DE3529338C1

DE3529338C1 - Digital-Analogumsetzer

Info

Publication number: DE3529338C1
Application number: DE3529338A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Riken Denshi Co Ltd
Current assignee: Riken Denshi Co Ltd
Priority date: 1985-01-17
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1986-06-05
Also published as: FR2576167A1; GB2170069A; JPS61164338A; US4636772A; FR2576167B1; GB8513404D0; GB2170069B

Description

" Die Erfindung betrifft einen Digital-Analogumsetzer mit einer Reihe von Widerständen zwischen einem Ausgangsanschluß und Massenpotential, mit diversen Widerstandszweigen, die mit je einem Parallelwiderstand ausgestattet sind und deren Parallelwiderstände sämtlichst den gleichen Widerstandswert haben, welche Zweige einerseits an jeweils zugeordneten Knoten zwischen den Widerständen der Widerstandsreihe und andererseits je an einen Umschalter angeschlossen sind, der den betreffenden Zweig wahlweise an Massenpotential oder an ein für alle Zweige gemeinsames Bezugspotential schaltet.

Bei einem bekannten Digital-Analogumsetzer dieser Art können nur Digital-Analogumsetzungen durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Umsetzer der eingangs genannten Art so zu modifizieren, daß mit ihm auch einfache Rechenarten, zum Beispiel Additionen und Subtraktionen, zusätzlich betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an die Knoten je zwei benachbarter Widerstände der Widerstandsreihe jeweils eine Gruppe von Zweigen angeschlossen ist und der Widerstandswert eines jeden dieser Zweige der gleiche ist, und daß jeder der Zweige an einen Umschalter angeschlossen ist, der den betreffenden Zweig wahlweise an Massenpotential oder an ein für alle Zweige gemeinsames Bezugspotential schaltet.
Eine besonders übersichtlich ausgestaltete Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an jeden Knoten zwischen je zwei benachbarten Widerständen der Widerstandsreihe jeweils die gleiche Anzahl von Zweigen angeschlossen ist.

Durch entsprechende Betätigung der Schalter und Einsteuerung der Digitalsignale läßt sich die Schaltung so betreiben, daß eingesteuerte Digitalsignale addiert und dann analogisiert werden oder subtrahiert und dann analogisiert werden. Es sind auch noch weitere Rechenarten möglich, wie dies im einzelnen anhand der Zeichnungen weiter unten beschrieben wird.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein prinzipielles Schaltbild eines Digital-Analogumsetzers, der zusätzliche Rechenfunktionen durchführen kann,

F i g. 2 bis 7 Ersatzschaltbilder für verschiedene Schaltfunktionen eines Digital-Analogumsetzers nach F i g. 1, wobei jedoch in

F i g. 5 und 7 zusätzliche Schaltungselemente für den Digital-Analogumsetzer nach F i g. 1 vorgesehen sind und

F i g. 8 die Schaltung eines bekannten Digital-Analogumsetzers.

F i g. 8 zeigt die Schaltung eines bekannten Digital-Analogumsetzers. Zu dieser Schaltung gehört eine Gruppe von Parallelwiderständen R Io bis R In. Diese Widerstände haben alle den gleichen Widerstandswert 2R. Ihre Anzahl beträgt iVplus 1 (N+1). Diese Widerstände sind alle parallel geschaltet mit einem Begrenzungswiderstand Ro. Der Widerstandswert des Begrenzungswiderstandes beträgt 2R. Der Widerstand Ro liegt mit einer Anzahl von Reihenwiderständen R 2\ bis R 2n in Reihe. Die Reihenwiderstände haben den Widerstandswert R und der letzte der Reihenwiderstände R 2n ist an den Ausgangsanschluß Vb angeschlossen. Die einzelnen Parallelwiderstände sind einerseits zwischen zwei benachbarte Reihenwiderstände und andererseits über einen Schalter Sb bis Sn an Massenpotential oder an ein gemeinsames Bezugspotential V_s angeschlossen. Bei den Schaltern handelt es sich um Schaltkreise, die durch Digitalsignale 60 bis oyv geschaltet werden. Wenn durch das zugehörige Digitalsignal »Ein« ein solcher Schalter aus der gezeichneten Stellung umgeschaltet wird, dann ist der zugehörige Parallelwiderstand an das Bezugspotential K angeschlossen. Es wird demzufolge eine analoge Ausgangsspannung Vb am Ausgangsanschluß erzeugt, die sich nach der Gleichung (1) errechnet:

. V₀-(W2) x {bo-2-N+ O₁ -2-(.V-D + ... + 6_λ_, . 2-> + b_N ■ 2P) (1)

In der Gleichung ist bo bis on entweder 1 oder 0 entsprechend der binären Struktur des Digitalsignals.

Wenn man an den Ausgangsanschluß Vb einen Begrenzungswiderstand anschließt, kann der Spannungswert von V₀ gegenüber der Gleichung (1) abgesenkt werden.
Bei diesem bekannten Digital-Analogumsetzer werden also die Schalter und damit die Parallelwiderstände

R Io bis R l/v in Abhängigkeit von den Digitalsignalen ein- und ausgeschaltet. Wenn vor oder nach der Digitalumsetzung zusätzliche mathematische Funktionen, zum Beispiel Additionen und/oder Subtraktionen, gewünscht werden, dann müssen entsprechende addierende und subtrahierende Schaltkreise hinzugefügt werden.

Bei Digital-Analogumsetzern nach der Erfindung sind solche Schaltfunktionen integriert.

In den nachfolgenden Fig. 1 bis 7 sind neben den einzelnen Widerständen die Widerstandswerte der betreffenden Widerstände eingetragen entsprechend wie in F i g. 8.

Nach F i g. 1 bilden die Schalter S01, Sm bis So_n eine erste Schaltergruppe und so fort. Entsprechend bilden auch die zugehörigen Parallelwiderstände Gruppen. Die Anzahl der Parallelwiderstände beziehungsweise Parallelzweige einer jeden Gruppe ist gleich groß und beträgt n. Wenn die Schaltung nach F i g. 1 als gewöhnlicher Digital-Analogumsetzer betrieben werden soll, dann werden die Schalter durch das Digitalsignal gruppenweise geschaltet. Auf diese Weise werden immer alle Parallelwiderstände einer Gruppe zusammen an das Bezugspotential Vs angeschlossen. Der Gesamtwiderstandswert einer Gruppe, die jeweils η Parallelwiderstände umfaßt, beträgt dann 2R. Die Schaltung nach F i g. 1 entspricht dann in jeder Hinsicht der bekannten Schaltung aus F i g. 8 mit dem einzigen Unterschied, daß anstelle der Widerstände R lo, R Ii bis R Iv aus F i g. 8 entsprechende Widerstandsgruppen mit zugehörigen Schaltergruppen vorgesehen sind.

Für diese Digital-Analogumsetzung gilt also Gleichung (1).

Wenn jeweils nur ein Schaltkreis Sq 1 bis Sv 1 jeder Schaltergruppe umgeschaltet werden kann und die anderen Schalter jeder Schaltergruppe in der Schaltstellung wie in F i g. 1 gezeichnet stehenbleiben, dann ergibt sich eine Schaltung wie sie in F i g. 2 dargestellt ist. Das Ausgangssignal Vo der Schaltung nach F i g. 2 entspricht der Gleichung (2):

Vo = (V_s/2n)bo ■ 2-"+6, ■ 2-^-0 + ... + b_N ■ 2°) (2)

Wenn diese Schaltung nach F i g. 2 als Addierer betrieben werden soll, werden die Widerstände R I₀ bis R l,v eines jeden Digit aktiviert entsprechend der Anzahl der Additionssignale η und die zugehörigen Schalter Sh bis Son,... Snh werden angesteuert durch die zugehörigen Digitalsignale bo\ bus bo„, b\-1 bis Ön„, die addiert werden sollen. Auf diese Weise werden Digitalsignale, die addiert werden sollen, konvertiert in Analogsignale und summiert am Ausgangsanschluß Vo ausgesteuert.

Wenn die Schaltung nach F i g. 2 als Subtrahierer betrieben wird, dann werden die Widerstände R Io bis R 1,\ jeder Gruppe geordnet entsprechend der Anzahl der Eingangssignale und die Schalter Sj bis Sv, die dem zu subtrahierenden Signal beziehungsweise dem Minus-Signal zugeordnet sind, werden über Invertoren Ao bis Av angesteuert. Auf diese Weise wird der Subtraktionsprozeß durchgeführt. F i g. 3 zeigt die Schaltung nach F i g. 1 betrieben als Subtrahierer. Die Invertoren Ao bis An sind in die Steuerleitungen der Schalter S02 bis Sv 2 für das zweite Eingangssignal gelegt. Wenn beide Eingangssignale gleichen Wert haben, wenn also das Ergebnis der Subtraktion »Null« ist, dann wird das eine Signal invertiert und die addierten Digitalwerte werden alle »1«. Das Ausgangssignal Vo, das gegenüber dem Bezugspotential V₅ erzeugt wird, ergibt sich nach Gleichung (2) als Gleichung (3):

Vo = (V_s/4){bo ■ 2-H+h ■ 2-IW-1) + ... + b_N · 2°) (3)

Die Spannung des Ausgangssignals Vo steigt oder fällt entsprechend dem Ergebnis der Subtraktion auch im Falle des Polaritätswechsels (+, —) mit Bezug auf die Spannung entsprechend Gleichung (3) für den Fall, daß das Ergebnis »Null« wird.

Für den Fall, daß die Schaltung nach F i g. 1 betrieben werden soll als Koinzidenzprüfer für zwei Digitalsignale ist die Arbeitsweise entsprechend. Es wird ein Ausgangssignal Vo erzeugt oder nicht, je nachdem ob der Wert von bo bis ΟΛ/nach Gleichung (3) »Eins« ist oder nicht.

Wenn die Schaltung zur Spannungskompensation eingesetzt werden soll, werden zwei Widerstände in jeder Widerstandsgruppe als Parallelwiderstände R Io bis R l,v betrieben, vergleiche F i g. 4 die Widerstände R loi bis R l/v 1 und R I02 bis R 1/V2· Diese Gruppen von Widerständen, also die »1«-Gruppe und die »2«-Gruppe, werden an unterschiedliche Bezugsspannungen + V₅ und — V₅ angeschlossen. Die Bezugsspannungen sind gleich aber von unterschiedlicher Polarität. Das Ausgangssignal Vo wird dadurch eine Kompensationsspannung der Bezugsspannung und wenn das Bezugssignal mit dem Eingangssignal übereinstimmt, wird die Ausgangsspannung V₀ »Null«. Die Schaltung kann auf diese Weise als Subtrahierschaltung betrieben werden, die ein negatives Spannungssignal liefert, wenn das Subtraktionsergebnis negativ ist.

Wie in F i g. 5 dargestellt, ist es auch möglich, an den Ausgangsanschluß der Subtraktionsschaltung aus F i g. 3 einen Operationsverstärker A_op anzuschließen, dessen Bezugspotential mit der Spannung übereinstimmt, die sich ergibt, wenn die Werte von bo bis bu der Gleichung (3) alle auf »1« gesetzt sind. Wenn das Eingangssignal mit dem Bezugssignal übereinstimmt, liefert der Operationsverstärker A_op das Ausgangssignal »Null«.

F i g. 6 zeigt einen Digital-Analogkonverter mit zusätzlichen Funktionen, bei dem das Bezugspotential V_s. das für alle Eingänge maßgeblich ist, +10 Volt beträgt. Ein variabler Widerstand RVl ist zur Justierung der Ausgangssspannung an den Ausgangsanschluß Vo angeschlossen.

Wenn der Konverter nach F i g. 6 im Additionsbetrieb betrieben wird, dann entspricht das Ausgangssignal Vo der Gleichung (3) jedoch modifiziert durch einen Koeffizient K(X bis 0) entsprechend dem Wert des variablen Widerstandes RVi. Die entsprechend modifizierte Gleichung für diese Schaltung im Additionsbetrieb ist die Gleichung (4):

V₀ = K(5/2)(bo,+bo2) ■ 2~² + (b_n + b_n) ■ 2~< + (b_2i + b₂₂) ■ 2° (4)

' Wenn also beide Digitalsignale auf »1« sind, ist die maximale Ausgangsspannung V₀ gleich K χ (35/4) Volt. Wenn die Schaltung nach F i g. 6 als Subtrahierer betrieben wird, dann wird ein Satz der Digitalsignale O₀₂, b\ ₂,

622 über Inverter entsprechend denen aus F i g. 4 an die zugehörigen Schalter S02 bis S₂₂ geleitet. Wenn dann

beide Gruppen von Digitalsignalen übereinstimmen, wird ein Ausgangssignal Vo=K χ (35/8) Volt erzeugt nach 5 Gleichung (4) wie oben dargelegt. Auf diese Weise wird nicht nur Koinzidenz festgestellt, sondern auch jede Differenz zwischen dem Ausgangssignal V₀ und dem Bezugspotential ergibt sich als Ergebnis einer analogen

Subtraktion.
Wenn die Schaltung nach F i g. 6 als Kompensationsschaltung betrieben wird, dann wird, wie in F i g. 7

dargestellt, ein Operationsverstärker A_op \ zugeschaltet, der eine Spannungsdifferenz Delta V zwischen der 10 Bezugsspannung /C (35/8) und dem Ausgangssignal Vo erzeugt. Die Schaltung wird mithin so gesteuert, daß das Bezugssignal mit dem Eingangssignal übereinstimmt, mithin also die Spannungsdifferenz Delta Vzu »Null« wird

aufgrund einer Rückkoppelung dieser Spannungsdifferenz an die Steuerschaltung 10. Die Schaltung nach F i g. 1 kann also auf ganz verschiedene Weise betrieben werden, einfach indem man die

Schalter entsprechend ansteuert und indem man gegebenenfalls zusätzlich die in den F i g. 3 angegebenen und 15 im Text zu F i g. 6 erwähnten Inverter vorsieht. Die schaltungsmäßigen Ergänzungen, die gemäß F i g. 5 und 7 vorgesehen sind, sind einfach und führen zu zusätzlichen Anwendungsmöglichkeiten.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 20

Claims

Patentansprüche:

1. Digital-Analogumsetzer mit einer Reihe von Widerständen zwischen einem Ausgangsanschluß und Massenpotential, mit diversen Widerstandszweigen, die mit je einem Parallelwiderstand ausgestattet sind und deren Parallelwiderstände sämtlichst den gleichen Widerstandswert haben, welche Zweige einerseits an

jeweils zugeordneten Knoten zwischen den Widerständen der Widerstandsreihe und andererseits je an einen Umschalter angeschlossen sind, der den betreffenden Zweig wahlweise an Massenpotential oder an ein für alle Zweige gemeinsames Bezugspotential schaltet, dadurch gekennzeichnet,
daß an die Knoten je zwei benachbarter Widerstände (R 2t, R 2j) der Widerstandsreihe jeweils eine Gruppe ίο von Zweigen (R lot, R I02 · · ·) angeschlossen ist und der Widerstandswert eines jeden dieser Zweige der gleiche ist, und

daß jeder der Zweige an einen Umschalter angeschlossen ist, der den betreffenden Zweig wahlweise an Massenpotential oder an ein für alle Zweige gemeinsames Bezugspotential schaltet.

2. Digital-Analogumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeden Knoten zwischen je zwei benachbarten Widerständen (Ä2|, R 22) der Widerstandsreihe jeweils die gleiche Anzahl (n) von Zweigen (R loi... R I02) angeschlossen ist.