DE1762697A1

DE1762697A1 - Verfahren zur Umsetzung von analogen Signalen in digitale Werte

Info

Publication number: DE1762697A1
Application number: DE19681762697
Authority: DE
Inventors: John Brinkman; Naydan Bob N
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1967-04-13
Filing date: 1968-08-07
Publication date: 1971-08-05
Also published as: DE1762697B2; US3541315A; DE1762697C3; GB1168047A; FR1586885A

Description

PATENT- a. RECHTSANWALT DIPL.-ING.H. VON SCHUMANN

Bayer. Hypotheken· und Wechtelbank Mündien, 8 Mündien 22, Widenmayerttraße S

Konto Nr. Mx 6342 Telegrammadrette: Protector Mündten

Potticheckkonto: München 49463 Telefon: 224893

T.8.1968

y/fo

General Precision Systems Inc·, Little Palls, New Jersey, USA

Verfahren zur Umsetzung von analogen Signalen in digitale Werte

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umsetzung von analogen Signalen in digitale Werte, insbesondere zur Verarbei tung in Digital-Rechnern, bei denen die Schritte zum ersten Umwerten der analogen Signale nur in grob digitale Werte erfolgt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mit einfachen Mitteln die Genauigkeit der Umsetzung von analogen Signa len in digitale Werte zu erhöhen.

Dies wird dadurch erreicht, daß der Grob-Digitalwert in ein analoges Signal zurück umgesetzt wird, um ein rückiibersetztes Signal zu erhalten, und aus dem ursprünglich eingegegebenen Signal und dem rückübersetzten Signal ein Differenzsignal gebildet wird, welches um einen vorbestimmten Maßstabsfaktor verstärkt und anschließend in digitaler lorm umgesetzt wird und daß das umgesetzte Differenzsignal mit dem digitalen Grobwert verknüpft wird, um aus dem Eingangssignal ein genau wiedergegebenes digitales Ausgangssignal zu bilden.

Durch dieses Verfahren werden die benötigten Mittel zur Bildung von genauen digitalen Werten beschränkt und besteht die Möglichkeit, den Genauigkeitsgrad mittels eines Maßstabfaktors zu bestimmen.

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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden der Grob-Digitalwert und der Differenzwert in digitaler Form verknüpft, indem das am wenigsten kennzeichnende Grob-bit mit dem am meisten kennzeichnenden Differenz-bit verglichen wird und diese beiden bits addiert werden, es sei, daß beide identisch sind, in welchem Falle nur eines von ihnen am gebildeten Ausgang verwendet wird.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht in einer Anordnung für die Umsetzung von analogen Signalen über eine Eingangseinrichtung in digitale Werte, wobei diese Signale mittels eines Umsetzers und eines digitalen Zählers in einen ersten digitalen Wert umgesetzt werden und ein Speicher zur Aufnahme dieses Wertes vorgesehen ist, zu dem eine Addierverknüpfung gehört und der Ausgang dieser Verknüpfung sowohl mit einem Addierverstärker als auch mit dem Eingang für das Ursprungssignal verbunden ist und über Ein- und Ausgang der Differenzwert gebildet und um einen vorbestimmten Faktor verstärkt wird, und weiterhin eine Rückkopplung vom Addierverstärker zum Umsetzer besteht, so daß der Differenzwert jetzt im Digitalzähler von analoger Form in einem zweiten digitalen Wert umgesetzt wird, und weiterhin logische Mittel zur Verknüpfung des ersten im Speicher vorhandenen digitalen Wertes mit dem zweiten im Zähler vorhandenen digitalen Wert vorgesehen sind.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Anordnung einen Kleinsignaldetektor, einen Verstärker und eine logische Verknüpfung auf, welche so gekoppelt sind, daß der Verstärker einerseits mit dem Eingangsteil und andererseits mit dem Ausgang der logischen Verknüpfung, welche mit einem Zählerteil des Zählers und des Umsetzers gekoppelt ist, verbunden sind, so daß ein Signal, das unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, um einen Wert verstärkt wird, der dem Zählerteil entspricht, und der Zählerteil unwirksam gemacht wird·

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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind Rückkoppelmittel zur Einholung eines dritten digitalen Wertes auf der gleichen Weise wie den zweiten digitalen Wert, und weiterhin logische Mittel, um den dritten digitalen Wert mit dem zweiten und ersten digitalen Wert zu verknüpfen, vorhanden.

Zur Funktion des erfindungsgemäßen Systems wird zuerst eine einfache Erläuterung gegeben. Es sei angenommen, daß die Aufgabe besteht, einen Analogwert umzurechnen in einen Achter- -Binärwert, aber dabei vorausgesetzt ist, daß nur ein Grob-Umrechner zur Verfügung steht. Der Analogwert kann zuerst umgesetzt werden in einen ersten, fünfstelligen Grob-Digitalwert und zwar unter Verwendung der Grob-Umsetzer-Einrichtungen bei einem niedrigen Maßstabsfaktor. Der so erhaltene Digitalwert kann zurück umgesetzt werden in einen Analogwert, und mit dem echten Analog-Wert verglichen werden. Der Unterschied zwischen zwei Analog-Werten kann wiederum in einen fünfstelligen zweiten Digitalwert umgesetzt werden, aber dabei wird dann ein höherer Maßstabswert verwendet. Die zwei so erhaltenen Digitalwerte können dann dazu verwendet werden, einen Achterwert zu erhalten. Ein einfaches Beispiel kann die Erläuterung noch verdeutlichen.

Beispiel I

Es wird vorausgesetzt, daß zur Umsetzung ein analoges Potential einen Wert von 101 Volt hat, in Bezug auf einen Wert im digitalen System

Binär wert	MSB 2⁷	2⁶	2⁵	2⁴	2⁵	2²	2¹	2°
Äquivalentes Gewicht in Volt(Maßstabsfaktor)	128	64	32	16	8	4	2	1

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Angenommen, daß ein Umsetzer verwendet wird, der nur eine fünfstellige Genauigkeit hat, dann ist die Antwort (einschließlich Auflösung und andere Fehler) 128 Volt, oder sein äquivalenter Binärwert lOOOOxxx. Der so erhaltene Wert wird zurückumgesetzt zu einer analogen Form, in bezug auf den Eingangswert und in diesem Falle vom Eingangswert abgezogen, um einen analogen Differenzwert von -27 Volt zu erhalten. Wenn diese Differenzapannung umgesetzt wird unter Verwendung des gleichen fünfstelligen Umsetzers, aber mit einem höher geeigneten Maßstabsfaktor, so ist die erhaltene Antwort -xxxHOH. Dieser zweite Wert kann dann mit dem ersten Wert wie folgt kombiniert werden:

Erster Binärwert lOOOOxxx Zweiter Binärwert -xxxUOH (Die logik verlangt

Subtraktion) Letzter, korrigierter Binärwert 01100101

Es sei bemerkt, daß der letzte korrigierte Binärwert die richtige Antwort darstellt, 101 Volt.

Beispiel II

Es sei vorausgesetzt, daß ein analoger Wert mit einer Größe von 77 Volt in bezug auf einen Wert im Binärsystem wie vorstehend erläutert wurde, hat.

Es wird eine erste Umsetzung unter Verwendung des ersten Haßstabsfaktors nach Beispiel I gemacht und der nachfolgend· Grob» Binärwert wird erhalten» OIOOOxxx· Dieser Wert wird zurück umgesetzt zu einem analogen Wert und es ergibt sich eine Größe von Volt, was ein Unterschied von 13 Volt in bezug auf den Originalwert 77 Volt ist. Dieser Unterschied von 13 Volt wird wiederum umgesetzt in eine Binärform unter Verwendung dta Umseteere und iwar mit einem geeigneten erhöhten Maßetabifaktor, womit tion ergibtι

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xxxO11O1. Die zwei so erhaltenen Werte werden dann wie folgt verglichen:

01000XXX

XXX01101 (Die Logik verlangt Addition)

01001101 = Binäres Äquivalent von 77 Volt

Pig. 1 erläutert ein Blockschema einer Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 2 zeigt in einem vereinfachten Blockschema eine Aus- Λ führungsform der Erfindung und

Pig. 3a, 3b stellen Prinzipschaltbilder einer praktisch verwendbaren Einrichtung dar.

Eine Anordnung gemäß den vorstehenden technischen Erläuterungen ist in Pig. 1 gezeigt, wobei ein analoger Wert E am Eingang eines Umsetzers eingegeben wird, der den analogen Wert E in einen Binärwert mit "n" bits umsetzen soll. Jeder der Schalter S1, S2 und S3 teilt einen Maßstabsfaktor SC₁, SC₂ SC zu, wodurch die Maßstabsfaktoren geändert werden in "1"; "² " ¹"; und "2ⁿ " ¹" ("n" stellt die Zahl der bits dar). Die Schalter der Maßstabsfaktoren SC. bis SC, versorgen einen Zugang zu einem Addierter "+", der wiederum einen Eingang zu einem Analog-Digitalumsetzer A/V versorgt und dieser wiederum versorgt den Zugang zu einem Speicher ^WA" oder Speicher "B", und zwar abhängig von dem Signal an den Ünd-Gattern G. und G-g. Diese Speicher können 2ⁿ bit speichern.

Der erste Schritt zur Erhaltung eines umgesetzten Aus gangewertee besteht in der Verwendung des Signales in einem Analog-Digital-Umsetzer i/D bei geschlossenem Schalter S^. Die Antwort dieser ersten Umsetzung wird im Speicher A gespeichert.

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Dieser erste Grobwert ^wAⁿ im Speicher A wird zurück umgesetzt zur analogen Form mittels des Digital-Analog-Umsetzers D/A.

Der zweite Schritt zur Erhaltung eines umgesetzten Ausgangswertes besteht in der Verwendung sowohl des Signales als auch des umgesetzten Analogwertes "A" im Analog-Digital-Umsetzer A/D mittels Schließen der Schalter S₂ und S, und öffnen des Schalters S₁. Es sei bemerkt, daß sowohl das Signal E als auch der umgesetzte Analogwert "A" über die geeigneten Maßstabsfaktoren SCp und SC₅ im Addierer "+^M eingegeben werden, welcher diese zu einem Differenzsignal kombiniert. Das so erhaltene Differenzsignal wird vom Analog-Digital-Umsetzer A/D verwendet. Die Antwort dieser zweiten Umsetzung wird im Speicher B aufgenommen.

Der Grobwert "A" im Speicher A wird zurück umgesetzt in analoge Form mittels des Digital-Analog-Umsetzers D/A, wobei durch den Schalter SC- der Maßstabsfaktor festgesetzt ist auf

η — 1 ^

2 ο Der analoge Eingang Ε_χ ist ebenfalls am Schalter SC₂ zur Festlegung des Maßstabsfaktors geschaltet, so daß die Ausgangswerte von SC₂ und SC, im Addierer ■·+" addiert werden können.

Beispiel III

Es wird vorausgesetzt, daß ein nicht bekanntes analoges Signal am Eingang E verwendet wird. Es wird dabei verlangt, daß ein digitales Ausgangssignal, welches der unbekannten Spannung entspricht, erzeugt wird>

Schritt 1 - S₁ ist geschlossen, S₂ und S, offen.

Sohritt 2 - Das unbekannte Potential Ε_χ wird im Analog-Digital-Umsetzer umgesetzt, um einen digitalen Ausgangswert "A" mit einem Maßetabsfaktor der E_ref entsprioht, zu

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erne....cen. Dann ist

—Ε
A . E_ref *= Fehler

Wenn der Fehler im Umsetzer A/D angegeben wird als einige plus- oder minus-Vervielfachungen der istzten bit-Auflösung, sind die se zur Erleichterung bezeichnet als + M₁; M₁ kann einen Wert haben von z. B.:

dann ist:

E 2ⁿ

Schritt 3 - "A", die digitale Menge, wird verwendet für den Digital-Analog-Umsetzer D/A, wobei ein analoger Wert erzeugt wird

-(A - E_ref t 2L E_ref) . -E_ref Ut 2L) ₂n ₂n

wobei N₁ der Analog-Fehler des Umsetzers D/A ist. Schritt 4 - S₁ offen, S₂ und S, geschlossen.

Schritt 5 - Der Ausgangswert des Umsetzers D/A bestimmt vom Maßstabsfaktor (2ⁿ ) und der nicht bekannte Eingangewert E ebenso durch den Maßstabsfaktor (2ⁿ ) bestimmt, r- werden mittels des Addierers ⁿ+^M addiert und vom Umeetzer A/D verwendet·

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Dies ergibt einen Wert "B" ähnlich dem erhaltenen Wert gemäß Schritt 2.

_{B =}

- ^E

ref rer

_Err£)r

ref

Da der gleiche Umsetzer A/D verwendet wird, ist der Fehler

^M1 ^Eref

dann ist

B =| ^Ex

(2ⁿ-¹) t ^₁

Schritt 6 - Der Digitalwert "A" wird jetzt zum Digitalwert B addiert.

Der gesamte Digital*-Ausgangswert ^MCⁿ ist«

ref

Beispiel IV

Es werden die Schritte des vorgehenden Beispieles wei ter verfolgt, aber es werden Werte für die Parameter eingesetzt.

η
M

0,

5, 1.

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E + Der digitale Ausgangswert "C" = χ

^Bref	2⁵	(2⁵ - D
- ^E* ₊		1
^Eref		₂9
. ^Ex		1
^Eref		512

Hierfür wird mit einem A/D-Umsetzer, der eine Genauigkeit von Λ 1 _ J__ oder annähernd 3 i° hat, eine Umsetzung erreicht, wel-2ⁿ 32 ehe eine Genauigkeit von ungefähr 0,2 % hat.

Bei Verwendung des vorstehend beschriebenen Systems bei einer Einrichtung gemäß Figur 2 wird ein Eingangssignal vom Wert E über die Leitung 11 zu einem Analog-Digital-Umsetzer 13 gegeben. Der Umsetzer 13 kann ein Leiter-Netzwerk-Umsetzer entsprechend der amerikanischen Patentschrift 3 071 324 sein (unter Berücksichtigung aber, daß die Art des verwendeten Leiternetzwerkes viel einfacher ist, wenn der Umsetzer ein geradliniger Umsetzer ist)} oder es kann der Umsetzer auch ein Sägezahnumsetzer seir, der einen Integrationsverstärker und einen Vergleichsverstärker hat. Es sei vorausgesetzt, daß der A/D Umsetzer ein Sägezahnum- " setzer ist. Unter dieser Voraussetzung bildet der Umsetzer 13 eine Reihe von Pulsen, die vom Zähler 17 aufgenommen werden. Der Inhalt dieses Zählers wird am Ende der ersten A/D Umsetzung übertragen zum digitalen Eingang des Digital-Analog-Umsetzers 19. Der Digital-Analog-Umsetzer enthält einen Summenverstärker 20, der den Wert des Digital-Analog-Umsetzers V zum Eingangssignal E, angeschaltet an der Leitung 11, addiert. Der Summenverstärker 20 des Digital-Analog-Umsetzers besitzt ebenfalls einen Maßstabsfaktor τοπ 2 j z. B. bewirkt dies eine Zunahme um 32. Der Ausgangswert des Verstärkers 20, E» genannt (wobei E¹ = (B - V) χ 32), wird

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zu einem zweiten Analog-Digital-Umsetzer 23 gegeben, der gleich der ähnlich oder auch unterschiedlich dem Umsetzer 13 sein kann. Der Ausgang des Umsetzers 23 ist mit dem Eingang des Zählers 27 verbunden. Beide Zähler 17 und 27 sind sechs-bit-Speicher. Zähler 17 nimmt die Grobwerte auf, während der Zähler 27 die genauen Werte aufnimmt. Entsprechend dem Unterschied beim Maßstabsfaktor 2 haben die zwei Zähler ein gemeinsames bit; z. B. entspricht das am wenigsten wichtige bit 29 des Speichers 17 dem wichtigsten bit 31 des Speichers 27. Die Grob- und Peinwerte dieser Speicher werden kombiniert, indem die Inhalte der Speicher und 17 addiert werden. Die Informationen, enthalten in LSB 29 und LSB 31f werden von der Logik 33 verwendet, um wie erforderlich einen übertrag zu erhalten. Der resultierende Ausgangswert sei eine 11-bit-Binär-Zahl, bestehend aus dem Inhalt des Zählers 27, nicht enthaltend MSB 31, und dem Inhalt des Zählers 29, abgeändert durch die Logik 33. Der MSB des Ausgangswertes entspricht der MSB des Zählers 17, der LSB des Ausgangswertes entspricht dem LSB des Zählers 27.

Auf diese Weise wird im ersten Zyklus ein grober Binärwert und im zweiten Zyklus ein genauer Wert erhalten. Es besteht die Möglichkeit, diesen Zyklus zu wiederholen und erneut zu vergleichen mit dem erneut umgesetzten Wert der ersten beiden Zyklen mit dem Ursprungssignal, so daß ein noch genauerer Digitalwert erhalten wird, als in der gleichen Weise, wie bereits beschrieben, mit den nach den ersten und zweiten Zyklus erhaltenen Werten erreicht wurde.

In der Einrichtung nach Figur 2 werden einige Einstellungen vorausgesetzt. Das heißt, beim Vergleich zwischen E, dem Ursprungssignali und V, dem digitalen Signal, zurückumgesetzt zur analogen Form, ist das System so ausgebildet, daß V stets kleiner als E ist. Auf diese Welse wird der Wert im Speicher für genauere Werte stets zu den Werten im Grobspeioher addiert·

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Bei der Anwendung der Erfindung ist es vorteilhaft, eine Anordnung gemäß den Figuren 3a, 3b zu verwenden. Bei dieser Anordnung wird das Eingangssignal E über die Leitung 41 zum Analog-Digital-Umsetzer 4-3 und zum Kleinsignalabtaster 45 gegeben. Vom Umsetzer 43 läuft das Signal zum Zähler 47 und wird übertragen zum Speicher 49 in Figur 3b. Der Digitalwert des Speichers 49 wird dann zurück umgesetzt in analoger Form im Digital-Analog-Umsetzer 50 in Fig. 3b, wo dieser Wert vom Ursprungseingangssignal E subtrahiert wird und die Differenz mit dem Faktor

5
2 multipliziert wird. Jetzt wird gemäß Fig. 2 dieser neue Wert, bezeichnet als E¹, zum zweiten Umsetzer übertragen. Gemäß der Einrichtung in Figur 3a, 3b wird dagegen der neue Wert E¹, wie das Ursprungssignal E zum gleichen Umsetzer 43 gegeben. Der digitale Wert, der E¹ entspricht, wird dann zum Zähler 47 gegeben und das wichtigste bit des Zählers 47 verglichen mit dem am wenigsten wichtigen bit des Speichers 49. Wenn die zwei bit nicht gleich sind, wird das weniger wichtige bit des Speichers 49 erneut auf Null gebracht und es wird ein Übertrag zum gleichen Speicher veranlaßt. Die digitale Summe der Werte des Speichers 49 und des Zählers 47 wird dann zum Speicher 51 übertragen, wo diese Werte zu einem digitalen Rechner gegeben werden.

Die Einrichtung gemäß den Figuren 3a, 3b wird durch irgendeine außenstehende Einrichtung z. B. durch eine Steuereinrichtung angelassen, welche durch die Schaltung des Startzählers SG angedeutet sein soll. Dies wiederum setzt einen Zeitgeber in Gang, normalerweise in Mikrosekunden arbeitend, welcher seinerseits den Umsetzer 43, der im vorliegenden Falle ein Sägezahnumsetzer ist, steuert. Der Sägezahnumsetzer 43 setzt das Eingangssignal E in einen Digitalwert mittels einer Pulezählung zwischen den Null-Durchgängen des Vergleichsverstärkers 69 um. Die externe Einrichtung ermöglicht die Abgabe des Anlaßumsetzsignals 53 und steuert den Zeitgeber 55» der wiederum anfängt zu zählen und einen Startumsetzpuls (SOC) 57 auslöst. Dadurch

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wird der Schalter 59 geschlossen, so daß die Integrationsschaltung 65 eine positiv verlaufende Sägezahnausgangsspannung über die Leitung 67 gibt·

Die Analog-Digital-Umsetzung, die vom Umsetzer 43 auegeführt wird, setzt das analoge Eingangssignal E in einer Anzahl von Pulsen P_Q, P₁, Ρ₂ι···Ρ_η um, welche zum Zähler 47 gegeben werden· Diese Umsetzung eines Analog-Signales Ξ in Pul- , . se P₀, P₁, I*2'**^n ^wird bewirkt durch übergabe des Signales E zu einem Vergleicher, da ein Bezugssignal -4V zu einer Integrationsschaltung gegeben wird. Die Verstärkerintegrationsschaltung 65 liefert über einen Ausgang 67 zum Vergleicher 69 über Widerstände 71 Signale. Der Zweck der Widerstände 71 ist die Summierung der Ausgangssignale des Integrationsverstärkers 65 ■ zu einem Eingangssignal über den Schalter 77 oder 79» Die Spannung an 67 ist anfangs negativ und die Schalter 77 und 79 sind anfangs offen, wodurch der Vergleicherausgang positiv ist.

Wie vorstehend erwähnt, verursacht das Bezugssignal über den Schalter 59 die Abgabe einer positiv verlaufenden Sägezahnspannung über den Ausgang des Verstärkers 65· Beim Durchlaufen des Nullpunktes der Spannung sinkt der Ausgangswert des Vergleicherverstärkers 69 zu einem negativen Bezugswert ab. Dadurch wird die Flip-Flop-Schaltung 75 wirksam, wodurch der Grobsignalschalter 77, über den das Signal E zum Vergleicher 69 gegeben wird, schließt. Das Wirksamwerden der Flip-Flop-Schaltung 75 ermöglicht auch dem Gatter 81, Taktpulse sum Zähler 47 zu geben· Da der Schalter 77 an einem negativen Signal liegt, weil da« Signal 67 im Hulldurohgang war, wird der Netzsummeneingang ium Vergleicher negativ· Der Vergleicherausgang wird positiv, aber stOrt nicht die Flip-Flop-Sohaltung 75·

Wenn das Auegangesignal der Integrierschaltung 65 in positiver Richtung zunimmt, wächst die Summe des Signales (SJ und des negativen Bing engβsignaleβ dee Schalters 77 immer weniger

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zum negativen an. Wenn diese Stimme Hull wird, wird der Ausgangswert des VergleioherTerstärkera 69 "vom poeitiven zum negativen übergehen und der Zustand der Flip-Flop-Schaltung 75 wird geändert (In Bezug auf den Zustand der Flip-Flop-Sohaltung 75 erreicht durch das erste Überkreuzungssignal, wird diese durch dieses zweite Signal zurückgestellt). Die Zurückschaltung der Flip-Flop-Schaltung 75 stoppt den Pulsfluß zum Zähler 47 durch Sperrung des Pulsgatters 81, wodurch die Schalter 77 und 59 öffnen und der Schalter 73 schließt.

Mit dem Schließen des Schalters 73 erzeugt die Integrationsschaltung eine negativ verlaufende Sägezahnspannung an der abgehenden Leitung 67, wodurch die Integrationsschaltung in ihre Ausgangslage, d. h. auf eine kleine negative Spannung gebracht wird. Sobald diese kleine negative Spannung erreicht ist, wird der Ausgang des Vergleioherverstärkers 75 positiv, wodurch der Schalter 73 über die Gatter 76 und 78 geöffnet wird.

Inzwischen wird nach dem zweiten Kreuzsignal der Inhalt des Zählers 47 zum Speicher 49 über die Logikschaltung 83, welche ein Signal vom Zeitgeber empfängt, übetragen. Speicher 49 wiederum steuert den Digital-Analog-Umsetzer 50, bestehend aus einem Leiternetzwerk mit Widerständen 85 und Kontrollschaltern Jeder Flip-Flop im Speicher 49» entsprechend einem bit, steuert einen entsprechenden Schalter 87. Das Eingangssignal E wird zum Verstärker 89 gegeben, wo es mit dem Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzer-Netzwerkes B. addiert wird. Der Unterschied zwischen dem Eingangβsignal E und dem erneut umgesetzten digitalen Signal E^ wird umgekehrt und verstärkt durch den Wechselrichter 93_f und zwar, um ein negatives Signal E¹ zu erhalten. Dieses Signal E¹ wird über die Leitung 95 »um Umsetzer 43 gegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Zyklus erneut angelassen und der Zeitgeber 55 erzeugt ein Signal E', weloheβ Signal über den Umsetzer in d»r gleichen Weiee wie das UrsprungeeingangseignaüE geführt

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wird, mit dem Unterschied, daß der Singangsschalter 79 jetzt anstelle des Schalters 77 geschlossen ist· Auf diese Weise wird das Signal E¹ in Pulse P_Q, P₁, P₂...P_n umgesetzt und zum Zähler 47 gegeben. Bas weniger wichtige bit 101 des Speichers 49 wird dann zum wichtigsten bit 103 des Zählers 47 mittels der logischen Schaltung 105 gezählt und ein Übertrag wird, wie erforderlich ist, zum Speicherzähler 49 gegeben. Bis hierhin sind kleine Signale nicht in Rechnung gestellt. Diese werden in einem Klein-Signaldetektor 45 abgefragt. Dieser Detektor empfängt das Ursprungssignal E oder das genaue Signal E¹ über Schalter 107

* oder 109, die zum entsprechenden Zeitpunkt geschlossen werden.

Die Signale E oder E¹ werden zum Vergleichsverstärker 111, der sie mit einem voreingestellten Wert vergleicht, gegeben· Wenn Vergleichsverstärker 111 ein kleines Signal feststellt, steuert er das Schließen des Schalters 117 gleichzeitig mit einer der Schalter 77 oder 79. Das Signal für den Schalter 117 hat den analogen Wert entsprechend dem bit 103 des Speichers 47. Zur gleichen Zeit gibt die Kippschaltung 115 das wichtigste bit 103 durch Kippen ab. Hierdurch werden gleiche Werte gleichzeitig vom analogen und digitalen Wert abgezogen bzw. dazu addiert, wodurch ein Ausgleich aufrechterhalten wird. Die Werte E oder E¹, erhalten für das wichtigste bit, werden zum Umsetzer 43 gegeben. Diese wer-

* den dann in digitaler Form mit dem addierten Wert umgesetzt, der unter Berücksichtigung des vorstehenden Ausgleiches des wichtigen bits erhalten wurde. Dieser Addierstromkreis verhindert die Pjdbleme, die auftreten würden, wenn zwei sehr nah beieinander liegende Nulldurchgänge beim Verwenden sehr kleiner Eingang8signale auftreten würden. * ".

In der vorangegangenen Beschreibung entspricht der Sägezahnumsetzer bezüglich der ausgeführten Anordnung und der Funktionen der in der Literatur beschriebenen Ausführungβform z. B. entsprechend B. K. Richards "Digital Computer Components und Circuits¹·, D. Van Mostrand Go. Ino., Ausgabe 1957t Seiten 487 und 488· .,

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Aufgrund des Vorstehenden kann festgestellt werden, daß die vorliegende Erfindung für einen Analog-Digital-Umsetzer vorgesehen ist., in dem Analogsignale in Digitalwerte umgesetzt werden, und zwar zur Verwendung in Digitalrechnern,, In bezug auf die vorliegende Erfindung wird das analoge Signal zuerst umgesetzt in einen G-rob-Digitalwert. Dieser G-robvDigitalwert wird dann zurückübersetzt in eine analoge form und vom Ursprungssignal abgezogen· Der Unterschied zwischen den beiden Signalen wird dann durch einen voreingestellten Maßstabsfaktor verstärkt und umgesetzt in digitale Form, um einen genauen digitalen Wert zu erreichen, der dann mit dem Grob-Digitalwert einen genauen Ausgangswert, der dem Eingangssignal entspricht, bildet· Hierzu enthält die für diese ™ Punktionen vorgesehene Einrichtung: einen Umrechner, der umsetzt und das analoge Signal einem digitalen Zähler als erster digitaler Zählwert zuführt; einen Speicher, zu dem das im Zähler Gespeicherte übertragen werden kannj ein Addiernetzwerk dem Speicher entsprechend und einen Summenverstärker, in dem die Ausgangswerte des Summennetzwerkes sowie das Ursprungsanalogsignal eingegeben werden, wobei das UrsprungseingangBsignal verglichen wird mit dem Ausgangswert des Summennetzwerkes und um einen voreingestellten Maßstabsfaktor verstärkt wird, so daß ein zweites Eingangssignal erzeugt wird. Das zweite Eingangssignal wird erneut zum genannten Umsetzer gegeben, um einen zweiten digitalen Zählwert im Zähler zu erreichen -} logische Mittel zum Vergleichen μ des am wenigsten wichtigen bit des zweiten Digital-Zählwertes mit einem weniger wichtigen bit des genannten ersten Zählwertes und ein zweiter Speicher enthält Mittel, die die Verknüpfung der genannten ersten und zweiten digitalen Zählwerte bewirken, und von denen dieser verknüpfte Auagangswert die externe Einrichtung versorgt·

Weiterhin können nach den beiden ersten Zyklen durch den Digital-Analogvergleieh bei der erneuten Umsetzung und die erneute Analog-Umeetzung der Differenz in einem dritten, und in darauffolgende Zyklen stete genauere Ergebnisse mit jeder weiteren Umsetzung erreicht werden.

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Obwohl die vorliegende Erfindung für eine besondere
Ausführungsform beschrieben ist, liegen dennoch verschiedene
andere Ausführungsformen innerhalb des Bereiches der Erfindung. Es soll hiermit festgestellt werden, faß alle aufgestellten Ansprüche diese abweichenden Ausführungsformen beinhalten sollen·

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Umsetzung von analogen Signalen in digitale Werte zur Verarbeitung in Digital-Rechnern, bei dem Schritte zum ersten Umwerten der analogen Signale in grob digitale Werte vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der grobe digitale Wert in ein analoges Signal zurück umgesetzt wird, um ein rückübersetztes Signal zu erhalten, und aus dem ursprünglich eingegebenen Signal und dem rüokübersetzten Signal ein Differenzsignal gebildet wird, welches um einen vorbestimmten μ Maßstabsfaktor verstärkt und anschließend in digitaler Form umgesetzt wird, und daß das umgesetzte Differenzsignal mit dem digitalen Grobwert verknüpft wird, um aus dem Eingangssignal ein genau wiedergegebenes digitales Ausgangssignal zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal in einen Binärwert umgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der G-rob-Digitalwert und der Differenzwert in digitaler Form verknüpft wurden, indem das am wenigsten kennzeichnende Grob-bit mit dem am meisten kennzeichnende Differenz-bit verglichen wird

und diese beiden bits addiert werden, es sei, daß diese iden- " tisch sind, in welchem Falle nur eines von ihnen am vorhandenen Ausgang verwendet wird.

4. Anordnung für die Umsetzung von analogen Signalen über eine Bingangseinrichtung in digitale Werte, dadurch gekennzeichnet, daß diese Signale mittels eines Umsetzers und eines digitalen Zählers in einen ersten digitalen Wert umgesetzt werden und ein Speicher zur Aufnahme dieses Wertes vorgesehen ist, zu dem eine Addierverknüpfung gehört und der Ausgang dieser Verknüpfung sowohl mit einem Addierverstärker als auch mit dem Eingang für das Ursprungesignal verbunden iat, und über Ein- und Ausgang

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der Differenzwert gebildet und um einen vorbestimmten Paktor verstärkt wird, und weiterhin eine Rückkopplung vom Addierverstärker zum Umsetzer besteht, so daß der Differenzwert jetzt im digitalen Zähler von analoger Form in einen zweiten digitalen Wert umgesetzt wird, und weiterhin logische Mittel zur Verknüpfung des ersten in einem Speicher vorhandenen digitalen Wertes neben dem zweiten in einem Zähler vorhandenen zweiten digitalen Wert vorhanden sind.

5· Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer ein Sägezahnumsetzer ist, der beim Nulldurchgang des Sägezahnpotentials Pulse am Ausgang anschaltet.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kleinsignaldetektor, ein Verstärker und eine logische Verknüpfung so gekoppelt sind, daß der Verstärker einerseits mit dem Eingangsteil und andererseits mit dem Ausgang der logischen Verknüpfung, welche mit einem Zählerteil des Zählers und des Umsetzers gekoppelt ist, verbunden sind, so daß ein Signal, das unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, um einen Wert verstärkt wird, welcher dem Zählerteil entspricht und diesen Zählerteilwert unwirksam macht.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einholung eines dritten digitalen Wertes auf der gleichen Weise wie des zweiten digitalen Wertes und weiterhin logische Mittel zur Verknüpfung des dritten digitalen Wertes mit dem zweiten und ersten digitalen Wert vorhanden sind.

8. Anordnung zur Umsetzung analoger Signale in Digitalwerte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Eingang und Ausgang versehener Umsetzer über eine Zugangsleitung ein Ursprungs· signal erhält, welches als Grobdigitalwert am Ausgang abgeliefert wird, und dieser Ausgang mit digitalen Übertragungsmitteln zur Einleitung der erneuten Umsetzung zu einem analogen Wert vorge-

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sehen sind sowie weiterhin Vergleichsmittel, welche das erneut umgesetzte analoge Signal mit dem Ursprungssignal zur Bildung eines Differenzwertes vorgesehen sind und ein Rückkopplungskreis mit den Vergleichsmitteln derart gekoppelt ist, daß der Differenzwert in analoger Form erneut zum Analog-Digital-Umsetzer geführt wird, wo dieses Signal in einem genauen Digitalwert umgesetzt wird, wobei über einen Fähler der Maßstabsfaktor festgelegt wird und auch logische Mittel zur Verknüpfung der Grob-Digitalwerte und Q-enau-Digitalwerte vorgesehen sind·

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