Die Erfindung betrifft einen AD-Wandler mit Mehrfachabtastung
laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an AD converter with multiple scanning
according to the preamble of the main claim.
Es ist bekannt, zur Erhöhung der effektiven Abtastfrequenz
eines Analog-Digital-Wandlers eine sogenannte Mehrfachabtastung
durchzuführen, wenn die Echtzeitabtastfrequenz
des AD-Wandlers für einen bestimmten Zweck nicht
ausreicht und das abzutastende Meßsignal periodisch zur
Verfügung steht. Wenn die Echtzeitabtastfolge des Wandlers
T beträgt und eine Mehrfachabtastung über N aufeinanderfolgende
Abtastzyklen erfolgt, so werden bei der bisher
üblichen Mehrfachabtastung die Startzeitpunkte der aufeinanderfolgenden
Abtastzyklen jeweils um die Verzögerungszeit
verschoben, d. h. die Verzögerung des Abtastbeginns
vom ersten Abtastzyklus bis zum N-ten Abtastzyklus
steigt linear mit ganzzahligen Vielfachen der Verzögerungszeit
um Wert 0 bis zum Wert N-1 an. Für den einfachsten
Fall mit N=2 wird also der erste Abtastzyklus
mit der Verzögerungszeit 0 gestartet und daß Meßsignal
wird in aufeinanderfolgenden Zeitabständen T abgetastet,
nach Beendigung des ersten Abtastzyklus wird dann anschließend
der zweite Abtastzyklus mit einer Verzögerungszeit
von zeitverschoben gestartet und das Meßsignal
wiederum in Zeitabständen T abgetastet. Auf diese
Weise wird eine Verdopplung der effektiven Abtastfrequenz
erreicht. In der Praxis sind bis zu
100 aufeinanderfolgende Abtastzyklen üblich, um so
eine möglichst hohe effektive Abtastfrequenz trotz
relativ niedriger Echtzeitabtastfrequenz des AD-Wandlers
zu erreichen.It is known to carry out a so-called multiple sampling to increase the effective sampling frequency of an analog-digital converter if the real-time sampling frequency of the AD converter is not sufficient for a specific purpose and the measuring signal to be sampled is available periodically. When the Echtzeitabtastfolge of the transducer T is and is carried out multiple scan over N successive scanning cycles, the start times of the successive sampling cycles are shifted by the delay time in each case of the usual multi-scan, the delay of the scan start from the first sampling cycle that is until N th sampling cycle increases linearly with integer multiples of the delay time from 0 to N -1. For the simplest case with N = 2, the first sampling cycle is therefore started with the delay time 0 and the measurement signal is sampled at successive time intervals T , after the end of the first sampling cycle the second sampling cycle is then started with a delay time of postponed and the measurement signal again in Time intervals T scanned. In this way, the effective sampling frequency is doubled. In practice, up to 100 consecutive sampling cycles are common in order to achieve the highest possible effective sampling frequency despite the relatively low real-time sampling frequency of the AD converter.
Ein Sonderfall für eine solche Mehrfachabtastung sind
Meßsignale, bei denen das Trigger-Ereignis zwar periodisch
ist, bei denen jedoch einzelne Signalanteile
erst nach einer bestimmten Anzahl von Triggerfolgen
wieder den gleichen Phasenzustand aufweisen. Ein solcher
Sonderfall ist beispielsweise ein Videosignal mit Farbträgerüberlagerung
nach dem Pal-System, bei dem in
vier aufeinanderfolgenden Zeilen der hochfrequente
Farbträger jeweils mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung
von etwas mehr als 360 Winkelgraden übertragen wird, so
daß erst nach acht Halbbildern wieder die
gleich Phase für diese Farbträgerüberlagerung auftritt.
Wenn für ein solches Meßsignal eine Mehrfachabtastung
angewendet wird, multipliziert sich der Phasensprung
zwischen den aufeinanderfolgenden geringen Phasenverschiebungen
am Übergang vom N-ten Abtastzyklus zum darauffolgenden
erneuten ersten Abtastzyklus jeweils mit
dem Faktor N-1 und dies kann zu großen Phasenabweichungen
führen, die sich beispielsweise bei Anwendung eines
solchen AD-Wandlers mit Mehrfachabtastung bei einem
Digitaloszilloskop als sichtbarer Phasensprung am dargestellten
Meßsignal zeigt.A special case for such a multiple scanning are measurement signals in which the trigger event is periodic, but in which individual signal components only return to the same phase state after a certain number of trigger sequences. Such a special case is, for example, a video signal with color carrier superimposition according to the Pal system, in which the high-frequency color carrier is transmitted in four successive lines, each with a predetermined phase shift of slightly more than 360 degrees, so that the same phase for them only after eight fields Ink overlay occurs. When a multi-scan is used for such a measurement signal, the phase shift between the consecutive small phase shifts th sampling cycle for subsequent re first sampling cycle multiplied at the transition from N respectively by a factor of N -1, and this can lead to large phase deviations, for example, at Application of such an AD converter with multiple scanning in a digital oscilloscope as a visible phase jump on the measurement signal shown shows.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen AD-Wandler mit
Mehrfachabtastung zu schaffen, bei dem dieser Nachteil
vermieden ist und bei dem auch bei geringen Phasenverschiebungen
des Meßsignales in aufeinanderfolgenden
Abtastzyklen der Gesamtphasensprung auf ein Minimum beschränkt
bleibt.It is an object of the invention to have an AD converter
To create multiple scanning, which has this disadvantage
is avoided and even with small phase shifts
of the measurement signal in successive
Sampling cycles of the total phase jump are kept to a minimum
remains.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem AD-Wandler laut
Oberbegriff des Hauptanspruches durch die Wahl der Verzögerungszeiten
laut kennzeichnendem Teil des Hauptanspruches
gelöst.This task is based on an AD converter
General term of the main claim through the choice of delay times
according to the characterizing part of the main claim
solved.
Wenn die Verzögerungszeiten in den aufeinanderfolgenden
Abtastzyklen nach der Reihenfolge des Hauptanspruches
gewählt werden so tritt zwischen jedem Abtastzyklus
höchstens der doppelte Phasensprung des in aufeinanderfolgenden
Zyklen nicht phasengleichen Meßsignals auf
und die erwähnte Multiplikation um den Faktor N-1 wird
vermieden. Für eine Mehrfachabtastung mit beispielsweise
vier aufeinanderfolgenden Abtastzyklen bedeutet dies,
daß der erste Abtastzyklus mit beispielsweise einigen
100 oder 1000 jeweils im Abstand T aufeinanderfolgenden
Abtastungen mit der Verzögerungszeit 0 beginnt, der zweite
Abtastzyklus dann mit einer Verzögerungszeit ¾T beginnt,
der dritte Abtastzyklus schließlich mit einer Verzögerungszeit
von ¼ T und der vierte Abtastzyklus schließlich
mit einer Verzögerungszeit ½ T, bis schließlich
wieder der erste Zyklus mit der Verzögerungszeit 0 beginnt.
In der Praxis ist wie gesagt N höher
und liegt je nach gewünschter Auflösegenauigkeit etwa
zwischen 10 und 100. Beim erfindungsgemäßen
Wandler springt also der Startzeitpunkt in aufeinanderfolgenden
Abtastzyklen beginnend von 0 und N abwechselnd
zwischen Minimal- und Maximalwerten bis zur Mitte hin
und her und darauf ist zurückzuführen, daß zwischen
aufeinanderfolgenden Abtastzyklen nur maximal der
doppelte Phasensprung des Meßsignales auftritt.If the delay times in the successive sampling cycles are chosen according to the order of the main claim, then between each sampling cycle at most twice the phase jump of the measurement signal not in phase in successive cycles occurs and the aforementioned multiplication by the factor N -1 is avoided. For a multiple scan with, for example, four consecutive scan cycles, this means that the first scan cycle with, for example, a few 100 or 1000 samples each at a distance T starts with the delay time 0, the second scan cycle then begins with a delay time ¾ T , and the third scan cycle finally with one Delay time of ¼ T and the fourth sampling cycle finally with a delay time ½ T , until finally the first cycle begins with the delay time 0. In practice, as I said, N is higher and, depending on the desired resolution accuracy, is approximately between 10 and 100. In the converter according to the invention, the start point in successive sampling cycles, starting from 0 and N, alternates between the minimum and maximum values up to the middle and then on attributable to the fact that only a maximum of twice the phase jump of the measuring signal occurs between successive sampling cycles.
Bei den bisher üblichen AD-Wandlern mit Mehrfachabtastung
werden als Abtastgeneratoren zur Erzeugung
der Abtastimpulse Quarzoszillatoren benutzt, die wegen
der extrem hohen Eigengüte eine extrem lange Einschwingzeit
besitzen und daher für den erfindungsgemäßen Zweck,
in aufeinanderfolgenden Abtastzyklen eine Abtastimpulsfolge
schnell (ohne Einschwingen) nach vorbestimmten Verzögerungszeiten
bezogen auf ein vorgegebenes Triggersignal
zu erzeugen, nicht geeignet. Um auch dieses Problem
bei einem erfindungsgemäßen AD-Wandler mit Mehrfachabtastung
zu lösen wird die erfindungsgemäße Weiterbildung
laut Unteranspruch 2 vorgeschlagen. Die Verwendung
eines Schwingkreises von relativ geringer Güte ermöglicht
es, daß nach dem Einschalten des Oszillators der Schwingungszug
sofort ohne Einschwingen startet. Die erste
Flanke der Schwingung und damit der erste Abtastimpuls
hat daher immer den gleichen Zeitabstand zum Einschaltzeitpunkt
und die Abtastimpulsfolge mit dem Impulsabstand
T in den aufeinanderfolgenden Abtastzyklen kann so
exakt im jeweils vorbestimmten Startzeitpunkt, der bestimmt
ist durch die sprunghaft sich ändernden vorbestimmten
Verzögerungszeiten gestartet werden. Das mit dem Meßsignal
synchrone Starten der Abtastzyklen, das für die Mehrfachabtastung
Voraussetzung ist, kann entweder dadurch
erfolgen, daß mit dem Startsignal der freischwingende
Oszillator geringer Güte eingeschaltet wird, eine andere
Möglichkeit ist, den Oszillator mit dem Startsignal eine
kurze definierte Zeit von einigen Perioden auszuschalten, so
daß der Oszillator anschließend wieder mit einer vorbestimmten
definierten Zeit und damit synchron zum Meßsignal
zu schwingen beginnt.In the previously common AD converters with multiple scanning, quartz oscillators are used as scanning generators for generating the scanning pulses, which have an extremely long settling time due to the extremely high intrinsic quality and therefore, for the purpose according to the invention, a scanning pulse sequence quickly (without settling) after predetermined delay times in successive scanning cycles based on a given trigger signal, not suitable. In order to solve this problem in an AD converter according to the invention with multiple scanning, the further development according to the invention is proposed according to subclaim 2. The use of a resonant circuit of relatively low quality enables the oscillation train to start immediately without settling after the oscillator has been switched on. The first edge of the oscillation and thus the first sampling pulse therefore always has the same time interval at the switch-on time, and the scanning pulse sequence with the pulse interval T in the successive sampling cycles can thus be started exactly at the respectively predetermined starting time, which is determined by the abruptly changing predetermined delay times. The synchronizing with the measuring signal of the sampling cycles, which is a prerequisite for multiple sampling, can be done either by switching on the free-running oscillator of low quality with the start signal, another possibility is to give the oscillator a short defined time of a few periods with the start signal switch off, so that the oscillator then starts to oscillate again at a predetermined defined time and thus synchronously with the measurement signal.