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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abtast- und
Haltenetzwerk zur Abtastung eines Eingangsdatensignals und zum
periodischen Erstellen eines Abtastausgangssignals mit einem Wert,
der für eine vorbestimmte Zeitperiode gleich dem Wert des
Eingangsdatensignals ist.
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Herkömmliche Abtast- und Haltenetzwerke, die in Fig. 1
dargestellt sind, umfassen üblicherweise einen Eingangsverstärker
1, der mit einem Abtastschalter 2 verbunden ist, welcher eine
Diodenbrücke umfassen kann, und einen Strobeimpulsgenerator 3,
der das Eingangssignal in einen Haltekondensator 4 durchläßt.
Der Strobeimpuls hat eine Wellenform, die in Fig. 1b
dargestellt ist. Das abgetastete und gehaltene Eingangssignal wird
dann an einen Haltepufferverstärker 5 gegeben, wie es in dem
Wellenformdiagramm von Fig. 1a gezeigt ist. Es gibt eine
Anzahl von Beschränkungen, die die Schaltung aus Fig. 1
aufweist. Erstens muß zur Ladung des Haltekondensators der
Schalterwiderstand niedrig und die Stromfähigkeit hoch sein. Bei
einem niedrigen Widerstand jedoch, und wenn der Schalter aus
ist, stellt dies eine kapazitive Kopplung für das
Eingangssignal dar, was zu Fehlern aufgrund von Blowby führt. Außerdem
muß die Bandbreite des Schalters, und des nachgeschalteten
Halteverstärkers, ein Vielfaches der maximalen
Signalbandbreite sein, aufgrund des von den rechteckigen, hochfrequenten
Hochstrom-Strobeimpulsen erzeugten Spektrums. Die
Strobeimpulse müssen kurz und hochfrequent sein, müssen jedoch auch
einen Strom haben, der groß genug ist, um den Haltekondensator
4 für kurze Zeitspannen zu laden. Dies wiederum führt zu dem
voranstehend ausgeführten Bandbreitenproblem. Die
obengenannten Probleme werden durch das Abtast- und Haltenetzwerk aus
US-A-3 550 021 verringert, bei dem zur Abtastung eines
Eingangssignal keine hochfrequenten Hochstrom-Abtastimpulse
verwendet werden müssen. Das Netzwerk umfaßt ein
Differenzierglied, das auf das Eingangsdatensignal anspricht und einen
Multiplizierer zur Multiplizierung des differenzierten
Eingangssignals mit einem Strobesignal. Das sich aus der
Multiplikation des differenzierten Eingangsdatensignals mit dem
Strobesignal ergebende Produkt wird in einem
Differenzverstärker mit dem Eingangsdatensignal kombiniert, um eine
periodisch abgetastete und gehaltene Version des
Eingangsdatensignals zu ergeben. Dieses Netzwerk erzeugt höherfrequente
Modulationsprodukte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt.
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Da das Strobesignal nicht eine Reihe von hochfrequenten
Hochstrom-Impulsen sein muß, muß die Bandbreite des Netzwerkes
höchstens das Dreifache der Bandbreite des
Dateneingangssignals sein. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß das
Strobesignal sinusförmig sein kann, wodurch die
Bandbreitenprobleme vermieden werden, welche durch das von den
hochfrequenten, rechteckigen Hochstrom-Impulsen erzeugte Spektrum
verursacht werden. Der Ausgang des Produktes aus Strobesignal
und differenziertem Eingangssignal kann in einem
Differenzverstärker mit dem Dateneingangssignal kombiniert werden. Dies
ergibt einen Ausgang von dem Differenzverstärker, dessen
Steigung für eine vorbestimmte Zeitperiode bei jedem Vielfachen
der Sinusperiode des Strobesignals Null ist. Zu dem Zeitpunkt,
an dem die Ausgangswellenform eine Steigung gleich Null hat,
wird sie einen Wert haben, der gleich dem Eingangssignal ist,
und der für eine kurze Zeitspanne konstant bleibt, wodurch
Abtastwerte des Eingangsdatensignals erstellt werden.
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Eine dieser Erfindung zugrundeliegende Hauptaufgabe ist es,
ein Abtast- und Haltenetzwerk bereitzustellen, das ein
Eingangsdatensignal hochfrequent abtasten kann, ohne Komponenten
einer Frequenz höherer Größenordnung einzuführen, so daß kein
Tiefpaßfilter erforderlich ist.
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Eine weitere, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es,
ein Abtast- und Haltenetzwerk anzugeben, das analoge Techniken
verwendet, die die Kosten des Netzwerk erheblich verringern.
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Eine noch weitere Aufgabe, die dieser Erfindung zugrundeliegt,
,ist es, ein Abtast- und Haltenetzwerk zur Verfügung zu
stellen, das Komponenten verwendet, die eine Bandbreitenfähigkeit
erfordern, welche das Dreifache der Bandbreitenfähigkeit des
Eingangsdatensignals nicht übersteigt.
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Eine noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Abtast-
und Haltenetzwerk anzugeben, welches das Erfordernis teurer
Abtastschalter, die empfindlich für Blowby sind, und
Hochgeschwindigkeits-Hochstrom-Strobetreibern, die
Einschwingstörungsphänomene verursachen, vermeidet.
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Die voranstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung sind aus dem Studium der
nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter
verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines typischen Abtast- und
Haltenetzwerkes aus dem Stand der Technik;
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Fig. 1a ist ein Wellenformdiagramm, welches das
Eingangsdatensignal und die Form der abgetasteten und
gehaltenen Abschnitte dieses Signals
veranschaulicht;
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Fig. 1b ist ein Wellenformdiagramm des Ausgangs des
Strobeimpulsgenerators aus Fig. 1;
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Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Abtast- und
Haltenetzwerks, das gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgeführt ist;
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Fig. 3 ist ein Wellenformdiagramm des Strobesignals, das an
den Multiplizierer im Netzwerk aus Fig. 2 gelegt
wird;
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Fig. 4 ist ein Wellenformdiagramm des Eingangsdatensignals,
das mit dem Ausgang des Abtast- und Haltenetzwerks
aus Fig. 2 überlagert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Eingangssignal Va wird an den positiven Eingang eines
Differenzverstärkers 10 gelegt. Va wird gleichzeitig in
Differenzierglied 12 differenziert. Die Ableitung des
Eingangssignals wird im Multiplizierer 14 mit einem sinusförmigen
Strobesignal Vs multipliziert. Das Produkt aus Strobesignal
und differenziertem Eingangssignal wird dann an den negativen
Anschluß von Differenzverstärker 10 gelegt. Das Ausgangssignal
Vo stellt ein Signal dar, das für eine Zeitperiode einen Wert
gleich dem Wert des Eingangsdatensignals hat, und die
Abtastgeschwindigkeit ist die Frequenz des Strobesignals.
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Ist das Eingangssignal Va, dann ist der Ausgang von
Differenzierglied 12 V'a = dVa/dt Das Strobesignal Vs hat eine
Frequenz fs und kann die Form Vso sin (Wst) haben, worin Ws = 2πfs
ist, das heißt, Vs kann ein sinusförmiges Signal sein. Die
Abtastgeschwindigkeit des Netzwerks 10 ist gleich der Frequenz
fs von Vs. Die Periode von Vs ist Ts = 2π/Ws. Ist die
Verstärkung des Multiplizierers 14
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Am =1/WsVso
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dann ist der Multipliziererausgang
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V'a sin (Wst)/Ws
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Ausgang Vo ist daher
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Vo= Va-V'a sin (Wst)/Ws (1)
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Das Eingangssignal Va wird zu Zeiten abgetastet, die Vielfache
der Periode des Strobesignals Ts sind, so daß To = n Ts ist,
worin n eine ganze Zahl ist. Aus Gleichung (1) ist zu sehen,
daß zu den Abtastzeiten To, Vo(To) = Va(To) ist. Dies ist so,
da eine Differenzierung beider Seiten der Gleichung (1)
bezüglich t ergibt:
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Bei To = nTs ist der zweite Term auf der rechten Seite der
obigen Gleichung gleich dem ersten, und hebt ihn daher auf,
und der dritte Term ist gleich Null, was die gesamte rechte
Seite der Gleichung auf Null reduziert. Daher ist zu den
Abtastzeiten To die Steigung dVo/dt des Ausgangssignals Null,
wie es von der Grundfunktion eines Abtast- und Haltekreises
gefordert wird.
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Eine graphische Darstellung der obigen Analysen ist in Fign. 3
und 4 gezeigt. Va, das Eingangssignal, ist als gestrichelte
Linie dargestellt, und Vo, das Ausgangssignal, ist die
durchgezogene Linie. Um jedes Vielfache der Strobeperiode (die in
Fig. 3 mit 1-5 bezeichneten Punkte) ist die Steigung von
Ausgang Vo für 20-30% der Strobeperiode gering. Somit wird zu
Zeiten, die den integralen Vielfachen der Strobeperiode
entsprechen, ein Ausgang Vo erstellt, der für einen erheblichen
Abschnitt der Strobeperiode gleich dem Eingangssignal Va ist.
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Die Terme und Ausdrücke, die in der vorangehenden Schrift
verwendet wurden, sind als Ausdrücke zur Beschreibung und nicht
als Einschränkung gedacht, und es ist bei der Verwendung
dieser Terme und Ausdrücke nicht beabsichtigt, Äquivalente der
dargestellten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon
auszuschließen, da anerkannt ist, daß der Umfang der Erfindung
lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche definiert und
beschränkt wird.