DE1298549B - Mehrkanaliger Analog-Digital-Umsetzer - Google Patents

Description

ι 2

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß

mehrkanaligen Analog-Digital-Umsetzer mit sowohl der Vergleichsspannungsgenerator mit einem Code-

von den umzusetzenden Analogsignalen als auch von spannungsgenerator synchronisiert ist und daß mit

einem Vergleichgenerator gespeisten Komparatoren. Hilfe einer Auswahlschaltung jeweils eines der

Die fortschreitende Automatisierung — insbeson- 5 von den Komparatoren abgegebenen Impulssignale dere in der Datenverarbeitung — verlangt nach Ge- gleichzeitig mit den Ausgangssignalen des Codespanräten, die analoge, d. h. kontinuierlich veränderliche nungsgenerators einem Pufferspeicher zugeführt ist, Meßwerte in Digitalform umsetzen. Meßwerte mit der die Weiterleitung eines bestimmten Momentan-Stellenwert lassen sich als diskrete Zustände einfacher wertes des Ausgangssignals des Codespannungsgenespeichern und ohne Genauigkeitsverlust über große io rators in Abhängigkeit vom Eintreffen des Impuls-Entfernungen übertragen. Ein digitaler Meßwert signals des jeweiligen Komparators bewirkt,
kann nicht nur leichter abgelesen oder gedruckt wer- Durch das Synchronisieren des Codespannungsden, er ist auch besser als ein Analogwert zur auto- generators mit dem Vergleichsspannungsgenerator matischen Auswertung geeignet. ' wird erreicht, daß innerhalb des Pufferspeichers zum

Die Analog-Digital-Umsetzung erfolgt ganz allge- 15 Zeitpunkt der Messung — d. h. beim Einlaufen des mein durch Vergleich, indem die unbekannte Analog- Ausgangssignals eines Komparators — ein dem anagröße mit einer anderen Analoggröße verglichen logen Meßwert entsprechender digitaler Meßwert zur wird, deren Digitalwert bekannt ist. Ist dann die un- Verfügung steht, ohne daß ein besonderer Zählvorbekannte Größe so groß wie die bekannte Größe, hat gang ausgelöst werden müßte,
sie auch den Digitalwert der bekannten Größe. Da 20 Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung jeder Meßbereich unendlich viele analoge Meßwerte ist dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Verenthält und ein Analog-Digital-Umsetzer mit unend- gleichsspannungsgenerator abgegebene Signal ein lieh vielen Analoggrößen nicht realisierbar ist, quan- Sägezahnsignal ist.

tisiert man den Meßbereich, so daß nur eine be- Es erweist sich als sehr zweckmäßig, wenn der schränkte Anzahl von bekannten Analoggrößen mög- 25 Codespannungsgenerator binäre Ausgangssignale entlich ist. Die dabei auftretende kleinste meßbare Ein- sprechend einem periodischen Auf- und Abzählen heit wird dabei mit einem »Quant« bezeichnet, das von 0 bis 9 abgibt,
ebenfalls die kleinste Vergleichsgröße darstellt. Da während des Auftretens der vertikalen Flanken,

Je nachdem, ob für eine Analog-Digital-Umwand- beispielsweise bei einem Sägezahnsignal keine defining einer Meßgröße eine Vielzahl von Vergleichswer- 30 nierten Meßwerte festgestellt werden, ist es zweckten gleichzeitig zur Verfügung steht bzw. einzeln mäßig, wenn ein dem Pufferspeicher vorgeschaltetes nacheinander aufgebaut werden, unterscheidet man Gatter vorgesehen ist, das zu dem Zeitpunkt der zwischen dem Simultan- und dem Serienyergleichs- Unstetigkeitsstellen des vom Vergleichsspannungsverfahren. Bei dem zuletzt genannten Verfahren wird generator abgegebenen Signals gesperrt ist.
im allgemeinen die zu messende Spannung in eine ihr 35 Die Erfindung wird nunmehr mehr ins einzelne proportionalen Zeit transformiert, deren Ziffernwert gehend beschrieben unter Bezugnahme auf die zugedurch Zählen von Zeitquanten ermittelt wird. Für hörigen Zeichnungen, die ein spezielles Ausführungsdie Spannungs-Zeit-Transformation verwendet man beispiel zeigen und in denen

meistens linear ansteigende Sägezahnspannungen. Die Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, das einen Analog-Große des der Meßspannung proportionalen Zeit- 40 Digital-Umsetzer gemäß der Erfindung zeigt, und
Intervalls wird im allgemeinen dadurch bestimmt, Fig. 2 die zeitliche Beziehung zwischen der daß die Anzahl von "durch einen Impulsgeber während Vergleichsspannung, der impulslängenmodulierten des betreffenden Zeitintervalls abgegebenen Impul- Spannung, der synchronisierten impulslängenmodusen festgestellt wird, was ein direktes Maß für die zu lierten Spannung und der Codebezugsspannung messende Spannung darstellt. Die bei der Analog- 45 zeigt.

Digital-Umsetzung notwendige Quantisierung kann 1 bezeichnet einen Codespannungsgenerator, d. h. dabei entweder in Abhängigkeit von der Spannung einen Zähler, der in vollständigen, stetigen und perioder der davon abgeleiteten Zeit vorgenommen odischen Zyklen während einer Periode auf- und ab-, werden. -..>..-■ ■ . -. - z.B. von Null bis Neun und dann zurück bis Null

Die bisher bekannten Analog-Digital-Umsetzer 50 zählt. Ein Generator 2 arbeitet synchron mit dem nach dem Serienvergleichsverfahren mit Zählung hat- Generator 1 und liefert eine Vergleichsspannung, ten alle den Nachteil, daß auf der Ausgangsseite ein deren allgemeine Form eine Sägezahn- oder Dreieckbesonderer Zähler, vorgesehen werden mußte, mit kurve ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Verweichem die während des Vergleichsvorgangs ent- gleichsspannung bei dem gewählten Ausführungsstehenden Spannungs*'bzw. Zeitquanten durch Zäh- 55 beispiel der Erfindung eine reine Sägezahnspannung, lung von Impulsen oder Schwingungsamplituden fest- Es ist verständlich, daß in dem vorliegenden Fall der gestellt werden. Ferner ergaben sich sehr oft Schwie- Generator 2 eine Spannung mit konstanter Steigung rigkeiten beim Bau derartiger Digitalumsetzer mit liefert, weil das Testsignal durch eine Gleichspannung mehreren Meßeingängen, da das Vorsehen von einer gebildet ist. Die Vergleichsspannung kann jedoch Vielzahl von relativ kostspieligen Komparatoren sich 60 auch nichtlinear sein, was durch Überlagerung der nur schlecht vermeiden läßt. linearen Spannung mit einer nichtlinearen Spannung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen mehr- erreicht werden kann, was gewisse periodisch auftrekanaligen Analog-Digital-Umsetzer zu schaffen, der tende systematische nichtlineare Vorgänge in dem diese oben genannten Nachteile nicht aufweist und Generator bewirkt. Solche Vorgänge treten in Widerder selbst beim Vorsehen von sehr vielen Meßeingän- 65 Standgeneratoren auf, wo sich der Strom nicht linear gen eine Analog-Digital-Umsetzung mit einem gro- ändert, sondern eine Strom-Spannungs-Charakteristik ßen Schaltungsaufwand ermöglicht, wobei keine be- hat, die infolge des Temperatureinflusses etwas gesonderen Zähleinrichtungen notwendig sind. krümmt ist. Es ist durchaus möglich, eine solche

Charakteristik zum Verändern der linearen Vergleichsspannung zu verwenden.

Jeder Punkt der Vergleichsspannung entspricht einem definierten Digitalwert von dem Zähler mit Ausnahme jener Punkte in der Vergleichsspannung, in denen die Codespannungen Übergänge haben. Gemäß der Erfindung werden die Analogsignale dem einen Eingang je eines Differentialverstärkers 3 zugeführt, während die Vergleichsspannung dem zweiten Eingang des Verstärkers zugeleitet wird. Die Ausgangsspannung jedes Verstärkers ist demzufolge eine impulslängenmodulierte Spannung (PDM-Spannung), deren Anfangspunkt durch den Schnittpunkt zwischen dem Testsignal und der Vergleichsspannung gegeben ist. Demzufolge kann das Ausgangssignal des Differentialverstärkers einen von zwei diskreten Spannungswerten annehmen. Mit Hilfe einer Auswahleinrichtung 4 ist es möglich, willkürlich eine der PDM-Spannungen von den Differentialverstärkern auszuwählen und sie zu einer Gatterschaltung 5 und zu einem Pufferspeicher 6 weiterzuleiten. Die Aufgabe der Schaltung 5 besteht darin, die Erzeugung einer PDM-Spannung in einem jener Punkte zu verhindern, die nicht einer klar definierten Codespannung entsprechen. Dies wird auf folgende Weise erreicht. Sollte der Anfangspunkt des Impulses mit einem der Übergangspunkte zusammenfallen, dann wird der Anfangspunkt der PDM-Spannung in einer Richtung verschoben. Wenn die PDM-Spannung den Pufferspeicher 6 erreicht hat, werden die Codebezugsspannungen dem Speicher zugeführt, und in der Ausgangsschaltung 8 wird die Spannung in geeigneter Weise ausgewertet und entweder visuell auf einem Schirm dargestellt oder auf einem Band od. ä. aufgezeichnet. Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß jedem Analogsignal ein Differentialverstärker 3 zum Umsetzen desselben in eine impulslängenmodulierte Spannung zugeordnet ist. Weil aber die Ausgleichsspannungen der Verstärker einen von zwei diskreten Werten annehmen können, ist es möglieh, eine sehr einfache Konstruktion für die Auswahleinrichtung 4 zu verwenden. Sie kann z. B. durch Diodengatter gebildet werden. Auswahlsignale, die in die Auswahleinrichtung eingegeben werden, bewirken die Auswahl einer gewünschten Ausgangsspannung für die Umsetzung in die Digitalform. Auf diese Weise werden die Analogsignale am zuverlässigsten und schnellsten abgetastet. Einen Differentialverstärker für jedes Analogsignal zu haben, ist auch deshalb vorteilhaft, weil es eine kontinuierliche Zuführung der Analogsignale zu dem Verstärker und eine genaue Filterung jener Signale für die Störbeseitigung gestattet. Auf diese Weise ist es durchführbar, jedes Signal zu filtern und seine Bandbreite individuell einzustellen, bevor es den Verstärker erreicht, was im Vergleich zu den früheren Systemen von sehr großem Wert ist, wo die verschiedenen Signale einem gemeinsamen Differentialverstärker nacheinander und in einer bestimmten Ordnung zugeführt wurden.

F i g. 2 zeigt die zeitliche Beziehung zwischen den verschiedenen Spannungen. Die impulslängenmodulierte Grundspannung wird am Schnittpunkt zwischen dem Analogsignal und der Sägezahnspannung gebildet und bleibt, bis der Augenblickswert der Sägezahnspannung unter den Wert des Analogsignals fällt. F i g. 2 zeigt den Fall, daß der Anfangspunkt der PDM-Spannung der Digitalziffer 2 entspricht. Der Anfangspunkt ist diskret definiert und die synchronisierte PDM-Spannung stimmt demzufolge mit der Original-PDM-Spannung überein. Aus diesem Grunde speichert oder zeichnet der Pufferspeicher 6 die Digitalzahl 2 auf. Während der nächsten Periode wird eine andere Digitalzahl entsprechend der Lage des Schnittpunktes zwischen der Analogspannung und der Sägezahnspannung in den Pufferspeicher eingegeben.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, gleichzeitig eine Digitalaufzeichnung mehrerer Analogsignale zu erhalten, wobei dann jeder Differentialverstärker durch eine Gatterschaltung mit einem Pufferspeicher verbunden ist. Mit anderen Worten gesagt, der Speicher muß eine so große Kapazität haben, daß er gleichzeitig Digitalwerte aufnehmen kann, die mehreren Abtaststationen entsprechen. Wenn eine sehr große Anzahl solcher Stationen gleichzeitig abzutasten ist, dann ist es vorteilhaft, einen als zweidimensionalen Koinzidenzspeicher ausgebildeten Kernspeicher zu verwenden. Eine Koordinate entspricht dann dem Analogwert, und die Eingangsimpulse werden parallel zugeführt. Die andere Koordinate ist der Digitalwert, und die Codebezugsspannungen werden ebenfalls parallel zugeführt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Mehrkanaliger Analog-Digital-Umsetzer mit sowohl von den umzusetzenden Analogsignalen als auch von einem Vergleichsgenerator gespeisten Komparatoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsspannungsgenerator (2) mit einem Codespannungsgenerator (1) synchronisiert ist und daß mit Hilfe einer Auswahlschaltung (4) jeweils eines der von den Komparatoren (3) abgegebenen Impulssignale gleichzeitig mit den Ausgangssignalen des Codespannungsgenerators (1) einem Pufferspeicher (6) zugeführt ist, der die Weiterleitung eines bestimmten Momentanwertes des Ausgangssignals des Codespannungsgenerators (1) in Abhängigkeit vom Eintreffen des Impulssignals des jeweiligen Komparators (3) bewirkt.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Vergleichsspannungsgenerator (2) abgegebene Signal ein Sägezahnsignal ist.

3. Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsspannungsgenerator (2) in Abhängigkeit vom Codespannungsgenerator (1) gesteuert ist.

4. Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Codespannungsgenerator (1) binäre Ausgangssignale entsprechend einem periodischen Auf- und Abzählen von 0 bis 9 abgibt.

5. Umsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoren (3) ausgangsseitig pulslängenmodulierte Signale (PDM-Signale) abgeben.

6. Umsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Pufferspeicher (6) vorgeschaltetes Gatter (5) vorgesehen ist, das zu dem Zeitpunkt der Unstetigkeitsstellen des vom Vergleichsspannungsgenerator (2) abgegebenen Signals gesperrt ist.

7. Umsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher (6) ein Ferritkemspeicher, vorzugsweise ein zweidimensionaler Koinzidenzspeicher ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen