NL7808871A

NL7808871A - Analoog-digitaal omzetter.

Info

Publication number: NL7808871A
Application number: NL7808871A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-08-29
Filing date: 1978-08-29
Publication date: 1980-03-04
Also published as: US4325054A; ES483672A1; JPS6028169B2; IT7968712A0; FR2435163A1; DE2933888C2; AU5027379A; JPS5533400A; AU527047B2; FR2435163B1; GB2030017A; CA1139886A; DE2933888A1; GB2030017B

Description

'V // ·* \/-Ύ vmal/cs PHN 9209 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Analoog-digitaal omzetter"

De uitvinding heeft betrekking op een analoog-digitaalomzetter bevattende een vouwschakeling die een monotoon toenemend ingangssignaal tot een zekere waarde ervan omzet in een monotoon toe- of afnemend uitgangssignaal en 5 boven die waarde in een monotoon af- respektievelijk toe nemend uitgangssignaal, welke vouwschakeling een eerste en een tweede transistor bevat waaraan het ingangssignaal wórdt toegevoerd en waarvan de emitters door respektievelijk een eerste en een tweede gelijkstroombron worden gevoed en uit 10 de collectors waarvan met een verschilbepalende schakeling het uitgangssignaal wordt verkregen.

Uit IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol NS 22, Februari ’75» pagina 446-451 is een analoog digitaal-omzetter van de bovengenoemde soort bekend met een vouw-15 schakeling waarbij het ingangssignaal aan de bases van de eerste èn de tweede transistor wordt toegevoerd. De emitters van de eerste en de tweede transistor zijn elk verbonden met een emitter van één van twee andere transistors waarvan de bases aan een iets verschillende referentiespanning 20 liggen. Een dergelijke vouwschakeling heeft een ingangssig- naal-uitgangssignaal karakteristiek die sterk afwijkt van de gewenste driehoekssignaalvorm. Dit kan wel enigszins worden verbeterd door het toepassen van logarithmische belast tingsweerstanden.

25 De uitvinding heeft ten doel de driehoeksvorm van het uitgangssignaal verder te verbeteren.

Een analoog-digitaal omzetter van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding heeft daarom tot kenmerk, dat het ingangssignaal door een stroombron 30 aan de emittar van de eerste transistor wordt toege-

7 8 0 8 8 / T

% 2 -Ϋ ΡΗΝ.....9209______________________________________________ . .. ___________ ____________ voerd terwijl de emitter van de tweede transistor via een drempelelement met die van de eerste transistor is verbonden en de bases van de eerste en de tweede transistor aan zodanige gelijkspanningen liggen dat het spanningsverschil 5 ertussen kleiner is dan de drempelspanning van het drempel element .

Tengevolge yan deze maatregelen wordt de golf-vorm van het uitgangssignaal zodanig verbeterd dat elke zijde van de driehoeksgolfvorm in zijn geheel kan worden 10 gebruikt voor een fijnomzetter als met de ingang van'de schakeling een grofomzetter is gekoppeld. Het gebruik van een verdere vouwschakeling in een subgroep die een onvervormd uitgangssignaal afgeeft waar het uitgangssignaal van de eerst-genoemde vouwschakeling, die dan een andere sub-15 groep vormt, vervormd is, kan daardoor desgewenst worden vermeden.

Analoog-digitaal omzettere volgens de uitvinding zijn bijzonder geschikt voor het omzetten van signalen met grote bandbreedte zoals bijvoorbeeld videosig-20 nalen.

De uitvinding zal nu aan de hand van de tekeningen worden toegelicht.

In de tekening illustreert: fig. 1 een enkelvoudige vouwschakeling voor 25 een analoog-digitaal omzetter volgens de uitvinding, fig. 2 een meervoudige vouwschakeling voor een analoog-digitaal omzetter volgens de uitvinding, fig. 3 een andere meervoudige vouwschakeling voor een ananloog-digitaa1 omzetter volgens de uitvinding, 30 fig. 4 met een vereenvoudigd schema een ana loog-digitaal omzetter volgens de uitvinding.

In fig. 1 wordt aan een ingang 1 een ingangssignaal toegevoerd. Dit ingangssignaal stuurt een stroombron 3 die een stroom I levert evenredig met de momentele 33 waarde van het ingangssignaal.

De stroom I wordt toegevoerd aan het verbindingspunt van een emitter van een eerste transistor 5,waar- 7808871 * · 3 - ν'- ; ΡΗΝ 92Ρ9______________,. __________________________________________________________________________________________ van de basis aan een vaste potentiaal ligt, met een eerste gelijkstroombron 7 die een constante gelijkstroom af-voert van dit verbindingspunt. De collector van de eerste transistor ligt aan een ingang 9 van een verscliilbepalende 5 schakeling 11.

Het verbindingspirnt van de emitter van de eerste transistor 5 met'de eerste gelijkstroombron 7 ligt via een diode 13 aan het verbindingspunt van een tweede gelijkstroombron 15 en een emitter van een tweede transistor 17 10 waarvan de basis aan een vaste potentiaal ligt. De twee de gelijkstroombron 15 voert een constante gelijkstroom af van dit verbindingspunt. De collector van de tweede transistor ligt aan een ingang 19 van de verschilbepalende schakeling 11 die een uitgang 21 heeft waarvan het verschil 15 van de collectorstroom van de tweede transistor 17 en de collectorstroom van de eerste transistor/kan worden afgenomen.

Het spanningsverschil tussen en aan de basis van de eerste en de tweede transistor 5 respektieve-20 lijk 17 zodanig dat de diode 13 geblokkeerd is bij kleine waarden van de door de stroombron 3 geleverde stroom I. De diode 13 dient als drempelelement en gaat. pas geleiden als de stroom I groter wordt dan de door eerste gelijkstroombron 7 afgevoerde stroom. Als de waarde van de door de 25 stroombron 3 geleverde stroom aangroeit vanaf een waarde nul blijft de stroom door de tweede transistor constant en zal de stroom door de eerste transistor 5 afnemen van een door de eerste stroombron 7 bepaalde waarde tot nul. De eerste transistor 5 blokkeert dan en de spanning aan de 30 emitter van de eerste transistor 5 zal stijgen totdat de drempelspanning van de diode I3 wordt overschreden. Bij een verder toenemende waarde van de stroom I gaat nu ook de stroom door de tweede transistor 17 afnemen. Het aan de uitgang 21 van de verschilbepalende schakeling 11 op-35 tredende verschil van de stromen 1^ en zal als functie van de stroom I een driehoeksgolfvorm vertonen die zeer lineaire zijden heeft en een scherpe top..

780887f Μ 4 r ΡΗΝ 9209

De verschilbepalende schakeling 11 kan worden uitgevoerd als beschreven in het Amerikaanse Oktrooi-schrift 3 697 882 en kan dan een volgende vouwschakeling sturen. Het is ook mogelijk in elk van de collectors van 5 de transistoren 5 en 17 een weerstand op te nemen en als verschilbepalende schakeling een fijnomzetter toe te passen die tussen deze collectors wordt aangesloten zoals bij de bespreking van fig. 4 nog zal worden toegelicht.

De spanningssprong die optreedt aan de emit-10 ter van de eerste transistor 3 als de stroom I de waarde overschrijdt van de gelijkstroom die geleverd wordt door de gelijkstroombron 7 kan worden gebruikt voor een grof-omzetting. Deze spanningssprong is gelijk aan de drempel-spanning van de diode 13 als de spanningen V^ en aan 15 de bases van de eerste en de tweede transistor gelijk zijn, groter dan die drempelspanning als V^ hoger is dan en kleiner als V^ lager is dan . In het laatste geval moet ervoor worden gezorgd dat V^-V^ kleiner blijft dan de drem— pelspanning van de diode 13· 20 In plaats van de diode 13 kan desgewenst een ander drempelelement worden toegepast zoals bijvoorbeeld een Schottky diode of een tussen een ingang en een uitgang van een versterker geschakelde diode.

Het verbindingspunt van de emitter van de 23 tweede transistor 17 met de gelijkstroombron 15 kan des gewenst via een gestippeld aangegeven verder diodecircuit 23 aan een van de spanningen V^ of V^ worden gelegd om bij een waarde van I die groter is dan de som van de gelijkstromen geleverd door de bronnen 7 en 15 ©en te hoog 30 oplopen van de spanning aan de emitters van de eerste en de tweecie transistor te voorkomen.

In fig. 2 is een meervoudig vouwende vouwschakeling aangegeven. Voor overeenkomstige elementen zijn dezelfde verwijzingscijfers gebruikt als in fig. 1. Voor 35 de beschrijving ervan wordt dan ook verwezen naar die van fig. 1.

De collector van de eerste transistor 5 is 7808871 % .- - '5';..

PHN 9209 -..........-...................-___________________________________________________;..................................... ..

verbonden met die van een derde transistor 25 en die van de tweede transistor 17 met die van een vierde transistor 27. De bases van alle transistoren zijn aan een spanning V.j gelegd. De emitter van de tweede transistor 17 ligt via 5 een diode 29 aan het verbindingspunt van de emitter van de derde transistor 25 en een gelijkstroombron 31· De- emitter van de derde transistor 25 ligt via een diode 33 aan bet verbindingspunt van de emitter van de vierde transistor 27 met een gelijkstroombron 35· De gelijkstroombronnen 3I en 10 35 voeren elk een constante gelijkstroom van de betreffen de verbindingspunten af.

Bij een van nul af toenemende waarde van I zal eerst afnemen totdat de eerste transistor 5 blokkeert, de diode 13 gaat dan geleiden en vervolgens neemt de stroom 15 I^ a-^ totdat de diode 29 gaat geleiden. Dan neemt de stroom I.| weer af totdat de diode 33 gaat geleiden en vervolgens neemt de stroom 1^ weer af als I nog verder toeneemt.

Het zal duidelijk zijn dat wanneer meer driehoeken gewenst worden de schakeling uitgebreid kan worden 20 met meer gelijkstroombronnen en transistoren die achter de getekende vouvschakeling kunnen worden geschakeld.

In fig. 3 Is een meervoudige vouwschakeling aangegeven die ten opzichte van die van fig. 2 het voordeel heeft dat de emitter-basis spanning van de transistoren 25 minder hoog oploopt. Voor overeenkomstige elementen zijn de zelfde verwijzingscijfers gebruikt als in fig. 1. Voor de beschrijving ervan wordt naar die van fig. 1 verwezen.

De spanning Vj aan de basis van de tweede transistor 17 wordt bijvoorbeeld de halve waarde van de 30 drempelspanning van de diode 13 lager gekozen dan de span ning V^ aan de basis van de eerste transistor 7·

De emitter van de eerste transistor ligt via een diode 37 aan het verbindingspunt van een emitter van een derde transistor 39 en een derde gelijkstroombron 41 35 die een bepaalde gelijkstroom van dit verbindingspunt af- voert. De collector van de derde transistor is verbonden met die van de eerste transistor 5· 7808871

jC

6 - ·? .

PHN 9209

De emitter van de tweede transistor 17 ligt via een diode 43 aan het verbindingspunt van de emitter van een vierde transistor 45 met een vierde gelijkstroombron 47 die een bepaalde gelijkstroom van dit verbindingspunt af-5 voert. De collector van de vierde transistor is verbonden met die van de tweede.

Met de collectors van de eerste en de derde transistor 5 respektievelijk 39 zijn. nog de collectors van een vijfde en een zesde transistor 49 respektievelijk 51 10 verbonden waarvan de emitters aan een keten van diode-ge- lijkstroombron-schakelingen 53» 55» 57» 59 liggen. De bases van de eerste, derde, vierde en vijfde transistor zijn doorverbonden.

Aan de collectors van de tweede en vierde tran-15 sistor 17 en 45 liggen die van een zevende en achtste tran sistor 61 respektievelijk 63 waarvan de emitters aan verbindingspunten van dioden 65 respektievelijk 67 met gelijk-stroombronnen 69 respektievelijk 61 liggen. De bases van deze zevende en achtste transistor 61, 63 liggen aan die 20 van de tweede en de vierde.

Bij het toenemen van de door de stroombron 3 geleverde stroom I worden nu achtereenvolgens de transis-toren 5 respektievelijk 17, 39» 45» 49» 61, 51 en 63 geblokkeerd. De verschilwaarde (i^-I-j) van de stromen 25 naar de onderste groep transistoren 17» 45, 61, 63 en 1^ naar de bovenste groep vertoont een driehoeksgolfvorm. De hoogste emitter nning die bij het volledig uitsturen van de vouwschakeling voorkomt is nu minder dan vier maal de drempelspanning van een diode. Bij een meervoudige vouw-30 schakeling die volgens het principe van fig. 2 opgebouwd zou zijn zou dit zeven maal de drempelspanning van een diode geweest zijn.

In fig. 4 zijn voor overeenkomstige elementen dezelfde verwijzingscijfers gebruikt als in fig. 2 en fig.

35 1. Voor de beschrijving ervan wordt naar de beschrijving van die figuren verwezen.

De collectors van de eerste en de derde tran- 7808871 - 7 - PHN 9209_________________________ ____________ ________________________________________________________ sistor 5, 25 liggen via een weerstand 73 aan een positieve spanning, die van de tweede en de vierde transistor 17» 27 via een weerstand 75· Verder is met de weerstand 73 ©en ingang van elk van een groep vergelijkingsschakelingen 77» 79» 5 81, 83 verbonden. Een andere ingang van de vergelijkings- schakelingen 77» 79» 81, 83 ligt aan een spanningsdeler 85» 87» 89 die enerzijds aan de weerstand 75 en aan een zwevende gelijkspanningsbron 91 ligt en anderzijds aan de andere aansluiting van de geli jkspanningsbron 91* Bij biet 10 doorlopen van een zijde van de driehoek door de gemeenschap pen jke collectorstromen veranderen achtereenvolgens de polariteiten van de uitgangsspanningen van de vergelijkings-schakelingen. Deze uitgangsspanningen worden in een code vormer 93 omgezet in een gewenste code.

15 Aan deze codevormer 93 worden ook nog de uit- gangsspanningen van een viertal vergelijkingsschakelingen 95» 97» 99» 101 toegevoerd waarvan een ingang aan een geschikt gekozen . spanning V^ ligt en een andere ingang is verbonden met een van de emitters van de transistoren.

20 De codevormer 93 heeft een aantal uitgangen 103 waarvan de digitale code kan worden afgenomen die correspondeert met de analoge waarde van het ingangssignaal aan de ingang 3 ·

De vergelijkingsschakelingen kunnen bijvoor-25 beeld van het type zijn als gebruikt in de omzettérs van het bovengenoemde artikel in IEEE transactions on Nuclear Science of van het Amerikaanse Oktrooischrift 3 735 390.

Ofschoon het toepassen van subgroepen tengevolge van de goede linearitiet van de driehoeksgolfvorm 30 en de scherpe knikken daarin in het algemeen niet nodig zal zijn kan dit desgewenst gebeuren door twee groepen als het getekend in fig. 2 te nemen die elk door een door/ingangssignaal gestuurde stroombron worden gestuurd en waarvan de gelijkstroombronnen in de emittercircuits van de eerste 35 transistors in die groepen stromen afgeven die in waarde verschillen.

De gelijkstroombronnen in de emittercircuits 7808871

Claims

15 Het zal duidelijk zijn dat voor een andere polariteit van de door de ingangsstroombron geleverde stroom transistors van het tegaigestelde geleidingstype kunnen worden toegepast en de dioden in de tegengestelde richting moeten worden geschakeld terwijl de gelijkstroombronnen 20 een tegengestelde stroom moeten leveren. Het is vanzelfsprekend ook mogelijk een combinatie van voor negatieve en voor positieve ingangsstro-men geschikte omzetters te maken door ketens voor elk van die polariteiten met elkaar te koppelen. 25 Een omzetter volgens de uitvinding is bij zonder geschikt voor het omzetten van videosignalen en televisiesystemen ofschoon de toepassing hiertoe niet beperkt is. Conclusies{

1. Analoog-digitaalomzetter bevattende een vouw- schakeling die een monotoon toenemend ingangssignaal tot een zekere waarde ervan omzet in een monotoon toe- of afnemend uitgangssignaal en boven die waarde in een monotoon af- respektievelijk toenemend uitgangssignaal, welke 35 vouwschakeling een eerste en een tweede transistor bevat waaraan het ingangssignaal wordt toegevoerd en waarvan de emitters door respektievelijk een eerste en een tweede 78 0 887 1 * PHN 9209__________________________________________________________________________________............-......-.................. ................. gelijkstroombron -worden gevoed en uit de collectors waarvan met een verschilbepalende schakeling het uitgangssignaal wordt verkregen met het kenmerk, dat het ingangssignaal door een stroombron (3) aan de emitter van de eerste 3 transistor (5) wordt toegevoerd terwijl de emitter van de tweede transistor (17) via een drempel element (13) met die van de eerste transistor (5) is verbonden en de bases van de eerste (5) en de tweede (17) transistor aan zodanige gelijkspanningen liggen (V^, V^) dat het spanningsverschil 10 ertussen kleiner is dan de drempelspanning van het drempel- êlement (1.3) (fig. 1).

2. Analoog-digitaalomzetter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verschilbepalende schakeling bevat een in elk van de collectorketens van de eerste en de twee-15 de transistor (3, 17) opgenomen weerstand (73» 75) en een met de collectorcircuits van de eerste en de tweede transistor verbonden groep van vergelijkingsschakelingen (77» 79, 81, 83) (fig. 4).

3· Analoog-digitaalomzetter volgens conclusie 1 20 of 2 met het kenmerk, dat de emitter van de tweede transis tor (17) via een drempelelement (29) is verbonden met die van een derde transistor (25) en met een derde gelijkstroombron (31) en de emitter van de derde transistor (23) via een drempelelement (33) is verbonden met die van een vierde 25 transistor (27) en met een vierde gelijkstroombron (33) terwijl van de eerste en de derde transistor (3, 25) de collectors zijn doorverbonden evenals van de tweede en de vierde transistor (17, 27) en de bases van de eerste, tweede, derde en vierde transistor zijn doorverbonden (fig. 2). 30 h, Analoog-digitaalomzetter volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de emitter van de eerste transistor (5) verder via een drempelelement (37), met de emitter van een derde transistor (39) en met een derde gelijkstroombron (^1) is verbonden terwijl de collectors van de 35 eerste en de derde transistor (5, 39) zijn doorverbonden evenals de basés, en de emitter van de tweede transistor f}“ drempelelement (^3) is verbonden met de 1° f PHN 9209..... - emitter van een vierde transistor (45) en met een vierde gelijkstroombron (47) terwijl de collector van de tweede en de vierde transistor (17» 45) zijn doorverbonden evenals de bases, en er tussen de bases van de eerste en derde (5, 39) en de tweede en vierde transistor (17» 45) een spanningsverscb.il is aangelegd (v^, V2) (fig· 3)· 7808871