DE1280296B - Analog-Digital-Umsetzer mit Codescheibe und kapazitiver Abtastung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/00

Nummer: 1280 296

Aktenzeichen: P 12 80 296.9-31 (G 42033)

Anmeldetag: 16. November 1964

Auslegetag: 17. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Umsetzer mit einem Eingangsorgan zum Empfang einer Analoggröße in Form einer Bewegung des Eingangsargans, auf dem aus voneinander isolierten, elektrisch leitenden Segmenten bestehende Spuren vorhanden sind, von denen jede zur Darstellung eines Bits dient und deren Segmente Wechselspannung führen, und mit kapazitiv mit den Spuren gekoppelten Abtastelementen.

Zur digitalen Anzeige der Winkelstellung einer Welle sind bereits Analog-Digital-Umsetzer bekannt, bei denen auf der Welle eine Codescheibe angeordnet ist, die mit einer Reihe von konzentrischen Spuren aus abwechslungsweise angeordneten leitenden und nichtleitenden Segmenten besteht. Jeder Spur ist ein Abtastelement zugeordnet. Zur Vermeidung von mechanisch entlang den Spuren schleifenden Abtastelementen ist es bereits bekannt, die Abtastelemente mit den elektrisch leitenden Segmenten der Spuren magnetisch oder kapazitiv zu koppeln. Bei Verwen- *> dung magnetischer Koppelung zwischen Abtastelementen und elektrisch leitenden Segmenten darf eine der Curie-Temperatur des magnetischen Materials entsprechende Umgebungstemperatur nicht überschritten werden, da sonst keine magnetische ^a5 Koppelung mehr vorhanden ist.

Es ist bereits ein Analog-Digital-Umsetzer mit kapazitiver Koppelung bekannt, bei dem die äußerste Spur der Codescheibe aus voneinander isolierten, elektrisch leitenden Segmenten besteht, die an eine Wechselspannungsquelle angelegt sind. Die Ausgangssignale des mit der äußersten Spur kapazitiv gekoppelten Abtastelementes werden einer logischen Schaltung zugeführt, deren Ausgangssignale zur Vermeidung von zweideutigen Signalen zur augenblickliehen Umschaltung der Ausgangssignale der den restlichen, aus abwechselnd angeordneten leitenden und nichtleitenden Segmenten bestehenden Spuren zugeordneten Abtastelemente verwendet werden.

Ein Abtastelement, das kapazitiv mit einer Spur aus voneinander isolierten, elektrisch leitenden Segmenten gekoppelt ist, die alle an die gleiche Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, liefert ein Ausgangssignal, das im Augenblick des Überschreitens der Trennlinie zwischen benachbarten Segmenten auf Grund der räumlichen Verteilung der elektrischen Felder nicht zu Null wird, sondern einen vorgegebenen Minimalwert aufweist. Zur Erzeugung eindeutiger Ausgangssignale ist jedoch ein möglichst scharfer Übergang zwischen benachbarten Ausgangs- 5<> Signalen erforderlich. ·

Bei einem Analog-Digital-Umsetzer der eingangs Analog-Digital-Umsetzer mit Codescheibe und
kapazitiver Abtastung

Anmelder:

General Precision, Inc., Glendale, Calif.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Licht, Dr. R. Schmidt,

Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. Hansmann

und Dipl.-Phys. S. Herrmann, Patentanwälte,

8000 München 2, Theresienstr. 33

Als Erfinder benannt;

Norman Jahn Böse, North Hollywood, Calif.;
George Naoum Malina, Montrose, Calif.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. November 1963
(323 959)

genannten Art wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, an benachbarte Segmente jeder Spur Wechselspannung mit einem Phasenunterschied von 180° anzulegen und die von jedem Abtastelement gelieferten Signale zur Feststellung der Phase des dem Abtastelement gegenüberliegenden Segments mit einer Phase der Wechselspannung zu vergleichen.

Beim Analog-Digital-Umsetzer nach der Erfindung ist daher gewährleistet, daß das Ausgangssignal jedes Abtastelementes im Augenblick des Überschreitens der Trennlinie zwischen zwei benachbarten Segmenten durch die Symmetrielinie des Abtastelementes den Wert Null aufweist, d. h. eine äußerst scharfe Trennung zwischen den bei relativer Bewegung zwischen Codescheibe und Abtastelement nacheinander vom Abtastelement gelieferten Ausgangsimpulsen gewährleistet ist. Die aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse weisen dabei entgegengesetzte Phase auf, wobei Impulse der einen Phase den Binärwert »1« und Impulse der entgegengesetzten Phase den Binärwert »0« darstellen.

809 627/1277

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Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeich- Transformator 17 liefert also an die Segmente 12 und nungen erläutert, in denen zeigt 14 eine Spannung mit Φ_± und an das Segment 13

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläu- eine Spannung mit Φ₂. terung der Erfindung, Ein Empfangselement liegt, wie gezeigt, direkt

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aus- 5 über dem Segment 12, mit dem es elektrostatisch geführungsform der Erfindung, koppelt ist. Mit dem Empfangselement 20 ist eine

Fig. 3 die Wellenform der bei der Ausführungs- Ausgangsklemme 21 verbunden, die über einen form nach F i g. 2 auftretenden Signale, Widerstand 22 auf Erdpotential liegt.

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Es ist ersichtlich, daß bei Verwendung einer rela-

Umsetzung der Signale nach F i g. 3 in Rechteck- io tiv hohen Trägerfrequenz und dadurch, daß ein reimpulse, lativ kleiner Abstand zwischen dem Empfangs-

F i g. 5 eine Codescheibe für einen Analog-Digital- element 20 und dem Segment 12 aufrechterhalten Umsetzer für sieben Bit-Stellen, wird, am Empfangselement ein kennzeichnendes

Fig. 6 eine Darstellung einer Empfangsscheibe, Signal erscheint.

die einen Teil eines Analog-Digital-Umsetzers für 15 Die an benachbarte Segmente angelegten Signale, sieben Bit-Stellen zeigt, etwa an die Segmente 12 und 13, erzeugen ein elek-

F i g. 7 ein Blockdiagramm eines elektrischen trostatisches Feld, das die Segmente umgibt. Da ent-Schaltungsaufbaus, der mit der in Fig. 5 dargestell- gegengesetzte Phasen des elektrischen Signals an die ten Ausführungsform verwendet werden kann und Segmente 12 und 13 angelegt wurden, liegt also, der die Verwendung einer UND/ODER-Logik zur 20 wenn am Segment 12 eine negative Spannung Spannungsabtastung darstellt, um eine eindeutige herrscht, am Segment 13 eine positive Spannung aiii Auslesung zu bewirken, Weil entgegengesetzte Phasen angelegt wurden_f;

Fig. 8 eine in linearer Form dargestellte Teil- herrscht also zwischen den benachbarten Segmenten ansieht eines Abschnittes einer Ausführungsform der eine feste Null-Spannung. Dieser Null-Pegel ist durch vorliegenden Erfindung, in der eine kennzeichnende 25 die Linie 24 angedeutet. In ähnlicher Weise ergibt Codespur verwendet wird, um zwei Ausgaben unter- sich zwischen den Segmenten 13 und 14 ein fester schiedlicher Geltung zu erzeugen, Null-Pegel. Es sei angenommen, daß der durch die

Fig. 9 ein Blockdiagramm einer Ausgabeschal- Linien24 dargestellte Null-Pegel über die gesamte rung, die mit der Ausführungsform aus Fig. 8 ver- Periode der Trägerfrequenz relativ fest bleibt, wendet werden kann, 30 Wenn das Empfangselement 20 zum Segment 12

Fig. 10 eine in linearer Form dargestellte Teil- benachbart liegt, erscheint am Widerstand22 ein inansicht eines Abschnittes einer anderen Ausführungs- duziertes Signal mit Φ_χ und maximaler Amplitude, form der vorliegenden Erfindung, Wenn das Empfangselement 20 sich zum Segment

Fig. 11 ein Blockdiagramm einer Ausgabeschal- 13 bewegt und wenn sich das Empfangselement20 rung, die mit der Ausführungsform aus F i g. 9 ver- 35 insbesondere zur festen Null-Linie 24 zwischen den wendet werden kann. Segmenten 12 und 13 bewegt, fällt die Amplitude

In der nun folgenden, ins einzelne gehenden Be- des an der Klemme 21 erscheinenden Ausgangsschreibung der vorliegenden Erfindung bezeichnen signals zum festen Null-Pegel hin ab, da das durch gleiche Bezugsnummern in den verschiedenen Zeich- Influenz erzeugte elektrostatische Feld, das das Segnungen gleiche oder entsprechende Teile. Mit Bezug 40 ment 12 mit Φ_χ beiträgt, algebraisch zu dem induauf die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform kann zierten elektrostatischen Feld addiert wird, das das die vorliegende Erfindung am besten dadurch erklärt Segment 13 mit Φ₂ beiträgt. Wenn das Empfangswerden, daß ein Abschnitt eines Gerätes betrachtet element 20 direkt über der Null-Linie 24 liegt, ist das wird, das drei Segmente auf einer Spur enthält. Ausgangssignal ein Minimum.

Zwei gleichartige, elektrisch leitende Code- 45 Wenn die relative Bewegung in Richtung auf das segmente 12 und 14 sind durch ein drittes elektrisch Segment 13 weiterläuft, wächst das Ausgangssignal leitendes Segment 13 getrennt. Die Segmente 12, 13 bis zu einer maximalen Amplitude bei Φ_ζ an, wie und 14 bestehen gewöhnlich aus metallischem Werk- aus der obigen Beschreibung ersichtlich sein wird, stoff, etwa Kupfer, Silber, Gold od. dgl., weil dieses Durch die relative Bewegung zwischen dem Empgute elektrische Leiter sind. Die Segmente 12 und 50 fangselement 20 und den Segmenten 12, 13 und 14

13 sind voneinander isoliert durch einen Isolator 15, wird also eine modulierte Trägerfrequenz erzeugt, und die Segmente 13 und 14 sind voneinander isoliert wie in der Wellenform 23 gezeigt ist. In der Wellendurch einen zweiten Isolator 15. Ein Oszillator 16 form 23 sind die flachen Abschnitte der Hüllkurven erzeugt ein elektrisches Signal mit einer Träger- proportional zur Länge eines Segmentes 12, 13 oder frequenz von z. B. 600 kHz und legt diese Frequenz 55 14 und zur Geschwindigkeit der relativen Bewegung an einen Transformator 17 an, der eine Sekundär- zwischen dem Empfangselement 20 und den Segwicklung hat, deren Mittelabgriff auf Erde liegt. Ein menten. Jede Hüllkurve enthält ein Signal, das um Ende der Sekundärwicklung des Transformators 17 180° gegenüber dem Signal in der benachbarten ist über einen Leiter 18 mit den Segmenten 12 und Hüllkurve phasenverschoben ist.

14 verbunden. Das gegenüberliegende Ende der Se- 60 Diese in F i g. 1 erklärte und erläuterte Grundtatkundärwicklung ist über einen Leiter 19 mit dem sache der Arbeitsweise wird auf einen Analog-Segment 13 verbunden, so daß das elektrische Signal Digital-Umsetzer angewendet, der in Fig. 2 gezeigt an den Segmenten 12 und 14 mit einer bestimmten ist. F i g. 2 zeigt ein in linearer Form dargestelltes Phase und am Segment 13 mit entgegengesetzter Informations-Code-Teil 30, das aus einem nichtPhase (180° Phasendifferenz) anliegt. Künftig soll 63 leitenden Werkstoff besteht und das zwei bestimmte, die am Leiter 18 auftretende Ausgabe mit dem elektrisch leitende Muster bildet, deren jedes vom. Symbol Φ_χ und die am Leiter 19 erscheinende Aus- anderen isoliert ist. Ein erstes Muster 31 empfängt, gäbe mit dem Symbol Φ₂ bezeichnet werden. Der die Trägerfrequenz Φ_ν und ein zweites Muster 32

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empfängt die Trägerfrequenz Φ₂. Das Codeteil 30 Stellungen zeigt, die doppelt soviel gelten wie die

umfaßt eine Anzahl von Spuren, deren jede eine bi- vorhergehenden Kurvenzüge.

näre Stelle darstellt. Spur 33 hat eine binäre Bedeu- Der Schaltungsaufbau, der in den Zeichnungen

tung von 2° und stellt die niedrigste Stelle dar. Spur gezeigt ist und auf den in der folgenden Beschreibung

34 hat eine binäre Bedeutung von 2¹ und stellt die 5 Bezug genommen wird, ist den Fachleuten bekannt,

nächsthöhere Stelle dar. Spur 35 hat eine binäre Be- Für zusätzliche Information und zur Beschreibung

deutung von 2² und stellt die darauffolgende Stelle dieser Schaltkreise soll die folgende Bezugnahme

dar, und die letzte Spur 36 hat eine binäre Bedeu- dienen. UND/ODER-Gatter und Inverter findet man

tung von 2³ und stellt die höchste Stelle dar. Das in dem Buch »Digital Computer Fundamentals«

Codeteil 30 umfaßt also, wie in Fig. 2 gezeigt ist, io von Thomas C. B ar tee, veröffentlicht von der

vier binäre Bits, die insgesamt eine loziffrige Anzeige »McGraw-Hill Publishing Company«. Insbesondere

schaffen. Die erste Spur 33 besteht aus 16 Segmenten findet man die UND-Gatter auf Seite 65, die

gleicher Größe. Acht dieser Segmente bilden einen ODER-Gatter auf Seite 73 und den Inverter auf

Teil des Musters 31, die anderen acht Segmente, die Seite 79. Gleichrichter und Filter können in dem

zwischen den Segmenten des Musters 31 liegen, bil- 15 Buch »Basic Electronics« von Bernard Grob nach-

den einen Teil des Musters 32. Die nächsthöhere gelesen werden, das ebenfalls von der »McGraw-Hill

Spur 34 ist in acht gleiche Segmente eingeteilt, und Publishing Company« veröffentlicht wurde. Insbe-

zwar abwechselnde Segmente weiterhin vom Muster sondere befinden sich die Filter und Gleichrichter

31 und die restlichen Segmente weiterhin vom auf den Seiten 388 bzw. 408. Den Schmitt-Trigger

Muster 32. Spur 35 ist in vier Segmente gleicher ao findet man in »U.S. Army Technical Manual TM

Größe eingeteilt, die abwechselnd Teile der Muster 11-690 Basic Theory and Application of Transistors«

31 und 32 bilden. Die höchste Spur 36 ist in zwei auf Seite 208.

Segmente eingeteilt; ein Segment gehört zum Muster Diese in F i g. 3 dargestellten Hüllkurven können

31 und das andere Segment zum Muster 32. in Signale umgewandelt werden, die für eine Hüll-

Der Spur 33 für die niedrigste Stelle ist ein Emp- 25 kurve mit einer bestimmten Phase eine binäre »1« fangselement 38 zugeordnet, das acht Empfangs- und für eine Hüllkurve mit einer zweiten Phase eine Segmente 39 enthält, die in der dargestellten Lage binäre »0« darstellen. Das Blockdiagramm aus gegenüber den zum Muster 32 gehörenden Code- F i g. 4 zeigt Einzelheiten eines solchen Umsetzungssegmenten der Spur 33 liegen. In F i g. 2 liegen die Verfahrens. Die Signale aus Leitung 50 der F i g. 2, Empfangssegmente 39, wie dargestellt ist, über den 30 d. h. das Signal, das die niedrigste Stelle darstellt und Codesegmenten, die von der Trägerfrequenz Φ₂ er- das in Kurve α aus F i g. 3 erläutert wird, wird zum regt werden. Der Spur 34 ist ein Empfangselement Emitterfolger 60 gesendet, der für Impedanzanpas-40 zugeordnet, das vier Empfangssegmente 42 ent- sung der Schaltung sorgt, die auf die hohe Impedanz hält, die in der dargestellten Lage gegenüber den und insbesondere auf die hohe Kapazität zwischen zum Muster 32 gehörenden Codesegmenten der Spur 35 dem Empfangselement und den Segmenten des In-34 liegen. Der Spur 35 ist ein Empfangselement 43 formationsteils folgt. Das Signal vom Emitterfolger zugeordnet, das zwei Empfangssegmente 44 enthält, 60 wird dann in ein UND-Gatter 61 eingespeist, das die in der dargestellten Lage gegenüber den zum als zweiten Eingang eine Phase der Trägerfrequenz Muster 32 gehörenden Codesegmenten der Spur 35 hat. In F i g. 4 wird Φ₂ verwendet, deshalb ist der liegen. Der Spur 36 ist ein Empfangselement 45 zu- 40 zweite Eingang des UND-Gatters 61 direkt über Leigeordnet. Die dargestellte Anordnung der Empfangs- tung 19 des Transformators 17 angeschlossen. Das Segmente in bezug auf die Codesegmente gewähr- UND-Gatter 61 dient dazu, nur positive Signale, die leistet, daß die zu jedem Empfangssegment einer mit dem Bezugssignal Φ₂ in Phase sind, durch das Spur übertragenen Signale gleiche Phase haben. Es Gatter hindurchzulassen. Auf diese Weise unterist zwar nur ein Empfangssegment pro Spur not- 45 drückt das UND-Gatter 61 wirkungsvoll den posiwendig, aber durch Verwendung von mehreren Emp- tiven Bereich aller Signale, die nicht in Phase mit fangssegmenten pro Spur wird die Gesamtfläche der dem Bezugssignal sind. Hüllkurven beider Phasen Empfangssegmente größer, wodurch Ausgangs- können ausgewählt werden, indem man die Phase signale mit größeren Amplituden entstehen. der Bezugseingabe ändert. Das Signal wird dann

Die Empfangselemente 38, 40, 43 und 45 sind 50 einem Gleichrichter 62 eingespeist, der alle negativen elektrisch mit den entsprechenden Ausgangsleitungen Bereiche abschneidet, wie in Kurve 63 dargestellt ist. 50, 52, 53 und 54 gekoppelt. Die an diesen Aus- Als nächstes wird das Signal in ein Tiefpaßfilter 64 gangsleitungen erscheinenden Signale sind in F i g. 3 gegeben, das die gesamte Trägerfrequenz entfernt gezeigt. Jedes Signal besteht aus einer Folge von und nur die HüHkurve übrigläßt, wie in Kurve 65 Hüllkurven der modulierten Trägerfrequenz. Wie 55 gezeigt ist. Dieses Signal wird durch einen Schmittman ersehen kann, enthalten benachbarte Hüllkurven Trigger 66 rechteckig gemacht, wie in Kurve 67 geentgegengesetzte Phasen der Frequenz. Wie schon zeigt ist, so daß ein Signal entsteht, das als digitale erwähnt wurde, ist der zeitliche Abstand zwischen Darstellung verwendet werden kann. Die vorstehenden Nulldurchgängen einer Hüllkurve proportional den Grundzüge des gerade beschriebenen Umsetzers, zur Länge der Codescheibensegmente und zur Ge- 60 der allgemein in F i g. 2 gezeigt ist, können auf einen schwindigkeit der relativen Bewegung zwischen den optimaleren Analog-Digital-Umsetzer mit sieben Bit Empfangselementen und der Codespur 30. Kurve 6 angewendet werden, der Standardschaltungen für aus F i g. 3 enthält Hüllkurven, deren Länge doppelt Spannungsabtastung verwendet, um Eindeutigkeit zu so lang ist wie die Länge der Hüllkurven aus Kurve a. erzielen, wie in F i g. 5 und 6 gezeigt ist. Standard-Die Hüllkurven aus Kurve c sind zweimal so lang 65 ausgabeschaltung für Spannungsabtastung für einen wie die Hüllkurven aus Kurve 6, und die Hüllkurven Analog-Digital-Umsetzer werden im USA.-Patent aus Kurve d sind zweimal so lang wie die Hüllkurven 3 056 956, das am 2. Oktober 1962 an Leo P. aus Kurve c, wobei jedes Diagramm digitale Dar- Retzinger, Jr. erteilt wurde, erläutert.

7 · 8

Eine drehbare Codescheibe 100 besteht aus nicht- fragt wird, und entgegengesetzte Phase hat, wenn das leitendem Werkstoff. Auf ihr sind durch übliche GaI- nacheilende Empfangselement der nächsthöheren vanisier- und Ätzverfahren elektrisch leitende Stelle abgefragt wird.

Muster 130 und 131 aufgebracht. Die Codescheibe Die in Fig. 7 gezeigte Logikschaltung entscheidet, erhält ihre analogen Eingangsignale durch die Dre- 5 welches Empfangselement einer besonderen Spur abhung einer Achse 132. Die elektrisch leitenden gefragt wird. Das einzelne Signal von dem Empfangs-Muster 130 und 131 sind nach den gleichen Grund- element 142 der niedrigsten Stelle 141 wird z. B. in Sätzen aufgebaut, wie die Codemuster 31 und 32, die einen Emitterfolger 161 eingegeben, wie in dem im vorstehenden im Zusammenhang mit Fig. 2 be- Blockdiagramm der Fig. 7 gezeigt ist, und das herschrieben wurden. io auskommende Signal wird an ein UND-Gatter 163 An jedes Muster 130 und 131 wird eine Spannung angelegt. Eine Phase der Trägerfrequenz wird an der Trägerfrequenz mit verschiedener Phase ange- eine Klemme 162 angelegt und mit dem UND-Gatter legt. Diese Frequenz wird üblicherweise durch Bür- 163 gekoppelt. Das Signal vom UND-Gatter 163 wird sten oder Schleifringe (nicht dargestellt) auf der einem Gleichrichter 164 eingegeben, und das dort Achse 132 an die Scheibe 100 angelegt, oder sie kann 15 herauskommende Signal wird auf ein Filter 165 gedurch Influenz angelegt werden, indem zwei leitende geben. Das vom Filter 165 kommende Signal wird Spuren auf der Rückseite der Codescheibe 100 vor- auf einen Schmitt-Trigger 166 gegeben, der zwei Ausgesehen werden. Eine Spur empfängt ein Signal Φ_ν gänge haben kann, wobei der eine die niedrigste und die andere Spur empfängt ein Signal Φ₂. Diese Stelle, bezeichnet mit 2°, und der zweite Ausgang das Signale werden durch die Scheibe 100 zu den Mustern ao das Komplement dieses Signals, bezeichnet mit 2°, 130 und 131 übertragen. darstellt. Die Signale von der nächsthöheren Spur der Die Information von der Codescheibe 100 wird Codescheibe 100 erscheinen am vorausgehenden elektrostatisch auf die Empfangsscheibe 140 übertra- Element 151 und am nacheilenden Element 152. Das gen. Die Empfangsscheibe 140 ist deshalb mit ihren Signal vom vorausgehenden Element 151 wird auf Segmenten in enger Beziehung zu den Segmenten der 35 eine Klemme 170 gegeben, und das Signal vom nach-Codescheibe 100 angebracht. Die Empfangsscheibe eilenden Empfangselement 152 wird an eine Klemme 140 berührt jedoch die Segmente der Codescheibe 180 angelegt. Die an diesen beiden Klemmen erschei-100 nicht. nenden Signale werden durch eine Schaltung, ähnlich Auf der Codescheibe 140, die aus einer Anzahl der im Zusammenhang mit der niedrigsten Stelle bekonzentrischer Spuren besteht, sind Empfangsele- 30 schriebenen, in Rechtecksignale umgeformt, mente angebracht. Eine Empfangsspur 141 wird für Ein vorausgehendes Signal wird von einem Filter die niedrigste Stelle verwendet und besteht aus einem 175 in ein UND-Gatter 177 eingegeben und mit dem Empfangselement 142, das eine Anzahl von Emp- 2"-Signal vom Schmitt-Trigger 166 kombiniert. Ein fangssegmenten 143 hat, die voneinander getrennt nachfolgendes Signal wird von einem Filter 185 in sind, wie im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben 35 ein UND-Gatter 178 eingegeben und mit dem Siwurde. Die Empfangssegmente dieser Ausführungs- gnal 2" vom Schmitt-Trigger 166 kombiniert. Die Siform sind halb so breit wie die Codesegmente der zu- gnale von den UND-Gattern 177 und 178 werden an gehörigen Codespur auf Scheibe 100. Als Beispiel für ein ODER-Gatter 190 angelegt, dessen Ausgang an alle anderen höheren Spuren enthält die nächsthöhere einer Klemme 191 als digitale Darstellung, bezeich-Spur zwei Empfangselemente, ein vorausgehendes 40 net mit 2¹, erscheint.

Empfangselement 151 und ein nacheilendes Emp- Ein vorausgehendes Signal 2² von der nächst-

fangselement 152. Das vorausgehende Empfangs- höheren Stelle wird einem Emitterfolger 200 eingeelement 151 hat eine Anzahl von Empfangssegmen- geben, und ein nacheilendes Signal 2² wird einem ten 153, und das nacheilende Empfangselement 152 Emitterfolger 210 eingegeben. Diese vorausgehenden hat eine Anzahl von Empfangssegmenten 154. Die 45 und nacheilenden Signale werden an Schaltungen an-Empfangselemente sind wegen ihrer Lage, wenn der gelegt, die ähnlich den im Zusammenhang mit den Binärzahlwert zunimmt, mit »vorausgehend« und vorhergehenden Stellen beschriebenen sind, und wer- »nacheilend« bezeichnet. Da F i g. 6 eine Ansicht der den dann ebenfalls an die entsprechenden UND-Gat-Empfangsscheibe 140 darstellt, die normalerweise ter 212 und 214 angelegt. Das vom ODER-Gatter den Segmenten der Codescheibe 100 gegenüberliegt, 50 190 kommende Signal 2¹ wird auf einen zweiten Einerscheinen die vorausgehenden und nacheilenden gang des UND-Gatters 212 gegeben und mit der AusSegmente gegenüber der Codescheibe. Wenn jedoch gäbe des voreilenden Empfangselementes 2² kombidie Empfangsscheibe 140 umgedreht wird, so daß niert. Das Signal vom ODER-Gatter 190 wird außerihre Empfangssegmente die zugehörigen Codespuren dem von einem Inverter 216 umgekehrt, so daß es überdecken, nehmen die vorausgehenden und nach- 55 die digitale Darstellung "V- wird. Dieses Signal wird eilenden Spuren nicht die richtige Lage ein. Das vor- mit dem nacheilenden Signal 2² kombiniert, wobei ausgehende Empfangssegment 153 des vorausgehen- die Signale von den UND-Gattern 212 und 214 Empfangselementes 151 führt das nacheilende Emp- einem ODER-Gatter 218 eingegeben werden. Die fangssegment 154 des nacheilenden Empfangsele- Ausgabe des ODER-Gatters 218 ist eine digitale mentes 152 mit der halben Ausdehnung des Code- 6° Darstellung, bezeichnet mit 2². Das Signal 2² wird Segmentes 133 der Codescheibe 100. Auf diese Weise zur Erzeugung von höheren Stellen in digitaler Darist eines der beiden Empfangselemente 151 oder 153, stellung verwendet, nachdem das Signal 2^a vom Inunabhängig von der Winkelstellung der Codescheibe, verier 220 umgekehrt wurde, um das Signal ψ darzuimmer direkt über einem Segment und niemals über stellen. Alle Signale der übrigen Spuren werden in einer Übergangslinie. Die Stellung der Empfangs- 65 gleicher Weise verarbeitet. Die obenerwähnte UND/ segmente gewährleistet, daß die vorhergehende Stelle ODER-Logik wird vollständig in dem angeführten eine besondere Phase hat, wenn das vorausgehende Patent von Leo P. Retzinger, Jr. erklärt. Es soll Empfangselement der nächsthöheren Stelle abge- erwähnt werden, daß das Blockdiagramm, das in

F i g. 7 dargestellt ist, nur eine der Arbeitsweisen eines Sieben-Bit-Umsetzers zeigt, der die Grundzüge der vorliegenden Erfindung verwendet.

Die Ausführungsform in Fig. 8 zeigt eine Codespur 221 mit Segmenten 226 und 227, die die niedrigste Stelle 2° und die nächsthöhere Stelle 2¹ darstellen. Das Empfangselement 222 ist mit einer Anzahl von paarweise vorhandenen Empfangssegmenten versehen, die mit 223 und 224 bezeichnet sind und durch Influenz mit der Codespur 221 gekoppelt sind. Die Codesegmente 226 werden mit der Frequenz Φ₁ und die Codesegmente 227 mit der Frequenz Φ₂ erregt. Der Abstand zwischen den Empfangssegmenten 223 und 224 ist halb so breit wie ein einzelnes Codesegment der Spur 221, gemessen von der Mitte des Segmentes 223 zur Mitte des Segmentes 224. Die Breite der Segmente 223 oder 224 ist ein Viertel der Breite des Codesegmentes, so daß der Zwischenraum zwischen den beiden Empfangssegmenten 223 und 224 ein Viertel der Breite des Codesegmentes beträgt. Wenn durch relative Bewegung zwischen dem Empfangselement 222 und der Codespur 221 beide Empfangssegmente 223 und 224 über der gleichen Phase liegen, z. B. über dem Codesegment 226, herrscht das Ausgangssignal Φ_ν Wenn durch eine weitere relative Bewegung das Empfangselement 222 in eine solche Lage gebracht wird, daß das Empfangssegment 224 Φ_ι und das Empfangssegment 223 Φ₂ abtastet, löschen sich die beiden Signale mit entgegengesetzter Phase aus, und die Ausgabe des Elementes 222 ist Null. Wenn durch weitere relative Bewegung beide Empfangssegmente 223 und 224 direkt über dem Codesegment 227 liegen, ist die Ausgabe Φ₂. Auf diese Weise bestehen die Signale, die bei einer relativen Bewegung zwischen der Codespur 221 und dem Empfangselement 222 erzeugt werden, aus einer Reihe von Hüllkurven, die gleichen Abstand haben und moduliert sind, wobei die eine Hüllkurve die Trägerfrequenz Φ_ί und die andere Hüllkurve die Trägerfrequenz Φ₂ enthält, wie im Kurvenzug 240 gezeigt ist.

In Fig. 9 wird das Signal von dem Empfangselement in einen Emitterfolger 242 gegeben und läuft weiter in einen Gleichrichter 244, der alle negativen Bereiche des Signals abschneidet, wie im Kurvenzug 246 gezeigt ist. Das gleichgerichtete Signal 246 wird einem Filter 248 eingegeben, das die gesamte Trägerfrequenz, unabhängig von der Phase, entfernt. Das Signal wird dann einem Schmitt-Trigger 247 eingegeben, der verwendet wird, um die Anstiegs- und Abfallzeit zu verbessern oder um das Signal rechteckig zu machen.

Ein Paar von vorausgehenden und nacheilenden Empfangselementen sind auch hier, wie schon im Zusammenhang mit F i g. 6 beschrieben wurde, so angebracht, daß sie ihre digitale Darstellung von der gleichen, besonderen Codespur der Ausführungsform aus F i g. 8 lesen können, und die in der Weise arbeiten, wie in F i g. 7 beschrieben wurde.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet Signale mit kleiner Amplitude, um eine binäre »0« zu erzeugen, die unabhängig von einem Schwellwertelement, etwa einem Schmitt-Trigger, ist. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wird das dadurch erreicht, daß der auf Erdpotential liegende Abgriff des Transformators 17 an eine solche Stelle gelegt wird, daß Φ_χ auf der Leitung 19 mit einer niedrigeren Amplitude erscheint als Φ₂ auf der Leitung 18. Das Signal ist im Kurvenzug 250 der F i g. 9 dargestellt. Der Schmitt-Trigger hat einen Schwellwert, der

ίο wesentlich über der Amplitude Φ_χ liegt, wie durch die Linie 251 in Fig. 10 dargestellt ist. Auf diese Weise stellen alle Signale, die den Schwellwert durchlaufen, eine binäre »1« dar, und Signale, die unterhalb des Schwellwertes liegen, stellen eine binäre »0« dar. Der Vorteil hiervon ist, daß man ohne UND-Gatter, das normalerweise dazu verwendet wird, auf Φ₁ und Φ₂ die UND-Funktion auszuüben, und auch ohne Filter auskommt. Fig. 11 stellt ein Beispiel des Schaltungsaufbaus dar, der für die in F i g. 9 gezeigte

ao Ausführungsform benötigt wird. Das Signal wird einem Emitterfolger 260 eingegeben und einem Schmitt-Trigger 262 eingespeist, der zwei Ausgänge haben kann, um das Signal oder das Komplement des erzeugten Signals zu schaffen. Der Schmitt-Trigger

as 262 ist für alle positiven Signale oberhalb der Schwellwertlinie 251 verantwortlich, unabhängig von den Frequenzen.

Es ist ersichtlich, daß die vorstehende Beschreibung sich nur auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bezieht und daß zahlreiche Abwandlungen und Vertauschungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und Ziel der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen dargelegt wird, abzuweichen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer mit einem Eingangsorgan zum Empfang einer Analoggröße in Form einer Bewegung des Eingangsorgans, auf dem aus voneinander isolierten, elektrisch leitenden Segmenten bestehende Spuren vorhanden sind, von denen jede zur Darstellung eines Bits dient und deren Segmente Wechselspannung führen, und mit kapazitiv mit den Spuren gekoppelten Abtastelementen, dadurch gekennzeichnet, daß an benachbarten Segmenten jeder Spur Wechselspannung mit einem Phasenunterschied von 180° angelegt ist und die von jedem Abtastelement gelieferten Signale zur Feststellung der Phase des dem Abtastelement gegenüberliegenden Segments mit einer Phase der Wechselspannung verglichen werden.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Abtastelemente ungefähr ein Viertel der Länge der gegenüberliegenden Segmente beträgt und die Abtastelemente paarweise unterteilt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1106 087;
USA.-Patentschrift Nr. 2 873 440.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

S09 627/1277 10.68 © Bundesdruckerei Berlin