DE2805940A1

DE2805940A1 - Elektronisches steuersystem fuer analogschaltungen

Info

Publication number: DE2805940A1
Application number: DE19782805940
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Dr Goser
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1979-08-23
Also published as: US4250556A; FR2417132A1; GB2016767B; DE2805940C2; GB2016767A; JPS54121639A; FR2417132B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 1 0 2 0 BRD

Elektronisches Steuersystem für Analogschaltungen

Das Ziel eines elektronischen Steuersystems für Analogschaltungen gemäß der Erfindung soll ein den Mikroprozessoren in der Digitaltechnik vergleichbares Gerät bei Analogschaltungen sein, welches in ähnlicher Weise wie ein Mikroprozessor weitgehend monolithisch integrierbar ist. Durch den nun im folgenden zu beschreibenden Vorschlag für einen Analogmikroprozessor soll erreicht werden, daß man auch in der Analogtechnik zu großintegrierten Standard-Schaltungen übergehen kann, deren Individualität in der Software, das heißt in dem in einem Speicherbaustein abgespeicherten Programm, liegt.

Ein elektronisches Steuersystem für Analogschaltungen gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß steuerbare Analogschaltungen über ein elektronisches Koppelfeld miteinander kombinierbar sind, daß dabei die Digitalzustände der einzelnen Koppelpunkte des Koppelfeldes über einen gemeinsamen Koppelfeldspeicher programmierbar sind, daß außerdem Mittel zur Einstellung

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der Betriebsparameter der einzelnen Analogschaltungen vorgesehen und die Einstellung dieser Mittel durch die in einem Parameterspeicher nach einem Programm festgelegten Werte für die Betriebsparameter vorgegeben sind und daß schließlich eine Synchronisierung des Ablaufs der in den beiden Speichern vorliegenden Programme gegeben ist.

Die wesentlichen Funktionseinheiten eines Analogmikro-Prozessors bestehen somit aus einem Koppelfeld, also einer Matrix von elektronischen Koppelpunkten, mit der die verschiedenen Analogschaltungen miteinander verbunden werden können. Der Schaltzustand des Koppelfeldes wird über den Inhalt des Koppelfeldspeichers festgelegt. Der Speicherinhalt kann schrittweise verändert werden und somit die Gesamt-Analogschaltung den jeweiligen Erfordernissen der Anwendung angepaßt werden. Neben dem Speicher für das Koppelfeld ist der Parameterspeicher vorgesehen, in welchem die Werte für die Parameter der einzelnen Analogschaltungen gespeichert werden.

Die Einstellparameter bestimmen beispielsweise die Verstärkung, die obere Frequenzgrenze, die Zeitkonstanten, die Einstellung von Kapazitätsdioden usw.

Die Erfindung wird nun an Hand der Fig. 1 bis 3 näher beschrieben. Dabei ist in Fig. 1 die einfachste Form und in den beiden anderen Figuren je eine Weiterentwicklung eines Analogmikroprozessors entsprechend der erfindungsgemäßen Definition dargestellt.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Der dort dargestellte Analogmikroprozessor besteht aus einem Koppelfeld KF, einem Koppelfeldspeicher KS, aus Analog-

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schaltungen S., Sg ...» deren Betriebszustand über entsprechende Parameter festgelegt werden kann und aus einem Parameterspeicher PS. Über das Koppelfeld KF werden Eingangssignale von den Eingängen E., Eg ··. zu den entsprechenden Analogschaltungen S₁, Sg ·.. geführt, die verschiedenen Analogschaltungen S₁, Sg · ·. miteinander verbunden und die Ausgangssignale an die Ausgänge A₁, Ag ... herangeführt. Ein solches Koppelfeld kann mit bekannten elektronischen Koppelpunkten, zum Beispiel Thyristoren, in integrierter Halbleitertechnik aufgebaut werden. Wichtig dabei ist, daß die Kopplung zwischen den einzelnen Schaltungswegen hinreichend niedrig, zum Beispiel 100 dB, eingestellt wird.

Der Schaltungszustand des Koppelfeldes KF ist in einem Speicher, dem Koppelfeldspeicher KS, festgelegt. Der Speicherinhalt wird von außen in Form des Programms P₁ eingelesen. Damit ist es möglich, durch verschiedene Speicherinhalte verschiedene Verschaltungen der Analogschaltungen S₁, Sg ... untereinander vorzunehmen.

Ein zweiter Speicher, der Parameterspeicher PS, dient zur Speicherung der im Laufe des Betriebes der Anordnung anzuwendenden Schaltungsparameter für die Analogschaltungen S₁, Sg ··. Diese Werte werden wiederum in Form eines Programms Pg von außen in den Speicher PS eingegeben. Solche Parameter können zum Beispiel die Verstärkung, die obere und die untere Frequenzgrenze, Zeitkonstanten, usw. sein. Dieser Speicher PS wird zum Beispiel über programmierbare Widerstände oder Kapazitäten an den Analogschaltungen S₁, Sg ... dieselben steuern.

Eine Synchronisierung sorgt dafür, daß die beiden Speieher KS und PS die in ihnen gespeicherten Daten in der

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richtigen Reihenfolge an das Koppelfeld KF und nach dessen Ein- beziehungsweise Umstellung an die jeweils beabsichtigten Analogschaltungen weitergeben.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Analogmikroprozessor ist das Verschalten der Analogschaltungen S₁, Sp ... sowie die Einstellung der Parameter dieser Analogschaltungen programmierbar. Falls nun beabsichtigt ist, daß die steuernden Signale mehrmals die Analogschaltungen S^, S₂ durchlaufen können, wird man zweckmäßig dafür sorgen, daß die Verbindungen zwischen den einzelnen Durchläufen neu programmiert werden, und daß das Signal in der Zwischenzeit in einer Verzögerungsleitung zwischengespeichert wird. Das ist bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung eines Analogmikroprozessors der Fall.

Der in Fig. 2 dargestellte Analogmikroprozessor unterscheidet sich von einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 durch die Anwendung einer Verzögerungsleitung, insbesondere in Form einer CTD-Anordnung, die zum Beispiel bipolar in Form einer BBD-Anlage (Eimerkettenschaltung) oder in MOS-Technik (CCD-Anlagen) dargestellt werden kann.

Dabei ist beabsichtigt, daß im ersten Takt Signale von den Eingängen E₁, E₂ ... die Analogschaltungen S₁, S2 ··· durchlaufen, aber dann nicht gleich den Ausgängen A₁, A₂ ... zugeführt werden, sondern zunächst in der Verzögerungsleitung VL verbleiben. Während dieser Zeit können die Analogschaltungen S₁, S₂ ... neu programmiert werden, indem man zum zweiten Programmschritt übergeht. Die Analogsignale in der beziehungsweise den Verzögerungsleitungen werden in den neu programmierten Analogschaltungen weiterverarbeitet. Diese Schritte können so oft wiederholt werden, bis das Analogsignal den Verarbeitungsgrad erreicht hat, der Jeweils gefor-

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dert wird.· Bei dem in Fig. 2 dargestellten Analogmikroprozessor ist ebenso wie bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 eine Taktsteuerung vorzusehen, die hier zusätzlich die Takte für die Verzögerungsleitung beziehungsweise Verzögerungsleitungen und außerdem wie auch bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 die Takte für die Wechsel im Koppelfeldspeicher KF und im Parameterspeieher PS zu den Speicherfeldern der einzelnen Schritte und für die Abtastschaltungen SA., SA₂ ... am Eingang liefert.

Die Abtastschaltungen an den Eingängen E., E₂ ... haben die Aufgabe, die zugeführten Analogsignale abzutasten und in einen Zustand zu bringen, der sie für den Transport in einer in monolithischer Halbleitertechnik hergestellten BBD- beziehungsweise CCD-Anlage als Verzögerungsleitung geeignet macht. Diese Anlagen werden ebenfalls durch den zentralen Taktgeber TA gesteuert. Die vorgesehenen CTD-Verzögerungsleitungen LV sind im Beispielsfalle zwischen je zwei verschiedenen Leitungen des Koppelfeldes KF, zum Beispiel einer zeilenparallelen und einer spaltenparallelen Leitung, gelegt.

Der Analogmikroprozessor kann noch um einen Schritt erweitert werden. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Dort ist am Eingang zum Koppelfeld KF bereits eine Verzögerungsleitung EVL vorgesehen, die die parallelen Eingänge E^, E₂ ... E_n aufweist. Dadurch können die Abtastwerte mehrerer verschiedener Eingangssignale hintereinander aufgenommen werden.

Die Funktionsweise der Schaltung ist folgende:

Es wird zunächst der Abtastwert E₁ des ersten Analogsignals eingegeben. Dieser Wert wird entsprechend der im ersten Feld der Speicher KS und PS eingeschriebenen Informationen in den Analogschaltungen S₁, S₂ ... ver-

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arbeitet und einer Verzögerungsleitung AVL am Ausgang zugeführt. Es wird anschließend der Abtastwert Ep des zweiten Analogsignals eingegeben. In der Zwischenzeit wurden die Analogschaltungen S^, S2 ··· entsprechend der im zweiten Feld der Speicher eingeschriebenen Informationen programmiert. Nach der Verarbeitung wird das Signal wiederum der Verzögerungsleitung am Ausgang zugeführt. Dieser Vorgang wiederholt sich mit dem dritten, dem vierten und schließlich mit dem η-ten Analogsignal, wobei jeweils zwischen den Abtastwerten die Analogschaltungen entsprechend dem dritten, vierten usw. und schließlich η-ten Speicherfeld der beiden Speicher programmiert werden. Somit ist es möglich, mit derselben Schaltung verschiedene Analogsignale zu verarbeiten. Am Ausgang werden die verarbeiteten Signale an einer Verzögerungsleitung über Anzapfungen A₁,

Bei der Realisierung der in Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnungen in integrierter Halbleitertechnik empfiehlt sich der Aufbau der Verzögerungsleitungen in einer der beiden folgenden Formen:

a) Bei Realisierung in bipolarer IC-Technik sind für die Verzögerungsleitungen insbesondere Eimerkettenschaltungen (BBDs) in Oxyd-Isolationstechnik geeignet. Sie sind zum Beispiel in "Philips Technische Rundschau" 31 (1970/71), Nr. 4, Seiten 97 bis 111 beschrieben.

b) Bei Realisierung in MOS-Technik sind für die Verzögerungsleitungen sogenannte Ladungsverschiebungsschaltungen (CCDs) und für die Verstärkerschaltungen sogenannte Floating-Gate-Verstärker besonders günstig.

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Aus der Literatur sind zur Zeit CCD-Anlagen bekannt, die mit einer Speicherzeit von 160 s bei 50 % Ladungsverlust und mit einer Gleichmäßigkeit von weniger als + 1 % von Element zu Element charakterisiert sind, so daß sie sich ohne weiteres für Analog-Speicher anwenden lassen.

6 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Elektronisches Steuersystem für Analogschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß steuerbare Analogschaltungen (S.., S₂ ...) über ein elektronisches Koppelfeld (KF) miteinander kombinierbar sind, daß dabei die Digitalzustände der einzelnen Koppelpunkte des Koppelfeldes über einen gemeinsamen Koppelfeldspeicher (KS) programmierbar sind, daß außerdem Mittel zur Einstellung der Betriebsparameter der einzelnen Analogschaltungen (S.., Sg ...) vorgesehen und die Einstellung dieser Mittel durch die in einem Parameterspeicher (PS) nach einem Programm (Pp) festgelegten Werte für die Betriebsparameter vorgegeben sind und daß schließlich eine Synchronisierung des Ablaufs der in den beiden Speichern (KS, PS) vorliegenden Programme (P₁, P₂) gegeben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß mindestens eine Ladungstransport-Verzögerungsleitung (VL) in integrierter Halbleitertechnik vorgesehen und durch einen - zugleich für die Taktsteuerung der beiden Speicher (KS, PS) über einen beiden Speichern zugeordneten Zähler (Z) verantwortlichen - Taktgeber (TA) gesteuert ist, daß außerdem die Ladungstransport-Verzögerungsleitung (VL) an mindestens eine in das Koppelfeld (KF) führende Leitung angeschlossen ist.

3* Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungstrstnsport-Verzögerungsleitung ^VL) die äußere Verbindung zwischen zwei sich in das Koppelfeld (KF) erstreckender Leitungen bildet Xvergleiche Fig. 2).

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei Verzögerungsleitungen (VL) vorgesehen sind, die jeweils verschiedenen in das Koppelfeld führenden Leitungen zugeordnet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Abtastvorrichtung (SA₁, SA~) für das an einen Eingang des Steuersystems angelegte Analogsignal vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 "bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die für den Signaleingang vorgesehenen Eingänge (E₁, E₂ ...) an eine gemeinsame Eingangsverzögerungsleitung (EVL) und die entsprechenden Signalausgänge (A₁, A₂ ...) an eine gemeinsame Ausgangsverzögerungsleitung (AVL) angelegt sind, daß ferner jede der gemeinsamen Verzögerungsleitungen an je eine in das Innere des Koppelfeldes (KF) führende Leitung angeschlossen sind und daß die zu steuernden Analogschaltungen (S₁, S₂ ...) an je eine andere der Leitungen in das Koppelfeld (KP) angeschlossen sind.

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