DE3735029C1

DE3735029C1 - Method and circuit arrangement for signal integration

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Publication number: DE3735029C1
Application number: DE19873735029
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr-Ing Glasmachers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-16
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1989-02-16

Abstract

Method and circuit arrangement for the integration of signals of long duration in which at least one reverse integration pulse (Uri) is subtracted at the input of the integrator (10) during the times in which the integrator output signal exceeds a predetermined threshold value (Uref). <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schal tungsanordnung zur Signalintegration, insbesondere zur Langzeit- Signalintegration, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.The present invention relates to a method and a scarf arrangement for signal integration, especially for long-term Signal integration, according to the preamble of claim 1 or the preamble of claim 5.

Bei der zeitlichen Integration von einem Integrator zugeführten Eingangssignalen bzw. Eingangsgrößen können in einem großen Zeitintervall entsprechend große Werte des Ausgangssignals bzw. der Ausgangsgröße des Integrators, d. h., des Integrals auftre ten. Dies kann zu Übersteuerungen des Integrators führen, so daß das Integratorausgangssignal nicht mehr länger ein Maß für den tatsächlichen Integralwert ist.In the case of temporal integration supplied by an integrator Input signals or input quantities can be in a large Time interval correspondingly large values of the output signal or the output of the integrator, d. that is, of the integral This can lead to overloads of the integrator, so that the integrator output signal is no longer a measure of is the actual integral value.

Dieser Sachverhalt sei für eine der häufigsten Ausführungsfor men von Integratoren unter Verwendung von Operationsverstärkern näher erläutert. Bei einer Grundausführungsform eines derarti gen Integrators ist ein das zu integrierende Signal aufnehmender Eingang über einen Widerstand an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers gekoppelt, dessen nichtinvertieren der Eingang an Bezugspotential (Masse) liegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist über einen Integrationskondensator auf den invertierenden Eingang rückgeführt. Eine solche Ausfüh rungsform ist beispielsweise aus "Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze, Ch. Schenk, siebte überarbeitete Auflage 1985, Seiten 305 bis 311 bekannt.This state of affairs is one of the most common types of execution integrators using operational amplifiers explained in more detail. In a basic embodiment of such a gene integrators is a receiving the signal to be integrated Input through a resistor to the inverting input coupled to an operational amplifier whose non-invert the input is at reference potential (ground). The exit of the Operational amplifier is via an integration capacitor fed back to the inverting input. Such an execution form is for example from "semiconductor circuit technology" by U. Tietze, Ch. Schenk, seventh revised edition 1985, Pages 305 to 311 known.

Bei einem derartigen Integrator ist die Ausgangsspannung am Ausgang des Operationsverstärkers durch das Zeitintegral der Eingangsspannung an dem über den Widerstand auf den invertieren den Eingang des Operationsverstärkers gekoppelten Eingang gege ben, wobei der Kehrwert des Produktes aus Widerstand und Rück führungskondensator (Zeitkonstante) als Proportionalitätsfaktor auftritt. Aus dieser Beziehung wird deutlich, daß es bei Integra toren der in Rede stehenden Art mehrere Fehler gibt. Neben den "residuellen" Werten für Signalspannung und Signalstrom, die sich aus Offsetspannung und Eingangsstrom des Operationsver stärkers (welche in der Praxis nicht zu verhindern sind) erge ben, ist es für Langzeitbetrachtungen vor allen Dingen die Tat sache, daß die Ausgangsspannung eines Integrators auch bei konstanter Eingangsspannung konstant weiterwächst, weil eben immer weiter integriert wird. Ungeachtet der Art der Ausbildung des Operationsverstärkers - oder seiner Technologie etwa bei Ausführung in integrierter Schaltungstechnik - ist die Folge ein baldiges Erreichen seiner Aussteuergrenze. Unterschiede in der Aussteuergrenze in Abhängigkeit von der speziellen Ausgestaltung des Operationsverstärkers und damit des Integrators ändern le diglich den Zeitpunkt des Erreichens der Aussteuergrenze, nicht aber den Sachverhalt an sich. Die Offsetspannung und der Ein gangsstrom des Operationsverstärkers schränken die Aussteuer barkeit bzw. die maximal mögliche Integrationszeit noch weiter ein. Langzeit-Integratoren sind daher entsprechend schwierig zu realisieren und zu betreiben.With such an integrator, the output voltage is at Output of the operational amplifier through the time integral of the Input voltage at the via the resistor on the invert against the input of the operational amplifier coupled input ben, the reciprocal of the product of resistance and return guide capacitor (time constant) as a proportionality factor occurs. From this relationship it is clear that Integra gates of the type in question there are several errors. In addition to the "Residual" values for signal voltage and signal current that resulting from offset voltage and input current of the op strengths (which cannot be prevented in practice) ben, it is the fact for long-term considerations above all thing that the output voltage of an integrator constant input voltage continues to grow because just is always integrated. Regardless of the type of training of the operational amplifier - or its technology, for example Execution in integrated circuit technology - is the result soon reaching its dowry limit. Differences in Duty limit depending on the specific design of the operational amplifier and thus the integrator change le only the time of reaching the tax limit, not but the facts themselves. The offset voltage and the on output current of the operational amplifier limit the modulation availability or the maximum possible integration time even further a. Long-term integrators are therefore correspondingly difficult to realize and operate.

Maßnahmen zur Korrektur der durch Offsetspannung und Eingangs strom von Operationsverstärkern bedingten Integrationsfehler sind aus dem oben bereits genannten Buch "Halbleiter-Schal tungstechnik" an der angegebenen Stelle bereits bekanntgewor den. Da eine derartige Korrektur zur Beseitigung von bei einer Langzeitintegration auftretenden Fehlern der obengenannten Art nicht beitragen kann, sind solche Schaltungsmaßnahmen für die Beseitigung dieser Fehler nicht geeignet.Measures to correct the offset voltage and input current of operational amplifiers due to integration errors are from the book "Semiconductor Scarf tung technique "at the specified point the. Since such a correction to remove from a Long-term integration errors of the type mentioned above such circuit measures cannot contribute to that Eliminating these errors is unsuitable.

Bekannte Maßnahmen zur Vermeidung der Übersteuerung des Integra tors bestehen darin, den Integrator zu vorgegebenen Zeitpunkten oder bei Erreichen einer vorgegebenen Integrator-Ausgangsspannung zurückzusetzen. Während des Rücksetzvorgangs, der z. B. durch Kurzschließen des Integrationskondensators erfolgen kann, kann jedoch das Eingangssignal nicht aufintegriert werden, so daß hierdurch ein prinzipbedingter Meßfehler entsteht, der - bedingt durch die endliche Dauer des Rücksetzvorgangs - vor allem bei schnell veränderlichen Eingangssignalen die Meßgenauigkeit erheb lich einschränkt.Known measures to avoid oversteering of the Integra tors consist of the integrator at predetermined times or when a predetermined integrator output voltage is reached reset. During the reset process, e.g. B. by Short-circuiting of the integration capacitor can take place however, the input signal cannot be integrated, so that this results in a measurement error that is due to the principle and which - causes through the finite duration of the reset process - especially at rapidly changing input signals increase the measuring accuracy limited.

Es ist bereits in Betracht gezogen worden, bei einer Langzeitintegration eine zeitkontinuierliche Rückkopplung vom Ausgang eines Operationsverstärkers auf dessen invertieren den Eingang vorzunehmen, wodurch eine kontinuierliche Rück setzung der Spannung am Integrationskondensator erfolgt. Dies führt jedoch zu einer permanenten Verfälschung der Integrations funktion, so daß eine derartige Maßnahme im allgemeinen nicht durchführbar ist.It has already been considered at one Long-term integration a continuous time feedback invert from the output of an operational amplifier to its output to make the entrance, creating a continuous return The voltage at the integration capacitor is set. This however, leads to a permanent falsification of the integration function, so that such a measure is generally not is feasible.

Weiterhin ist es aus einer Dissertation an der Abteilung für Elektrotechnik der Ruhr-Universität Bochum mit dem Titel "Messung von Parametern kurzer pulsförmiger Signale" von Werner Haas, Bochum 1984, insbesondere Abschnitt 6., Seiten 83 bis 94 bereits bekanntgeworden, zur Eliminierung der bei einer Langzeitintegration auftretenden Fehler eine zeitdiskrete Rück führung vom Integratorausgang auf den Integratoreingang durch zuführen. Dabei wird das Integrator-Ausgangssignal durch eine Abtast- und Halteschaltung in zeitdiskrete Abtastwerte überführt, welche über eine Koppelstufe auf einen Summationspunkt am Ein gang des Integrators rückgeführt und dort vom zu integrierenden Eingangssignal subtrahiert werden. Unter Berücksichtigung der Größe der Signalrückführung und der Haltezeiten bei der Abta stung des Integrator-Ausgangssignals kann im Prinzip zu jedem Zeitpunkt der tatsächliche Integralwert angegeben werden.Furthermore, it is from a dissertation at the Department of Electrical engineering from the Ruhr University Bochum with the title "Measurement of parameters of short pulse signals" by Werner Haas, Bochum 1984, in particular section 6, pages 83 to 94 have already become known, for the elimination of a Long-term integration errors occur a time-discrete return implementation from the integrator output to the integrator input respectively. The integrator output signal is a Sample and hold circuit converted into discrete-time samples, which via a coupling stage to a summation point at the on path of the integrator and there from the to be integrated Input signal can be subtracted. Under consideration of Size of the signal feedback and the dwell time The integrator output signal can in principle be used for any When the actual integral value is given.

Dabei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der Ab tast-Halteschaltung, insbesondere hinsichtlich von deren Tot zeiten (Aufladezeiten in der Abtastphase). Die Abtast- und Halteschaltung hat also einen direkten Einfluß auf die Rück führung bzw. Rückintegration. Die Genauigkeit der Integration wird dadurch insbesondere bei höheren Frequenzen, bei denen die Totzeit nicht vernachlässigbar ist, verschlechtert. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist daher eine Frequenzbegrenzung bzw. eine Grenzfrequenz der Integrationsfunktion zu bemerken. Weiterhin spielt auch die Schleifenlaufzeit in der Rückführung eine Rolle, die wesentlich von den Eigenschaften der einzelnen Stufen in der Rückführung und damit auch von Umgebungsgrößen wie beispiels weise der Temperatur und von der Betriebsspannung abhängt.However, there are difficulties with the Ab Tast-hold circuit, especially with regard to their dead times (charging times in the sampling phase). The sampling and Hold circuit has a direct influence on the return leadership or reintegration. The accuracy of the integration This is particularly true at higher frequencies at which the Dead time is not negligible, worsened. With others Expressed in words, is therefore a frequency limitation or Noticing the cutoff frequency of the integration function. Farther the loop runtime also plays a role in the feedback, which differ significantly from the properties of each stage in the Feedback and thus also of environmental parameters such as depends on the temperature and the operating voltage.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mög lichkeit für eine totzeitfreie Langzeitintegration anzugeben.The present invention has for its object a possibility ability to provide long-term integration without dead time.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst.This task is carried out in a method of the type mentioned at the beginning Art according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1 solved.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 5 gekennzeichnet. In a development of the invention, a circuit arrangement for Carrying out such a process by the features of the characterizing part of claim 5.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sowohl hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind Gegenstand entsprechender Unteransprü che.Refinements of the inventive concept both with regard to inventive method and the inventive Circuit arrangements are the subject of corresponding subclaims che.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the figures of the Drawing illustrated embodiments explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer grundsätzlichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; Fig. 1 is a block diagram of a basic embodiment of a circuit arrangement according to the invention;

Fig. 2 ein Teilblockschaltbild einer Ausführungsform eines takt gesteuerten Impulsgenerators für eine Gesamtschaltungsan ordnung nach Fig. 1; Fig. 2 is a partial block diagram of an embodiment of a clock-controlled pulse generator for an overall circuit arrangement according to Fig. 1;

Fig. 3A bis 3D jeweils ein Signal-Zeit-Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung; und Figs. 3A to 3D each a signal-time-diagram of processing arrangement for explaining the operation of the formwork according to the invention; and

Fig. 4 ein Teilblockschaltbild eines Schaltungsteils für eine Schaltungsanordnung zur Integration von bipolaren Signalen. Fig. 4 is a partial block diagram of a circuit part for a circuit arrangement for integrating bipolar signals.

Bei der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung nach Fig. 1 ist ein Integrator 10 vorgesehen, dem von einem Eingang 11 ein zu integrierendes Signal U _e über einen Summations punkt 12 zugeführt wird. Die spezielle Ausgestaltung des Inte grators 10 ist für die Erfindung nicht primär von Bedeutung, so daß im Prinzip hier jede mögliche an sich bekannte Ausführungs form eines Integrators verwendbar ist. Dieser Integrator 10 lie fert an seinem Ausgang ein Ausgangssignal U _ai, das ein Maß für das Zeitintegral des Eingangssignals U _e ist.In the embodiment of a circuit arrangement according to the invention according to FIG. 1, an integrator 10 is provided, to which a signal U _e to be integrated is fed from an input 11 via a summation point 12 . The special design of the integrator 10 is not of primary importance for the invention, so that in principle any possible known embodiment of an integrator can be used here. This integrator 10 delivers an output signal U _ai at its output, which is a measure of the time integral of the input signal U _e .

Zur Vermeidung von Fehlern bei einer Langzeitintegration der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß ein Schaltungsteil vorgesehen, der durch einen Schwellwertschalter 13 und einen Impulsgenerator 14 gebildet ist. Der Schwellwertschalter 13 vergleicht das Integrator-Ausgangssignal U _ai mit einem Schwell wert U _ref und liefert immer dann ein bestimmtes Ausgangssignal, wenn das Integrator-Ausgangssignal U _ai den Schwellwert U _ref übersteigt. Das Ausgangssignal des Schwellwertschalters 13 schaltet den Impulsgenerator 14 wirksam, so daß dieser an seinem Ausgang mindestens einen Rückintegrationsimpuls U _ri liefert. Dieser Rückintegrationsimpuls wird dem Summationspunkt 12 derart zugeführt, daß er dem zu integrierenden Eingangssignal U _e ent gegengerichtet ist. Die Wirkungsweise des vorstehend beschrie benen Schaltungsteils wird im folgenden anhand einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 2 und anhand der Signaldiagramme nach den Fig. 3A bis 3D noch näher erläutert. Es sei dabei darauf hingewiesen, daß die vorstehend genannten Signalgrößen Spannun gen oder Ströme sein können.To avoid errors in long-term integration of the type mentioned in the introduction, a circuit part is provided according to the invention, which is formed by a threshold switch 13 and a pulse generator 14 . The threshold switch 13 compares the integrator output signal U _ai with a threshold value U _ref and always delivers a specific output signal when the integrator output signal U _ai exceeds the threshold value U _ref . The output signal of the threshold switch 13 activates the pulse generator 14 so that it delivers at least one back-integration pulse U _ri at its output. This reintegration pulse is fed to the summation point 12 in such a way that it is opposite to the input signal U _e to be integrated. The mode of operation of the circuit part described above is explained in more detail below using a further embodiment according to FIG. 2 and using the signal diagrams according to FIGS. 3A to 3D. It should be noted that the signal quantities mentioned above can be voltages or currents.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird das Integrator-Aus gangssignal U _ai weiterhin einer Abtast- und Halteschaltung 15 zugeführt, die das analoge zeitkontinuierliche Integrator-Aus gangssignal in zeitdiskrete Abtastwerte überführt. Diese zeit diskreten Abtastwerte werden durch einen Analog-Digital-Um setzer 16 in ein Digitalsignal überführt, das einem Rechner 17 zugeführt wird. Der Rechner 17 erhält weiterhin vom Impulsgene rator eine Information über die Anzahl der bis zu einem be stimmten Zeitpunkt aufgetretenen Rückintegrationsimpulse U _ri. Wesentlich ist also, daß die dem Rechner 17 zugeführte Informa tion die Anzahl der bis zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgetre tenen Rückintegrationsimpulse U _ri richtig angibt.In the circuit arrangement according to FIG. 1, the integrator output signal U _{ai is} also fed to a sample and hold circuit 15 , which converts the analog time-continuous integrator output signal into discrete-time samples. These discrete-time samples are converted by an analog-to-digital converter 16 into a digital signal that is fed to a computer 17 . The computer 17 also receives from the pulse generator information about the number of re-integration pulses U _ri that occurred up to a certain point in time. It is therefore essential that the information supplied to the computer 17 correctly indicates the number of re-integration pulses U _ri that occurred up to a certain point in time.

Im Rechner 17 kann damit in einfacher Weise der tatsächliche Integralwert berechnet werden, da in der Berechnung lediglich zu berücksichtigen ist, wieviel Rückintegrationsimpulse U _ri in ei nem Integrationszeitraum vom Integrator-Ausgangssignal U _ai sub trahiert wurden.The actual integral value can thus be calculated in the computer 17 in a simple manner, since all that needs to be taken into account in the calculation is how many reintegration pulses U _{ri were} subtracted from the integrator output signal U _{ai in an} integration period.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ist unmittelbar ersichtlich, daß es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Form der Rückintegrationsimpulse nicht ankommt. Die Rückinte grationsimpulse müssen lediglich eine vorgegebene konstante Impulsfläche besitzen, um im Rechner 17 auf den tatsächlichen Integralwert schließen zu können. Da es also auf die Rückinte grationsimpuls-Form nicht ankommt, gestaltet sich die Erzeugung dieser Impulse besonders einfach.It is immediately apparent from the above explanations that the shape of the reintegration pulses is not important in the method according to the invention. The back integration pulses only need to have a predetermined constant pulse area in order to be able to infer the actual integral value in the computer 17 . Since it is not important for the back integration pulse form, the generation of these pulses is particularly simple.

Da es nur auf eine vorgegebene konstante Fläche der Rückinte grationsimpulse U _ri ankommt, ergibt sich der weitere Vorteil, daß diese Fläche frei so gewählt werden kann, daß eine Anpas sung an jede mögliche Ausführungsform der Komponenten der Ge samtschaltungsanordnung möglich und die rechnerische Korrektur zur Ermittlung des tatsächlichen Integralwertes einfach durch führbar ist.Since it only depends on a predetermined constant area of the back integration gration pulses U _ri , there is the further advantage that this area can be freely chosen so that an adaptation to any possible embodiment of the components of the entire circuit arrangement is possible and the computational correction for the determination the actual integral value is easy to carry out.

Das Ergebnis der Integralwert-Korrektur im Rechner 17, d. h. also, der tatsächliche Integralwert, kann beispielsweise in einem Anzeigegerät 18 angezeigt werden.The result of the integral value correction in the computer 17 , that is to say, the actual integral value, can be displayed in a display device 18 , for example.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer taktgesteuerten, d. h., einer periodischen Erzeugung der Rückintegrationsimpulse U _ri. Dabei wird von einem Taktgenerator 20 ein Takt geliefert, der im Diagramm nach Fig. 3A als Funktion der Zeit t aufgetragen ist. Dieser Takt und das Signal vom Schwellwertschalter 13 nach Fig. 1 werden in jeweils einen Eingang eines Und-Gatter 21 ein gespeist, das also immer dann Impulse liefert, wenn sowohl Takt als auch das bestimmte Ausgangssignal vom Schwellwertschal ter 13 vorhanden sind. Das Und-Gatter 21 kann also immer nur Impulse liefern, wenn das Integrator-Ausgangssignal U _ai den Schwellwert U _ref übersteigt, wie dies anhand der Schaltungsan ordnung nach Fig. 1 erläutert wurde. FIG. 2 shows a possible embodiment of a clock-controlled, ie periodic generation of the re-integration pulses U _ri . A clock generator 20 supplies a clock which is plotted in the diagram according to FIG. 3A as a function of time t . This clock and the signal from the threshold switch 13 according to FIG. 1 are fed into an input of an AND gate 21 , which therefore always delivers pulses when both the clock and the specific output signal from the threshold switch 13 are present. The AND gate 21 can therefore only ever supply pulses if the integrator output signal U _ai exceeds the threshold value U _ref , as has been explained with reference to the circuit arrangement according to FIG. 1.

Die Impulse aus dem Und-Gatter 21 können einem Impulsformer 22 zugeführt werden, der aus den Gatterimpulsen die Rückintegra tionsimpulse U _ri mit vorgegebener konstanter Impulsfläche er zeugt. Wie in Fig. 2 eingetragen, kann der Schaltungsteil nach dieser Figur im übrigen entsprechend in die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 eingefügt werden, wobei die Schaltungskomponenten 21 und 22 nach Fig. 2 dem Impulsgenerator 14 nach Fig. 1 entsprechen.The pulses from the AND gate 21 can be supplied to a pulse shaper 22 , which generates the re-integration pulses U _ri with a predetermined constant pulse area from the gate pulses. As entered in FIG. 2, the circuit part according to this figure can be inserted accordingly in the circuit arrangement according to FIG. 1, the circuit components 21 and 22 according to FIG. 2 corresponding to the pulse generator 14 according to FIG. 1.

Im Signaldiagramm nach Fig. 3B ist eine mögliche Form des zu in tegrierenden Eingangssignals U _e als Funktion der Zeit t aufge tragen. Dabei ergibt sich am Ausgang des Integrators 10 das das Zeitintegral des Eingangssignals U _e darstellende Integrator-Aus gangssignal U _ai gemäß der ausgezogen dargestellten Kurve nach Fig. 3C. In diesem Diagramm ist der Schwellwert U _ref punktiert eingetragen.In the signal diagram of FIG. 3B is a possible form of the wear to be in tegrierenden input signal U _e as a function of time t. This results in the integrator output signal U _ai representing the time integral of the input signal U _e at the output of the integrator 10 in accordance with the curve shown in solid lines in FIG. 3C. The threshold value U _{ref is shown in a} dotted line in this diagram.

Wie anhand von Fig. 2 erläutert wurde, wird jedesmal dann ein Rückintegrationsimpuls U _ri erzeugt, wenn das Integrator-Aus gangssignal U _ai den Schwellwert U _ref übersteigt und ein Takt impuls gemäß dem Signaldiagramm nach Fig. 3A auftritt. Für die nach den Signaldiagrammen gemäß den Fig. 3A bis 3C darge stellten Verhältnisse sind die auftretenden Rückintegrations impulse U _ri im Signaldiagramm nach Fig. 3D aufgetragen.As explained with reference to FIG. 2, a re-integration pulse U _{ri is} generated whenever the integrator output signal U _ai exceeds the threshold value U _ref and a clock pulse occurs according to the signal diagram in FIG. 3A. For the conditions shown according to the signal diagrams according to FIGS . 3A to 3C, the re-integration pulses U _ri occurring are plotted in the signal diagram according to FIG. 3D.

Die dem Rechner 17 vom Impulsgenerator zugeführten Impulse der oben erläuterten Art zur Ermittlung des tatsächlichen Integral wertes sind in Fig. 3 nicht eigens dargestellt, da es sich im einfachsten Falle um die Rückintegrationsimpulse U _ri selbst handelt. Es ist aber darauf hinzuweisen, daß es nicht unbe dingt erforderlich ist, daß die dem Rechner 17 nach Fig. 1 zuge führten Impulse, die zur Berechnung des tatsächlichen Integral wertes herangezogen werden, zeitlich mit den Rückintegrations impulsen U _ri zusammenfallen müssen, da es lediglich auf ihre Anzahl ankommt und sie nur angeben müssen, wieviel Rückintegra tionsimpulse U _ri bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, d. h., in einem vorgegebenen Integrationszeitraum dem Integrator-Eingang zugeführt wurden.The pulses of the type explained above to the computer 17 from the pulse generator for determining the actual integral value are not specifically shown in FIG. 3, since in the simplest case it is the re-integration pulses U _ri itself. It should be pointed out, however, that it is not absolutely necessary that the pulses supplied to the computer 17 according to FIG. 1, which are used to calculate the actual integral value, must coincide with the re-integration pulses U _ri , since it is only depends on their number and they only have to indicate how many back-integration pulses U _{ri have} been supplied to the integrator input up to a predetermined point in time, ie in a predetermined integration period.

Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß es im Grundsatz für das erfindungsgemäße Verfahren nicht zwingend notwendig ist, die Rückintegrationsimpulse U _ri taktgesteuert und damit perio disch zu erzeugen. Es ist im Prinzip auch möglich, den Impuls generator 14 nach Fig. 1 als freilaufenden Impulsgenerator aus zubilden, der lediglich durch den Schwellwertschalter 13 wirk sam geschaltet wird und dabei solange Impulse erzeugt, bis das Integrator-Ausgangssignal U _ai wieder unter den Schwellwert U _ref gefallen ist.It should also be pointed out that, in principle, it is not absolutely necessary for the method according to the invention to generate the re-integration pulses U _ri clock-controlled and thus periodically. In principle, it is also possible to form the pulse generator 14 according to FIG. 1 as a free-running pulse generator, which is only switched by the threshold switch 13 and generates pulses until the integrator output signal U _{ai is} again below the threshold value U _ref fell.

Eine taktgesteuerte und damit periodische Impulserzeugung ist jedoch im Rahmen der Erfindung insofern besonders vorteilhaft, als dadurch weitere Freiheitsgrade bei der Dimensionierung der Gesamtschaltungsanordnung gegeben sind.A clock-controlled and therefore periodic pulse generation is however particularly advantageous in the context of the invention, than thereby further degrees of freedom in the dimensioning of the Overall circuit arrangement are given.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß das erfin dungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Schaltungsanord nung eine totzeitfreie und prinzipiell fehlerfreie Langzeit- Signalintegration ermöglichen. Dabei geht die Größe des Schwell wertes U _ref nicht in das Integrationsergebnis ein. Da in der Praxis vom Schwellwert bis zur Aussteuergrenze des Integrators immer ein hinreichend großer Abstand gewählt wird, kommt es le diglich darauf an, daß vor Erreichen der Aussteuergrenze Rück integrationsimpulse geliefert werden, so daß die Aussteuergren ze mit Sicherheit nicht erreicht wird. Die Höhe des Schwellwer tes ist daher relativ unkritisch. Es kann daher als Schwellwert schalter 13 eine extrem schnelle Schaltung mit vergleichsweise geringer Genauigkeit des Schwellwertes U _ref verwendet werden.From the foregoing, it follows that the inventive method and the circuit arrangement according to the invention enable dead time-free and, in principle, error-free long-term signal integration. The size of the threshold U _{ref is} not included in the integration result. Since, in practice, a sufficiently large distance is always chosen from the threshold value to the modulation limit of the integrator, it is only important that integration pulses are delivered before the modulation limit is reached, so that the modulation limit is not reliably reached. The level of the threshold is therefore relatively uncritical. It can therefore be used as a threshold switch 13, an extremely fast circuit with a comparatively low accuracy of the threshold U _ref .

Wie bereits ausgeführt, brauchen die Rückintegrationsimpulse U _ri keine definierte Impulsform, d. h., keinen definierten Zeit verlauf, sondern nur eine vorgegebene konstante Impulsfläche zu besitzen. Diese Forderung ist auch für sehr kurze Impulse, wie sie bei hohen Taktfrequenzen benötigt werden, ausreichend gut erfüllbar.As already stated, the re-integration pulses U _ri do not need a defined pulse shape, ie, no defined time course, but only have a predetermined constant pulse area. This requirement can also be met sufficiently well for very short pulses, as are required at high clock frequencies.

Die vorgegebene konstante Impulsfläche der Rückintegrationsim pulse kann als Funktion definierter Eingangssignale aus dem Verlauf der Integrator-Ausgangssignale bestimmt werden. Die Langzeit-Integrationsstabilität wird somit durch Zahl und Fläche der Rückintegrationsimpulse und die Kurzzeit-Integrationsstabilität durch die Eigenschaften des Integrators selbst sichergestellt.The predetermined constant pulse area of the re-integration im pulse can be defined as a function of input signals from the The course of the integrator output signals can be determined. The Long-term integration stability is thus by number and area of the reintegration impulses and the Short-term integration stability due to the properties of the Integrators ensured themselves.

Der tatsächliche Integralwert läßt sich aus den Abtastwerten, die am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 16 nach Fig. 1 in digitaler Form vorliegen, sehr einfach und damit auch für Echtzeitanwendungen ausreichend schnell berechnen.The actual integral value can be calculated very easily from the sampled values, which are available in digital form at the output of the analog-digital converter 16 according to FIG. 1, and thus can also be calculated sufficiently quickly for real-time applications.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung für bipolare Signale. In Fig. 4 sind dabei ledig lich die Schaltungsteile dargestellt, die gegenüber der Schal tungsanordnung nach Fig. 1 unterschiedlich sind. Bei dieser Ausführungsform ist für jeweils eine der beiden möglichen Po laritäten des bipolaren Signals jeweils eine eigene Schaltungs kombination aus Schwellwertschalter 13-1 bzw. 13-2 und Impuls generator 14-1 bzw. 14-2 vorgesehen. Die Ausgangssignale der beiden Impulsgeneratoren werden auf einen gemeinsamen Summa tionspunkt 12 und einen gemeinsamen Integrator 10 geführt. Im übrigen stimmt die Schaltungsanordnung mit derjenigen nach Fig. 1 überein. Fig. 4 shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention for bipolar signals. In Fig. 4 single Lich the circuit parts are shown, which are different from the circuit arrangement according to FIG. 1. In this embodiment, for each of the two possible polarities of the bipolar signal, a separate circuit combination of a threshold switch 13-1 or 13-2 and a pulse generator 14-1 or 14-2 is provided. The output signals of the two pulse generators are fed to a common summa tion point 12 and a common integrator 10 . Otherwise, the circuit arrangement corresponds to that of FIG. 1.

Claims

1. A method for signal integration, in particular for long-term signal integration, in which, in order to avoid overmodulation of the integrator ( 10 ) by the signal to be integrated (U _e ), the integrator input is supplied with a further input signal (U _ri ) during the integration process that is in progress Integrator output signal (U _ai ) is derived and the signal to be integrated (U _e ) is opposite, characterized in that the further input signal (U _ri ) is fed to the integrator input in the form of at least one reintegration pulse of a predetermined constant pulse area when the integrator -Output signal (U _ai ) exceeds a predetermined threshold value (U _ref ).

2. The method according to claim 1, characterized, that the reintegration pulses consist of a periodic pulse train.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that to determine the actual integral value at a certain time, the integrator output signal (U _ai ) accordingly the number of up to the certain point in time reintegration pulses (U _ri ) is corrected mathematically .

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the predetermined constant area of the reintegration pulse se (U _ri ) is selected so that the computational correction for determining the actual integral value can be carried out easily.

5. Circuit arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 4 with a signal to be integrated sig nal integrator ( 10 ) and an integrator ( 10 ) connected downstream, the integrator output signal (U _ai ) with a threshold (U _ref ) comparative threshold switch ( 13 ), characterized by
one of the threshold switch ( 13 ) activated, reintegration pulse predetermined constant pulse area lie ferenden pulse generator ( 14; 21, 22 ) and
a summation element ( 12 ) at the input of the integrator ( 10 ), in which the re-integration pulses (U _ri ) predetermined constant pulse area are added to the integrating signal.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the output signal (U _ai ) of the integrator ( 10 ) via a sampling and holding circuit ( 15 ) and an analog-to-digital converter ( 16 ) is fed to a computer ( 17 ), which additionally receives from the pulse generator ( 14; 21, 22 ) information representing a measure of the number of pulses of the re-integration pulses (U _ri ) for calculating the actual integral value.

7. Circuit arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the pulse generator ( 14; 21, 22 ) is clocked by a clock generator ( 20 ).

8. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 7, characterized in that the pulse generator ( 14; 21, 22 ) by a from the Schwellwerttschal ter ( 13 ) and the clock generator ( 20 ) controlled AND gate ( 21 ) and a pulse former connected downstream ( 22 ) is formed.

9. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 8, characterized in that for bipolar signals to be integrated for each Sig nalpolarität a circuit of threshold switches ( 13-1 or 13-2 ) and pulse generator ( 14-1 or 14-2 ) is provided, which work on a common summation element ( 12 ) and an integrator ( 10 ) coupled to it.