DD156737A1

DD156737A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DIFFERENTIAL MEASUREMENT OF TIMELY CONTINUOUS VOLTAGES

Info

Publication number: DD156737A1
Application number: DD22798981A
Authority: DD
Inventors: Peter Schwager
Original assignee: Peter Schwager
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1981-03-03
Publication date: 1982-09-15

Abstract

Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordnung nach Figur 1 dient zur Messung kleiner Differenzen zeitlich nacheinander anliegender Spannungen grosser Betraege. Dabei soll unabhaengig von der Speicherzeit der ersten angelegten Spannung eine grosse Messgenauigkeit erreicht werden.Die ueber einen ADC gewandelten Spannungswerte koennen in einem Register beliebig lange gespeichert werden und stehen nach Wandlung in einem DAC in einen analogen Wert zur Differenzbildung mit einem weiteren angelegten Spannungswert zur Verfuegung.The inventive circuit arrangement of Figure 1 is used to measure small differences in successive applied voltages of large amounts. A large measuring accuracy is to be achieved independently of the storage time of the first applied voltage. The voltage values converted via an ADC can be stored for as long as desired in a register and are available after conversion in a DAC to an analogue value for subtraction with a further applied voltage value ,

Description

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Schaltungsanordnung zur Differenzmessung zeitlich nacheinander anliegender SpannungenCircuit arrangement for differential measurement of successive applied voltages

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung feetrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung geringer Differenzen zwischen zeitlich nacheinander anliegenden Spannungen sowie zwischen einer angelegten Spannung und einem vorgegebenen, gespeicherten Spannungswert.The invention meets a circuit arrangement for measuring small differences between successive voltages and between an applied voltage and a predetermined, stored voltage value.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind Möglichkeiten bekannt, den Betrag einer Spannung mit Hilfe eines Kondensators zu. speichern, um nach Anlegen einer zweiten Spannung eine Differenzbildung mit entsprechender "Verstärkung vornehmen zu können· Bei einer ersten Möglichkeit wird über einen Schalter ein gegen Masse geschalteter Kondensator auf den Wert der ersten Spannung aufgeladen. Über einen Spannungsfolger ist der Kondensator mit dem ersten Eingang einer Differenzstufe verbunden. Die zweite Spannung ist über einen zweiten Schalter mit dem zweiten Eingang der Differenzstufe verbunden. Nach Einspeichern des Spannungswertes in den Kondensator liegt dieser massebezogen an dem ersten Eingang der Differenzstufe an. Nach Öffnen des ersten Schalters und Schließen des zweiten Schalters wird die Differenz der beiden Spannungen in dem, der Differenz stufe folgenden Verstärker verstärkt.There are known ways to increase the amount of voltage by means of a capacitor. In a first possibility, a capacitor connected to ground is charged to the value of the first voltage via a switch, via a voltage follower the capacitor is connected to the first input of a capacitor The second voltage is connected via a second switch to the second input of the differential stage After the voltage value has been stored in the capacitor, it is grounded to the first input of the differential stage After opening the first switch and closing the second switch the difference becomes the two voltages in the differential stage following amplifier amplified.

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Nachteilig ist hierbei, daß die beiden Spannungen auf getrennten Wegen der Differenzstufe zugeführt werden und daß durch die zeitliche Drift des Kondensators eine ständige Fehlerquelle gegeben ist.The disadvantage here is that the two voltages are supplied to separate paths of the differential stage and that a constant source of error is given by the temporal drift of the capacitor.

Eine zweite Möglichkeit führt die beiden Spannungen auf demselben Weg dem Verstärker zu. Dabei ist ein über einen Schalter mit Masse verbundener Kondensator mit dem Spannungseingang verbunden. Die erste Spannung wird auf den mit Masse verbundenen Kondensator aufgeprägt. Nach Öffnen des Schalters, der den Massebezug realisiert, liegt die erste Spannung potentialfrei über den Kondensator an. Durch Anlegen der zweiten Spannung ergibt sich am vorher gegen Masse geschalteten Anschluß des Kondensators die massebezogene Differenzspannung zwischen zweiter und erster Eingangsspannung.A second possibility introduces the two voltages in the same way to the amplifier. In this case, a connected via a switch to ground capacitor is connected to the voltage input. The first voltage is impressed on the grounded capacitor. After opening the switch, which realizes the ground reference, the first voltage is floating across the capacitor. By applying the second voltage, the ground-related differential voltage between the second and the first input voltage results at the previously connected to ground terminal of the capacitor.

Nachteilig ist hierbei der durch die zeitliche Drift des Kondensators entstehende, bei kurzen Zeiten zeitproportionale Fehler.The disadvantage here is caused by the temporal drift of the capacitor, time-proportional for short times error.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Genauigkeit der Messung von kleinen Differenzen zeitlich nacheinander anliegender Spannungen mit vorzugsweise großen Beträgen zu erhöhen, wobei insbesondere der zeitliche Fehler beseitigt wird.The object of the invention is to increase the accuracy of the measurement of small differences in successive applied voltages with preferably large amounts, in particular the temporal error is eliminated.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Erfindung löst die Aufgabe, die Spannungswerte zeitlich konstant zu speichern, wobei eine Fehlerkompensation zwischen gespeicherten und tatsächlichen Spannungswerten durchgeführt wird.The invention solves the problem of storing the voltage values constant over time, wherein an error compensation between stored and actual voltage values is carried out.

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Merkmale der ErfindimgFeatures of the Invention

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist einen Eingang auf, der mit dem ersten Eingang einer Differenzstufe verbunden ist.The circuit arrangement according to the invention has an input which is connected to the first input of a differential stage.

Der Ausgang der Differenzstufe ist hierbei mit einem ADC (Analog-Digital-Umsetzer) verbunden, dessen Ausgang mit einem Digitalrechner und dem ersten Eingang eines Umschalters verbunden ist. Der Ausgang des Digitalrechners ist mit dem zweiten Eingang des Umschalters verbunden. Der Ausgang des Umschalters ist über ein taktbares Begister mit einem DAC (Digital-Analog-Umsetzer) verbunden, der seinerseits über einen Schalter mit dem zweiten Eingang der Differenzstufe verbunden ist. In dieser Schaltungsanordnung wird der erste am Eingang der Schaltungsanordnung anliegende Spannungswert bei geöffnetem Schalter zwischen dem. DAC und der Differenzstufe über den ADC in das Register eingetaktet und dort gespeichert.The output of the differential stage is in this case connected to an ADC (analog-to-digital converter) whose output is connected to a digital computer and the first input of a changeover switch. The output of the digital computer is connected to the second input of the switcher. The output of the switch is connected via a tactile Begister with a DAC (digital-to-analog converter), which in turn is connected via a switch to the second input of the differential stage. In this circuit arrangement, the first voltage value present at the input of the circuit arrangement, with the switch open, is between the. DAC and the differential stage via the ADC clocked into the register and stored there.

Der im Register vorliegende Wert wird über den DAC sofort in eine entsprechende analoge Spannung umgewandelt. Am Ausgang des DAC liegt folglich die mit dem Fehler der AD-DA-Wandlung behaftete erste Eingangsspannung an. Durch Schließen des Schalters zwischen dem DAC und der Differenzstufe liegt jetzt die fehlerbehaftete erste Eingangsspannung an dem einen und die tatsächliche erste Eingangsspannung an dem zweiten Eingang der Differenzstufe, so daß am Ausgang der Differenzstufe der absolute, für die momentanen Bedingungen charakteristische Fehler anliegt'.The value in the register is immediately converted to a corresponding analogue voltage via the DAC. Consequently, the output of the DAC is subject to the first input voltage associated with the error of the AD-DA conversion. By closing the switch between the DAC and the differential stage is now the faulty first input voltage at the one and the actual first input voltage at the second input of the differential stage, so that at the output of the differential stage is the absolute, characteristic of the current conditions error '.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Differenzstufe ein invertierender Summierverstärker mit einstellbarer Verstärkung.In an embodiment of the invention, the differential stage is an inverting summing amplifier with adjustable gain.

Der Wert der Differenz, die durch die AD-DA-Wandlung bedingt ist, wird entsprechend verstärkt und im Digitalrechner gespeichertThe value of the difference caused by the AD-DA conversion is correspondingly amplified and stored in the digital computer

Durch den ermittelten Fehler läßt sich dieser in der The error can be this in the

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nachfolgenden Messung kompensieren.compensate for the subsequent measurement.

Wird jetzt die zweite Spannung am Eingang der Schaltungsanordnung angelegt, so wird in der Differenzstufe die Differenz zwischen dem ersten, gespeicherten und dem zweiten, zeitlich nachfolgenden Spannungswert gebildet. Die Differenzspannung wird in Abhängigkeit von ihrer Größe und dem Eingangsspannungsbereich des verwendeten ADC verstärkt und als analoger Wert oder als vom ADC gewandelter digitaler Wert genutzt.If now the second voltage is applied to the input of the circuit arrangement, the difference between the first, stored and the second, temporally subsequent voltage value is formed in the differential stage. The differential voltage is amplified depending on its size and the input voltage range of the ADC used and used as an analog value or as a digital value converted by the ADC.

Die digitale Speicherung des ersten Spannungswertes und des Dehlers, der durch die AD-DA-Wandlung des ersten Spannungswertes entsteht, ermöglicht eine beliebig lange Speicherzeit sowie die Eingabe beliebiger Werte in das Register und die Fehlerkompensation.The digital storage of the first voltage value and the error, which results from the AD-DA conversion of the first voltage value, allows an arbitrarily long storage time as well as the input of arbitrary values in the register and the error compensation.

Der Digitalrechner wird hierbei zur Fehlerkompensation benötigt. Falls die fehlerbehaftete Spannungsdifferenz ausreichend ist, wird der Fehlerbetrag nicht ermittelt, wodurch der Digitalrechner entfällt.The digital computer is required for error compensation. If the erroneous voltage difference is sufficient, the error amount is not detected, thereby eliminating the need for the digital computer.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to an embodiment and a drawing.

In der Fig. 1 ist die gesamte Schaltungsanordnung dargestellt.In Fig. 1, the entire circuit arrangement is shown.

Der Eingang E ist dabei mit dem ersten Eingang einer Differenzstufe 1, als invertierender Summierverstärker 1,1 ausgebildet, verbunden.The input E is connected to the first input of a differential stage 1, formed as an inverting summing amplifier 1.1.

Der Summierverstärker 1,1 führt zum analogen Ausgang A„ und zu einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 2, der mit einem digitalen Ausgang A₄^ einem Digitalrechner 3 und dem ersten Eingang eines Umschalters 4 verbunden ist. Der zweite Eingang des Umschalters 4 ist mit dem Ausgang des Digitalrechners 3 verbunden.The summing amplifier 1,1 leads to the analog output A "and to an analog-to-digital converter (ADC) 2, which is connected to a digital output A ₄ ^ a digital computer 3 and the first input of a switch 4. The second input of the switch 4 is connected to the output of the digital computer 3.

Der Ausgang des Umschalters 4 ist wiederum mit dem Eingang des Registers 5 verbunden.The output of the switch 4 is in turn connected to the input of the register 5.

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Von Register 5 führt der Signalweg über einen DAC (Digital- Analog-Wandler) und einen Schalter 7 auf den invertierenden zweiten Eingang des Summierverstärkers 1.1. Wird an den Eingang der Schaltungsanordnung gemäß Fig. bei geöffnetem Schalter 7 die erste Spannung angelegt, so wird diese über den mit der Verstärkung von eins eingestellten invertierenden Summierverstärker 1.1 an den Eingang des ADG 2 geführt, in einen äquivalenten digitalen Wert gewandelt und über den Umschalter 4 in das Register 5 getaktet. Durch die sofortige DA-Wandlung im DAC б liegt an dessen Ausgang die invertierte, mit dem Fehler der AD-DA-Wandlung behaftete erste Eingangsspannung an. Um den Fehler der AD-DA-Wandlung in der späteren Differenzbildung zwischen erster und zweiter Eingangsspannung eliminieren zu können, soll er zunächst in seiner bei der Differenzbildung auftretenden Große erfaßt werden. Das geschieht derart, daß nach Schließen des Schalters 7 und Einstellen der für den gewünschten Differenzbereich erforderlichen Verstärkung im Summierverstärker 1.1 die Summe zwischen dem invertierten, fehlerbehafteten ersten Eingangswert und dem tatsächlichen ersten Eingangswert gebildet und entsprechend verstärkt wird. Am Ausgang des Summierverstärkers 1.1 liegt folglich der, entsprechend der gewählten Verstärkung verstärkte Fehler der AD-DA-Wandlung an. Dieser wird mit dem ADC 2 in einen äquivalenten digitalen Wert gewandelt und im Digitalrechner 3 eingespeichert. Wird jetzt bei Beibehaltung der eingestellten Zustände die zweite Spannung an den Eingang der Schaltungsanordnung gelegt, so liegt am Ausgang des Summierverstärkers 1.1 die entsprechend der gewählten Ver« Stärkung verstärkte Differenzspannung zwischen der ersten mit dem Fehler der AD-DA-Wandlung behafteten Eingangsspannung und der zweiten, zeitlich später an den Eingang der Schaltungsanordnung angelegten Spannung an. Nach der AD-Umsetsung im ADC 2 wird der entsprechende Digitalwert ebenfalls in den Digitalrechner eingegeben.From register 5, the signal path leads via a DAC (digital-to-analog converter) and a switch 7 to the inverting second input of the summing amplifier 1.1. If the first voltage is applied to the input of the circuit arrangement according to FIG. 7 when the switch 7 is open, then it is passed to the input of the ADG 2 via the inverting summing amplifier 1.1 set with the gain of one, converted to an equivalent digital value and via the changeover switch 4 clocked in the register 5. Due to the immediate DA conversion in the DAC б is at the output of the inverted, with the error of the AD-DA conversion afflicted first input voltage. To be able to eliminate the error of the AD-DA conversion in the subsequent difference formation between the first and second input voltage, it should first be detected in its occurring during the subtraction Great. This is done in such a way that after closing the switch 7 and setting the required for the desired difference range gain in the summing amplifier 1.1, the sum between the inverted, error-prone first input value and the actual first input value is formed and amplified accordingly. Consequently, at the output of the summing amplifier 1.1, the fault amplified according to the selected gain of the AD-DA conversion is applied. This is converted with the ADC 2 into an equivalent digital value and stored in the digital computer 3. If the second voltage is now applied to the input of the circuit arrangement while maintaining the set states, then the amplification voltage amplified at the output of the summing amplifier 1.1 is between the first input voltage affected by the error of the AD-DA conversion and the second one , temporally later applied to the input of the circuit voltage. After AD conversion in ADC 2, the corresponding digital value is also entered into the digital computer.

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Durch die Subtraktion des ersten in den Digitalrechner 3 eingegebenen Wertes vom zweiten in den Digitalrechner 3 eingegebenen Wert fällt der verstärkte Fehler der AD-DA-Umsetzung aus der verstärkten Differenz zwischen der ersten und zweiten Eingangsspannung heraus. Nach einer Division durch den im Summierverstärker 1.1 eingestellten Verstärkungsfaktor liegt das Ergebnis, die gewünschte Differenz zwischen erster und zweiter, zeitlich beliebig später angelegter Eingangsspannung, vor.By subtracting the first value input to the digital computer 3 from the second value input to the digital computer 3, the amplified error of the AD-DA conversion falls out of the amplified difference between the first and second input voltages. After a division by the amplification factor set in the summing amplifier 1.1, the result is the desired difference between the first and the second input voltage applied at any later time.

spezielle Probleme kann statt des ersten am Eingang der Schaltungsanordnung anliegenden, mit dem Summierverstärker 1.1 invertierten und über den Umschalter 4 in das Register 5 eingetakteten Spannungswert auch ein aus dem Digitalrechner 3, mit entsprechender Polarität anliegender Spannungswert über den Umschalter 4 in das Register 5 getaktet und zu einer Differenzbildung mit einer Eingangsspannung der Schaltungsanordnung herangezogen werden.special problems, instead of the first applied to the input of the circuit, inverted with the summing amplifier 1.1 and clocked via the switch 4 in the register 5 voltage value also from the digital computer 3, with appropriate polarity applied voltage value via the switch 4 in the register 5 clocked and are used to form a difference with an input voltage of the circuit arrangement.

Claims

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invention claim

1 · Circuit arrangement for measuring differences between consecutively applied voltages, characterized in that the output of a differential stage. (1) whose first input is the input of the circuit arrangement, connected to an ADC (2), that the output of the ADC (2) is connected to a digital computer (З) and the first input of a changeover switch (4) Output of the digital computer (З) to the second input of the switch (4) is connected, that the output of the switch (4) via a clockable register (5) with a DAC (б) is connected and that the DAC (б) with the second input of the differential stage (1) via a switch (7) is connected.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the differential stage (1) is an inverting summing amplifier (I.I).

See 1 SeHa drawings