DE3045018C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Impulses mit einem bestimmten Energie­ inhalt. Eine solche Schaltungsanordnung kann insbesondere bei einem Präzisionsquantisierer für einen Analog- Digital-Umformer angewendet werden.

Die US-PS 39 70 943 beschreibt einen Analog-Impuls-Integrations-Umformer zum Umformen eines Analogsignals in Impulse, dessen Frequenz oder Impulsrate proportional dem Analogsignal ist. Das Analogsignal wird integriert, und nach dem Erreichen einer bestimmten Am­ plitude durch das integrierte Signal wird ein Impuls er­ zeugt. Es werden zwei Pegeldetektoren benutzt, einer für die positiven Werte des integrierten Signals und einer für die negativen Werte des integrierten Signals, um ein Flip-Flop anzusteuern, damit dieses eine Ausgangsimpuls­ folge erzeugt. Wenn ein Ausgangsimpuls erzeugt wird, wird ein Impuls mit einem bestimmten Ladungsinhalt zurück an den Eingang des Integrators gegeben, wobei dieser Impuls eine Amplitude und Polarität hat, die der Wirkung des an­ kommenden Signals entgegengerichtet sind. Die Ladungsmen­ ge des Rückkopplungsimpulses wird durch eine Präzisions­ speisequelle und zwei Präzisionsschalter gesteuert, von denen einer für die positiven und der andere für die ne­ gativen Impulse vorgesehen ist.

Wenn die Schalter umgeschaltet werden, ergibt sich eine erhebliche Spannung über dem Schalter, und die Verwen­ dung von zwei Präzisionsspeisequellen und zwei Präzi­ sionsschaltern erfordert eine Anpassung der Speisequellen und der Schalter.

Die folgenden US-Patentschriften beschreiben Schaltungen, die das gleiche Prinzip, jedoch mit verschiedenen Abwand­ lungen und Verbesserungen benutzen: 30 22 469, 33 76 431, 35 94 649, 36 43 113, 36 60 782, 37 42 389, 37 78 794, 39 02 139, 39 21 012, 39 42 110, 40 16 552, 41 09 168, 41 14 149, 41 24 821.

Eines der Probleme bei einer solchen Vorrichtung besteht in der präzisen Erzeugung der Energieinhalt in dem zum Integrator zurückgeführten Impuls und ein entsprechendes Problem liegt darin, den Energieinhalt in den negativen und positiven Rückkopplungsimpulsen genau gleich zu machen.

Ein weiteres Problem bei der Zurückführung sowohl der po­ sitiven als auch negativen Impulse besteht darin, daß das Umschalten von den Impulsquellen einer Polarität zu der anderen dann auftritt, wenn eine relativ hohe Spannung über dem Schalter liegt, wodurch ein Hochspannungsschal­ ter erforderlich ist. Wenn zwei Präzisionsspeisequellen und zwei Schalter benutzt werden, müssen sowohl die Spei­ sequellen als auch die Schalter aneinander angepaßt wer­ den.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Folge von positiven und negativen Im­ pulsen zu schaffen, die diese positiven und negativen Im­ pulse mit einem präzise bestimmbaren und jeweils gleichen Energieinhalt erzeugt.

Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß mit Hilfe des Summierverstärkers posi­ tive und negative Impulse mit exakt dem gleichen Energie­ inhalt abwechselnd zu erzeugen sind, wobei zwischen je­ weils benachbarten Impulsen eine Impulspause auftritt, während der der Signalpegel am Ausgang des Summierver­ stärkers gleich Null ist. Die Ausgangsimpulse der Schal­ tungsanordnung sind daher hervorragend für die Umwandlung eines Analogsignals in ein Digitalsignal mit Hilfe eines Quantisierers geeignet. Bei einem solchen Quantisierer wird das Zeitintegral einer analogen und umzuformenden Eingangsspannung durch die negativen und positiven Impul­ se der Schaltungsanordnung aufgewogen, wobei die dazu er­ forderliche Anzahl an Impulsen das Digitalsignal angibt.

Die am Ausgang des Summierverstärkers auftretenden Impul­ se erhalten dadurch einen genau gleichen Energieinhalt, daß sie an einen ersten Eingangsanschluß einer ersten In­ tegrationseinrichtung gegeben werden, die an einem zwei­ ten Eingangsanschluß eine Präzisionsspannung erhält. Das Ausgangssignal der Integrationseinrichtung wird inver­ tiert und an einen zweiten Eingangsanschluß des Summier­ verstärkers gegeben, dessen erster Eingangsanschluß eben­ falls die Präzisionsspannung erhält. Mit Hilfe der Signalzuführungseinrichtung werden diese an die Eingangs­ anschlüsse des Summierverstärkers gegebenen Signale dem Operationsverstärker des Summierverstärkers derart zuge­ führt, daß dieser die Ausgangsimpulse erzeugt. Dadurch können von dem Operationsverstärker abgegebene Ausgangs­ impulse in ihrem Energieinhalt genau gleich einem Zeitin­ tegral gemacht werden, das durch Integrieren der Präzi­ sionsspannung während dieser Impulsdauer gebildet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können Ana­ logsignale präzise in Digitalsignale umgeformt werden. Zu diesem Zweck erzeugt ein Rücksetzimpulsgenerator ein bi­ polares Signal, bei dem sowohl die positiven als auch die negativen Impulsteile einen präzisen Energieinhalt haben.

Außerdem werden diese Impulse an den Eingang des Integra­ tors zu Zeitpunkten gegeben, wenn die Spannung und der Strom dieser Impulse im wesentlichen gleich Null sind. Der Strom steigt dann an und fällt vor dem nächsten Um­ schalten ab.

Zuerst wird einer der Rückkopplungsimpulse, typischerwei­ se der negative Impuls, mit einem präzisen Energieinhalt abgegeben. Eine präzise positive Spannung wird an den Eingang eines präzise zeitlich gesteuerten Verstärkers gegeben, wodurch ein im wesentlichen präziser negativer Impuls erzeugt wird. Die negative Spannung wird zusammen mit der positiven Spannung über eine Verknüpfungsschal­ tung an den Eingang eines Integrators gegeben, der eine kleine Ausgangsspannung erzeugt, die ein Maß der Diffe­ renz im Energieinhalt zwischen dem des negativen Impulses und dem bei der verknüpften präzisen positiven Spannung ist. Diese vom Integrator erzeugte sehr kleine Spannung regelt den Energieinhalt in der negativen Schleife auf einen präzisen Wert.

Um die positive Schleife am Ausgang des zeitlich ge­ steuerten Verstärkers zu erzeugen, wird die präzise posi­ tive Spannung invertiert und an den Eingang des zeitlich gesteuerten Verstärkers hindurchgelassen. Das gesamte Ausgangssignal des zeitlich gesteuerten Verstärkers, also sowohl die positiven als auch die negativen Impulse, wird integriert und an den Eingang des zeitlich gesteuerten Verstärkers zurückgekoppelt. Der Integrator integriert die Differenz im Energieinhalt der positiven und negati­ ven Schleifen, und das Integral wird zurück an den zeit­ lich gesteuerten Verstärker mit einer Amplitude gegeben, die gerade groß genug ist, um sicherzustellen, daß die positiven und negativen Schleifen präzise den gleichen Energieinhalt haben.

Die Verknüpfung des zeitlich gesteuerten Verstärkers ist derart, daß keine positive oder negative Spannung am Aus­ gang des Verstärkers zum Zeitpunkt der Verknüpfung er­ scheint. Die Verknüpfung der positiven und negativen Ein­ gangssignale des zeitlich gesteuerten Verstärkers ist derart, daß das Ausgangssignal des zeitlich gesteuerten Verstärkers beim Integrator des Umformers benutzt werden kann, um von der Amplitude des Ausgangssignals des Inte­ grators eine exakte Energie- oder Ladungsmenge zu subtra­ hieren, die dann als ein digitales Maß des Zeitintegrals der Amplitude des Eingangssignals des Umformers gezählt wird. Der Analog-Digital-Umformer wird als Quantisierer bezeichnet, da er den durch das Zeitintegral des Ein­ gangssignals gegebenen Energieinhalt in präzise Impulse oder Quanten dividiert, die gezählt werden können.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Umformer zum Umformen einer analogen Eingangsspannung in eine di­ gitale Impulsrate bzw. Impulsfrequenz geschaffen, der sich insbesondere auszeichnet durch

• 1. das Fehlen einer merkbaren Spannung über dem Schaltermechanismus,
• 2. die Erzeugung von Impulsen mit einem präzisen Energieinhalt und
• 3. die Erzeugung von positiven und negativen Impul­ sen, die präzise den gleichen Energieinhalt haben.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Zählerschaltung,

Fig. 2 einen Stromlaufplan einer erfindungsge­ mäßen hochgenauen Impulsformerschaltung,

Fig. 3 eine Schaltung, teilweise als Blockschalt­ bild, eines hochgenauen Analog-Digital- Umformers,

Fig. 4A bis 4J Impulssignalformen über der Zeit, die bei der Erfindung auftreten,

Fig. 4K eine graphische Darstellung der beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel benutzten Eingangsspannung,

Fig. 4L die am Ausgang des Integrators des Analog- Digital-Umformers auftretende Spannung,

Fig. 4M, 4N und 4P Signalformen über der Zeit, die an ver­ schiedenen Verbindungspunkten der Analog- Digital-Umformer auftreten, und

Fig. 4Q die Ausgangsimpulse des Analog-Digital- Umformers.

Alle Signalformen sind in den Fig. 4A bis 4P gezeigt.

Fig. 1 zeigt eine Zeitgeberschaltung, die von Impulsen, wie Rechteckimpulsen 10, von einer herkömmlichen, hier nicht gezeigten Taktschaltung gespeist ist. Die Impulse 10 werden durch eine ganze Zahl N in einem Zähler 50 geteilt, um ein Signal, wie ein Rechtecksignal 11 zu erzeugen. Das Signal 11 wird erneut durch 2 in einem Zähler 52 geteilt, um ein Signal, wie ein Rechteck­ signal 13, am Ausgang des Zählers 52 zu erzeugen. Das Flip-Flop 54 schaltet bei der ansteigenden Flanke des Zeitgabesignals 10, um ein Signal, wie ein Recht­ ecksignal 14, zu erzeugen, das dem Signal 13 identisch, jedoch um einen Taktimpuls verzögert ist.

Das Flip-Flop 56 schaltet bei der ansteigenden Flanke des Zeitgabesignals 10, um ein Signal, wie ein Rechteck­ signal 15, zu erzeugen, das identisch dem Signal 14, je­ doch um einen Taktimpuls verzögert ist.

Das Flip-Flop 58 erhält das Signal 11 und schaltet bei der ansteigenden Flanke des Taktsignals 10, um ein Signal 12 an seinem Ausgang zu erzeugen, das dem Signal 11 identisch, jedoch um einen Taktimpuls verzögert ist.

Die invertierenden Verstärker 60, 62 invertieren jeweils die Signale 13 und 15. Das Ausgangssignal des Verstärkers 62 ist bei 16 gezeigt.

Die Ausgänge der Verstärker 60, 62 sind mit einem UND- Glied 64 verbunden, um ein Signal 18 zu erzeugen, wenn beide Signale 13 und 15 niedrigen Pegel haben.

Die Signale 13 und 15 werden an ein UND-Glied 68 ge­ geben, um ein Signal 17 zu erzeugen, wenn beide Signale 13 und 15 hohen Pegel haben.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, mit der geeignet zeitlich gesteuerte, präzis geladene Signale 19 erzeugt werden, um das Ausgangssignal des Integrators 70 a, 70 b, 70 c des erfindungsgemäßen Quantisierers zu vermindern.

Eine präzis beibehaltene Gleichspannung, die in einer hier nicht gezeigten präzisen Speisequelle erzeugt wird, wird an den Eingang eines invertierenden Verstärkers 72 über einen Widerstand 74 gegeben, wenn die Schalter­ schaltung 76 geschlossen ist. Die Schaltung 76 ist ein von einem Verstärker getriebener mechanischer Schalter, besteht jedoch vorzugsweise aus einer CMOS-FET-Schalter­ schaltung, die hier nicht gezeigt ist und zum Stand der Technik gehört. Ein Rückkopplungswiderstand 72 f vervoll­ ständigt die invertierende Verstärkerschaltung. Die gleiche Gleichspannung wird in einer invertierenden Verstärker­ schaltung invertiert, die einen Reihenwiderstand 78 s, einen Verstärker 78 a und einen Rückkopplungswiderstand 78 f aufweist. Diese invertierte Spannung wird über einen Widerstand 80 und eine Schalterschaltung 82, die vorzugs­ weise eine hier nicht gezeigte CMOS-FET-Schaltung ist, an den Eingang des invertierenden Verstärkers 72 gegeben. Die gleiche Gleichspannung wird über den Widerstand und einen Schaltermechanismus 86, der vorzugsweise eine hier nicht gezeigte CMOS-FET-Schaltung ist, an den Eingang eines Integrators 88 a, 88 c gegeben.

Das Ausgangssignal des integrierenden Verstärkers 88 a wird durch eine invertierende Verstärkerschaltung 90 s, 90 a, 90 f invertiert und dann über einen Widerstand 92 an einen Summierpunkt 94 gegeben.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 72 wird über ein RC- Filter 96, 98 an einen Integrator 99 a, 99 b, 99 c gegeben. Das Ausgangssignal des integrierenden Verstärkers 99 a wird über einen Widerstand 100 an einen Summierpunkt 102 gegeben.

Die Schalterschaltung 76 wird von dem Signal 17 gesteuert. Die Schalterschaltung 82 wird von dem Signal 18 gesteuert. Die Schalterschaltung 86 wird von dem Signal 14 gesteuert.

Die Zeitgabesignale 17 und 18 steuern die Schalterschaltungen 76 und 82, um abwechselnd positive und negative Signale zu bewirken, die von der Bezugsgleichspannung abgeleitet wer­ den, und teilweise invertiert an einen Summierpunkt 104 des invertierenden Verstärkers 72 gegeben werden, um Spannungen abwechselnder Polarität am Ausgang des Ver­ stärkers 72 zu erzeugen. Die Zeitgabe wird so gesteuert, daß die Spannung am Ausgang des Verstärkers 72 eine Spannung von null Volt zum Zeitpunkt des Schaltens der Schalterschaltung 106 (Fig. 3) hat. Die Schalterschaltung 106 ist vorzugsweise eine elektronische Schaltereinrichtung, wie ein hier nicht gezeigtes CMOS-FET-Chip. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 72 über die Schalterschaltung 106 und den Widerstand 108 an einen Summierpunkt 70 s des Integrators 70 a, 70 b, 70 c gegeben wird.

Zur Verwendung bei dem in Fig. 3 gezeigten Quantisierer müssen die positiven und negativen Stromschleifen der Signalform 19 eine präzise Ladungsmenge haben, und die Ladungsmenge im positiven Impuls muß die gleiche wie die Ladungsmenge in dem negativen Impuls sein.

Damit die Signalform 19 des negativen Schleifenstroms einen präzise bestimmten Ladungsinhalt hat, wird eine präzise Bezugsgleichspannung über den Widerstand 84 an einen Summierpunkt 110 gegeben. Das Ausgangssignal des Verstärkers 72 wird auch über den Widerstand 112 an den Summierpunkt 110 gegeben. Während der Zeitdauer, während der das Ausgangssignal des Verstärkers 72 positiv ist, ist die Schaltereinrichtung 86 geöffnet. Während der Zeitdauer, während der das Ausgangssignal des Ver­ stärkers 72 negativ ist, wird die Schaltereinrichtung 86 geschlossen um den Summierpunkt 110 mit dem Eingang des integrierenden Verstärkers 88 a zu verbinden. Während der gesamten Zeitdauer, während der die Schalterein­ richtung 86 geschlossen ist, wird die Bezugsgleich­ spannung an den Integrator gegeben, die in Fig. 4K bei 20 in gestrichelter Weise, jedoch in der Polarität um­ gekehrt, dargestellt ist. Der negative Impuls der Signal­ form 19 ist ebenfalls gezeigt. Jede Differenz im Bereich zwischen dem negativen Impuls der Signalform 19 und dem gezeigten Impuls 20 erzeugt eine Spannung an dem Ausgang des integrierenden Verstärkers 88 a, die in ihrer Polari­ tät wiederum durch die Bauelemente 90 s, 90 a, 90 f umge­ kehrt und über den Widerstand 92 abgegeben wird, um den Stromfluß an den Verbindungspunkten 94 und 104 zu modi­ fizieren, wenn die Schaltereinrichtung 76 geschlossen wird, wodurch der Ladungsinhalt des negativen Impulses von 19 so geregelt wird, daß er genau gleich dem Ladungs­ inhalt des Impulses 20 ist.

Um den Ladungsinhalt des positiven Impulses der Signal­ form 19 genau gleich dem des negativen Impulses zu machen, integriert der Integrator 99 a, 99 b, 99 c das Ausgangssignal des Verstärkers 72. Sollte der Ladungsinhalt eines der positiven oder negativen Impulse sich von dem des je­ weils anderen unterscheiden, wird ein Strom von dem Integrator über den Widerstand 100 und vom Verstärker 78 a über den Widerstand 80 und die Schaltereinrichtung 82 an den Summierpunkt 104 gegeben, wodurch die Amplitude eines Impulses modifiziert wird, um seine Ladung gleich der Ladung des Impulses der entgegengesetzten Polarität zu machen.

Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Quantisierer, der den Ausgangsstrom der Signalform 19 als einen quantisierenden Strom benutzt.

Der erfindungsgemäße Quantisierer ist in Fig. 3 gezeigt. Eine in Fig. 4L gezeigte Eingangsspannung 21 wird an den Eingang des Integrators 70 a, 70 b und 70 c gegeben. Das Signal 21 ist als ein konstantes Signal gezeigt, das regelmäßig ist, vorausgesetzt, daß die Abtastrate in Bezug auf die Änderungsrate der Eingangsspannung schnell ist. Die maximal zulässige Geschwindigkeit der Änderung des Eingangssignals tritt nach Maßgabe des Abtasttheorems auf, wenn die Abtastrate doppelt so hoch wie die höchste Frequenz des Eingangssignals ist.

Das Ausgangssignal des integrierenden Verstärkers 70 a wird an zwei invertierende Verstärker 120 a, 120 s, 120 f und 122 a, 122 s, 122 f gegeben. Eine positive Vorspannungs­ spannung 23 wird über den Widerstand 124 an den Summier­ punkt 126 gegeben, und eine gleiche, jedoch negative Vorspannungsspannung 24 wird über den Widerstand 128 an den Summierpunkt 130 gegeben. Das Ausgangssignal des Verstärkers 122 a wird in dem invertierenden Verstärker 140 invertiert.

Das Ausgangssignal vom Verstärker 120 a wird zusammen mit dem Signal 16 an den Eingang eines UND-Gliedes 142 ge­ gegeben, das ein Signal 26 nur dann erzeugt, wenn sowohl das Ausgangssignal des Verstärkers 120 a als auch das Signal 16 positiv sind. Ein Ausgangssignal 26 bewirkt die Umschaltung eines Flip-Flops 144 und erzeugt einen Ausgangsimpuls bei der nächsten ansteigenden Flanke des Rücksetzungsimpulses 12. Die Ausgangsimpulse 27 sind positiv und geben an, daß das Eingangssignal positiv ist. Die Ausgangsimpulse 27 werden über ein ODER-Glied 146 zur Steuerung der Schaltereinrichtung 106 abgegeben.

Wenn ein negatives Eingangssignal bei 21 zugeführt wird, wird das Signal bei 22 positiv, und das Ausgangssignal des Verstärkers 122 a wird negativ. Das negative Signal wird durch den invertierenden Verstärker 140 invertiert und an ein UND-Glied 148 angegeben. Ein invertierter Wert des Phasensperrsignals 16 wird ebenfalls an das UND-Glied 148 gegeben. Wenn beide Eingangssignale für das UND-Glied 148 positiv sind, wird ein Signal an ein Flip-Flop 150 abgegeben, das bei der entsprechenden Flanke des nächsten Taktimpulses umschaltet. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 150 ist ein positiver Impuls, der als ein Maß der Amplitude des Integrals des negativen Eingangssignals 21 gezählt wer­ den kann. Der Ausgang des Flip-Flops 150 ist mit dem ODER- Glied 146 verbunden, um die Schaltereinrichtung 106 immer­ dann zu schließen, wenn das Ausgangssignal des Flip-Flops 150 auftritt.

Immer, wenn ein Ausgangsimpuls entweder von dem Flip-Flop 144 oder dem Flip-Flop 150 erzeugt wird, wird die Schalter­ schaltung 106 geschlossen, und die zeitliche Steuerung der beschriebenen Schaltung ist derart, daß das V _RS -Glied 19 zu dem Zeitpunkt gleich Null ist, bei dem die Schalter­ einrichtung 106 schließt. Das heißt, das Schließen der Schaltereinrichtung 106 tritt etwa einen Taktimpuls vor einem positiven oder negativen Impuls der Signalform 19 auf. Der Impuls 19 wird dann in dem integrierenden Ver­ stärker 70 a integriert und er hat eine Polarität, um eine präzise bestimmte Ladungsmenge von dem Signal 22 zu sub­ trahieren. Fig. 4L zeigt eine konstante Eingangsspannung 21. Die Eingangsspannung ändert sich, verglichen mit der Abtastrate langsam, wodurch eine konstante Eingangsspannung für die hier angegebenen Erläuterungen angenommen werden kann. Das Integral der Eingangsspannung 21 erzeugt eine Rampenspannung 22 am Ausgang des integrierenden Ver­ stärkers 70 a. Die Spannung 22 erzeugt einen Ausgangs­ spannungsimpuls 27 oder einen Impuls an dem Ausgang des Flip-Flops 150 in Abhängigkeit von der Polarität der Spannung 22. Das Vorliegen einer der Ausgangsspannung 27 oder einer Spannung am Flip-Flop 150 bewirkt einen Steuer­ impuls über das ODER-Glied 146 zum Schließen der Schaltereinrichtung 106 unmittelbar, bevor ein Impuls der Spannung in der Signalform 19 auftritt, wodurch keine sich von der Steuerspannung unterscheidende weitere Spannung an der Schaltereinrichtung 106 zum Zeitpunkt ihres Umschaltens anliegt. Die Zeitgabe der Ausgangs­ impulse ist derart, daß nur der Impuls der Spannung 19, der eine geeignete Polarität zum Subtrahieren von der Spannung 22 hat, an den Eingang des integrierenden Ver­ stärkers 70 a gegeben wird. Wie in den Fig. 4J, 4K, 4L, 4M, 4N und 4P dargestellt ist, erzeugt die positive Spannung 21 eine ins negative gehende Rampenspannung 22, die solange ansteigt, bis ein negativer Impuls der Spannung 19 während eines Ausgangsimpulses 27 auftritt. Der negative Impuls 19, der an den integrierenden Ver­ stärker 70 a gegeben wird, vermindert die Amplitude der Spannung 22 und kann tatsächlich die Polarität der Spannung 22 umkehren. Er beseitigt eine bestimmte Ladungsmenge von dem Integrationskondensator 70 c. Der invertierende Ver­ stärker 120 a invertiert die Signalform 22 und versetzt diese um die Größe der Vorspannungsspannung 23. Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 120 a positiv wird, wird auch die Spannung 26 für die Dauer des Phasensperr­ impulses 16 positiv. Eine positive Spannung 26 ermög­ licht es dem Flip-Flop, bei der nächsten ansteigenden Flanke des Rücksetztaktsignals 12 umzuschalten. Das Flip-Flop wird dann bei der nächsten ansteigenden Flanke des Rücksetztaktimpulses 12 zurückgesetzt, wodurch der Ausgangsimpuls 27 erzeugt wird. Die Anzahl der Impulse 27, vermindert um die Anzahl der Impulse am Ausgang des Flip-Flops 150, ist proportional dem und ein Maß für das Integral der Eingangsspannung 21. Die Impulsrate ist proportional der Amplitude der Spannung 21.

Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in erster Linie ein Quantisierer, der analoge Spannungen in digitale Spannungen umformt, wobei ein solcher Quantisierer das einheitliche Merkmal hat, daß keine Spannung über den Schalterkontakten der Schaltereinrichtung 106 zu dem Zeitpunkt auftritt, wenn die Schaltereinrichtung schließt oder öffnet.

Außerdem benutzt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einheitlichen Impulsgenerator, bei dem die positiven und negativen Impulse eine präzise Größe des Ladungsinhaltes haben, und der Ladungsinhalt zwischen den Impulsen ausge­ glichen wird. Dieses wird durch die Servoschleife mit dem Integrator 88 a, 88 c, 84, 112 und durch die Servorschleife mit dem Integrator 99 a, 99 b, 99 c bewirkt.

Selbstverständlich kann, obwohl der Ladungsinhalt des negativen Impulses der Spannung 19 von der Amplitude der Bezugsspannung abhängt, der Ladungsinhalt durch Änderung der relativen Werte der Widerstände 84, 112 und der Kapa­ zität des Kondensators 88 c geeicht werden.

Außerdem können gemäß der üblichen Arbeitsweise von Integratoren die Zeitkonstanten der Integratoren durch Änderung der Bauelementwerte geändert werden.

Selbstverständlich können die verschiedenen Schalter­ einrichtungen, obwohl sie vorzugsweise CMOS-FET's sind, durch irgendeinen anderen elektrischen oder mechanischen Schaltmechanismus realisiert sein, der schnell genug für die besondere Geschwindigkeit der zugeführten Spannungsänderungen arbeitet. Das Abtast­ theorem erfordert, daß die Abtastrate mindestens zwei­ mal so groß wie die Frequenz der höchsten Frequenz­ komponente ist, die bei der zugeführten Spannung be­ rücksichtigt werden soll.

Obwohl die Erfindung vorstehend im einzelnen erläutert wurde, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen des durch die Patentansprüche umrissenen allgemeinen Erfindungsgedankens in beliebiger Weise ab­ geändert werden.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Impulsen mit einem bestimmten Energieinhalt mit

• a) einem Summierverstärker (72, 72 f, 74, 80, 92) mit meh­ reren Eingangsanschlüssen (74 t, 80 t, 92 t) sowie Teilerwi­ derständen (74, 80, 92), einem Operationsverstärker (72) und einem Rückkopplungswiderstand (72 f), welcher alge­ braisch zu summierende Signale erhält,
• b) einer Einrichtung (76, 82) zum Zuführen von Signalen von den Eingangsanschlüssen (74 t, 80 t, 92 t) an den Opera­ tionsverstärker (72) des Summierverstärkers (72 . . . 92), um Ausgangsimpulse zu erzeugen,
• c) einer ersten Integrationseinrichtung (88 a, 88 c, 84, 112) mit ersten und zweiten Eingangsanschlüssen (84 t, 112 t) sowie Teilerwiderständen (84, 112), einem Opera­ tionsverstärker (88 a) und einem Rückkopplungskondensator (88 c), wobei der erste Eingangsanschluß (112 t) die Aus­ gangsimpulse von dem Summierverstärker (72 . . . 92) erhält, und
• d) einer mit dem zweiten Eingangsanschluß (84 t) der Inte­ grationseinrichtung (88 . . . 112) und mit einem ersten (74 t) der Eingangsanschlüsse des Summierverstärkers (72 . . . 92) verbundenen Quelle einer Präzisionsspannung (DC, REF),
• e) wobei der Ausgang der Integrationseinrichtung (88 a . . . 112) über einen ersten Polaritätsinverter (90 a, 90 f) mit einem zweiten (92 t) der Eingangsanschlüsse des Summierverstärkers verbunden ist, der eine bestimmte periodische Folge von positiven und negativen Impulsen erzeugt, und eine erste Zerhackereinrichtung (86) zum Zerhacken des dem Operationsverstärker (88 a) der Integra­ tionseinrichtung (88 a . . . 112) zugeführten Stromes vorgese­ hen ist, um diese zeitlich so zu steuern, daß sie nur dann integriert, wenn die Ausgangsimpulse des ersten Sum­ mierverstärkers (72 . . . 92) und die Präzisionsspannung zu­ einander entgegengesetzte Polarität haben, wodurch nur die Ausgangsimpulse in ihrem Energieinhalt gesteuert wer­ den, die eine der Polarität der Präzisionsspannung entge­ gengesetzte Polarität haben.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signalzuführungseinrichtung (76, 82) eine zweite Zerhackeinrichtung (76) zum Zerhacken des vom ersten und zweiten Eingangsanschluß (74 t, 92 t) dem Eingang des Operationsverstärkers (72) des Summierver­ stärkers (72 . . . 92) zugeführten Stroms aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang (19) des Summierverstärkers (72 . . . 92) mit einem dritten (80 t) der Eingangsanschlüsse des Summierverstärkers verbunden ist, daß die Signalzuführungseinrichtung (76, 82) eine dritte Zerhac­ kereinrichtung (82) zum Zerhacken des von dem dritten Eingangsanschluß (80 t) zum Eingang des Operationsverstär­ kers (72) des Summierverstärkers (72 . . . 92) zugeführten Stroms aufweist, daß die Quelle der Präzisionsspannung mit einem ersten Eingangsanschluß (78 t) eines zweiten Po­ laritätsinverters (78 a, 78 f) verbunden ist, daß eine zweite Integrationseinrichtung (99 a, 99 c, 99 b, 99 t) einen Eingangsanschluß (99 t) und einen Teilerwiderstand (99 b), einen Operationsverstärker (99 a) und einen Rückkopplungs­ kondensator (99 c) aufweist und mit ihrem Eingangsanschluß (99 t) mit dem Ausgang (19) des Summierverstärkers (72 . . . 92) verbunden ist, um ein Signal zu erzeugen, das ein Maß für die Differenz zwischen dem Energieinhalt der positiven und negativen Impulse in dem Ausgangssignal des Summierverstärkers ist, wobei das Ausgangssignal der zweiten Integrationseinrichtung (99 a . . . 99 t) an einen zweiten Eingangsanschluß (100 t) des zweiten Polaritätsin­ verters (78 a, 78 f) geführt ist, und daß die zweiten und dritten Zerhackereinrichtungen (76, 82) derart zeitlich gesteuert sind, daß jeweils nur eine der zweiten und dritten Zerhackereinrichtungen geschlossen ist, wodurch der Energieinhalt der positiven und negativen Ausgangsim­ pulse so gesteuert ist, daß sie jeweils gleichen Energie­ inhalt haben.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schließen der zweiten und dritten Zer­ hackereinrichtungen (76, 82) zeitlich so gesteuert ist, daß die Dauer der Ausgangsimpulse im wesentlichen iden­ tisch ist, sie sich in ihrer Polarität abwechseln, und zwischen Impulsen abwechselnder Polarität im wesentlichen gleich lange Impulspausen mit einem Pegel von Null vorge­ sehen sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch
einen Analog-Impulsraten-Umformer, der eine dritte Inte­ grationseinrichtung (70 a, 70 b, 70 c) mit ersten und zwei­ ten Eingangsanschlüssen (21, 19), Teilerwiderständen (70 b, 108), einem Operationsverstärker (70 a) und einem Rückkopplungskondensator (70 c), hat, die derart ange­ schlossen ist, daß sie ein analoges Eingangssignal an dem ersten Eingangsanschluß (21) und das Ausgangssignal von dem Summierverstärker (72 . . . 92) an dem zweiten Eingangs­ anschluß (19) erhält, wobei der Ausgang der dritten Inte­ grationseinrichtung (70 a, 70 b, 70 c) parallel mit zwei Ausgangskanälen (120 s, 122 s) verbunden ist, die als posi­ tive und negative Ausgangsimpulskanäle jeweils bezeichnet und derart aufgebaut sind, daß sie die positiven und ne­ gativen Amplituden des Ausgangssignals der dritten Inte­ grationseinrichtung (70 a . . . 70 c) erfassen, um zwei Folgen von Impulsen in Abhängigkeit von der Polarität und Ampli­ tude des Eingangssignals zu erzeugen, wobei die Ausgangs­ impulse mit den Impulsen des Ausgangssignals des Summier­ verstärkers (72 . . . 92) synchronisiert sind, jedoch während der Zeitdauern eines Pegels von Null vom Summierverstär­ ker ansteigen und abfallen, und die Impulse der Ausgangs­ kanäle einander entgegengesetzte Phasenlage haben, und
eine vierte Zerhackereinrichtung (106), die zwischen den Ausgang des Summierverstärkers (72 . . . 92) und den Summier­ punkt (70 s) der dritten Integrationseinrichtung (70 a, 70 b, 70 c) geschaltet ist, wobei die Ausgangsimpulse der beiden Ausgangskanäle (120 s, 122 s) die vierte Zerhacker­ einrichtung (106) immer dann schließen, wenn ein Aus­ gangsimpuls in einem der Ausgangskanäle (120 s, 122 s) auf­ tritt, und das zeitliche Auftreten der Ausgangsimpulse derart ist, daß immer dann, wenn ein Ausgangsimpuls an dem positiven Ausgangskanal (27) erscheint, ein negativer Impuls mit präzisem Energieinhalt nach einer Zeitverzöge­ rung an dem Ausgang des Summierverstärkers (72 . . . 92) auf­ tritt, und, immer dann, wenn ein Impuls an dem negativen Ausgangskanal (27 A) erscheint, ein positiver Impuls mit präzisem Energieinhalt nach einer Zeitverzögerung an dem Ausgang des Summierverstärkers (72 . . . 92) erscheint, wo­ durch Impulse mit präzisem Energieinhalt am Ausgang des Summierverstärkers von dem Effektivwert der Signale an dem ersten Eingangsanschluß (21) subtrahiert werden.