DE1212990B - Analog-Digital-Wandler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/00

Nummer: 1212990

Aktenzeichen: W 30843 VIII a/21 al

Anmeldetag: 6. Oktober 1961

Auslegetag: 24. März 1966

Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Wandler.

Eine bekannte Art von Analog-Digital-Wandlern ist in der USA.-Patentschrift (reissue) 23 686 von R. A. Heising vom 14.7.1953 beschrieben. Im wesentlichen besteht der Heising-Wandler aus einem binären Zähler umkehrbarer Zählrichtung, dessen Zähler durch eine bipolare Impulse fester Wiederholungsfrequenz erzeugende Quelle unter dem Einfluß eines Fehlerverstärkers selektiv erhöht oder erniedrigt wird, wobei der Ausgang des Fehlerverstärkers eine Funktion einer ersten Spannung ist, die den Zustand des Zählers darstellt, ferner einer zweiten Spannung, die dem umzuwandelnden analogen Nachrichtensignal proportional ist.

Bei der Heising-Anordnung erfordert die genaue Umwandlung eines analogen Nachrichtensignals mit einer Bandbreite von etwa 100 kHz einen Fehlerverstärker mit einer Bandbreite von etwa 200 MHz. Offensichtlich bietet der Aufbau eines derartigen Breitbandverstärkers zahlreiche schwierige Probleme der Stabilisierung und Kompensation.

Der Erfindung liegt daher allgemein die Aufgabe zugrunde, einen Analog-Digital-Wandler des Heising-Typs zu schaffen, der keinen Breitbandverstärker erfordert, und der eine hohe Zuverlässigkeit und äußerste Einfachheit des Aufbaus aufweist. Diese Aufgabe ist für ein System zur Umwandlung analoger Signalteilstücke in entsprechende Digitaldarstellungen, mit einer ein Analogsignal in die Signalteilstücke unterteilenden Tastschaltung, einem Zähler umkehrbarer Zählrichtung zum Erzeugen einer der Signalteilstückamplitude proportionalen digitalen Darstellung, einer dem Vergleich der Signalteilstückamplitude mit einer der Zählereinstellung proportionalen Größe dienenden Vergleichsschaltung zum Erzeugen eines Vergleichssignals und einer auf das Vergleichssignal ansprechenden Korrekturschaltung zum Ändern der Zählereinstellung unter gleichzeitig erfolgender Änderung des Vergleichssignals, bis das Vergleichssignal einen vorbestimmten Wert annimmt, dadurch gelöst, daß die Korrekturschaltanordnung eine bipolare Impulse mit veränderlicher und zur Größe des Vergleichssignals direkt proportionalen Wiederholfrequenz (/₀—/₂—Z₀) erzeugende Quelle zum Zuführen von Impulsen vorbestimmter Polarität an den Zähler aufweist.

Sonach kann die Wiederholfrequenz der Impulsquelle ihrerseits durch die Amplitude des Ausgangs eines Fehlerverstärkers geregelt werden, dessen Eingänge aus einem ersten, den Zustand des Zählers darstellenden Signal und einem zweiten, die Ampli-Analog-Digital-Wandler

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,

New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Reginald Alfred Kaenel, Murray Hill, N. J.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. November 1960
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tude des umzuwandelnden analogen Nachrichtensignals darstellenden Signal bestehen. Weiterhin gibt eine positive oder negative Abweichung des Fehlerverstärkerausgangs von einem Gleichgewichtszustand an, ob das erste oder das zweite Signal größer als das andere ist. Diese Abweichung wird verwendet, um festzulegen, ob der positive .oder der negative Impulsausgang der bipolare Impulse veränderlicher Wiederholfrequenz erzeugenden Quelle zum Eingang des umkehrbaren binären Zählers gegeben wird, wodurch dieser bei positiven Impulsen eine Addition und bei negativen Impulsen eine Subtraktion durchführt, und zwar je mit einer Zählgeschwindigkeit, die sich mit der Wiederholgeschwindigkeit der Impulse ändert.

Bei einer derartigen Ausführung kann eine naturgetreue Kodierung eines analogen Signals mit einer Bandbreite von 100 kHz durch Verwendung eines schmalbandigen Fehlerverstärkers verhältnismäßig einfacher Bauart durchgeführt werden, d.h. eines Verstärkers mit einer Bandbreite von nur etwa 500 kHz. Für Fehlersignale verhältnismäßig kleiner Amplitude reicht der Verstärker aus, um den Wandler in der Art einer herkömmlichen Heising-Anordnung arbeiten zu lassen, d. h. in einer Art, bei der der Verstärker schnell genug arbeitet, um der stufenweisen Zählung des umkehrbaren Zählers zu folgen. Für Fehlersignale verhältnismäßig hoher Amplitude wird jedoch die Zählgeschwindigkeit des umkehrbaren Zählers erhöht, wobei dann der Verstärker auf Grund seiner

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einfachen Bauart nicht mehr in der Lage ist, den stufenweisen Änderungen des Ausgangspegels des Zählers mit höherer Frequenz zu folgen. Trotzdem ist der Wandler, da er während des Vorhandenseins von Fehlersignalen hoher Amplitude wie ein Servosystem mit stabiler Lage arbeitet, noch voll in der Lage, schnelle Änderungen des umzuwandelnden analogen Eingangssignal« naturgetreu in digitaler Form zu kodieren.

Die obigen Ausführungen zeigen, daß es sich bei der Erfindung — kurz gesagt — um eine in bestimmter und vorteilhafter Form durchgeführte Steuerung des Analog-Digital-Wandlers nach Art einer integral wirkenden Regelung handelt. Das Prinzip der integral wirkenden Regelung, der sogenannten I-Regelung, ist aus der Regeltechnik bekannt.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines speziellen Analog-Digital-Wandlers, der das Prinzip der Erfindung verkörpert,

Fig. 2A, 2B und 2C graphische Darstellungen, welche für das Verständnis der Arbeitsweise des in F i g. 1 dargestellten Wandlers nützlich sind,

Fig. 3A einen spannungsgesteuerten Oszillator veränderlicher Frequenz, wie er im Wandler der F i g. 1 enthalten sein kann,

Fig.3B graphisch die Arbeitsweise des Oszillators der F i g. 3 A.

Fig. 3C in graphischer Form die Differenz zwischen der Ausgangsfrequenz des Oszillators der Fig,3A und der Frequenz eines Oszillators fester Frequenz als Funktion des an den Oszillator veränderlicher Frequenz angelegten Steuer- oder Fehlersignals,

F i g. 4 verschiedene Signalformen der Quelle bipolarer Impulse mit veränderlicher Wiederholfrequenz, die im Wandler der Fi g. 1 enthalten ist,

Fig. 5 ein Rückkopplungssystem für den in Fig. 1 dargestellten Wandler.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß der dargestellte Wandler von einer Quelle 100 die umzuwandelnden analogen Eingangssignale erhält und an Ausgangsleiter 190,191 und 192 digitale Signale liefert, welche die dem Wandler von der Quelle 100 eingegebenen Analogsignale darstellen.

Der Wandler der Fig. 1 enthält einen verhältnismäßig schmalbandigen Fehler- oder Vergleichsverstärker 110, der in einem speziellen FaIl₃ in dem die Bandbreite der analogen Eingangssignale etwa 10OkHz betragt, nur eine Bandbreite von etwa 500 kHz zu haben braucht. Die Eingänge des Verstärkers 110 sind Signale der analogen Quelle 100, wobei der Verstärker 110 in der Lage ist, ohne Zeitverzögerung diesen Signalen zu folgen oder auf sie anzusprechen, ferner Rückkopplungssignale, welche die Zählung eines umkehrbaren binären Zählers 175 darstellen, wobei der "Verstarker 110 in der Lage oder nicht in der Lage sein kann, den Rückkopplungssignalen stufenweise zu folgen, je nachdem, ob die Zählgeschwindigkeit des Zählers 175 verhältnismäßig niedrig oder hoch ist

Die Kollektorelektrode eines Transistors 111 des Verstärkers 110 ist mit einem Knotenpunkt 115 verbunden, der über einen Trennwiderstand 116 mit der Basiselektrode eines Transistors 131 eines Gattersteuerkreises 130 verbunden ist. Der Knotenpunkt 115 ist ferner mit einer "bipolare Impulse veränderlicher Wiederholfrequenz erzeugenden Quelle 120 verbunden, wobei die Quelle einen spannungsgesteuerten Oszillator 121 veränderliche Frequenz enthält, dessen Aufbau und Arbeitsweise nachstehend im Zusammenhang mit der Erläuterung der Fig. 3 A, 3B und 3 C eingehend beschrieben werden wird.

Der Ausgang der Quelle 120 geht zu einem bipolaren Gatterkreis 140, der, je nachdem, ob der Gattersteuerkreis 130 sich im leitenden oder nichtleitenden ίο Zustand befindet, in der Lage ist, nur positive oder nur negative Impulse über einen bipolaren Verstärker 150 zum umkehrbaren Zähler 175 durchzulassen. Der Ausgang des Zählers 175 erscheint an binär be-

- .Gm Ungenauig-

-werteten Widerständen jR, -=--

keiten bei der Abnahme der digitalen Ausgangssignale vom Zähler 175 klein zu halten, führt man vorteilhafterweise den Ausgang des Zählers einem Binärkode-Gray-Kode-Wandler 180 herkömmlicher

ao Form zu und dann einem herkömmlichen Speicherkreis 185, der unter dem Einfluß jedes an einem Leiter 186 erscheinenden Tastimpulses bewirkt, daß eine digitale Darstellung des analogen Eingangssignals an den Ausgangsleitern 190,191 und 192 erscheint. Bekannüich sollen die dem Kreis 185 zugeführten Tastimpulse mit einer Frequenz auftreten, die etwas größer ist als das Doppelte der höchsten, in dem analogen Emgangsnachrichtensignal vorhandene Frequenz.

In dem Kreis 140, der in dem hier beschriebenen Wandler enthalten ist, unterscheidet sich der Strom in einer Tunneldiode stets von dem Strom in einer anderen. Diese asymmetrische Vorspannungsanordnung bereitet gleichzeitig nur eine der Dioden auf das Ansprechen auf Eingangsimpulse vor. Im einzelnen spricht der Kreis 140 nur auf positive Impulse an, wenn die Diode 141 den größeren Strom führt, und nur auf negative Impulse, wenn die Diode 142 den größeren Strom führt.

Normalerweise, d. h., wenn der Pegel des analogen Eingangssignals und die Zählung des umkehrbaren Zählers 175 beide Null sind oder, allgemeiner, wenn das analoge Eingangssignal und das Rückkopplungssignal des Zählers die Emitterelektrode des Tran- sistors 111 des Fehlerverstärkers 110 um gleiche oder fast gleiche Betrage positiv oder negativ zu machen suchen, ist die Spannung des Knotenpunktes 115 in bezug auf die Erde eine vorbestimmte positive Spannung V₀, die eine Funktion der Vorspannungen

und der mit den Elektroden des Transistors 111 verbundenen Widerstände ist.

Die am Knotenpunkt 115 erscheinende positive Spannung F„ bewirkt, daß der Transistor 131 des Gattersteuerkreises 130 nichtleitend ist. Die Spannung V₀ wird ferner an den spannungsgesteuerten Oszillator veränderlicher Frequenz 121 der Quelle bipolarer Impulse 120 angelegt, so daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators 121 den Wert /₀ hat. Der Ausgang des Oszillators 121 wird in einem herkömmliehen Misch- oder Filterkreis 122 mit der Ausgangsfrequenz jf₀ eines Oszillators 123 konstanter Frequenz vereinigt. Der Filterteil des Kreises 122 ist so bemessen, daß nur die Differenz zwischen den Frequenzen der Oszillatoren 121 und 123 zu einem herkömmlichen Differenzierkreis 124 gehen können. Wenn sich der Knotenpunkt 115 auf der vorbestimmten Gleichgewichtsspannung V₀ befändet, beträgt die zum Kreis 124 gehende Ausgangsfrequenz /₀—/₀, sie

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ist dann einfach ein Gleichstromsignal. Ein derartiges nungsquelle 145 über die untere Diode 142 in Rich-Signal bewirkt, daß keine Zählimpulse über den tung des Pfeils 144, wodurch der bipolare Gatter-Kreis 140 und den Verstärker 150 zum umkehrbaren kreis 140 so vorgespannt wird, daß nur negative Im-Zählerl75 gelangen. Daher wird die Zählung des pulse von der bipolare Impulse veränderlicher Zählers 175 weder erhöht noch erniedrigt, wie es für 5 Wiederholfrequenz erzeugenden Quelle 120 zum biein Signal sein soll, das sich aus einem Zustand er- polaren Verstärker 150 gehen können,
gibt, bei dem der Ausgang des Zählers 175 bereits Weiterhin bewirkt die am Knotenpunkt 115 ergenau oder fast genau das analoge Eingangssignal scheinende Spannung V₂, daß die Frequenz des Osdarstellt, das durch die Quelle 100 dem Wandler zu- zillators 121 auf einen Wert f₂ zunimmt, so daß bigeführt wird. io polare Impulse mit einer Wiederholfrequenz Z₂-Z₀

Es sei nun angenommen, daß der Pegel des analo- am Ausgang der Quelle 120 erscheinen. Wie oben gen Eingangssignals momentan größer als der Pegel angegeben wurde, werden jedoch nur die negativen wird, der durch das vom Zähler 175 über den Rück- Ausgangsimpulse durch den Kreis 140 zum Verstärkopplungsweg 176 an den Transistor Ul des Fehler- ker 150 durchgelassen. Hierbei sprechen die oberen Verstärkers 110 angelegte Signal dargestellt wird. Ein 15 Transistoren 153 und 154 auf negative Eingangsderartiger Zustand bewirkt, daß die Leitung durch impulse an, wodurch verstärkte Abbilder der Imden Transistor Ul hindurch kleiner wird und daß pulse zum Zähler 175 geliefert werden. Der Zähler die Spannung des Knotenpunkts 115 demgemäß auf spricht seinerseits auf das Anlegen negativer Impulse einen Pegel, z. B. auf V₁, abnimmt, der weniger posi- durch Erniedrigung seiner Zählung an, wodurch die tiv als die Gleichgewichtespannung V₀ ist. Die Diffe- 20 Größe des Rückkopplungssignals herabgesetzt wird, renz V₀-V₁ stellt den Fehlersignalausgang des Ver- das über den Weg 176 an die Emitterelektrode des stärkers 110 dar. V₁ bewirkt seinerseits, daß der Transistors 111 des Fehlerverstärkers 110 angelegt Transistor 131 des Gattersteuerkreises 130 leitet, wo- wird. Schließlich kehrt die Spannung des Knotendurch ein Strom durch die Tunneldioden 141 und punktes 115 zum Gleichgewichtswert V₀ zurück, der, 142 in der durch den Pfeil 143 angegebenen Rieh- 25 wie oben dargelegt worden ist, keine Änderung des rung fließt und den bipolaren Gatterkreis 140 so vor- Zustandes des Zählers 175 bewirken kann,
spannt, daß nur positive Impulse von der bipolare Fig. 2A zeigt graphisch die Änderung der Span-Impulse veränderlicher Wiederholfrequenz erzeugen- nung des Knotenpunktes 115 als Funktion der reladen Quelle 120 zum bipolaren Verstärker 150 gehen tiven Größen des Rückkopplungssignals und des können. Weiterhin bewirkt die Spannung V₁, daß die 30 analogen Eingangssignals.

Frequenz des Ausgangs des Oszillators 121 auf einen Wie oben angegeben worden ist, reicht für Fehler-Wert^ abnimmt, so daß bipolare Impulse mit einer signale verhältnismäßig geringer Amplitude (mit an-Wiederholfrequenz Z₀-Z₁ am Ausgang der Quelle deren Worten: für verhältnismäßig geringe Änderun-120 erscheinen. ledoch gehen, wie oben angegeben gen der Amplitude des umzuwandelnden analogen wurde, nur positive Ausgangsimpulse durch den 35 Eingangssignals) die Kennlinie des Fehlerverstärkers Kreis 140 zum Verstärker 150. 110 einfacher Bauart des in Fig. 1 dargestellten

Der Verstärker 150 weist eine Gegentaktanord- Wandlers aus, um dem Wandler zu erlauben, der nung herkömmlicher Form auf. Transistoren 151 Zählungsgeschwindigkeit des umkehrbaren Zählers und 152 sprechen auf positive Eingangsimpulse des 175 stufenweise nach Art einer Heising-Anordnung Kreises 140 an, wodurch verstärkte Abbilder der Im- 40 zu folgen. Für Fehlersignale verhältnismäßig großer pulse an den Zähler 175 geliefert werden. Der Zäh- Amplitude wird jedoch die Zählgeschwindigkeit des ler 175j der vorteilhafterweise als umkehrbarer Zäh- umkehrbaren Zählers 175 wesentlich erhöht, so daß ler hoher Zählgeschwindigkeit ausgebildet ist, spricht der vergleichsweise schmalbandige Fehlerverstärker auf das Anlegen positiver Impulse durch Vergröße- 110 dann nicht mehr in der Lage ist, den höherrung seiner Zählung an, wodurch der Wert des Rück- 45 frequenten stufenweisen Änderungen des Ausgangskopplungssignals vergrößert wird, das über den Weg pegels des Zählers 175 zu folgen. Trotzdem ist der 176 an die Emitterelektrode des Transistors 111 des hier beschriebene Wandler, da er während des Vor-Fehlerverstärkers HO angelegt wird. Infolgedessen handenseins von Fehlersignalen hoher Amplitude kehrt die Spannung des Knotenpunkts 115 zur rech- wie ein Servosystem mit stabiler Lage arbeitet, noch ten Zeit zum Gleichgewichtswert V₀ zurück, der, wie 50 voll in der Lage, schnelle Änderungen des analogen oben beschrieben worden ist, keine Änderung des Eingangssignals naturgetreu zu kodieren.
Zustandes des Zählers 175 zur Folge hat. Die Fähigkeit des in Fig. 1 dargestellten Wand-

Es sei nun angenommen, daß der Pegel des analo- lers, schnelle Änderungen des analogen Eingangsgen Eingangssignals momentan kleiner als der Pegel signals naturgetreu zu kodieren, auch wenn der wird, der durch das über den Rückkopplungsweg 55 Wandler einen verhältnismäßig schmalbandigen Ver-176 dem Fehlerverstärker 110 zugeführte Signal dar- stärker enthält, ist in graphischer Form in den gestellt wird. Ein derartiger Zustand bewirkt, daß Fig. 2 B und 2 C dargestellt. In Fig. 2B ist die Sidie Leitung durch den Transistor 111 des Verstärkers gnalform200 des analogen Eingangssignals zusam-110 hindurch zunimmt, wodurch die Spannung des men mit der Signalform 205 des digitalen Ausgangs-Knotenpunktes 115 auf einen Pegel, z. B. auf V₂, an- 60 signals eines Heising-Wandlers dargestellt, der zur steigt, der positiver als die Gleichgewichtsspan- Erläuterung so abgeändert ist, daß er einen Fehlernung V₀ ist. Die Differenz V₂-V₀ stellt wieder das verstärker geringer Qualität der Art enthält, wie er Fehlerausgangssignal des Verstärkers 110 dar. V₂ be- 'im Wandler der Fig. 1 vorhanden ist. Wegen der wirkt seinerseits, daß der Transistor 131 des Gatter- schmalbandigen Kennlinie eines derartigen Fehlersteuerkreises 130 nichtleitend wird. Mit anderen 65 Verstärkers würde der Zähler des abgeänderten Hei-Worten, es fließt kein Strom durch die Tunneldioden sing-Wandlers z. B. nach oben weiterzählen, auch 141 und 142 des Kreises 140 in Richtung des Pfeils wenn die Amplitude des umzuwandelnden analogen 143. Es fließt jedoch ein Strom von der Vorspan- Eingangssignals ihren Maximalpunkt 201 erreicht hat

und abzunehmen beginnt. Insbesondere läßt sich der F i g. 2 C entnehmen, daß das Fehlerausgangssignal des Verstärkers 110 erst einige Zeit t₂ nach der ZeUi₁ (Fig. 2B), die dem Auftreten des Maximalpunktes 201 entspricht, zum Gleichgewichtsspannungswert F₀ zurückkehrt. Dementsprechend würde der Zähler eines abgeänderten Wandlers bisheriger Art während des Zeitintervalls i₂-^₁ seine Zählung weiter vergrößern, was, wie durch die Signalform 205 der Fig. 2B angedeutet ist, bewirkt, daß der Ausgang des Zählers über die Signalform 200 des umzuwandelnden analogen Signals hinausschießt. Infolgedessen ist der Ausgang des Zählers eines derartigen abgeänderten Wandlers bisheriger Art keine naturgetreue Darstellung des analogen Eingangssignals in digitaler Form.

Wenn andererseits entsprechend dem Erfindungsprinzip die Wiederholfrequenz der Zählimpulsquelle entsprechend der Größe des Fehlerausgangssignals des Verstärkers 110 selektiv geändert wird, ergibt sich, daß der Ausgang des umkehrbaren Zählers eine naturgetreue Darstellung des analogen Eingangssignals ist, wie sich aus dem Vergleich der Signalformen 200 und 201 der F i g. 2 B ergibt, auch wenn für manche Änderungen des analogen Eingangssignals der Verstärker 110 nicht in der Lage ist, dem Zählerausgang stufenweise zu folgen. Für solche Änderungen arbeitet der Wandler der F i g. 1 wie ein Servosystem mit stabiler Lage, das in Fig. 5 darge- .--> stellt ist.

In Fig. 5 stellt der Block500 die Verstärker 110 und 150, die Quelle 120, den Zähler 175 und die Kreise 130 und 140 des Wandlers der Fig. 1 dar. Die Quelle 100, die Knotenpunkte 112 und 177 sowie der Rückkopplungsweg sind in Fig. 5 mit entsprechenden Bezugszahlen der F i g. 1 bezeichnet. Ferner stellt in Fig. 5 u den Verstärkungsfaktor des Blocks 500 und β das Rückkopplungsverhältnis des Systems dar. Bekanntlich ist das Rückkopplungssystem der F i g. 5 in der Lage, trotz Vorhandenseins von NichÜinearitäten und Rauschens im Block 500 Ausgangssignale zu liefern, die getreue Abbilder der angelegten Eingangssignale sind.

In F i g. 3 A ist eine Oszillatoranordnung dargestellt, wie sie vorteilhafterweise für den spannungsgesteuerten Oszillator veränderlicher Frequenz 121 der bipolaren Impulsquelle 120 verwendet wird. Der Oszillator der Fig. 3 A enthält eine Tunneldiode 301, die in Reihe mit einer Spule 302, einem Widerstand 303 und einer positiven Spannungsquelle 305 liegt. Ferner ist die Anode einer herkömmlichen asymmetrisch leitenden Einrichtung 304 mit der Anode der Diode 301 verbunden, während die Kathode der Einrichtung 304 mit dem Knotenpunkt 115 der F i g. 1 verbunden ist. Somit dient die Spannung des Knotenpunkts 115 gegenüber der Erde als Vorspannungsquelle für die Einrichtung 304.

Wenn die Einrichtung304 aus der in Fig. 3A dargestellten Einrichtung entfernt wird, und wenn der Arbeitspunkt der Tunneldiode 301 so gewählt wird, daß er auf dem Punkt 310 der Fig. 3B liegt, der durch den Schnittpunkt der Belastungslinie 311 ■ mit der Sparmungsstromkennlinie 312 der Tunneldiode 301 definiert ist, kann das Schwingungsverhalten der Anordnung durch den strichpunktierten Weg 313 dargestellt werden, wobei ein vollständiges Durchlaufen dieses Wegs einer Arbeitsperiode des Oszillators der F i g. 3 A entspricht.

Wenn dann die Einrichtung 304 wieder in die Oszillatoranordnung der Fig. 3A eingesetzt wird, und wenn eine positive Vorspannung von F₀ an die Kathode der Einrichtung angelegt wird, ändert sich der Schwingungsweg des Kreises der Fig. 3A über den rechten Teil der Fig. 3B hinaus, um dem durch den ausgezogenen Pfeil 315 angegebenen Weg zu folgen. Wenn die an die Einrichtung 304 angelegte positive Vorspannung den Wert F₁ annimmt, wird der Schwingungsweg so geändert, daß er teilweise dem durch den ausgezogenen Pfeil 316 angedeuteten Weg folgt, wenn ferner der Wert der positiven Vorspannung F₂ ist, wird der abgeänderte Weg zum Teil durch den ausgezogenen Pfeil317 in Fig. 3B angedeutet.

Eine Untersuchung der Arbeitsweise der in Fig. 3A dargestellten Oszillatoranordnung zeigt, daß deren Schwingungsfrequenz höher ist, wenn eine größere Vorspannung als F₀ an die Einrichtung 304 angelegt wird, als wenn eine Vorspannung F₁ angelegt wird, die kleiner als F₀ ist. Wenn somit die Spannung des Knotenpunktes 115 der F i g. 1 über den Wert F₀ zunimmt, z. B. auf F₂, wächst die Frequenz des Oszillators 121 auf /₂, und die Differenz zwischen den Ausgängen der Oszillatoren 121 und 123 nimmt ebenfalls zu, wobei die Größe der Frequenzdifferenzen direkt proportional der Spannungszunahme des Knotenpunkts 115 über den Gleichgewichtsspannungswert F₀ hinaus ist.

Wenn die Spannung des Knotenpunkts 115 unter den Wert von F₀ abfällt, z.B. auf F₁, nimmt die Frequenz des Oszillators 121 auf Z₁ ab, und die Differenz zwischen den Ausgängen der Oszillatoren 121 und 123 nimmt wieder auf einen Wert zu, der direkt proportional der Zunahme der Knotenpunktsspannung ist. Die Wirkung der Spannungsänderungen des Knotenpunkts 115 auf die Ausgangsfrequenz des Misch- und Filterkreises 122 ist in Fig. 3C in graphischer Form zusammengefaßt. In Fig. 3C und auch in F i g. 4 stellt das Symbol /₁₂₁ die Ausgangsfrequenz des Oszillators 121 dar.

Der Ausgang des Misch- und Filterkreises 122 ist in Fig. 4 für einen speziellen Fall dargestellt, bei dem die Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren 121 und 123 verschieden sind. Ferner sind in F i g. 4 für diesen speziellen Fall die bipolaren Impulse dargestellt, welche durch den Differenzierkreis 124 an den bipolaren Gatteriaeis 140 geliefert werden.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß der Analog-Digital-Wandler in der Lage ist, analoge Signale naturgetreu in ihre digitalen Darstellungen umzuwandeln, trotzdem in der Ausführung ein einfacher schmalbandiger Fehlerverstärker enthalten ist, dessen Kennlinie an sich nicht ausreicht, um verhältnismäßig hochfrequenten stufenweisen Änderungen des Ausgangszustandes der Ausführung folgen zu können.

Es sei bemerkt, daß, obwohl in F i g. 1 nur ein dreiziffriger Wandler dargestellt ist, auch ein n-ziffriger Analog-Digital-Wandler, der nach dem gleichen Prinzip arbeitet, ohne weiteres gebaut werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. System zur Umwandlung analoger Signalteilstücke in·entsprechende Digital-Darstellungen, mit einer ein Analogsignal in die Signalteilstücke

unterteilenden Tastschaltung, einem Zähler umkehrbarer Zählrichtung zum Erzeugen einer der Signalteilstückamplitude proportionalen digitalen Darstellung, einer dem Vergleich der Signalteilstückamplitude mit einer der Zählereinstellung proportionalen Größe dienenden Vergleichsschaltung zum Erzeugen eines Vergleichssignals und einer auf das Vergleichssignal ansprechenden Korrekturschaltung zum Ändern der Zählereinstellung unter gleichzeitig erfolgender Änderung des Vergleichssignals, bis das Vergleichssignal einen vorbestimmten Wert annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltanordnung eine bipolare Impulse mit veränderlicher und zur Größe des Vergleichssignals direkt proportionaler Wiederholfrequenz Qq-fi, /₂—/0) erzeugende Quelle (120) zum Zuführen von Impulsen vorbestimmter Polarität an den Zähler (175) aufweist.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Korrekturschaltanordnung die Vergleichsschaltung mit dem Zähler verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltanordnung einen bipolaren Verstärker (150) und eine Steueranordnung enthält, die die Impulsquelle (120) mit dem Zähler koppelt, und daß die Steueranordnung einen Gattersteuerkreis (130) und einen bipolaren Diodengatterkreis (140) zum unter dem Einfluß der Polarität des Vergleichssignals erfolgenden Festlegen der Polarität des bipolaren Impulssignals aufweist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gattersteuerkreis einen Knoten (115), der von dem Ausgang der Vergleichsschaltung und von dem Eingang der Impulsquelle gebildet ist, mit dem Ausgang der Imquelle verbindet und daß der Gattersteuerkreis unter dem Einfluß der einen Polarität des Vergleichssignals leitend und unter dem Einfluß der anderen Polarität nichtleitend ist.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bipolare Gatterkreis auf den Leitungszustand des Gattersteuerkreises anspricht, um nur Impulse der einen Polarität von der Impulsquelle zum Zähler durchzulassen.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle (120) einen spannungsgesteuerten Oszillator veränderlicher Frequenz (121), der auf die Größe des Vergleichssignals anspricht, einen Oszillator fester Frequenz

(123) und eine Überlagerungsschaltung (122) zum Erzeugen eines Frequenzdifferenzsignals aufweist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekenn; zeichnet, daß die Impulsquelle einen auf die Frequenzdifferenz ansprechenden Differienzierkreis

(124) zum Erzeugen der bipolaren Impulse aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Normenblatt DIN 19226, Januar 1954;
»Elektrotechnik—Maschinenbau«, 1959, H. 22, S. 530 bis 535.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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