of the digital input signal E and the value of the analog output signal A. As the previous considerations show, in the range of values of the input signal E from - 2048 to + 2047, each bit is evaluated by the digital-to-analog converter. The maximum deviation of the analog output signal A from the setpoint is therefore in this range of values: 2.5 V = 1.22 mV 2048 These steps of 1.22 m V are shown in Fig. 4 greatly exaggerated because of the representability. On the entire work area of the In relation to the digital-to-analog converter, the result is a range from - 2048 to 4 2047 Resolution of 13 J bits, whereby of the available 14 bits one Bi for sign detection is used.

Wenn der W rt des Eingangssignals E zwischen - 4096 und - 2049 bzw. + 2048 und + 4095 liegt, so wird, wie oben besprochen, das Bit mit der geringsten Wertigkeit nicht ausgewertet, so daß sich in diesem Bereich der analoge Wert in Stufen von 2 Bit, das sind also 2R44 mV ändert. Die A.uflösung,bezogen auf den gesamten Arbeitsbereich, beträgt dabei 12 Bit. Wenn der Wert des Eingangssiqnals E schließlich zwischen - 8192 und - 4097 bzw + 4096 und + 8191 liegt, werden die 2 Bit mit der geringsten Wertigkeit eliminiert. Der Analogwert ändert sich daher in Stufen von Ll Bit, also 4,88 mV.If the value of the input signal E is between - 4096 and - 2049 or + 2048 and + 4095, then, as discussed above, the bit with the lowest is used Significance is not evaluated, so that the analog value in Steps of 2 bits, so these are 2R44 mV changes. The resolution, based on the total Working area, is 12 bits. When the value of the input signal E finally is between - 8192 and - 4097 or + 4096 and + 8191, the 2 bits are linked with the lowest value eliminated. The analog value therefore changes in steps of Ll bit, i.e. 4.88 mV.

Das entspricht einer Auflösung von 11 Bit. Wie die Darstellung nach Fig. 4 zeigt, ist also der maximale absolute Fehler bei kleinen Eingangssignalen geringer als bei großen Eingangssignalen E. Ohne die zusätzliche Beschaltung hätte der Digital-Analog-Wandler über den ganzen Arbeitsbereich eine Auflösung von 11 Bit und damit einen maximalen absoluten Fehler von 4,88 mV.This corresponds to a resolution of 11 bits. Like the representation after Fig. 4 shows, is therefore the maximum absolute error for small input signals less than with large input signals E. Without the additional wiring would have the digital-to-analog converter has a resolution of 11 across the entire working range Bit and thus a maximum absolute error of 4.88 mV.

Mit dem beschriebenen Verfahren ist es also gelungen, den absoluten Fehler bei kleinen Werten des Eingangssignals E zu verringern. Im Wertebereich zwischen - 2048 und + 2047 wird im gezeigten Beispiel mit einem 12 Bit Digital-Analog-Wandler die Genauigkeit eines 14 Bit Digital-AnalogWIVandlers erreicht. Allgemein kann man mit er beschriebenen Beschaltung die Genauigkeit eines beliebigen Digital-Analog-Umsetzers um 2 Bit erhöhen.With the method described, we have succeeded in achieving the absolute Reduce errors with small values of the input signal E. In the value range between - 2048 and + 2047 is in the example shown with a 12 bit digital-to-analog converter achieves the accuracy of a 14-bit digital-to-analog converter. Generally one can with the wiring described, the accuracy of any digital-to-analog converter increase by 2 bits.

Selbstverständlich kann man auch mehr als zwei Grenzwerte und entsprechend mehr Umschaltungen für die Verstärkung des Analogtells vorsehen. Dabei wird pro eingeführten Grenzwert die Genauigkeit des Digital-Analog-Umsetzers inz1aereich kleiner Eingangssignale um 1 Bit erhöht.Of course you can also have more than two limit values and accordingly Provide more switchings for the amplification of the analog part. In doing so, pro introduced limit value increases the accuracy of the digital-to-analog converter in a number of ways smaller input signals increased by 1 bit.

Die Ansteuerung der Schalter S1, S2 in Abhängigkeit von Grenzwerten des Eingangssignals sowie die Multiplikation des Eingangssignnls mit einem Faktor kann auch in einem Rechner erfolgen. Fig. 5 zeigt ein entsprechendes Flußdiagramm. Die Eingangsgröße E wird in einem Schritt Sch 1 auf positives oder negatives Vorzeichen überprüft. Wenn das Vorzeichen positiv ist, so wird in einem Schritt Sch2 festgestellt, ob sie kleiner als 2048 ist. Wenn das nicht der Fall ist, so wird in einem Schritt Sch3 festgestellt, ob sie kleiner als 4096 ist. Wenn dies zutrifft, so wird in einem Schritt Sch4 die Eingangsgröße mit einem Faktor 1/2 multipliziert und der Schalter S2 umgeschaltet. Wenn die Eingangsgröße nicht kleiner als 4096 ist, so wird in einem Schritt Sch5 die Eingangsgröße mit dem Faktor 1/4 multipliziert, der Schalter S1 ausgeschaltet und der Schalter S2 umgeschaltet. In analoger Weise laufen die Schritte für Eingangsgrößen mit negativem Vorzeichen ab. Die Realisierung des Verfahrens durch Schritte in einem Rechner empfiehlt sich insbesondere dann, wenn der Eingangswert E von einem Rechner geliefert wird. Der Eingangswert E kann dann vom Rechner gleich in der für den eingesetzten Digital-Analog-Wandler, im Beispiel also für einen 12 Bit-Wandler geeigneten Form geliefert werden. Der Aufwand zur Erhöhung der Genauigkeit des Digital-Analog-Wandlers besteht dann lediglich aus einigen Schritten im Rechner sowie aus den Schaltern S1 und S2.The activation of switches S1, S2 as a function of limit values of the input signal as well as the multiplication of the input signal by a factor can also be done in a computer. Fig. 5 shows a corresponding flow chart. The input variable E is set to a positive or negative sign in a step Sch 1 checked. If the sign is positive, it is determined in a step Sch2, whether it is less than 2048. If this is not the case, it is done in one step Sch3 determines whether it is less than 4096. If so, then in one step Sch4 multiplies the input variable by a factor of 1/2 and switches S2 toggle. If the input variable is not less than 4096, then in a step Sch5 the input variable is multiplied by a factor of 1/4, switch S1 is switched off and the switch S2 is switched over. The steps for input variables run in the same way with a negative sign. The implementation of the process through steps in one Computer is particularly recommended when the input value E comes from a computer is delivered. The input value E can then be transferred from the computer to the one used for the Digital-to-analog converter, in the example a form suitable for a 12-bit converter to be delivered. The effort to increase the accuracy of the digital-to-analog converter then only consists of a few steps in the computer and the switches S1 and S2.

Als Schalter S1 und 52 wird man zweckmäßigerweise Halbleiterschalter mit Feldeffekt-Transistoren einsetzen, da diese den Analogwert kaum verfälschen und sehr kurze Schaltzeiten haben.Semiconductor switches are expediently used as switches S1 and 52 Use with field effect transistors, as these hardly falsify the analog value and have very short switching times.

Das für einen Digital-Analog-Wandler beschriebene Verfahren läßt sich auch für Analog-Digital-Wandler anwenden. Fig. 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel für diesen Fall. Ein analoges Eingangssignal E soll in ein digitales Ausgangssignal A umgesetzt werden. Das analoge Eingangssignal wird mit zwei Grenzwertstufen G1 und G2 überwacht und bei Überschreiten der eingestellten Grenzwerte mit verschiedenen Faktoren multipliziert. Die Multiplikation erfolgt ebenfalls durch Umschalten der Rückführwiderstände R1 und R2 des Operationsverstärkers OP mit Hilfe der Schalter S1 und S2. Gleichzeitig muß die Multiplikation der Eingangsgröße E mit dem Faktor F durch Multiplikation der Ausgangsgröße A' des Analog-Digital-Wandlers mit dem reziproken Faktor 1/F rückgängig gemacht werden. Dazu wird die Ausgangsgröße A' des Analog-Digital-Wandlers A/D in ein Schieberegister Re abgespeichert. Durch die Ausgangssignale der Grenzwertstufen G1 bzw. G2 erfolgt eine Verschiebung des Speicherinhalts des Schieberegisters, was wie im vorher besprochenen Beispiel einer Multiplikation entspricht. Mit diesem Verfahren läßt sich auch bei Analog-Digital-Wandlern eine Erhöhung der Genauigkeit bei kleinen Werten erreichen. Die in den Figuren 2 und 4 dargestellten Kennlinien gelten auch für den Analog-Digital-Wandler.The method described for a digital-to-analog converter can be can also be used for analog-to-digital converters. Fig. 6 shows an application example for this case. An analog input signal E is to be converted into a digital output signal A to be implemented. The analog input signal is provided with two limit value levels G1 and G2 monitored and when the set limit values are exceeded with different Factors multiplied. The multiplication is also done by switching the Feedback resistors R1 and R2 of the operational amplifier OP with the help of the switches S1 and S2. Simultaneously must be the multiplication of the input variable E by the factor F by multiplying the output variable A 'of the analog-digital converter can be reversed with the reciprocal factor 1 / F. This is done using the output variable A 'of the analog-to-digital converter A / D is stored in a shift register Re. By the output signals of the limit value stages G1 and G2 are shifted Storage contents of the shift register, which, as in the example discussed above, is a Multiplication equals. This method can also be used with analog-to-digital converters achieve an increase in accuracy for small values. The in Figures 2 The characteristic curves shown in FIGS. 4 and 4 also apply to the analog-to-digital converter.

Bei den bisherigen Betrachtungen wurde außer Acht gelassen, daß die Schalter S1 und S2 im Durchlaßbereich einen geringe Widerstand haben. Dieser Durchlaßwiderstand führt zu wenn auch sehr geringfügigen Abweichungen der Verst<irkung des im Digital-Analog-Wandler bzw.The previous considerations have ignored the fact that the Switches S1 and S2 have a low resistance in the pass band. This forward resistance leads to, albeit very minor, deviations in the amplification of the in the digital-to-analog converter respectively.

Analog-Digital-Wandier eingebauten Operationsverstärkers OP vom Sollwert.Der Einfluß des Durchlaßwiderstandes der Schalter S1 und S2 kann jedoch mit der im folgenden am Beispiel des Digital-Analogwandlers erläuterten Beschaltung des Operationsverstärkers mit Beschaltungswiderständen RA und RB weitgehend beseitigt werden.Analog-digital converter built-in operational amplifier OP from the setpoint Influence of the forward resistance of the switches S1 and S2 can, however, with the following Circuitry of the operational amplifier explained using the example of the digital-to-analog converter can be largely eliminated with wiring resistors RA and RB.

In FIg. 7 ist der Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers D/A mit Beschaltung dargestellt, wobei für die Schalter S1 und S2 Ersatzschaltbilder mit den Durchlaßwiderständen RS1, RS2a und RS2b gezeigt sind. Der Widerstand der Schalter S1 und S2 im geöffneten Zustand ist so hoch, daß er in der Praxis als unendlich angenommen werden kann. Zwischen Ausgang 1 des Digital-Analog-Wandlers D/A und Anschluß S2a des Schalters S2 ist ein Beschaltungswiderstand RA und zwischen Anschluß S2a und S2c des Schalters S2 ist ein Beschaltungswiderstand RB angeordnet. Mit den Beschaltungswiderständen RA und RB ergeben sich die Verstärkungen V1 bis V3 für die verschiedenen Verstärkungsbereiche des Operationsverstärkers OP nach folgenden Gleichungen: RG (1) V1 = RO Dabei ist RG der gesamte Rückkopplungswiderstand bei Ruhelage der Schalter S1 und S2.In FIg. 7 shows the output of a digital-to-analog converter D / A with wiring, with equivalent circuit diagrams with the forward resistances RS1, RS2a and RS2b being shown for switches S1 and S2. The resistance of switches S1 and S2 in the open state is so high that it can be assumed to be infinite in practice. A wiring resistor RA is arranged between output 1 of the digital-to-analog converter D / A and terminal S2a of switch S2 and a wiring resistor RB is arranged between terminals S2a and S2c of switch S2. With the wiring resistors RA and RB, the gains V1 to V3 for the various gain ranges of the operational amplifier OP result from the following equations: RG (1) V1 = RO RG is the total feedback resistance when switches S1 and S2 are in the rest position.

Es soll die Bedingung gelten: V2 = 2 V1 (4) V3 = 4 V1 Mit den Gleichungen 1 bis 4 kann der Widerstandswert der Widerstände RA und RB ermittelt werden, da damit drei Gleichungen für die drei Unbekannten RA, RB und V gegeben sind. Wenn RA und RB nach diesen Gleichungel gewählt werden, so entspricht die Verstärkung des Ope- rationsverstärkers OP in den einzelnen Bereichen der Gleichung 4, d.h. der Einfluß der Restwiderstände der Schalter S1 und S2 ist damit kompensiert. Die gesamten Gleichungen wurden numerisch gelöst. Dabei ergaben sich beispielsweise für RO = R1 = R2 = 5 KR R51 = RS2a = RS2b= 24,5 # die Werte RA = 23,5 n RB = 340 fl V1 = 0,5024 Mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Schaltung wird es also möglich, bei vorgegebenen Analog-Digltal-Wandler oder Digital-Analog-Wandler die Genauigkeit im Bereich kleiner Signale zu erhöhen.The condition should apply: V2 = 2 V1 (4) V3 = 4 V1 With the equations 1 to 4 the resistance value of the resistors RA and RB can be determined, since so that three equations for the three unknowns RA, RB and V are given. if RA and RB are chosen according to this equation, the gain corresponds of the ope- ration amplifier OP in the individual areas of the equation 4, i.e. the influence of the residual resistances of switches S1 and S2 is compensated for. All of the equations have been solved numerically. This resulted in, for example for RO = R1 = R2 = 5 KR R51 = RS2a = RS2b = 24.5 # the values RA = 23.5 n RB = 340 fl V1 = 0.5024 With the described method and the described circuit it is therefore possible with a given analog-digital converter or digital-analog converter to increase the accuracy in the area of small signals.

In vielen Anwendungsfällen ist aber gerade die Genauigkeit im Bereich kleiner Signale entscheidend, so z.B.In many applications, however, the accuracy is in the range small signals are crucial, e.g.

bei Erfassung einer Regelabweichung. Mit dem beschriebenen Verfahren kann bei vorgegebenem Wandler eine Abweichung wesentlich exakter erfaßt werden oder es kann bei vorgeschriebener Genauigkeit ein Wandler mit kleinerer Bit-Zahl und damit geringerem Preis verwendet werden.when detecting a control deviation. With the procedure described With a given converter, a deviation can be detected much more precisely or With the prescribed accuracy, a converter with a smaller number of bits and thus lower price can be used.

10 Patentansprüche 7 Figuren10 claims 7 figures

Claims

Patentansprüche Q) Verfahren zur Erhöhung der Genauigkeit eines Digital-Analog- bzw. Analog-Digital-Wandlers, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t -, daß dessen Eingangssignal (E) bei Uberschreiten eines Grenzwertes mit einem Faktor (F), der kleiner als 1 ist, multipliziert und das Ausgangssignal (A) mit dem reziproken Faktor (1/F) miltipliziert wird.Claims Q) Method for increasing the accuracy of a digital-analog or analog-to-digital converter, d a -d u r c h e k e n n n z e i c h n e t - that its input signal (E) when a limit value is exceeded with a factor (F), which is smaller than 1, multiplied and the output signal (A) with the reciprocal Factor (1 / F) is multiplied.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Grenzwerte vorgesehen sind, wobei bei überschreiten jedes Grenzwertes das Eingangssignal (z) mit einem mit zunehmendem Grenzwert abnehmendem Faktor (F) multipliziert wird.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that several limit values are provided, each limit value being exceeded the input signal (z) with a factor (F) which decreases with increasing limit value is multiplied.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n ii z e i c h n e t , daß die Multiplikation des Analogsignals durch Umschaltung der Verstärkung eines Analogverstärkers (OP) erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n ii z e i c h n e t that the multiplication of the analog signal by switching the gain an analog amplifier (OP).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die digitalen Signale im Binärcode vorliegen, d a -d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß jeder Faktor (F) ein ganzzahliger Bruchteil von 1/2 ist und daß die Multiplikation des digitalen Signals durch Stellenverschiebung des digitalen Signals erfolgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the digital Signals are available in binary code, d a -d u r c h g e n n n z e 1 c h n e t that each factor (F) is an integer fraction of 1/2 and that multiplication of the digital signal is done by shifting the digits of the digital signal.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e 1 c h n e t , daß die Umschaltung der Verstärkung durch von Grenzwertgebern angesteuerte Schalter (S1, S2) erfolgt, wobei durch die Schalter (S1, S2) der Analogverstärker (OP) mit unterschiedlichen Rückko?plungswiderständen (R1, R2) beschaltet wird.5. Circuit arrangement for performing a method according to claim 3, d a d u r c h e k e n n -z e 1 c h n e t that switching the gain by means of switches (S1, S2) controlled by limit switches, whereby the Switches (S1, S2) of the analog amplifier (OP) with different feedback resistances (R1, R2) is connected.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Analogverstärker (OP) zwei in Serie geschaltete Rückkopplungswiderstände (R1, R2) aufweist, wobei ein Ende der Serienschaltung mit einem negativen Eingang des Analogverstärkers (OP), die Mittelanzapfung der Serienschaltung mit einem ersten Kontakt (alb) des ersten elektronischen Schalters (S1) und das andere Ende der Serienschaltung mit dem Mittelkontakt (S2c) eines Umschalters (S2) als zweitem elektronischen Schalter verbunden ist und wobei der Ausgang des Analogverstärkers (OP) mit dem zweiten Kontakt (S1a) des ersten elektronischen Schalters (S1) und mit dem ersten Umschaltkontakt (S2a) des Umschalters (S2) und der zweite Umschaltkontakt (S2b) des Umschalters (S2) mit dem negativen EingangdesAnalogverstärkers (OP) verbunden ist.6. Circuit arrangement according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n It is clear that the analog amplifier (OP) has two feedback resistors connected in series (R1, R2), one end of the series circuit having a negative input of the analog amplifier (OP), the center tap of the series circuit with a first Contact (alb) of the first electronic switch (S1) and the other end of the series circuit with the center contact (S2c) of a changeover switch (S2) as the second electronic switch is connected and wherein the output of the analog amplifier (OP) to the second contact (S1a) of the first electronic switch (S1) and with the first changeover contact (S2a) of the changeover switch (S2) and the second changeover contact (S2b) of the changeover switch (S2) is connected to the negative input of the analog amplifier (OP).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen zweitem Kontakt (S1a) des Schalters (S1) und erstem Umschaltkontakt (S2a) des Umschalters (S2) sowie zwischen erstem Umschaltkontakt (S2a) und Mittelkontakt (S2c) des Umschalters (S?.) je ein Kompensationswiderstand (RA, RB) angeordnet ist.7. Circuit arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that between the second contact (S1a) of the switch (S1) and the first Changeover contact (S2a) of the changeover switch (S2) and between the first changeover contact (S2a) and center contact (S2c) of the changeover switch (S ?.) each have a compensation resistor (RA, RB) is arranged.

8. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Stellenverschiebung durch Verschiebung der digitalen Signale in einem Schieberegister (Re) erfolgt.8. Circuit arrangement for performing a method according to claim 4, d u r c h e k e n nz e i c h n e t that the position shift by Shifting of the digital signals in a shift register (Re) takes place.

9. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die digitalen Signale im Binär-Code vorliegen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Grenzwertüberwachung des digitalen Signals durch Überwachung der in einem Register (Re) stehenden Bits mit der höchsten Wertigkeit erfolgt.9. Circuit arrangement for performing a method according to a of claims 1 to 4, wherein the digital signals are in binary code, d a it is indicated that the limit value monitoring of the digital Signal by monitoring the highest bits in a register (Re) Valence takes place.

10. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Grenzwertüberwachung der digitalen Signale, die Ansteuerung der Schalter (S1, S2) und die Multiplikation der digitalen Signale durch einen Rechner erfolgt.10. Circuit arrangement for performing a method according to a of claims 1 to 4, that the limit value monitoring of the digital signals, the control of the switches (S1, S2) and the multiplication the digital signals are carried out by a computer.