DE3543744A1 - METHOD FOR ANALOG-DIGITAL CONVERSION AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD - Google Patents

Description

Systemteknik AB : ": : -..-:.. 11. Dezember 1985Systemteknik AB: ":: -..-: .. December 11, 1985

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SchwedenSweden

VERFAHREN ZUR ANALOG-DIGITAL-UMWANDLUNG SOWIE VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENSMETHOD FOR ANALOG-DIGITAL CONVERSION AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analog-Digital-Umwandlung.The present invention relates to a method and an apparatus for analog-to-digital conversion.

Elektronische Analog-Digital-Umwandler empfangen als Eingangssignal ein analoges Signal eines Werts innerhalb eines vorbestimmten Amplitudenintervalls und geben als Ausgangssignal ein digitales Signal ab, üblicherweise ein binäres Signal eines binären, dem Wert des analogen Signals entsprechenden Werts.Electronic analog-to-digital converters receive as an input signal an analog signal of a value within of a predetermined amplitude interval and emit a digital signal as an output signal, usually a binary signal of a binary value corresponding to the value of the analog signal.

Ein kritischer Parameter der Analog-Digital-Umwandler ist die Zykluszeit, d.h. die Zeit zur Durchführung einer vollständigen Analog-Digital-Umwandlung. Die Zykluszeit bestimmt direkt die Umwandlungsfrequenz und somit auch die maximale Frequenz zum Abtasten des analogen Signals.A critical parameter of the analog-to-digital converter is the cycle time, i.e. the time to carry out a full analog-to-digital conversion. The cycle time directly determines the conversion frequency and thus also the maximum frequency for sampling the analog signal.

Die Reduzierung der Zykluszeit, um dadurch eine Erhöhung der Abtastfrequenz zu ermöglichen, verlangt die Verwendung von kostspieligeren Analog-Digital-Umwandlern, und die Kostensteigerung ist stark progressiv.The reduction of the cycle time in order to enable an increase in the sampling frequency is required Use of more expensive analog-to-digital converters and the increase in cost is highly progressive.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine erhöhte Abtastfrequenz oder Abtastgeschwindigkeit zu verhältnismässig niedrigen Kosten zustandezubringen. Bei einem Verfahren zur Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal wird diese Aufgabe in einer Form der Erfindung derart gelöst, dass sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass das analoge Signal abgetastet wird, und dass die abgetasteten Werte in digitale Form mittels mehrerer Analog-Digital-Umwandler in einer Zeitfolge umgewandelt werden, deren Zeitabschnitte zwischen den Abtastungen kürzer sind als die Zykluszeit der Analog-Digital-Umwandler.It is therefore an object of the present invention to provide an increased sampling frequency or sampling speed at a relatively low cost. In a process for converting an analog Signal into a digital signal, this object is achieved in a form of the invention in such a way that the The method is characterized in that the analog signal is sampled, and that the sampled values in digital form can be converted in a time sequence by means of several analog-to-digital converters, their time segments between the samples are shorter than the cycle time of the analog-digital converter.

Gemäss einer anderen Form der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe mittels einer Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gelöst, die durch mehrere separate Analog-Digital-Umwandler gekennzeichnet ist, derenAccording to another form of the present invention this task is accomplished by means of an analog-to-digital conversion device solved, which is characterized by several separate analog-to-digital converters whose

Eingänge zum Empfang eines und desselben analogen Signals geschaltet sind, und deren Ausgänge an einen Wähler zur Wahl von jedesmal einem Ausgang als Ausgang für die gesamte Vorrichtung angeschlossen sind. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung gehen aus den nachfolgenden, nicht-selbständigen Patentansprüchen hervor.Inputs are connected to receive one and the same analog signal, and their outputs to a selector for Choice of one output each time as output for the entire device are connected. Preferred embodiments of the method and the device according to the invention are based on the following, non-independent claims.

Durch die Erfindung wird eine Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung zu einem Preis zustandegebracht, der etwa nur ein Zehntel der Kosten eines in herkömmlicher Weise ausgebildeten Analog-Digital-Umwandlers beträgt.The invention provides an analog-to-digital conversion device Done at a price about only one-tenth the cost of a conventional one Way trained analog-to-digital converter is.

Die erfindungsgemässe Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung ermöglicht ausserdem dicht aufeinanderfolgende Abtastungen eines analogen Signals innerhalb eines begrenzten Zeitabschnitts, was mit bekannten Analog-Digital-ümwandlern nicht möglich gewesen ist.The analog-to-digital conversion device according to the invention also enables closely consecutive Sampling of an analog signal within a limited period of time, which is possible with known analog-to-digital converters was not possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing. Show it

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäss der Erfindung, Fig. 1 is a block diagram of an example of an analog-digital conversion device according to the invention,

Fig. 2 die Aufteilung der Zykluszeit eines herkömmlichen Analog-Digital-Umwandlers,2 shows the division of the cycle time of a conventional analog-digital converter,

Fig. 3 wie vier Analog-Digital-Umwandler gemäss der Erfindung ausgenutzt werden können, um die Abtastfrequenz zu vervierfaltigen, und Fig. 4 eine alternative Zeitsteuerung von vier Analog-Digital-ümwandlern.3 shows how four analog-to-digital converters according to the invention can be used to set the sampling frequency and Figure 4 shows an alternative timing of four Analog-to-digital converters.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäss der Erfindung besitzt eine Mehrzahl, n, von Analog-Digital-Umwandlern 1, die am jeweiligen Eingang 2 ein und dasselbe analoge Signal empfangen, indem die Eingänge 2 elektrisch mit einem einzigen Eingangsanschluss 3 verbunden sind, dem das analoge Signal zugeführt wird.The embodiment of an analog-digital conversion device according to the invention shown in FIG. 1 has a plurality, n, of analog-to-digital converters 1, which are one and the same at the respective input 2 Receive analog signal by electrically connecting the inputs 2 to a single input terminal 3 to which the analog signal is fed.

-- S - ------ 35437U- S - ------ 35437U

Die Analog-Digital-Umwandler 1 haben je einen Ausgang 4, der an einen besonderen Eingang 5 zu einem Wähler 6 angeschlossen ist, der eine der Anzahl Analog-Digital-Umwandler 1 entsprechende Anzahl Eingänge 5 sowie einen Ausgangsanschluss 7 besitzt.The analog-digital converters 1 each have an output 4 which is connected to a special input 5 to a selector 6 is, the number of inputs 5 corresponding to the number of analog-to-digital converters 1 and one Output connection 7 has.

Eine Steuereinheit für die Umwandler 1 und den Wähler 6 umfasst eine Synchronisiereinheit 8, die jeden Umwandler 1 durch Wechsel-Gegenverkehr mit diesem über eine Abtasteinheit 9 für jeden Umwandler 1 steuert und überwacht. Die Synchronisiereinheit 8 ist ebenfalls zum Wechsel-Gegenverkehr mit übergeordneten, nicht gezeigten Elementen verbunden, die von der Steuereinheit umfasst sind. Schliesslich ist die Synchronisiereinheit 8 an einen Steuereingang zum Wähler 6 angeschlossen.A control unit for the converter 1 and the selector 6 comprises a synchronizing unit 8, each of which Converter 1 by alternating two-way traffic with this via a scanning unit 9 for each converter 1 controls and supervised. The synchronization unit 8 is also for alternating two-way traffic with superordinate, not shown Elements connected, which are included in the control unit. Finally, the synchronization unit 8 is on a control input to the selector 6 is connected.

Vor der Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäss Fig. 1 ist im folgenden der Arbeitszyklus eines Analog-Digital-Umwandlers unter Hinweis auf Fig. 2 kurz beschrieben. Herkömmliche Analog-Digital-Umwandler sind vom DoppeIrampentyp, und dies bedeutet, dass die Zykluszeit einen Zeitabschnitt 10 enthält, in welchem der in einem gewissen Moment abgetastete Wert des analogen Signals integriert wird, sowie einen darauffolgenden Zeitabschnitt 11, in dem ein analoges Bezugssignal in entgegengesetzter Richtung bis zum Nulldurchgang integriert wird, wobei die Zeit der Integrierung des Bezugssignals ein Mass der Grosse des abgetasteten Werts ist und digital, üblicherweise binär, ausgedrückt wird. Dem Zeitabschnitt 10 der Signalintegrierung geht ein Zeitabschnitt 12 voraus, in dem der Eingangssignalwert automatisch auf null eingeregelt wird, und auf den Zeitabschnitt 11 kann ein kurzer Zeitabschnitt 13 vor dem nächsten Arbeitszyklus folgen. Der Zeitabschnitt 10 beträgt typisch ein Viertel der gesamten Zykluszeit, wodurch die Abtastfrequenz somit mehr begrenzt wird, als dies für die eigentliche Signalintegrierung erforderlich ist.Before describing the operation of the device According to FIG. 1, the working cycle of an analog-to-digital converter with reference to FIG. 2 is brief below described. Conventional analog-to-digital converters are of the double ramp type and this means that the cycle time contains a time segment 10 in which the sampled value of the analog signal at a certain moment is integrated, as well as a subsequent time segment 11 in which an analog reference signal in opposite Direction is integrated up to the zero crossing, the time of integration of the reference signal is a measure of the magnitude of the sampled value and is expressed digitally, usually in binary. The time period The signal integration is preceded by a period of time 12 in which the input signal value automatically increases zero is set, and the time segment 11 can be a short time segment 13 before the next working cycle follow. The time segment 10 is typically a quarter of the total cycle time, thus reducing the sampling frequency is more limited than is necessary for the actual signal integration is required.

Indem gemäss der Erfindung eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelgeschalteter Analog-Digital-UmwandlerAccording to the invention, a plurality of analog-to-digital converters connected essentially in parallel

benutzt wird, kann das Zeitintervall zwischen den Abtastungen des analogen Signals drastisch herabgesetzt werden.is used, the time interval between samples of the analog signal can be drastically reduced.

Die Analog-Digital-Umwandler im Ausführungsbeispiel gemäss Pig. 1 werden erfindungsgemäss in einer Zeitfolge gestartet, deren Zeitabschnitte zwischen den Abtastungen kürzer sind als die Zykluszeit der Analog-Digital-Umwandler. Dies wird mit Hilfe der Synchronisiereinheit 8 zustandegebracht, die die Umwandlungszyklen der Umwandler 1 über die diesbezügliche Abtasteinheit 9 sequentiell startet und durch Empfang von Fertigsignalen von dieser Einheit den Wähler 6 synchronisiert mit dem sequentiellen Start des jeweiligen Analog-Digital-Umwandlers steuert.The analog-to-digital converter in the exemplary embodiment according to Pig. 1 are according to the invention in a time sequence started whose time segments between the samples are shorter than the cycle time of the analog-digital converter. This is accomplished with the aid of the synchronizing unit 8, which controls the conversion cycles of the converters 1 starts sequentially via the relevant scanning unit 9 and by receiving finished signals from it Unit controls the selector 6 synchronized with the sequential start of the respective analog-digital converter.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wo die gestrichelten Abschnitte dem Zeitabschnitt 10 in Fig. 2 entsprechen, können beispielsweise vier Analog-Digital-Umwandler a-d gemäss Fig. 1 zur Vervierfältigung der Abtastfrequenz ausgenutzt werden, und zwar zu einem Preis, der etwa nur viermal zu hoch ist wie für einen einzigen, einfachen Analog-Digital-Umwandler und sehr viel niedriger ist als d^er Preis eines viermal so schnellen Analog-Digital-Umwandlers. As can be seen from FIG. 3, where the dashed sections correspond to the time section 10 in FIG. 2, four analog-to-digital converters ad according to FIG too high is like digital converter analog and much lower for a single, simple as ^he d price of four times as fast analog-to-digital converter.

Anstatt wie in Fig. 3 die Zeitabschnitte zwischen den Abtastungen oder Startgelegenheiten der Analog-Digital-Umwandler der Zeit der Umwandler zur Integrierung des analogen Signals gleich zu machen, können die Zeitabschnitte länger als diese Zeit gemacht werden.Instead of the time segments between the samples or starting times of the analog-digital converter as in FIG. 3 The time segments can be used to equalize the time of the converter for integrating the analog signal longer than this time can be made.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 3 bedeutet eine im wesentlichen konstante Deckung des analogen Signals. Erfindungsgemäss ist es jedoch möglich, den Start der Analog-Digital-Umwandler in anderer Weise zu verteilen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, können beispielsweise die Umwandlungszyklen der vier Analog-Digital-Umwandler a-d in dichterer Folge ausgelöst werden. Hierdurch kann also ein kurzer Zeitabschnitt eines analogen Signals in sehr feiner Einteilung in digitale Form umgewandelt werden.The embodiment according to FIG. 3 means an essentially constant coverage of the analog signal. According to the invention, however, it is possible to distribute the start of the analog-digital converter in a different way. As can be seen from Fig. 4, for example, the conversion cycles of the four analog-to-digital converters a-d be triggered in closer succession. This means that a short period of time of an analog signal can be reduced in a very short time finely divided into digital form.

Die Zeitabschnitte vom Start eines Analog-Digital-Umwandlers bis zum Start des nächsten Umwandlers können inThe time segments from the start of one analog-digital converter to the start of the next converter can be specified in

beliebiger Weise variiert werden, beispielsweise verschieden lang gemacht werden. Die Analog-Digital-Umwandler können auch in einer aperiodischen Sequenz gestartet werden, wodurch die unerwünschte Einwirkung von periodischen Komponenten des analogen Signals auf das Messergebnis beseitigt werden kann.can be varied in any way, for example made of different lengths. The analog-to-digital converter can also be started in an aperiodic sequence, eliminating the undesirable effect of periodic Components of the analog signal on the measurement result can be eliminated.

Im Rahmen der Erfindung sind mehrere Abänderungen der oben beschriebenen Ausführungsformen möglich. Somit kann ein grösserer oder kleinerer Teil der Steuereinheit aus einem Mikroprozessor bestehen.Several modifications are within the scope of the invention of the embodiments described above possible. This means that a larger or smaller part of the control unit can consist of a microprocessor.

Claims (8)

11. Dezeghe A 669^5^ PATENTANSPRÜCHE11th December A 669 ^ 5 ^ PATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Umwandlung eines analogen Signals _Λ in ein digitales Signal, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Signal abgetastet wird, und dass die Abtastungen mittels mehrerer Analog-Digital-Umwandler in digitale Form in einer Zeitfolge umgewandelt werden, die zwischen den Abtastungen Zeitabschnitte enthält, welche kürzer sind als die Zykluszeit der Analog-Digital-Umwandler. 1. A method for converting an analog signal _Λ into a digital signal, characterized in that the analog signal is sampled, and that the samples are converted into digital form by means of several analog-digital converters in a time sequence that contains time segments between the samples , which are shorter than the cycle time of the analog-digital converter. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Zeitabschnitte zwischen den Abtastungen grosser als oder gleich der Zeit der Analog-Digital-Umwandler zur Integrierung des analogen Signals gemacht werden.2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e η η shows that the time segments between the samples are greater than or equal to the time of the analog-to-digital converter to integrate the analog signal. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Zeitabschnitte zwischen den Abtastungen kleiner als die Zeit der Analog-Digital-Umwandler zur Integrierung des analogen Signals für gewählte Abschnitte davon gemacht werden.3. The method according to claim 1, characterized in that g e k e η η draws that the time segments between the samples are smaller than the time of the analog-to-digital converter to integrate the analog signal for selected sections thereof. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Zeitabschnitte zwischen den Abtastungen verschieden lang gemacht werden.4. The method according to claim 1, characterized in that g e k e η η shows that the time segments between the samples are made different in length. 5. Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch mehrere, separate Analog-Digital-Umwandler (1), deren Eingänge (2) zum Empfang eines und desselben analogen Signals geschaltet sind, und deren Ausgänge mit einem Wähler (6) zur Wahl von jedesmal einem Ausgang als Ausgang für die gesamte Vorrichtung verbunden sind.5. Analog-digital conversion device, characterized by several separate analog-digital converters (1) whose inputs (2) are switched to receive one and the same analog signal, and their outputs with a selector (6) for selecting one output each time as an output for the entire device are connected. 6. Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (8) zum sequentiellen Start der Umwandlungszyklen der Umwandler sowie zu einer mit diesem sequentiellen Start synchronisierten Steuerung des Wählers (6).6. Analog-to-digital conversion device according to claim 5, characterized by a Control unit (8) for the sequential start of the conversion cycles of the converters as well as one sequential with this Start synchronized control of the selector (6). 35437AA35437AA 7. Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach
Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingänge (2) der Analog-Digital-Umwandler (1)
miteinander verbunden sind.7. Analog-to-digital conversion device according to
Claim 5 or 6, characterized in that
that the inputs (2) of the analog-digital converter (1)
are connected to each other. 8. Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) ein Mikroprozessor ist.8. Analog-to-digital conversion device according to one of claims 5-7, characterized in that that the control unit (8) is a microprocessor.