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Digital-Analog-Umsetzer, insbesondere für einen nach dem
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Iterativverfahren arbeitenden Codierer.
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Das Patent .... (P 24 11 561.5) bezieht sich auf einen Digital-Analog-Umsetzer
zur Umsetzung von jeweils n + m + 1 Bits umfassenden Digital-Signalen in Analog-Signale
unter Berücksichtigung einer nichtlinearen Knickkennlinie, die aus 2In+ linearen
Abschnitten mit jeweils 2n Amplitudenstufen besteht, insbesondere für einen nach
dem Iterativverfahren arbeitenden Codierer. Bei diesem Digital-Analog-Umsetzer sind
ein erster Decoderschaltungsteil, ein zweiter Decoderschaltungeteil und ein dritter
Decoderschaltungsteil vorgesehen. Der erste Decoderschaltungsteil setzt die n Bits
des jeweiligen Digital-Signals in einem Widerstandsnetzwerk mit ei.r,er binären
Wertstufung genügenden Widerständen in ein analoges Steuersignal für den zweiten
Decoderschaltungsteil um. In dem .iderstandsnetzwerk des ersten Decoderschaltungsteils
ist ein weiterer Widerstand in dem Fall wirksam schaltbar, daß wenigstens eines
der m Bits des jeweiligen Digital-Signals durch eine binäre "1t' gebildet ist. Der
zweite ecoderschaltungsteil besteht ebenfalls aus einem Widerstandsnetzwerk mit
einer binäre; Wertstufung genügenden Widerständen, welche entsprechend dem Werft
der jeweils durch eine binare '11" gebildeten m Bits des jeweiligen Digital-Signals
wirksam schaltbar sind und das Steuersignal entsprechend beeinflussen. In dem dritten
Decoderschaltungsteil wird schließlich die Polarität eines an einen Decoderausgang
von dem zweiten Decoderscnaltungsteil abzugebenden Ausgangssignals durch das übrige
einebit in dem jeweiligen Digital-Signal festgelegt. Der erste Decoderschaltungsteil
und der zweite Decouerschal+ungsteil weisen ein gemeinsames
Widerstands-Netzwerk
auf, dessen sämtliche Querwiderstände und dessen an den beiden Leiternetzwerksenden
liegende Widerstände jeweils ein und denselben Widerstandswert R besitzen, während
alle übrigen Widerstände den doppelten Widerstandswert besitzen.
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Dieses Widerstands-Leiternetzwerk wird im folgenden auch als R-2R-Widerstandsnetzwerk
bezeichnet werden. Bei diesem R-2R-Widerstandsnetzwerk wird jedem Verbindungspunkt
einer Gruppe von n benachbarten Verbindungspunkten jeweils eines Able itwiderstands
und wenigstens eines Querwiderstands selektiv ein Konstantstrom einer Konstant stromquelle
von n Konstantstromquellen entsprechend den jeweils durch eine binäre "1" gebildeten
n Bits des jeweiligen Digital-Signals zugeführt. Der demjenigen Ende des R-2R-Widerstandsnetzwerks,
von welchem das jeweilige Analog-Signal abnehmbar ist, zugewandte eine Verbindungspunkt
der Gruppe der n benachbarten Verbindungspunkte weist von dem betreffenden Ende
einen Abstand entsprechend 1 bis (2m-1) Verbindungspunkten gemäß dem Wert der jeweils
durch eine binäre "1" gebildeten m Bits des jeweiligen Digital-Signals auf. Außerdem
wird dem in Richtung zu dem genannten Ende des P.-2R-Wi.derstanas.netzu3erks unmittvlgar
den n benachbarten Verbindungspunkten/benachbarten Verbindungspunkt eines Ableitwiderstands
und wenigstens eines Querwiderstands in dem Fall ein Konstantstrom von einer gesonderten
Konstantstromquelle zugeführt, daß wenigstens eines der m Bits des jeweiligen Digital-Signale
durch eine binäre i gebildet ist. Darüber hinaus wird dem R-2R-Widerstandsnetzwerk
an einem Verbindungspunkt, der den n benachbarten Verbindungspunkten in Richtung
von dem genannten Ende weg unmittelbar benachbart ist, von einer gesonderten weiteren
Konstantstromquelle ein Konstantstrom zugeführt.
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Gibt man dem an der niederwertigsten Stelle der n Verbindungspunkte
des R-2R-Widerstandsnetzwerks eingespeisten Konstantstrom die Wertigkeit 1, so besitzt
der Konstantstrom, der
dem in Richtung von dem obengenannten Ende
- von dem das jeweilige Analog-Signal abnehmbar ist - abgewandten Verbindungspunkt
unmittelbar neben den n benachbarten Verblndungspunkten des R-2R-Widerstandsnetzwerk
zugeführt wird, die Wertigkeit 1/2. Durch die Einfuhzung dieses sogenannten 1/2-Schrittes
ist sichergestellt, daß bei der Decodierung eines Digital-Signals sich ein Geräuschminimum
ergibt, und zwar angesichts des Umstandes, daß eine gleichmäßige Verteilung der
Analog-Signale innerhalb eines Quantisierungsintervalles (auf der Seite der Codierung)
dazu führt, daß der Mittelwert dieser Analog-Signale bei der Hälfte des jeweiligen
Quantisierungsintervalles liegt, was dann bei der Umsetzung eines Digital-Signals
in ein Analog-Signal (Decodierung) berücksichtigt wird.
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Im Zusammenhang mit der Ansteuerung eines R-2R-Widerstandsnetzwerks
ist es bereits bekannt (US-PS 2 827 233, US-PS 3 365 713), eine der Anzahl der Verbindungspunkte
jeweils eines Ableitwiderstands und wenigstens eines Querwiderstands des betreffenden
Widerstandsnetzwerks entsprechende Anzahl von Konstantstromquellen vorzusehen und
diese Konstantstromquellen je nach Bedarf an die zugehörigen Verbindungspunkte des
R-2R-Widerstandsnetzwerks anzuschalten.
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Es ist außerdem ein Digital-Analog-Umsetzer mit einem R-2R-Widerstandsnetzwerk
bekannt (FR-PS 2 121 396), bei dem Konstantstrcmquellen vorgesehen sind, die Konstant
ströme entsprechend einer binären Wertstufung abzugeben vermögen. Hiervon den betreffend
Konstantstromquellen abgegebenen Konstant ströme werden in Abhänffligkeit von den
"1"-Bits des jeweils in ein Analog-Signal umzusetzenden Digital-Signals summiert
und dann jeweils einem Verbindungspunkt eines Ableitwiderstands und zumindest eines
Querwiderstands des R-2R-Widerstand sn et zwerks zugeführt. Erfolgt keine
Konstantstromabgabe
von einer Konstantstromquelle, so ist die betreffende Konstantstromouelle von dem
R-2R-sSiderstandsnetzwerk abgetrennt.
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Im Zusammenhang mit dem Betrieb von Konstantstronquellen bei Schaltungsanordnungen
der vorstehend betrachteten Art hat es sich gezeigt, daß es beim Umlenken eines
Konstantstroms von einer Konstantstromquelle auf eitien als Einspeisepunkt zu betrachtenden
Verbindungspunkt eines Ableitwiderstands und wenigstens eines Querwiderstands des
R-2R-Widerstandsnetzwerks vorkommen kann, daß kurzzeitig an dem betreffenden Einspeisepunkt
des Widerstandsnetzwerks beim Wiederansehalten eine zu hohe Spannung liegt. Zum
Auftreten einer solchen erhöhten Spannung kommt es infolge der Nichtbelastung der
betrCEenden Konstantstromquelle im Abschaltzustand. Die infolge des Abschaltens
einer Konstantstromquelle von einem Einspeisepunkt auftretende Erhöhung der Abgabespannung
kann überdies eine störende Rückwirkung auf die Konstantstromquelle selbst hervorrufen.
Die damit verbundene Rückwirkung auf den Konstantstrom und/oder die Aufladung der
Eigenkapazität der Konstantstromquelle im abgeschalteten, nicht belasteten Zustand
verursachen beim Anschalten an das R-2R-Netzwerk kurzzeitig Spannungsspitzen.
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Zur Lösung des vorstehend bezüglich der Konstantstromquellen aufgezeigten
Problems wäre es gegebenenfalls möglich, die jeweilige Konstantstromquelle nicht
nur von ihrem Einspeisepunkt abzuschalten, sondern sie vollkommen von ihren Speiseenergiequellen
abzutrennen. Dies stellt jedoch einen zuweilen nicht in Kauf zu nehmenden Nachteil
insofern dar, als die Konstantstromquellen dann erst nach Ablauf einer gewissen
Zeitspanne auf die Wiederanschaltung ihrer Speiseenergiequellen einen gewünschten
Konstantstrom abzugeben vermögen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen,
wie bei einem Digital-Analog-Umsetzer der eingangs genannten Art auf relativ einfache
Weise sichergestellt werden kann, daß die vorgesehenen Konstantstromquellen weder
bei ihrer Abschaltung von dem R-2R-Widerstandsnetzwerk noch bei ihrer Anschaltung
an dieses Widestandsnetzwerk einen störenden Anstieg ihrer Ausgangsspannung erfahren.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Digital-Analog-Umsetzer
zur Umsetzung von jeweils n+m+1 Bits umfassenden Digital-Signalen in Analog-Signale
unter Berücksichtigung einer nichtlinearen Knickkennlinie, die aus 2m+1 linearen
Abschnitten mit jeweils 2n Amplitudenstufen besteht, insbesondere für einen nach
dem Iterativverfahren arbeitenden Codierer, unter Verwendung eines R-2R-Widerstandsnetzwerks,
bei dem jedem Verbindungspunkt einer Gruppe von n benachbarten Verbindungspunkten
jeweils eines Ableitwiderstands und wenigstens eines Querwiderstands selektiv ein
Konstantstrom einer Konstantstromquelle von n Konstant stromquellen entsprechend
den jeweils durch eine binäre "1" gebildeten n Bits des jeweiligen Digital-Signals
zuführbar ist, wobei der demjenigen Ende des R-2R-1ç7iderstandsnetzwerks, von welchem
das jeweilige Analog-Signal abnehmbar ist, zugewandte eine Verbindungspunkt der
Gruppe der n benachbarten Verbindungspunkte von dem betreffenden Ende einen Abstand
entsprechend 1 bis (2m-1) Verbindungspunkten gemäß dem Wert der jeweils durch eine
binäre 's1" gebildeten m Bits des jeweiligen Digital-Signals hat, wobei dem in Richtung
zu dem genannten Ende des Widerstandsnetzwerks den n benachbarten unmittelbar Verbindungspun.ktenZbenacnbarten
Verbindungspunkt eines Ableitwiderstands und wenigstens eines Querwiderstands in
dem Fall ein Konstantstrom von einer onderten Konstantstromquelle zugeführt wird,
daß wenigstens eines der m Bits des jeweiligen Digital-Signals durch eine binäre
"1" gebildet ist, und wobei
dem in Richtung von dem genannten Ende
des Widerstandsnetzwerks abgewandten, den n benachbarten Verbindungspunkten unmittelbar
benachbarten Verbindungspunkt eines Ableitwiderstands und wenigstens eines Querwiderstands
zusätzlich ein Konstantstrom von einer gesonderten Konstantstromquelle lediglich
bei der Umsetzung eines Digital-Signals in ein insbesondere einer Teilnehmerstelle
zuzuführendes Analog-Signal zugeführt wird, nach Patent ...(P 24 1i 561.5) erfindungsgemäß
dadurch, daß jeder der (1s-n+,) Konstantstromquellen ein normalerweise geschlossener
Kurzschlußschalter zugehörig ist, der lediglich in dem Fall geöffnet ist, daß ein
Schalter einer der jeweiligen Konstantstromquelle individuell zugeordneten Gruppe
von Stromeinspeisungsschaltern geschlossen ist, über die die jeweilige Konstantstromquelle
an das R-2R-Widerstandsnetzwerk anschaltbar ist. Die Erfindung bringt den Vorteil
mit sich, daß mit relativ geringem schaltungstechnischen Aufwand sichergestellt
ist, daß die Spannung an der jeweiligen Konstantstromquelle nicht auf einen unervanschten
hohen Wert anzusteigen vermag. Auf diese Weise sind also relativ einfach schädliche
Auswirkungen sowohl auf die Konstant stromquellen als auch auf Auswerteeinrichtungen
vermieden, die die von dem R-2R-Widerstandsnetzwerk jeweils abgegebenen Analog-Signale
aufnehmen. Überdies steht der von der jeweiligen Konstantstromquelle abzugebende
Konstantstrom nach Anschaltung der Konstantstromquelle an einem Einspeisepunkt des
R-2R-Widerstandsnetzwerks praktisch ohne eine Verzögerung zur Verfügung.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Konstantstromquelle
eine Kapazitanz pgallelgeschaltet, deren I.t Kapazität der Beziehung C = U genügt,
wobei I der Konstantstrom der betreffenden Konstantstromquelle, U eine vorgegebene
zulässige Maximalspannung an der Kapazitanz und t die Zeitspanne zwischen dem Öffnen
des Kurzschlußschalters der betreffenden Eonstantstromquelle und dem Schließen eines
Schalters der der betreffenden Konstantstromquelle zugehörigen genannten Gruppe
von
Stromeinspeisungsschaltern bedeuten. Diese Maßnahme bringt den Vorteil mit sich,
daß hinsichtlich der Betätigungsimpulse für die genannten Stromeinspeisungsschalter
und für den Kurzschllsßschalter keine besonderen Anforderungen zu stellen sind.
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Es/dabei also möglich, daß der einer Konstantstromquelle zugehörige
Kurzschlußschalter öffnet, bevor ein Stromeinspeisungsschalter geschlossen ist,
über den die betreffende Konstantstromquelle an das R-2R-Widerstandsnetzwerk anschaltbar
ist.
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Die erwähnten Kapazitanzen können durch gesonderte Kondensatoren gebildet
sein. Bei kleinen Konstant strömen können die Kapazitanzen aber aucWdurch Einführungs-,
Schalt- und Gehäusekapazitäten der Schaltungsanordnung gegeben sein, so daß man
in diesem Fall ohne gesonderte Kondensatoren auskommt.
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Gemäß einer weiteren zvieckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist
die Öffnungszeit des einer Konstant stromquelle zugehörigen Kurzschlußschalters
innerhalb der Schließungszeit jedes Schalters der genannten Gruppe von Stromeinspeisungsschaltern
gelegt, über die die betreffende Konstantstromquelle an das R-2R-\Fiderstandsnetzwerk
anschaltbar ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß ohne eine exakte zeitliche
Abstimmung der Schalterbetätigungsimpulse und ohne zusätzliche Kapazitanzen ausgekommen
werden kann.
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Von Vorteil bei der zuletzt betrachteten zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung ist es gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erftilung,
sämtliche erwähnten Schalter so auszubilden bzw. mit solchen Betätigungsimpulsen
anzusteuern, daß die mit dem R-2R-Widerstandsnetzwerk verbundenen Stromeinspeisungsachalter
auf das Auftreten der Vorderflanke eines für die Schalterbetätigung aus dem jeweiligen
Digital-Signal abgeleiteten Steuerimpulses hin unverzögert schließen und auf das
Auftreten der Rückflanke des betreffenden Steuerimpulses
nach Ablauf
einer bestimmten, vorgegebenen Zeitspanne wieder öffnen, während der jeweils zugehörige
Kurzschlußschalter erst nach einer bestimmten, vorgegebenen Zeitspanne auf das Auftreten
der Vorderflanke des betreffenden Steuerimpulses hin öffnet und auf das Auftreten
der Rückflanke des Steuerimpulses hin unverzögert schließt. Hierdurch ergibt sich
der Vorteil eines besonders geringen schaltungstechnischen Aufwands für die Steuerung
der mit der jeweiligen Konstantstromouelle verbundenen Schalter. Dabei können in
vorteilhafter Weise Ausschaltverzögerungen der jeweiligen Schalter ausgenutzt werden;
derartige Ausschaltverzögerungen ergeben sich unter Umständen durch Übersteuerung
der Schalter, durch Gatterlaufzeiten oder durch gegebenenfalls fest installierf;e
echte Laufzeiten. Die Ableitimpedanz für die jeweilige Konstantstromquelle entspricht
hier -also ohne die Verwendung einer der jeweiligen Konstantstromquelle parallel
liegenden Kapazitanz - der Parallelschaltung des Kurzschlußschalters und eines der
Stromeinspeisungsschalter, über die die betreffende Konstant stromquelle an das
R-22-Widerstandsnetzwerk anschaltbar ist, zuzüglich der Impedanz des Widerstandsnetzwerks.
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knhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise
näher erläutert.
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Figur 1 zeigt einen Digital-Analog-Umsetzer gemäß einer Ausfahrungsform
der Erfindung.
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Figur 2 zeigt einen Digital-Analog-Umsetzer gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Figur 3 zeigt ein zur Erläuterung des Betriebs des in Figur 2 dargestellten
Digital-Analog-Umsetzers dienendes Impulsdiagramm.
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Figur 4 zeigt den näheren Aufbau von in den Digital-Anaog-Umsetzern
gemäß Figuren 1 und 2 nur schematisch angedeuteten Schaltern.
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Der in Figur 1 dargestellte Digital-Analog-Umsetzer umfaßt ein Schieberegister
Reg, welches eingangsseitig an einer die die jeweils in Analog-Signale umzusetzenden
Digital-Signale führenden leitung POMan angeschlossen ist. Die Digital-Signale mögen
im vorliegenden Pall durch jeweils acht seriell auftretende Bits umfassende PCM-Signale
gebildet sein. Das Schieberegister Reg weist eine der Anzahl der ein POM-Signal
bildenden Bits entsprechende Anzahl von Registerstufen auf. Generell weist das Schieberegister
Reg eine Anzahl von n+m+1 Registerstufen entsprechend n+m+1 Bits des jeweiligen
PCM-Signals oder Digital-Signals auf. Im vorliegenden Fall ist n = 4 und m = 3 gewählt.
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Dies entspricht einer für eine komprimierte Übertragung von PCM-Signalen
gegebenen CCITT-Empfehlalng.
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Die unmittelbar am Eingang des Schieberegisters Reg liegenden aufänanderfolgenden
n Registerstufen sind ausgangsseitig jeweils mit einer Reihe von in Fig.1 nicht
näher bezeichneten und jeweils nur durch einen Kreis angedeuteten Schaltern angeschlossen.
Der nähere Aufbau eines dieser Schalter ist in Fig.4 gezeigt. Dabei treten auf den
von den n Registerstufen wegführenden leitungen "1"Bits dann auf,wenn in den betreffenden
Registerstufen "1"-Bits eingespeichert sind.
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Die den n benachbarten Registerstufen in der Schieberichtung des Schieberegisters
Reg vorangehenden m Registerstufen siifl ausgangsseitig mit den Eingängen eines
Decoders Dec verbunden, der eine Codierung von 2m in 1-aus-2m vornimmt. Da im vorliegenden
Fall m = 7 ist, gibt der Decoder Dec auf jede eingangsseitige Ansteuerung hin an
einem seiner acht Ausgänge ein "1"-Ausgangssignal ab. Die Ausgänge des Decoders
Dec sind mit 0, 1, 2 bis 7 bezeichnet. Die Ausgänge 0 und 1 des Decoders Dec sind
über ein ODER-Glied G07 zusammengefaßt. Diese zusammengefaßten Decoderausgänge 0
und 1 und die übrigen Decoderausgänge 2 bis 7 sind jeweils mit einer Reihe der jeweils
durch einen
Kreis in Figur 1 dargestellten Schalter verbunden.
Zusammen mit den 111-Bits von den n Registerstufen des Schieberegisters Reg erfolgt
mit den "1"-Ausgangssigr,alen von dem Decoder Dec eine koinzidenzmäßige Ansteuerung
koordinatenmäßig der jeweils durch einen Kreis in Figur 1 angedeuteten Schalter.
Darüber hinaus erfolgt eie entsprechende koirzidenzmäßige Ansteuerung weiterer Schalter
durch die Ausgangssignale von dem Decoder Dec und von einem gesonderten Steueranschluß
x her, an dem im vorliegenden Fall sts.ndiz ein "1"Signal mit einem X-Pegel (hoher
Pegel) liegen mag sowie vom Ausgang eines Sperrgliedes GS her.
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Im Hinblick auf die gerade erwähnten Schalter sei nochmals auf Figur
4 hingewiesen, in der einer der betreffenden, jeweils durch einen Kreis angedeuteten
Schalter in seinem möglichen Aufbau näher gezeigt ist Bin solcher Schalter kann
einfach aus einem UND-Glied GU bestehen, relches von einer der n Registerstufen
des Schieberegisters Reg oder von dem Steueranschluß x und von einem Decoderausng
des Decoders Dec ansteuerbar ist An den Ausgangsleitungen der n Registerstufen des
Schieberegisters Reg, an der von dem Steneranschluß x wegführen den Leitung und
an der von dem Sperrglied GS ausgangsseitig wegführenden Leitung sind die jeweils
in einer waagerechten Reihe liegenden und durch einen Kreis angedeuteten Schalter
mit einem Eingang angeschlossen; an den Decoderausgängen 2 bis 7 bzw. am Ausgang
des DDER-Gliedes G07 sind die jeweils in einer unter einem Winkel von 450 schräg
(von rechts oben nach links unten) verlaufenden Reihe liegenden Schalter mit ihrem
jeweils anderen Eingang angeschlossen. Die in der untersten waagerechten Reihe der
betreffende den Schaltergruppe liegenden Schalter sind dabei mit ihren einen Eingängen
am Ausgang des Sperrgliedes GS angeschlossen, welches mit seinem Sperreingang am
Ausgang 0 des Decoders Dec angeschlossen ist und welches mit seinem Signaleingang
an einem Steuereingang y angeschlossen ist, an welchem im vorliegenden
Fall
ständig ein "1"-oder H-Signal (mit hohem Pegel) liegen mag. Die in Figur 1 jeweils
in einer vertikalen Reihe übereinande::liegend gezeigten, jeweils durch einen Kreis
angedeuteten Schalter sind ausgangsseitig an einer gemeinsamen Steuerleitung angeschlossen.
Dies ist in Figur 1 dadurch kenntlich gemacht, daß die jeweilige Steuerleitung als
eine die die betreffenden Schalter andeutenden Kreise durchschneidende Linie dargtellt
ist.
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Von den an den n Registerstufen des Schie beregisters Reg, am Ausgang
des Sperrgliedes GS, an dem Steueranschluß x und an den Ausgängen des Decoders Dec
angeschlossenen, jeweils durch einen Kreis dargestellten Schaltern führen insgesamt
12 Steuerleitungen zu den Betätigungseingängen von insgesamt 12 Schaltern S1, S2,
S3, S4, 85, S6, S7, S8, 59, S10, S11 bzw. S12 hin, die hier als Stromeinspeisungsschalter
bezeichnet werden. Diese Stromeinspeisungsschalter S1 bis S12, die im übrigen jeweils
in der gleichen Weise ausgebildet sein können wie dies im rechten Teil der Figur
4 veranschaulicht ist. sind jeweils an einem Verbindungspunkt eines Ableitwiderstandes
und wenigstens eines Querwiderstandes eines im unteren Teil der Figur 1 dargestellten
R-2R-Widerstandsnetzwerks angeschlossen. Bei diesem Widerstandsnetzwerk besitzen
in an sich bekannter Weise sämtliche QuervJiderstände den Widerstandswert R, und
außerdem besitzen die an den beiden Enden des Widerstandsnetzwerks lieenden hbleitrriderstände
jeweils den Widerstandswert R. Die übrigen hbleitwiderstände des betreffenden Widerstandsnetzwerks
besitzen jeweils den Widerstandswert 2R. Von dem einen Ende des betreffenden Widerstandsnetzwerks
ist zwischen den Anschlüssen a und b ein dem jeweils umgesetzten Digital-Signal
- welches auf der leitung PCMan auftritt - entsprechendes Analog-Signal U abnehmbar.
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Über die Stromeinspeisungsschalter S1 bis S12 sind die auch als Stromelnspeisungspunkte
zu bezeihnenden Verbindungspunkte jeweils eines Ableitwiderstands und zumindest
eines Querwiderstands des R-ZR-Widerstandsnetzwerks mit Konstantstromquellen C1,
C2, C3, C4, C5 bzw. C6 verbunden. Diese sechs Konstantstromquellen C1 bis C6 sind
mit gesonderten Steuereingängen an dem Ausgang der bisher noch nicht betrachteten
einen Registerstufe des Schieberegisters Reg angeschlossen; dies ist die am weitesten
rechts in Figur 1 dargestellte Registerstufe des Schieberegisters Reg. Das in dieser
Registerstufe auftretende Bit der ein umzusetzendes Digital-Signal bildenden n+m+l
Bits legt die Riarität der von den Konstant stromquellen C1 bi.s C6 abzugebenden
Konstantströme fest. Demgemäß sind die Konstantstromquellen Ci bis C6, die alle
Konstantströme ein und derselben Größe abzugeben vermögen, Bipolar-Konstantstromquellen.
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Die Verbindung zwischen den Stromeinspeisungspunkten des R-2R-Widerstandsnetzwerks
und den Konstantstromquellen C1 bis C6 ist so getroffen, daß jede Konstantstromquelle
einer Gruppe von Stromeinspeisungspunkten des R-2R-Widerstandsnetzwerks individuell
zugeordnet ist; in jeder dieser Gruppen sind die Stromeinspeisungspunkte durch (n+2)
WIderstände R des R--2R-Widerstandsnetzrserks voneinander getrennt. Demgemäß ist
die Konstantstromquelle C1 denjenigen Stromeinspeisungspunkten des R-2R-Widerstandsnetzwerks
zugeordnet, an denen die Stromeinspeisungsschalter S1 und S7 angeschlossen sind.
An dieser Stelle sei kurz darauf hingewiesen, daß bei einer entsprechenden Ansteuerung
von diesen Stromeinspeisungsschaltern nur jeweils ein Stromeinspeisungsschalter
betätigt sein kann. Die Konstantstromquelle C2 ist über die Stromeinspeisungsschalter
S2 und SS an zwei Stromeinspeisungspunkten des R-2R-Widerstanderetzwerks angeschlossen,
die ebenfalls durch (n+2) Querwiderstände R voneinander getrennt sind. Die Konstantstromquelle
C3 ist über die Stromeinspeisungsschalter S3 und 9 an zwei entsprechenden '.,tromeinspeisungspunkten
des R-2R-Widerstandsnetzwerks angeschlossen; die
Konstantstromquelle
C4 ist über die Stromeinspeisungsschalter S4 und S10 an zwei entsprechenden Stromeinspeisungspunkten
des R-2R-Widerstandsnetzwerks angeschlossen; die Konstantstromquelle C5 ist über
die Stromeinspeisungsschalter S5 und S11 an zwei entsprechenden Stromeinspeisungspunkten
des R-2R-Widerstandsnetzwerks angeschlossen, und die Konstantstromquelle C6 ist
schließlich an den beiden noch verbleibenden Stromeinspeisungspunkten d-es R-2R-Widerstandsnetzwerks
über die-Stromeinspeisungsschalter 56 und S12 angeschlossen.
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Jeder Konstantstromquelle C1 bis C6 ist ferner ein Kurzschlußschalter
(mit einem bei Nichtansteuerung geschlossenen Ruhekontakt) individuell zugehörig.
Der Konstantstromquelle Cl ist der Kurzschlußschalter S13 zugehörig, der Konstantstromquelle
C2 ist der Kurzschlußschalter S14 zugehörig, der Konstantstromquelle C3 ist der
Kurzschlußschalter S35 zugehörig, der Konstantstromquelle C4 ist der Kurzschlußschalter
S16 zugehörig, der Konstant stromquelle C5 ist der Kurzschlußschalter S17 zugehörig,
und der Konstantstromquelle C6 ist schließlich der Kurzschlußschalter S18 zugehörig.
Die Kurzschlußschalter S13 bis S18 sind normalerweise geschlossen; sie schließen
dabei ihre zugehörige Konstant stromquelle kurz.
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Die Betätigungseingänge der Kurzschlußschalter S13 bis S18 sind über
ODER-Glieder G01 bis G06 an diejenigen Steuerleitungen angeschlossen, die zu den
Betätigungseingängen derjenigen Stromeinspeisungsschalter der Stromeinspeisungsschalter
S1 bis S12 hinfuhren, die an der dem tweiligenKurzschlußschalter zugehörigen Konstantstromquelle
angeschlossen sind. So ist der Betätigungseingang des Kurzschlußschalters S13 über
das ODER-Glied GOl an den Steuerleitungen angeschlossen, die zu den Betätigungseingängen
der Stromeinspeisungsschalter S1 und S7 hinfuhren, also zu den Betätigungseingängen
derjenigen Stromeinspeisungsschalter, die gemeinsam an der Konstantstromquelle C1
angeschlossen sind, welcher auch der Kurzschlußschalter S13
zugehörig
ist. In entsprechendeWeise ist der Betätigungseingang des Kurzschlußschalters S14
über das ODER-Glied G02 an den Steuerleitungen angeschlossen, die zu den Betätigungseingängen
der Stromeinspeisungsschalter S2 und S8 hinführen. Der Betätigungseingang des Kurzschlußschalters
S15 ist über das ODER-Glied GO3 an den Steuerleitungen angeschlossen, die zu den
Betätigungseingängen der Stromeinspeisungsschalter S3 und S9 hinführen. Der Betätigungseingang
des Kurzschlußschalters S16 ist über das ODER-Glied G04 an den Steuerleitungen angeschlossen,
die zu den Betätigungseingängen der Stromeinspeisungsschalter S4 und S10 hinführen.
Der Betätigungseingang des Kurzschlußschalters S17 ist über das ODER-Glied G05 an
den Steuerleitungen angeschlossen, die zu den Betätigungseingängen detStromeinspeisungsschalter
S5 und S11 hinführen. Der Betätigungseingang des Kurzschlußschalters S18 ist schließlich
über das ODER-Glied G06 an den Steuerleitungen angeschlossen, die zu den Betätigungseingängen
der Stromeinspeisungsschalter S6 und S12 hinführen.
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Den Konstant stromquellen C1 bis C6 ist jeweils noch ein individuell
zugehöriger Kondensator der Kondensatoren Kol, Ko2, Ko3, Ko4, Ko5, Ko6 parallelgeschaltet.
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Nachdem der Aufbau der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung
erläutert'worden ist, sei nunmehr die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform des
Digital-Analog-Umsetzers gemäß der Erfindung kurz betrachtet. Die in Figur 2 dargestellte
Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung
hinsichtlich ihres Aufbaus lediglich dadurch, daß die in Figur 1 gezeigten Kondensatoren
Kol bis Ko6 bei der Schaltungsanordnung nach Figur 2 nicht vorgesehen sind.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Figuren 1 und 2 dargestellten
Schaltungsanordnungen näher betrachtet.
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ist ein in ein Analog-Signal umzusetzendes Digital-Signal, d.h.
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im vorliegenden Fall ein 8 Bit umfassendes PCM-Signal, in das Schieberegister
Reg1 eingeführt, so laufen folgende Vorgänge ab.
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Der Decoder pec gibt von einem seiner Ausgänge 0 bis 7 ein "1"-Signal
ab. Ist keines der in den m Registerstufen des Schieberegisters Reg enthaltenen
Bits ein "l'-Bit, so gibt der Decoder Dec von seinem Ausgang 0 ein "1"-Signal ab,
welches über das ODER-Glied G07 zu den Schaltern derjenigen im oberen Teil der Figuren
1 und 2 gezeigten Reihe von Schaltern hin gelangt, welche die Schalter in der am
weitesten rechts liegenden - von oben rechts nach unten links - schräg verlaufenden
Schalterreihe umfassen. Sind in den m Registerstufen hingegen "1"-Bits enthalten,
so gibt der Decoder Dec in Abhängigkeit von der Anzahl und Kombination dieser Bits
an einem seiner übrigen Ausgänge 1 bis 7 jeweils ein "1"-Signal ab. Die Bedeutung
der Zusammenfassung der Decoderausgänge 0 und 1 ist bereits im Hauptpatent ... (P
23 15 986.6-31) erläutert worden, weshalb hier auf die betreffenden Zusammenhänge
nicht weiter eingegangen zu werden braucht.
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Entprechend den in den n Registerstufen des Schieberegisters Reg enthaltenen
11111Bits werden "1"-Signale auf entsprechenden n unmittelbar benachbarten Steuerleitungen
abgegeben. Gibt der Decoder Dec an seinem Ausgang 0 ein "1"-Signal ab, so wird hier
auf der den n Steuerleitungen auf der Ausgangsseite (Anschlüsse a, b) des R-2R-Widerstandsnetzwerks
unmittelbar benachbarten Steuerleitung kein "1"-Signal auftreten. Allerdings tritt
auf der mit dem Steueranschluß x verbundenen Leitung ein !X1"- oder.H-Signal (hoher
Signalpegel) dann auf (Einführung eines 1/2-Schrittes)wenn oln Digital-Signal in
ein insbesondere einer Teilnehmerstelle zuzuführendes Analog-Signal umzusetzen ist.
Damit sind also insgesamt (n+2) Steuerleitungen erfaßt.
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Nimmt man beispielsweise an, daß in sämtlichen n Registerstufen des
Schieberegisters Reg jeweils ein 'sii"-Bit enthalten
ist, und nimmt
man ferner an, daß der Decoder Dec von seinem Ausgang 7 ein "1"-Ausgangssignal abgibt,
so führen die am weitesten links in Figuren 1 und 2 liegenden sechs unmittelbar
benachbarten Steuerleitungen jeweils ein "1"-Signal, also diejenigen Steuerleitungen,
die von den jeweils durch einen Kreis dargestellten Schaltern derjenigen Schalter
wegführen, welche an den Kreuzungsstellen der Ausgangsleitungen der n Registerstufen
des Schieberegisters Reg, der Ausgangsleitung des Sperrgliedes GS und der mit dem
Steueranschluß x verbundenen Leitung einerseits und der vom Ausgang 7 des Decoders
Dec wegführenden Ausgangsleitung andererseits liegen.
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Die auf den gerade erwähnten Steuerleitungen auftretenden liln Signale
bewirken, daß die Stromeinspeisungsschaltes S7 bis S12 geschlossen werden und daß
außerdem die Kurschlußschalter S13 bis S18 geöffnet werden. Entsprechende Vorgänge
laufen auch dann ab, wenn auf anderen Steuerleitungen "1"-Signale auftreten.
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Die Betätigung der Stromeinspeisungsschalter S1 bis S12 und der Kurzschlußschalter
S13 bis S18 erfolgt im Falle der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 in der Weise,
daß der einer Konstantstromquelle zugehörige Kurzschlußschalter geöffnet wird, bevor
einer derjenigen Stromeinspeisungsschalter, über die die Konstantstromquelle an
dem R-2R-Widerstandsnetzwerk angeschlossen ist, geschlossen wird. Beim Abschalten
der betreffenden Konstantstromquelle kann der dieser Konstantstromquelle zugehörige
Kurzschlußschalter wieder geschlossen werden, nachdem derjenige Stromeinspeisungsschalter
geöffnet ist, über den die betreffende Konstantstromquelle an einem Stromeinspeisungspunkt
des R-2R-Widerstandsnetzwerks angeschaltet war. Der zu der betreffenden Konstantstromquelle
parallelgeschaltete Kondensator der Kondensatoren Kol bis Ko6 verhindert dabei,
daß innerhalb der Umschaltzeitspannen - das ist einmal die Zeitspanne zwischen
dem
Öffnen des derjbetreffenden Konstantstromquelle zugehörigen Kurzschlußschalters
und dem Schließen def Stromeinspeisungsschalters, über den die Konstantstromquelle
an einem Stromeinspeisungspunkt des R-2R-Widerstandsnetzwerks angeschlossen ist,
und das ist zum anderenldie Zeitspanne zwischen dem oeffnen des zuletzt genannten
Stromeinspeisungsschalters und dem Schließen des der Konstantstromquelle zugehörigen
Kurzschlußschalters - an der Konstantstromquelle eine störende oder sogar schädliche
Spannung auftritt. Die innerhalb der jeweiligen Umschaltzeit wirksame, an der jeweiligen
Konstantstromquelle liegende Impedanz muß dabei so bemessen sein, daß die dem Produkt
aus dieser Impedanz und dem Konstantstrom entsprechende Spannung nicht einen vorgegebenen
Maximalwert überschreitet.
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Die bei der Schaltungsanordnung nach Figur 1 vorgesehenen, den Konstant
stromquellen jeweils parallelgeschalteten Kondensatoren Kol bis Ko6 besitzen zu
diesem Zweck jeweils eine Kapazität C, die der Beziehung C = Iut genügt, wobei I
der Konstantstrom, U t die jeweilige Umschaltzeitspanne und U die vorgegebene zulässige
Maximalspannung bedeuten. Anstelle von gesonderten Kondensatoren können im übrigen
hier auch Einführungs-, Schalt-. und Gehäusekapazitäten oder sonstige Kapazitanzen
ausgenutzt werden.
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Die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung wird in einer Weise
betrieben, wie dies aus Figur 3 hervorgeht. In Figur 3 ist mit Um der Verlauf der
Spannung eines Impulses am Schaltungspunkt m in Figur 2 veranschaulicht. Mit In
ist der Verlauf des Stromes am Schaltungspunkt n in Figur 2 verdeutlicht. In der
Zeile S1 ist in Figur 3 die dffnung/Schließung des Stromeinspeisungsschalters S1
als Beispiel veranschaulicht. In der Zeile S13 zeigt die Figur 3 die Steuerung des
Öffnens/Schleßens des Kurzschlußschalters S13 als Beispiel. Gemäß Figur 3 tritt
am
Schaltungspunkt m ein Steuerimpuls mit einem (hohen) H-Pegel während einer Zeitspanne
T auf; im übrigen tritt der betreffende Steuerimpuls Um mit einem (niedrigen) B-Pegel
auf. Der Stromeinspeisungsschalter S1 mag nun so ausgebildet sein, daß er auf das
Auftreten der Vorderflanke dieses Steuerimpulses Um hin sofort schließt. Der Kurzschlußschalter
S13 hingegen mag so ausgebildet sein, daß er erst nach einer Verzögerungszeitspanne
ts13 auf das Auftreten der Vorderflanke des Steuerimpulses Um hin öffnet.
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Die Zeitspanne ts13 stellt somit eine Überlappungszeitspanne dar.
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Der Stromeinspeisungsschalter S1 mag im übrigen so ausgebildet sein,
daß er auf das Auftreten der Rückflanke des Steuerimpulses Um hin nicht sofort öffnet,
sondern erst nach~Ablauf einer Verzögerungszeitspanne tsl. Der Kurzschlußschalter
S13 hingegen mag so ausgebildet sein, daß er auf das Auftreten der Rückflanke des
Steuerimpulses Um hin sofort wieder schließt. Damit stellt auch die Zeitspanne tsl
eine Überlappungszeitspanne dar. Ein Strom In fließt in dem Schaltungspunkt n gemäß
Figur 2 innerhalb einer Zeitspanne tin, wie dies in der untersten Zeile der Figur
3 angedeutet ist. Durch diese besondere Art der Betätigung der an den Stromeinspeisungspunkten
des R.-2R-Widerstandsnetzwerks angeschlossenen Stromeinspeisungsschalter S1 bis
S12 einerseits und der Kurzschlußschalter S13 bis S18 andererseits ist sichergestellt,
daß die Konstantstromquellen Cl bis C6 stets belastet sind.
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Vorstehend ist erwähnt worden, daß die in Figur 3 veranschaulichte
Art der Steuerung der Schalter - d.h. die verzögerte Ausschaltung der Schalter S1
bis S18 - durch entsprechende Ausgestaltung der betreffenden Schalter selbst erfolgt.
Anstatt einer solchen Ausgestaltung dieser Schalter können - bei Verwendung von
unverzögert schaltenden Schaltern - aber auch entsprechend zeitlich aufeinander
abgestimmte Steuerimpulse für die Betätigung
der jeweils in Frage
kommenden Stromeinspeisungsschalter bzw.
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Kurzschlußschalter herangezogen werden. Dies bedeutet, daß von Hause
aus den Stromeinspeisungsschaltern S1 bis S12 Steuerimpulse entsprechend dem Verlauf
des Steuerimpulses S1 gemäß Figur 3 zugeführt werdnkönnen und daß den Kurzschlußschaltern
dem Steuerimpuls S13 entsprechende Steuerimpulse zugeführt werden können. Es ist
aber auch möglich, in die Betätigungseingänge der betreffenden Schalter jeweils
entsprechend bemessene Verzögerungsglieder einzufügen, die die aus Figur 3 ersichtlichen
Verzögerungen bam Abschalten der betreffenden Schalter hervorrufen. Die betreffenden
Verzögerungsglieder können gegebenenfalls eingespart werden, wenn die Ausschaltverzögerungen
bei den in Frage kommenden Schaltern durch Ubersteuerung dieser Schalter oder durch
Laufzeiten erzielt werden.
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4 Patentansprüche 4 Figuren