DE2116765C3 - Schaltungsanordnung zur Umsetzung eines Analogsignals in ein simultanes Digitalsignal - Google Patents

Description

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter Transistoren (T,) und deren Basiszonen je an einen Kno-.en eines Diodenpaares geschlossen sind und daß die Emitter aller Transistoren (Ti) gemeinsam mit einer weiteren Konstantstromquelle (S_s) verbunden sind, die einen Strom (Ic) liefert, der von jenem der Transistoren mit dem höchsten Potential an der Basis übernommen wird(Fig. 2).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schalttransistor (T₁) mit der an denselben Knoten angeschlossenen Konstantstromquelle (S) über ein Rückkopplungsglied (Rb) derart verbunden ist, daß der in einem der Schalttransistoren (T,) fließende Strom (K) den von der zugehörigen Konstantstromqulle (S) zu liefernden Strom (la) um einen Bruchteil (Δ k) erhöht (F ig. 3).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß jedes Diodenpaar mit einem Anschluß geerdet ist und daß der andere Anschluß mit einer Speiseleitung für einen gewichteten Strom (/0 oder 2/0, 3/O, etc.) sowie einer Leitung zur Entnahme eines einer Analogamplilude proportionalen Stromes (I,)verbunden ist (F i g. 4).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß Transistoren (Ts) als elektronische Schalter an beide Anschlüsse eines Diodenpaares angeschlossen sind, daß beide Transistoren (Ti) eines Paares mit einer gemeinsamen Konstantstromquelle (S_c) zur Lieferung eines Stromes (I₁) verbunden sind und daß ferner je eine Schalttransistor (Tj) eines Diodenpaares mit einem benachbarten Transistor (Tj) eines Nachbarpaares an eine gemeinsame Riickleitung für den vom einen oder dem benachbarten Schalttransistor (Tj) geführten Strom ('/,,/angeschlossen ist (F i g. 4).

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung eines Analogsignals in ein simultanes Digitalsigal, die während der Umsetzung zu jedem Zeitpunkt ein Signal liefert, das die höchste ä jeweils überschrittene Stufe eines n-stufigen elektrischen Maßstabes zur Messung der Amplitude des Analogsignals anzeigt- Die Tatsache, daß es sich hier um echte Gleichzeitigkeit der Signale handelt, muß besonders betont werden. Dies bedeutet, üaß laufend

ίο die vollständige digitale Darstellung enes Analogsignals für die weitere Verwendung verfügbar ist.

Das Erfassen beliebiger technischer Vorgänge geschieht in der Regel in analoger Form. Sein Zweck liegt in der Ermittlung von Daten, die weiter verarbeitet werden sollen. Zu letzteren eignet sich aber oft die digitale Form besser. Es besteht daher ein echter Bedarf nach geeigneten Verfahren und Schaltungsanordnungen zur Umsetzung von analoger in digitale Darstellung. Den Möglichkeiten der Anwendung solcher Verfahren

jo und Schaltungsanordnungen sind kaum Grenzen gesetzt. Analog-Digitalwandler sind in der gesamten Elektronik anzutreffen. Sie werden besonders dort gebraucht, wo anfallende Information einem Zweck nur mittelbar dienlich gemacht werden kann. Zu den häufigsten Anwendungsgebieten gehören die Prozeßsteuerung sowie die Informations- und Nachrichtentechnik. Dies ist eine Folge der Vorteile welche die Übermittlung, Verarbeitung und Speicherung von Daten in digitaler Form bieten.

jo Bei den meisten bekanntgewordenen Verfahren zur Analog-Digitaiumwandlung werden die Analogwerte zu hestimmten Zeiten abgetastet und gespeichert. Dann werden die Abtastwerte beispielsweise durch Vergleich mit Bezugsgrößen mehrfach gemessen und die zugehörigen Digitalwerte ermittelt. Diese stehen direkt oder nach vorübergehender Zwischenspeicherung für die weitere Verwendung zur Verfügung. Der erwähnte Meßvorgang muß für jeden Abtastwert wiederholt werden, so daß bei großer F-equenzbandbreite des Analogsignals die erzielbare Arbeitsgeschwindigkeit eine immer wichtigere Rolle spielt.

Die aufgezählten Einzelschritte einer Analog-Digitalwandlung können durch verschiedenartige elektronische Schaltelemente aufgeführt werden. Die Erfahrung

4j hat gezeigt, daß vor allem aktive Elemente wie Verstärker, Impedanzwandler und auch rückgekoppelte Schaltungen der Arbeitsgeschwindigkeit Grenzen setzen. Es ist daher wichtig für das rasche Arbeiten, auf aktive Schaltelemente soweit als möglich zu verzichten und, wenn solche unumgänglich sind, nur die schnellsten unter ihnen zu verwenden. Gleichzeitig muß auch das Umwandlungsverfahren selber auf seine Eignung hinsichtlich hoher Arbeitsgeschwindigkeit erprobt sei. Beispielsweise erscheint die Wahl eines Verfahrens

)5 attraktiv, welches alle Teile eines Digitalausdrucks gleichzeitig produziert. Dies erheischt aber soviele Vergleicherschaltungen als Quantisierungsstufen bei der Analog-Digitalwandlung vorgesehen sind. Die Folge davon ist großer schaltungstechnischer Aufwand, der die Wirtschaftlichkeit in Frage stellt. Außerdem gilt stets der Grundsatz, daß ein Verfahren sich umso besser für hohe Arbeitsgeschwindigkeit eignet, je weniger untereinander verkettete Einzeloperationen zur Ausführung nötig sind.

6-, Die Qualität der erzielten Resultate hängt ebenfalls eng mit der Art der verwendeten Schaltelemente und deren Anzahl zusammen. Einfache Schaltung und wenige, aktive Elemente bieten die beste Gewähr für

hohe Genauigkeit und Konstanz. Auch unerwünschte Zeitverzögerung läßt sich aiii diese Art vermeiden. Mit den bekannten Verfahren und Schallungsanordnungen zur Analog-Digitalwandlung ist es bisher kaum gelungen, alle die aufgezählten Schwierigkeiten zu meistern oder zu umgehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung eines Analogsignals in ein simultanes Digitalsignal, die während der Umsetzung zu jedem Zeitpunkt ein Signal liefert, das die höchste jeweils überschrittene Stufe eines n-stufigen elektrischen Maßstabes zur Messung der Amplitude des Analogsignals anzeigt, zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist, durch Auswahl geeigneter Schaltungselemente das Umsetzen von Analogsignalen großer Bandbreite ermöglicht, so daß auch Bildsignale, die einen großen Informationsfluß darstellen, verarbeitet werden können und die als integrierte Schaltung herstellbar ist.

Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt mit Hilfe einer Schaltungsanordnung der vorher genannten Art, die durch die im Kennzeichen des Anspruchs I genannten Merkmale charakterisiert ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mittels Zeichnungen in allen Einzelheiten erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigt

Fig. la eine Reihenschaltung von Diodenpaaren zur Erzeugung einer Spannungstreppe mit acht Stufen,

Fig. Ib die Spannungsverteilung an der Schalfing von Fig. la) bei einen Analogstrom h = 0,

Fi g. Ic die Spannungsverteilung an derselben Schaltung, wenn der Wert des Analogstromes l_a zwischen 5/₀ und 6/o liegt,

Fig.2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Analog-Digital-Wandlers mit Schalttransistoren zur Anzeige einer 2³ Wertstufen und einer Matrix zur binären Kodierung der Anzeige,

Fig.3 eine verbesserte Anzeigeschaltung mit Rückwirkung der Anzeige auf den Speisestrom k des zugehörigen Knotens in der Reihe der Diodenpaare und schließlich

F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Analog-Digitai-Wandlers mit Dioden-Einzelpaaren zur Vermeidung der großen Potentialdifferenz zwischen den Enden einer langen Reihe von Diodenpaaren.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. la sind acht Diodenpaare dargestellt. Die zwei Dioden eines Paares sind jeweils mit entgegengesetzter Polarität einander parallel geschaltet. Alle Paare sind in einer Reihe zusammengeschlossen, deren Anfang links an Erdputential liegt. Von einem Leiter, der auf dem Potential + Ubb liegt, führen Verbindungen zu je einem Knoten der aus den Diodenpaaren gebildeten Reihe. Jede dieser Verbindungen enthält eine Konstantstromquelle 5, welche dem betreffenden Knoten in der Diodenkette einen Strom I₀ zuführt. Der Verbindungspunkt des letzten Diodenpaares am Ende der Reihe rechts ist nicht nur mit einer Konstantstromquelle S verbunden, sondern auch mit einem zweiten Leiter, über welchen der Schaltung ein Strom /_a entnommen wird.

In der Fig. Ib ist die Spannungsverteilung an der beschriebenen Reihe von Diodenpaaren gezeigt. Die Darstellung gilt für den Ruhezustand, d. h. wenn der Strom /s = 0 ist. Die von den acht Konstantstromquellen Sgelieferten Ströme I_n fließen alle nach links durch wenigstens ein oder mehrere Diodenpaare zum Erdan-chluß ab. Entsprechend der Polung 'eitet natürlich nur eine Diode eines Paares den Strom. Nun bildet sich an jeder stromdurchflossenen Diode die Diodenspannung L/m aus. Im vorliegenden Fall liegt der rechte Verbindungspunkt eines Diodenpaares auf einem um LJu höheren Potential als der linke. In dieser Weise entsteht die in Fig. Ib gezeigte Spannungstreppe,

in wobei jede einzelne Stufe der Spannungsdifferenz zwischen den Verbindungspunkten eines Diodenpaares also Ui) entspricht

Die Fig. Ic zeigt nun die Spannungsverteilung an derselben Diodenreihe, wenn der Strom /., verschieden von Null ist. Es wird dabei angenommen, daß der Stromwert von l_a zwischen 5/_ound 6/o liegt. Dadurch hat sich die Spannungstreppe völlig verändert. Bisher fiel die Spannung vom rechten Ende der Reihe in regelmäßigen Stufen bis auf Erdpotential ab. Jetzt aber hat ds; dritte Knoten, zwischen dem dritten und dem vierten Diodenpaar vom geerd-.ien Anfang der Reihe an gezählt, die relativ höchste Spannung. Von diesem Punkt an nach rechts fällt die Spannung wieder über jedem Diodenpaar um den Wert Up, da sich die Stromrichtung geändert hat. Wenn I? größer als 5/o ist. so -nüssen wenigstens fünf Ströme la und sogar ein Teil des sechsten nach rechts abfließen, so daß in diesem rechten Teil der Diodenreihe nun die andere Diode eines Paares der Polung entsprechend Strom führt. Die Spannung fällt also bis zum Reihenende und erreicht dort sogar einen Wert um IUn niedriger als der Nullpegel oder Erdpotential.

Die Form der Spannungstreppe ist vom Wert des Stromes /,, abhängig. Die Lage des Knotens der

r> Diodenreihe mit der relativ höchsten Spannung zeigt diesen Wert an. Ist der Strom I₃ größer als 8/n. dann ist der Anfang der Reihe links mit seinem Knoten auf Erdpoteniial der Punkt mit der relativ höchsten Spannung. Alle Knoten rechts davon bis zum Reihenende sind dann je nach Abstand um eine Anzahl Ud negativer. Aus dem Verhalten der vorliegenden Schaltung kann die Größe des Stromes I₃ abgelesen werden, wobei acht Wertstufen zur Verfügung stehen. Ändert sich der Strom /_a proportional eitism Analogsig-

■»■> nal. dann ist auch die Anzeige im Rahmen der acht Stufen proportional dem Analogsignal. Diese Anzeige erfolgt praktisch ohne Verzögerung, da sie nur von der Reaktionsgeschwindigkeit der verwendeten stromführenden Schaltelemente abhängt. Das Resultat erscheint deshalb simultan mit dem Anlegen eines Analogsignals. Es sei hier noch jesagt, daß die Anzahl der Diodenpaare in der Reihe frei gewählt werden kann. Das Verbalten der Schaltung ist von der vorhandenen Stufenzahl u.iaühängig.

In der Fig.2 ist dieselbe Reihe von Diodenpaaren noch einmal gezeigt. Die Schaltung ist aber vervollständigt durch Schalttransistoren Ti, eine Konstantstromquelle S_c zur Lieferung eines Stromes l_c an die Schalttransistoren sowie durch eine Kodiermatrix 10 zur Wandlung der Anzeige in binäre Information. Je einer der Sehalttransistoren ist mit seiner Basis an einen Knoten der Diodenreihe geschlossen. Es sind also gleich viele Schalttransistoren wie Diodenpaare in der Rtihe. Die Emitter aller Transistoren Ti sind zusammenge-

schlossen und trit einem Anschluß der Konstantstromquelle Sc verbunden. Der andere Anschluß dieser Stromquelle ist mit einer Speisespannung - Ubb verbunden. Die Kollektoren der Sehalttransistoren Ti

sind ein/ein je über einen Belastungswidersimid R an eine Speisespannung + Unn geführt ausgenommen der Kollektor des letzten Transistors 7Ί. dessen Basis mit dem letzten Knoten am rechten Ende der Diodenreihe verbunden ist. Dieser letzte Kollektor ist ohne Belastungswidcrsiiind direkt an die Speisespannung + Unn geschlossen.

Als Kodiermatrix 10 ist eine bekannte Diodenmatrix dargestellt, doch ist dies nicht einschränkend aufzufassen. Die Wahl einer anderen geeigneten Matrix oder Kodiervorrichtung steht frei. In der vorliegcndjii Schaltungsanordnung bilden die Kollcktorleitungcn der Sehalttransisioren Π die Kolonnenleiler der Matrix. Ausgenommen davon ist der letzte Sclialtiransistor rechts in der Reihe, dessen Kollcktorleiiung frei bleibt. Die ersten sieben Transistoren stehen also mit der Matrix in Verbindung, die insgesamt drei /eilen aufweist und deshalb als Ausgang drei /eilenleiter besitzt. An ausgewählten Kreiizungspunklen der Kolonnenleiter mit den /eilenleitern sind die betreffenden Leiter durch Dioden miteinander verbunden. In der abgebildeten Matrix sind diese Dioden so verteilt, dall die an den Alisgangsleitern erscheinenden Signale dem gewöhnlichen Binarkode entsprechen. Statt dessen kann aber jede beliebige Diodenverteilung oder mit anderen Worten jeder erwünschte Kode gewühlt werden.

Die Schaltungsanordnung der I-" i g. 2 arbeilet in folgender Weise. Wenn ein Analogstrom /, fließt, so stellt sich entlang der Reihe von Diodenpaaren eine Sparinungstreppe ein. wie sie bereits anhand der I" i g. la — c beschrieben worden ist. Einer der Knotenpunkte zwischen den Dioden D weist dann das höchste Potential in der Reihe auf. Der Schalltransistor T,. dessen Basis mit diesem Knoten verbunden ist. übernimmt nun den Strom /, der Konstantstromquclle S'.. Dabei entsteht an seiner Basis-Emilterstrecke ein Spannungsabfall in der gleichen Größenordnung wie der Spannungsabfall ί'/> an einer der Dioden D. Weil alle Emitter der Schaltlransistoren ΤΊ durch ihren Zusammenschluß auf demselben Potential liegen, ergeben sich an den Basis-Emitterstrecken der anderen Transistoren Spannungsverhältnisse, welche die letzteren für einen Stromdurchfluß im wesentlichen sperren. In der Regel führt also der .Schalttransistor mit dem höchsten Basispotential den ganzen Strom /.. Da die Diodcnsehaltung keinen negativen Widerstand aufweist, kann in einem beschränkten Bereich der IUnsicherheit der Strom /,- von zwei benachbarten .Schalttransistoren T-, übernommen werden. Der mögliche Anzeigefehler beträgt dann eine Wertstufe und bleibt auf diese beschränkt, wenn für die Kodiermatrix beispielsweise der sogenannte »Gray«-Kode statt des gewöhnlichen Binärkodes gewählt wird.

]e nach der Amplitude des Analogstromes /., führt also in der Regel einer der Schalttransistoren 71 Strom. Damit ist die Amplitude des Analogstromes, die eine Funktion der Zeit ist. in eine Funktion des Ortes verwandelt. Der Strom /,. der eine der Kellektorleitungen durchfließt, stellt ein Eingangssignal für die Kodiermatrix 10 dar. In dieser wird es. wie abgebildet in F i g. 2. in eine binäre Digitalanzeige umgesetzt. Einzelheiten dieser Umsetzung sind nicht von Bedeutung und deshalb wird hier nicht näher darauf eingegangen. Eine Signalspeicherung ist in der gezeigten Schaltungsanordnung nicht vorgesehen. Deshalb kann sich die Digitalanzeige dem Analogsignal entsprechend fortlaufend ändern. Damit die Digitalanzeige des

Wandlers weilcrverwendcl werden kann, müssen Impulse erzeugt werden. Diese Aufgabe kann auf drei Arten gelöst werden:

1. Die Digitalausgänge der Matrix werden je mil einer UND-Schaltung verbunden und letztere periodisch durch Prüfimpulsc abgefragt.

2. Die Stromquelle S, der Schalttransistorcn Γι wird im Taki der Prüfimpulsc getastet.

i. Das Analogsignal wird im Takt der l'riifimpulse getasiei und in dieser Form an den Analogeingang des Wandlers gegeben.

In den Füllen I und 2 muß der Analog-Digilalw midier für eine Bandbreite gebaut werden, die dem Frequenz umfang des Analogsignals angepaßt ist. Im Fall 3 jedoch wird eine Handbreite gebraucht, die dem größeren Frequenzunifaiig der Digitalsignalc entspricht.

Die Tatsache, daß die Dioden Schwellenw ei !schaltung in ihrer .Schallfunktion einen gewissen Bereich der Unsicherheit einschließt, ist bereits erwähnt worden. Dieser Nachteil wird durch die in Fig. 3 beispielsweise gezeigte Schaltung weitgehend behoben. Durch Rück kopplung wird in die Schwellenwertschaltung eine negative Widerstandslinie eingeführt und dadurch der Unsicher heiishereich zum Verschwinden gebracht. Die Schaltung stellt einen Ausschnitt aus einer Anordnung ähnlich der von I i g. 2 dar. Schaltelemente derselben Art mit derselben Funktion sind in beiden erwähnten Schaltbildern mit den gleichen Referenzzeichen und -zahlen versehen.

In der F i g. J sind drei Diodenpaaie P. D einer Reihenschaltung gezeigt. Ein Pfeil //,.gibt jeweils an. in welcher Richtung das Potential an den Dioden abfällt. Die Knoten zwischen den Diodenpaaren sind einerseits je mit der Basis eines Schalttransistors 7", verbunden und anderseits je an den Kollektor eines anderen Transistors 7": geschlossen. Der Emitter jedes Transistors 7_: liegt in Reihe mit einem Widerstand Ri und der positiven Speisespannung + Una- Von einer anderen Speiseleitung aus. deren Potential um den Wert C, niedriger liegt als + Unit, führt je eine Serienschaltung zweier Widerstände Rn und R₁ zum Kollektor jedes .Schalttransistors Ti. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Re und /?< ist jeweils an die Basis des zugehörigen Transislors 7": geschlossen.

Mit den Kollektorleitungen der Schalttransistoren T-ist wie bisher je eine Leitung verbunden, welche als Kolonnenleiter zur Kodiermatrix führt. Ebenso wie bisher sind die Emitter der Schalttransistoren T-zusammengeschlossen und mit einer Konstantstromquelle Sc verbunden, welche den Strom /_c liefert.

Die Schaltung nach Fig.3 arbeitet in folgender Weise. Für jeden Knoten zwischen zwei Diodenpaaren bildet der Transistor T₂ mit den zugehörigen Widerständen Rf und Rb eine Stromquelle, welche im Ruhezustand den Strom k liefert. Rb ist der Basiswiderstand des Transistors T₂ und gleichzeitig mit Rc der Belastungswiderstand des an diesen Knoten angeschlossenen Schalttransistors Ti. Wenn nun. wie durch die Pfeile Uo angedeutet, der erste Knoten von links etwas höheres Potential aufweist als der benachbarte Knoten rechts davon, dann nimmt der mit dem ersten Knoten verbundene Schalttransistor T₁ den Strom f_c auf. Der Strom A bewirkt einen Spannungsabfall am Widerstand Rb und steuert dadurch den zugehörigen Transistor T₂

so, daß dessen Kollektorstrom /η um cine Komponente Λ /ο vergrößert wird. Die folgenden zwei Formeln dienen der Erläuterung der geschilderten Zusammenhänge:

Die erhöhte Stromzufuhr zu diesem Knoten /wischen /wet Diodenpaaren unterstützt die Wirkung des höheren Potentials an diesem Punkt und verhindert vollständig die Aufspaltung des Stromes /, auf zwei benachbarte Schalttransistoren Ti.

Der in den F i g. 2 und 3 dargestellte Analog-Digitalwandler kann sowohl mit bipolaren als auch mit tiiüpujrfi eil .ScriciliciciViciHcii

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V'erwcndung von Schottky-Dioden und Schottky-Feldeffekttransistoren ergibt im wesentlichen zwei Vorteile. Erstens weist dann die Reihenschaltung der Diodenpaare eine größere Frequenz-Bandbreite auf. da in Schottky-Dioden keine Ladungsspeicher-Effekte auftreten. Zweitens erwirkt sie während der Schwellenwertbildung in der Schaltung nach der F i g. 2 höhere Verstärkung, weil die Eingangsimpdcanz eines Schottky-Feldeffckttransistors wesentlich höher ist als diejenige eines bipolaren Transistors. Dies hat für die Funktion der genannten Schaltung zur Folge, daß der bereits bestochene Bereich der Unsicherheit in der Schwellenwertbildung erheblich eingeengt und dadurch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Fehlanzeigen herabgesetzt wird. Zudem sind zweifellos noch weitere Schaltungen denkbar, die eine ähnliche Wirkung haben wie das in F i g. 3 gezeigte Beispiel.

Das bisher besprochene Ausführungsbeispiel eines Analog-Digitalwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt als wichtiges Element die Reihenschaltung von Diodenpaaren. Die Zahl der Paare entspricht wie bereits gesagt der Anzahl Wertstufen, nach welchen ein Analogsignal beurteilt und in einen Digitalwert verwandelt wird. Diese Anzahl Wertstufen hängt wiederum von der angestrebten Genauigkeit ab und kann grundsätzlich frei gewählt werden. Praktisch wird schon bald eine Grenze erreicht, weil eine große Anzahl in Reihe geschalteter Diodenpaare zu einer Potentialdifferenz an der Reihe führt, die in den heute verwendeteten Mikroschaltungen gar nicht mehr anwendbar ist. In der Fig. 4 ist deshalb das Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt, das die Reihenschaltung der Diodenpaare und damit die hohe Potentialdifferenz vermeidet.

Auch diese Schaltung ist für acht Wertstufen ausgelegt und umfaßt daher acht Diodenpaare. Zwei Dioden D sind jeweils mit entgegengesetzter Polarität einander parallelgeschaltet und mit einem der Anschlüsse auf Erdpotential gelegt. Beide Anschlüsse eines Diodenpaares sind je mit der Basis eines Schalttransistors Ti verbunden.

Die Emitter der zwei zusammengehörenden Transistoren T} sind gemeinsam an eine Konstantstromquelle Sc angeschlossen, die einen Strom /_c liefert und deren anderer Anschluß an die Speisespannung — Ubb gelegt ist. Im Schaltbild der Fig.4 ist jeweils ein Diodenpaar über den zugehörigen Schalttransistoren T₃ angeordnet und acht solcher Kombinationen liegen parallel nebeneinander.

Aus der Schaltung in I i g. 4 ist /u ersehen, daß jeweils zwei benachbarte .Schalttransistoren Tu die nicht /um gleichen Diodenpaar gehören, eine gemeinsame Kollcktorlcitung besitzen, welche zur nicht mehr dargestellten Kodiermatrix führt. Dieser nicht gezeigte Teil der Schaltung kann grundsätzlich genau so gestaltet sein wie der untere Teil der F i g. 2. Es existieren also in beiden !"allen sieben Kollektorleitungen. In der F i g. 4 sind dadurch vierzehn der insgesamt sechszehn Schalttransistoren Ti erfaßt. Der Kollektor des ersten und des letzten Transistors Γ, in der Reihe ist nämlich direkt an die Speisespannung f Um, geschlossen. Der oben liegende und nicht geerdete Anschluß jedes Diodenpaares ist außer mit der Basis eines .Schalttransistors 7) noch mit zwei weiteren Leitungen verbunden. Über die eine Leitung wird jedem Diodenpaar ein gewiclilcter Strom zugeführt und über die andere ein dem Analogsignal proportionaler Strom /., entnommen.

i)ciVi ei Mcii i^iuucMjViiii' i'OCiitS wiiu UCl Simill /■) zugeführt, dem nächsten 2In. usw.. dem achten und letzten Diodenpaar der Strom 8/,,.

Die Schaltung der F i g. 4 arbeitet in folgender Weise. Solange das Analogsignal gleich Null ist. weist jedes Diodenpaar gegenüber Frde die positive Spannung + Un auf. da nur das ein- oder mehrfache an Strom I_n zugeführt wird. Von den zwei zugehörigen Schalttransistoren Ti führt dann der linke den Strom /, und jede der sieben gemeinsamen Kollcktorleitungen. die mit einer Kodiermatrix verbunden sind, führt ebenfalls den Strom /,. Die Situation ändert sich wenn der Strom /., einem Analogsignal proportional und nicht Null ist. Wie in der Fig. Ic wird auch in der vorliegenden Schaltung angenommen, daß A, einem Analogsignal proportional und nicht Null ist. Wie in der Fig. Ic wird auch in der vorliegenden Schaltung angenommen, daß /., einen Wert zwischen 5/o und 6/n hat. Damit ändert sich die Spannung an den fünf ersten Diodenpaaren, von rechts gezählt, gegenüber Erde zu - Un und es führt nun nicht mehr der linke zugehörige Schalttransistor T, den Strom I_c. sondern der rechte. Für die letzten drei Diodenpaare und ihre Schalttransistoren bleibt alles w ic bisher. Die Folge der veränderten Verhältnisse läßt sich am Strom in den gemeinsamen Kollektorleitungen der Schalttransistoren ablesen. Die ersten vier und die letzten zwei Leitungen, stets von rechts gezählt, führen weiterhin den Strom /,. Die fünfte Leitung aber führt jetzt keinen Strom mehr und zeigt damit an. daß das Analogsignal zwischen der fünften und sechsten Wertstufe liegt. Der Analogwert ist wieder in eine Funktion des Ortes gewandelt worden.

In den vorausgegangenen Erläuterungen ist ein Analog-Digitalwandler beschrieben, der fähig ist. fortlaufend und simultan eine Digitalanzeige eines eingegebenen Analogsignals zu liefern. Die Anzeige erfolgt nicht gestaffelt, sondern beispielsweise stets als volles Binärwort. Die Schaltung eignet sich vorzüglich zur Verarbeitung von Signalen hoher Frequenz, so daß ein weiter Anwendungsbereich vorauszusehen ist. Dankt ihrer Einfachheit kann mit der Herstellung als integrierte Schaltung gerechnet werden, wodurch die Herstellungskosten sehr niedrig gehalten werden können.

Die bisherigen Überlegungen sind dahin zu ergänzen, daß das Vorhandensein irgendeiner Kodiervorrichtung keineswegs eine Notwendigkeit ist. Bei Anordnung der richtigen Anzahl Wandler- und Schattstufen kann beispielsweise direkt eine dezimale Digitaldarstellung erzielt werden. Für eine Zahl π Quantisierunesstufen

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sintl wcnigestens (η-)) Wandlcrsiiifen erforderlich. Der l-'rdtinschliiD ist an den Knoten zu verlegen, der mit

Dies rührt daher, daß die Zahl »Null« als niedrigste der Basis des ersten Sehalttransistors Γι verbunden ist.

digitale Stufe keinen Sehalliingsaufwand verlangt. In Ähnlich kann in Γ i g. 4 auf das äußerste Diodenpaar

den Schaltungen der Fig. la und 2 kann also das links, die zwei zugehörigen Schaltlransistoren T₁ und

Diodenpaar am geerdeten Anfang der Reihe sowie die "> eine Stromquelle S₁ verzichtet werden. An der übrigen

zugehörige Ki .'lstanistromquelle S eingespart werden. Schaltung ändert sich nichts.

£ Hierzu $ lilatl /.dcliiiiiniien

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Umsetzung eines Analogsignal in ein simultanes Digitalsignai, die während der Umsetzung zu jedem Zeitpunkt ein Signal liefert, das die höchste jeweils überschrittene Stufe eines /7-stufigen elektrischen Maßstabes zur Messung der Amplitude des Analogsignals anzeigt, gekennzeichnet durch wenigstens (n-\) Paare antiparallel geschalteter Dioden (D), die zwecks Bildung des gestuften elektrischen Maßstabes mit gewichtetem konstantem Strom (h bzw. 2/o, 3/o, etc.) beaufschlagt sind, ferner durch wenigstens einen elektronischen Schalter (T, bzw. T₁) je Stufe des Maßstabes, der auf die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen eines Diodenpaares anspricht und die Digitalanzeige steuert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenpaare in Reihe geschaht und am Anfang mit Erde verbunden sind, daß gieichviele Konstantstromquellen (S) wie Diodenpaare je mit einem der nicht geerdeten Knoten zwischen den Paaren und jenem am Ende der Reihe zur Einspeisung eines gewichteten Stromes (f_o) verbunden sind und daß ferner der letzte Knoten am Ende der Reihe zusätzlich an eine weitere Leitung zur Entnahme einer Analogamplitude proportionalen Stromes (IJ geschlossen ist (F ig. 2).