DE1762465B2

DE1762465B2 - Analog Digital Umsetzer mit einem Integrator

Info

Publication number: DE1762465B2
Application number: DE1762465A
Authority: DE
Inventors: Hans Bent Trondheim Aasnaes (Norwegen)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-06-27
Filing date: 1968-06-21
Publication date: 1973-11-15
Also published as: DE1762465C3; BE716604A; SE327726B; US3577140A; GB1161549A; CA935924A; NL6806738A; CH470802A; DE1762465A1; FR1575933A

Description

Die Erfindung betrifft einen Analog-Dig.ial-Umsetzer mit einem Integrator, dem über eine Umschaltvorrichtung abwechselnd verschiedene Signalarten, nämlich ein Analogsignal und ein Referenzsignal mit gegenüber dem des Analogsignals umgekehrten Vorzeichen derart zugeführt werden, daß über die eine Signalart in einem fest vorgegebenen Intervall ausgehend von einem fest vorgegebenen Anfangspegel ein erstes, eine Funktion des wirksamen Signalpegels darstellendes Zeitintegral und über die andere Signalart in einem darauffolgenden variablen, in der Dauer vom ersten Zeitintegral abhängigen Zeitintervall, beginnend mit dem Zuführen dieser Signalart und endend mit dem Wiedererreichen des genannten fest vorgegebenen Anfangspegels ein zweites, eine Funktion des variablen Zeitintervalls darstellendes Zeitintegral unter Abgabe entsprechender Zeitmeßimpulse als Digitalwert gebildet wird.

Demnach wird also die Erzeugung einer Dreiecktpannung vorausgesetzt, bei der eine Flanke gewissernafien zeitlich normiert ist und die andere Flanke tür Zeitbestimmung dient, indem am Ausgang in *tbhängigkeit von dieser Zeitbestimmung eine dem gemessenen Analogwert entsprechende Impulsanzahl als Digitalwert bereitgestellt wird.

Bei bisher bekannten Analog-Digital-Umsetzern, die mit zweimaliger Integration arbeiten, wird z. B. eine unbekannte Analogspannung eine bestimmte Zeitlang integriert. Dabei erreicht die Integrator-Ausgangsspannung in linearem Anstieg einen der unbekannten Analogspannung zugeordneten Wert. Dann wird eine Eczugsspannung von entgegengesetzter Polarität integriert, b' die nun linear abfallende lntegrator-Aus^angssj-unnung ihren Anfangswert wieder erreicht. Während der Integration der Bezugsspannaag werden Taktimpulse zur Messung der Zeit und damit zur digitalen Darstellung der Größe der unbekannten Analogspannung auf einen Zähler gegeben. Andere Umsetzer dieser Art arbeiten in der umgekehrten Reihenfolge, d. .;.. es wird erst die Referenzspannung während einer festgelegten Zeit integriert, und dann wird der Integralwert durch die unbekannte Analogspannung abgebaut und die dafür erforderliche Zeit digital gemessen. Das Prinzip ist jedoch das gleiche. Diese zweifach integrierenden Umsetzer sind weniger aufwendig als die mit schrittweiser Annäherung arbeitenden Umsetzer, da sie mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen auskommen. Bei einer auch nur einigermaßen genauen A rbeitsweise jedoch sind sie ziemlich langsam.

Bei einem mit schrittweiser Näherung arbeitenden Analog-Digital-Umsetzer wird ein Analogsignal mit der Analogdarstellung einer Zahl verglichen, indem beispielsweise ein Kondensator stufenweise oder stetig entladen wird. Diese Entladung kann aufeinanderfolgend mit verschiedenen Zeitkonstanten erfolgen, die jeweils einer solchen Zanl entsprechen. Solange keine Übereinstimmung besteht, wird nach einem Näherungsverfahren immer wieder eine neue Zahl ausgewählt, bis schließlich Gleichheit angezeigt wird. Dann dient die gerade gespeicherte Zahl als Ausgangswert des Umsetzers. Derartige Analog-Digital-Umsetzer arbeiten mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit, sind jedoch, wie gesagt, auf Grund der hierzu erforderlichen, relativ zahlreichen Bauteile seh^r aufwendig.

Der Erfindung licet die Aufgabe zugrunde, einen Analog-Digital-Umsetzer mit Integrator bereitzustellen, der ohne wesentliche Erhöhung des Aufwandes ein wesentlich besseres Verhältnis von Genauigkeit zu Arbeitsgeschwindigkeit ergibt als bisher bekannte integrierende Analog-Digital-Umsetzer, der also z. B. eine Umsetzung mit vorgegebener Genauigkeit in sehr viel kürzerer Zeit auszuführen gestattet.

Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß dadurch lösen, daß mit Hilfe eines nur während des variablen Zeitintervalls wirksamen Pegelumsetzers die dem variablen Zeitintervall zugeordnete Signalart unter Steuerung eines mit Abgriffen des Pegelumsetzers verbundenen Umschalters aufeinanderfolgend in mehreren Pegelstufen mit abnehmenden Pegelwerl am Integrator mit jeweils höherer Zeitkonstante anliegt, derart, daß das variable Zeitintervall in Zeitabschnitte gleicher Größenordnung unterteilt ist, und daß der Integr ;lorausgang an den ersten Eingang eines Vergleichers angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang jeweils durch einen Pegelwert beaufschlagt ist, der geringfügig höher als der der eingeschalteten Pegelstufe ist und dessen Ausgang bei Pegelübereinstirumung beider jeweiligen Eingangssignale jeweils

ein Steuersignal zur Abgabesteuerung entsprechender Digitalwerte bereitstellt.

Ein Umsetzer dieser Art mit zur Zeitmessung vorgesehenen Taktimpulsgeneratoren zur Ansteuerung einer Zählschaltung sieht in vorteilhafter Ausgesf.l-

tung vor, daß die Zählschaltung in einen ersten Teil mit den höherwertigen Stellen und in einen zweiten Teil mit den niedr lerwertigen Stellen unterteilt ist. und daß Taktimpulse des Taktimpulsgenerators sowohl der niedrigsten Stelle des ersten Zahlerteils als

auch der niedrigsten Stelle des zweiten Zählerteils zugeführt werden können.

Andere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung sind möglich. So lassen sich z. B. auch mehr als zwei Bezugsspannungen unter Messung ihrer Integrationszeit anwenden.

Mit Hilfe der erfinduni, uemaßen Anordnung wird die Genauigkeit eines zweifach integrierenden Analog-Digital-Umsetzers bei Geschwindigkeiten erzielt, die um Größenordnungen höher liegen als es mit den bisher zur Verfügung stehenden Analog-Digital-Umsetzern möglich gewesen ist. Der Aufwand ist dabei jedoch nicht nennenswert höher.

Bei Anwendung des bisher bekannten zweifach integrierenden Umsetzers müssen im schlechtesten Falle 2^πΛΐ Impulse gezählt werden, um eine ii-Bit-Umsetzung durchzuführen. Um ein Beispiel anzugeben: Zur Durchführung einer 14-Bit-Umsetzung unter Anwendung eines 10-MHz-Taktes lassen sich nur etwa 300 Umsetzungen pro Sekunde ausführen Im Gegensatz hierzu ermöglicht es die Erfindung, unter Zufügen eines einzigen Vergleichers und eines anderen Schaltwerkes, daß die Umsetzungsgeschwindigkeit selbst im schlechtesten Falle :im einen Faktor 100 nahezu erhöht werden kann; was bedeutet, daß sich etwa 30 000 solcher Umsetzungen pro Sekunde mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung durchführen lassen. Diese Zahlenangaben ändern sich entsprechend bei gleichbleibendem Verbesserungsverhäiiiiis, wenn unterschiedliche Taktfrequenzen angewendet werden.

Bei alledem bleiben die mit bisher bekannten zweifach integrierenden Umsetzer erzielten Vorteile bei der erfindungsgemäßen Anordnung voll erhalten. Dies gilt z. B. für den Temperatureinfluß, indem der Einfluß des flC-Koeffizienten im Integrationskreis kompensiert wird. Der Einfluß der Taktfrequenz wird ebenfalls ausgeglichen, so daß eine Langzeitänderung im Taktgeberschaltkreis keine Betriebsfchler bei der Umsetzung einführt. Eine in der Vergleicherschaltung auftretende Drift ebenso wie eine Verzögerung bleiben außerdem außer Wirkung. Das gleiche gilt auch für den anderen Vergleicher. Dies hat zur Folge, daß keine Notwendigkeit vorliegt, die Betriebsspannung zu stabilisieren, um M den ersten Vergleichspegel bereitzustellen. Die Linearität des Umsetzers gemäß der Erfindung im ganzen gesehen ist besser als die des Integrationskreises selbst.

Obgleich zwei Referenzspannungen für die bevorzugte Dreifachintegrationsausführung erforderlich sind, ist es jedoch nicht nötig, sich einer weiteren Spannungsquelle zu bedienen. Beide Bezugsspannungen lassen sich bereitstellen, indem zusätzliche Widerstände einer einzigen Bezugsspannungsquelle

zugeordnet werden. Auf diese Weise wird durch Spannungsteilung die Entnahme zweier Bezugsspannungen in einfacher Weise erzielt, ohne daß Betriebsschwankungen oder Stabilitätsverluste zu befürchten sind.

Es ist weiterhin ohne weiteres auch möglich, die erfindungsgemäße Anordnung in bipolarer Weise zu betreiben, d.h., es lassen.sich Analogeingangsspannungen positiver oder negativer Polarität der gleichen Schaltungsanordnung zuführen, ohne daß Änderungen erforderlich wären.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß sich die erfindungsgemäße Anordnung mit Feldeffekttransistoren ausstatten läßt, was insbesondere für den mit den Abgriffen des Pegelumsetzers verbundenen Umschalter gilt. Feldeffekttransistoren lassen sich bekanntlich schnell umschalten, so daß die Erfindung hieraus Nutzen ziehen kann.

Um eine Vorstellung von der Verarbeitungsgeschwindigkeit zu geben, die sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielen läßt, sei darauf hingewiesen, daß bei einer Taktfrequenz von 10 MHz und bei einer 1'♦-Bit-Auflösung sich 30000 Umsetzungen pro Sekunde erzielen lassen, bei einer 12-Bit-Auflösung die Umsetzungsratc auf 60 000 Umsetzungen pro Sekunde gesteigert wird und daß bei einer 10-Bit-Auflösung eine Umsetzungsrate von 120 000 Umsetzungen pro Sekunde zu erzielen ist. Alle diese Zahlenangaben gehen nur angenähert. Bei Ausdch nung auf eine mehr als zweifach integrierende Umsetzungsanordnung ergibt sich natürlich eine entsprechende Verbesserung der oben angegebenen Zahlen. Der hierzu erforderliche Aufwand ist dabei nicht von Bfdeutung. denn für eine jeweils weitere Integrationsstufe zur Umsetzung wird lediglich ein Vcrgleicher, ein zusätzlicher Abgriff für die Bezugsspannung und entsprechende mit dem Pegelumsetzer verbundene Umschalter benötigt.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß der erfindungsgemäße Analog-Digital-Umsetzer in bezug auf Genauigkeit, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit bzw. Aufwand gegenüber bekannten Umsetzern dieser Art nicht zu überbietende Vorteile zeigt.

Im folgenden wird ein Ausrührungsbeispiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Analog-Digital-Umsetzers gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist ein Spannungs-Zeit-Diagramm für die vom Integrator in Fig. 1 erzeugte Ausgangsspannung;

F i g. 3 zeigt Einzelheiten der Torschaltungen für die umzuwandelnde Eingangsspannung und Tür die Bezugsspannungen;

F i g. 4 zeigt die im \usführungsbeispiel nach F i g. 1 enthaltene Integrationsschaltung;

F i g. 5 zeigt eine Steuer- und Zählerschaltung für die Anordnung nach Fi g. 1, und

F i g. 6 zeigt ein Zeit-Diagramm für die in einer Schaltung nach F i g. 5 auftretenden Signale.

Im hier beschriebenen Ausfiihrungsbeispiel spricht eine Integrationsschaltung nacheinander auf drei verschiedene Eingangsspannungen an und erzeugt dadurch ein Ausgangssignal mit drei verschiedenen linearen Abschnitten. Die erste Eingangsspannung ist eine unbekannte Analogspannung. Die zweite Eingangsspannung ist eine Bezugsspannung, deren Polarität entgegengesetzt der Polarität der unbekannten Eingangsspannung ist. Die dritte Eingangsspannung ist auch eine Bezugsspannung. Sie hat die gleiche Polarität wie die andere Bezugsspannung, ist aber kleiner als diese. Die Werte der beiden Bezugsspannungen stehen in einem solchen Verhältnis zueinander, daß bei der Analog-Digital-Umsetzung eine »Umschaltung« der Genauigkeit von einem Wert auf einen anderen Wert möglich ist. Weiterhin sind

ίο zwei Vergleicher vorgesehen, die auf die Ausgangsspannung des Integrators ansprechen. Der erste Vergleicher gibt ein Ausgangssignal, wenn die Inlegrator-Ausgangsspannung einen ersten vorgegebenen Spannungspegel erreicht, bei dem ein übergang von dem einen auf den anderen Genauigkeitsbereich erfolgen soll. Der zweite Vergleicher gibt ein Ausgangssignal. wenn die Integrator-Ausgangsspannung einen anderen vorgegebenen Spannungspegel (z. B. Erdpotential) erreicht. Dieser Pegel entspricht dem Anfangswert der Integrator-Ausgangsspannung zu Beginn der Integration.

Auf die Ausgangssignale dieser Vergleicher spricht eine Steuerschaltung an, die mit dem übrigen Gerät zusammenarbeitet. Diese Schaltung steuert die Schaltfolge der Eingangssignale (d. h. der unbekannten und der Bezugsspannung), und sie steuert außerdem den Fluß der Taktsignale zum Zähler. Der Zähler ist in zwei Abschniite unterteilt, und die Taktsignal werden bei der Integration der erMen Snnnnung zuerst auf die werthohen Stellen des Zählers geleitet. Auf diese Weise wird die erste F.ingangsspannung während einer vorgegebenen Zeit integriert. Dann wird der Zähler gelöscht und die Taktsignale wieder auf die werthohen Positionen des Zählers gegeben, während durch Integration der zweiten Eingangsspannung die Integrator-Ausgangsspannung abgebaut wird. Anschließend werden die Taktsignale während einer weiteren, sich aus der Integration der dritten Eingangsspannung ergebenden linearen Verminderung der Integrator-Ausgangsspannung auf die wertniederen Positionen des Zählers gegeben, so daß am Ende dieser Integration der Zähler eine digitale Darstellung des unbekannten analogen Eingangssignals enthält.

In der in F i g. 1 dargestellten Anordnung soll die unbekannte Analogspannung V_x in digitale Darstellung umgewandelt werden. Der im Dualzahlensystcm arbeitende Zähler 10 hat vierzehn BüsteUen und ist in zwei Abschnitte aufgeteilt, einen ersten Abschnitt 12 mit den werthohen Stellen, und einen zweiten Abschnitt 14 mit den wertniederen Stellen Eine Spannungsquelle 16 erzeugt eine erste Bezugsspannung V_ri über die Widerstände 18, 19 und eine zweite Bezugsspanwing V_rl über die Widerstände

19,20. Die Widerstände 18 und 20 haben verschiedene Werte. Das Verhältnis der zweiten Bezugsspannung zur ersten wird durch die Kapazität des zweiter Zählerabschnitts festgelegt. Mehrere Torschaltunger 22, 24, 26, im folgenden kurz »Schalter« genannt

leiten wahlweise die Spannungen V_x, V_ft oder V, auf die Integrationsschaltung 28. Die Ausgangsspan nung V_f der Integrationsschaltung 28 ist bei konrtan tem Eingangssignal eine sich mit der Zeit linea ändernde Spannung, wob-'i die Steigung (Spannungs

änderung pro Zeiteinheit) dem Wert des Eingangs signals entspricht. Diese Ausgangsspannung V, win auf die Vergleicherschaltungen 30 und 32 gegeber Die Ausgangssignale der Vergleicher 30 und 32 wer

den über die Leitungen 34 bzw. 36 auf die Steuerschaltung 38 gegeben, die ihrerseits Taktimpulse vom Taklimpulsgenerator 40 über die Leitungen 41 und 43 auf die Zählerabschnitte 12 und 14 weitergeben kann. Außerdem steuert die Steuerschaltung 38 den Betreb der Schalter 22, 24 und 26 durch Signale auf der Leitung 44. Weiter ist ein Pufferspeicher 42 vorgesehen, der auf Signale von den Zählerabschnitten 12 und 14 über die Leitung 45 anspricht, so daß der Inhalt des Zählers 10 vorübergehend gespeichert werden kann, während eine weitere Umwandlung stattfindet.

I i g. 2 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm des durch die in F i g. 1 dargestellte Anordnung erzeugten Signals V₁. Die V-Achse stellt die Größe der Ausgangsspannung V₁ vom Integrator 28 und die X-Achse die abgelaufene Zeit dar. Bei der folgenden Erklärung werden die F i g. 1 und 2 zugrundegelegt.

Die Umwandlung beginnt bei einem gegebenen Anfangszeitpunkt T₀, dargestellt in Fig. 2. Die beiden Abschnitte 12 und 14 des Zählers 10 stehen zu diesem Zeitpunkt auf Null und die Schalter 24, 26 sind geöffnet. Schalter 22 wird durch ein von der Steuerschaltung 38 über die Leitung 44 gegebenes Signal geschlossen. Eine unbekannte Analog-Eingangsspannung V_x an der Eingangsklemmc 21 wird dann durch den Integrator 28 wahrend eines festgc.egten Zeitintervalls (T₀ bis T, in Fig. 2) integriert, das gleich der zum entsprechend dem Wert von V₁ vorgenommenen wciiersciiaiien des Zählerabschnitts 12 erforderlichen Zeit ist. Die Taktimpulsc vom Taktimpulsgenerator 40 werden über die Steuerschaltung 38 durch die Leitung 41 auf den Zählerabschnitt 12 gegeben, was genauer im Zusammenhang mit den F i g. 5 und 6 beschrieben wird. Die Linie 60 in Fi g. 2 stellt den Anstieg der vom 1ηκ·- grator 28 auf Grund des an die Klemme 21 angelegten unbekannten Analog-Eingangsspannungssignalcs V_x erzeugten Spannung V₁ dar.

Zur Zeil T, wird die Integration der unbekannten Eingangsspannung V_x unterbrochen. Zu diesem Zweck empfängt die Steuerschaltung 38 ein Signal auf der Leitung 47, welches anzeigt, daß der Abschnitt 12 des Zählers 10 die Weiterschaltung beendet hat. Dann erzeugt die Steuerschaltung 38 Signale auf der Leitung 44 zum öffnen des Schallers 22 und Schließen des Schalters 24. Gleichzeitig läuft ein Taktimpuls vom Taktimpulsgenerator 40 auf der Leitung 41 zum Zählerabschnitt 12, um diesen auf Null zurückzuschalten. Das Zeitintegral von V_x über der Zeit T₀ bis T, ist jetzt in der Integratorschaltung 28 gespeichert und ist proportional der Größe von V_x. Eine durch Verbindung der Spannungsquelle 16 mit den Widerständen 18 und 19 erzeugte Bezugsspannung V_rl steht jetzt am Anschluß 23 zur Ver- fügung. Die Polarität von V_rl ist der von V_x entgegengesetzt. Die Bezugsspannung V_rl wird nun durch den Integrator 28 integriert, d. h., die Ausgangsspan nung V_t nimmt mit der Zeit linear ab. Dies zeigt in F i g. 2 die Linie 62, die vom T, bis T₂ reicht. Das Zeitintegral von V_rl über der Zeit T₁ bis T₂ wird von dem vorher gewonnenen Zeitintegral von V_x abgezogen, so daß eine reduzierte Ladung im Integrator 28 gespeichert bleibt Der Zeitpunkt T₂ ist dann erreicht, wenn die Ausgangsspannung V, des Integrators 28 einen vorgegebenen Spannungspegel V, erreicht bat und die Steuerschaltung den nächstfolgenden Taktimpab empfängt. Der Wert für V, muß so gewählt werden, daß auf jeden Fall noch eine Integration von V_r2 erfolgt, daß also zum Zeitpunkt T₂ nicht schon der Nullpegel erreicht sein kann. Optimal ist also V₁ etwas größer als die bei der Integration von V_ri je Zähleinheit erreichte Änderung von V₁-. Der Vergleicher 30 ist mit einem Eingang an die Spannungsquelle 35 für V₁ angeschlossen, um V₁- mit V₁ zu vergleichen und bei Übereinstimmung ein Ausgangssignal auf die Leitung 34 zu geben. Auf dieses Signal hin stoppt die Steuerschaltung 38 die Weitergabe der Taktimpulse vom Impulsgenerator 40 auf den Abschnitt 12 des Zählers 10. Zu diesem Zeitpunkt ist eine angenäherte Umwandlung des analogen Eingangssignals V_x in einen Digitalwert vollzogen.

Zur vollständigen Umwandlung öffnet die Steuerschaltung 38 auf das vom Vergleicher 30 kommende Signal auf der Leitung 34 hin den Schalter 24 und schließt Schalter 26 (Schalter 22 bleibt offen). Gleichzeitig erzeugt die Spannungsquelle 16 eine zweite Bezugsspannung V_tl über die Widerstände 19 und 20. die an dem Anschluß 25 ansteht. Diese Spannung V_rl ist kleiner als V_rl, hat aber auch die entgegengesetzte Polarität von V,. Das Verhältnis von V_r, 711 V_r2 entspricht der Kapazität des zweiten Zählerabschnitts 14. Der Schalter 26 leitet diese Bezugsspannung V, 2 auf den Integrator 28. dessen Ausgangsspannung weiterhin abfällt, nun aber langsamer als im vorangegangenen Zeitintervall. Dies ist durch die dritte, in Fig.? mit 64 bezeichnete Linie dargestellt. Gleichzeitig leitet die Steuerschaltung 38 die Impulse vom Taktimpulsgenerator 40 auf den Zählerabschnitt 14. Der integrator 28 vermindert seine Ausgangsspannung V₁ so lange, bis diese den Wert des F^;,rdpotentials erreicht. Dieser Zustand wird durch den Vergleicher 32 überprüft, dessen Eingang 33 zu diesem Zweck geerdet ist. Dieses überschneiden der beiden Spannungslinien erfolgt unmittelbar vor dem in Fig. 2 dargestellten Zeitpunkt T₃. Der Vergleicher 32 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 36, das ?ur Steuerschaltung 38 geleitet wird. Auf dieses Signal hin werden die Taktimpulse vom Taktimpulsgenerator 40 unterbrochen, d. h.. sie laufen nicht langer über die Leitung 43 zum Zählerabschnitl 14. Nötigenfalls wurde beim Zählen ein t'bertragsignal vom Zählerabschnitt 14 auf den Zählerabschnitt 12 über die Leitung 46 geleitet. Es ist zu beachten, daß die Spannungslinie 64 die Null-Linie kreuzt, bevor die Integration von V_x wieder eingeleitet wird. Diese Ungenauigkeit wäre zwai eigentlich ein Fehler, jedoch wird dieser Effekt durch den entsprechenden Fehler zur Zeit T₀ wieder auf gehoben. Zum Zeitpunkt T₃ ist also im Zähler IC eine Dualzahl von 14 Stellen enthalten, die proportional der Größe der unbekannten Analog-Eingangsspannung ist.

Wenn man diese Zahl mit IV bezeichnet, so gil· folgende Beziehung:

Iv ! - JL

K I.

wobei V_x

= Wert des Analog-Eingangssignals,

= 2" (mit μ = Gesamtzahl der Stellen de

Zählers 10; im Beispiel π = 14),
= erste Bezugsspannung.

Geräte, die an den Analog-Digilal-Umsetzer angeschlossen sind, können entweder direkt mit der Zahl JV arbeiten oder diese in einen anderen, dcr unbekannten Spannung V_x proportionalen Wert umwandeln.

Es ist zu beachten, daß bei richtiger Auswahl der Vergleichsspannung V₁ für eine vollständige Umwandlung im ungünstigsten Falle nur etwa 3 · 2"² Impulse vom Taktimpulsgenerator 40 erforderlich sind, wobei η die Gesamtzahl der Bitstellcn im Zähler ist. und wobei weiter angenommen ist, daß beide Zählerabschnitte je die Hälfte (/i 2) der Zühlcrstcllen umfassen. Zuerst benötigt man 2"² Impulse zum Füllen des Zählerabschnitts 12 während der Integration von V_x. Dann benötigt man maximal 2" ² Impulse, um den Zählerabschnitt 12 bei der Integration von V_ri wieder zu füllen, und schließlich maximal etwa 2"² Impulse zum Füllen des Zählerabschnitts 14 während der Integration von V_r2. Bei einem bekannten doppelt integrierenden Umsetzer wären maximal 2" ^{+ l} Impulse erforderlich. Im vorliegenden Ausführungsbeispicl mit einem 14-Bit-Zähler sind im ungünstigsten Falle 384 Impulse erforderlich, während bei der bisherigen Technik bei Benutzung eines 14-Bit-Zählers im ungünstigsten Falle 32 768 Impulse benötigt werden.

Da ein kontinuierlicher Betrieb des Analog-Digital-Umsetzers erwünscht ist, um die Fehlerkompensation innerhalb der Schaltung so groß wie möglich /u halten, kann man einen Pufferspeicher 42 sowie die übertragung des Inhaltes des Zählers 10 über die Leitung 45 in den Pufferspeicher 42 durch die Steuerschaltung 38 vorsehen. Der Inhalt des Zählers 10 kann aber auch durch angeschlossene Geräte direkt verarbeitet werden. Die Steuerschaltung 38 kann dann die Schalter 22, 24 und 26 sofort neu einstellen und mit der nächsten Umwandlung beginnen, d. h.. der Schalter 22 wi^rd geschlossen, während die Schalter 24 und 26 offen bleiben.

Bei dem Arbeitsprinzip dieses Analog-Digital-Umset/.ers erreicht man bei einer Taktimpulsfrequenz von 10 MHz und einer Genauigkeit von 14 Bit für den Digitalwert eine Cieschwindigkeit von 30000 Umwandlungen pro Sekunde gegenüber etwa 3000 Umwandlungen pro Sekunde bei derselben Taktimpulsfrequenz und Verwendung eines bisher bekannten doppelt integrierenden Umsetzers.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit den Torschaltungen 22, 24 und 26 der Fig. 1. wobei die Schaltung 22 gestrichelt dargestellt ist. Die drei Feld- effekttransistoren 100, 102 und 104 sind in F i g. 3 parallel zueinander angeordnet. Je einer der Anschlüsse 101. 103 und 105 jedes der genannten Feld effekttransistoren ist über die gemeinsame Verbindung 106 an den ebenfalls in F i g. 1 erscheinenden Integrator 28 angeschlossen. Auf die anderen Eingangsklemmen 107, 108 und 109 der Feldeffekttransistoren kommt die analoge Eingangsspannung V_x, die erste Bezugsspannung V_rl, und die zweite Bezugsspannung V_r2 über die Anschlußklemmer 21 bzw. 23 und 25. Mit der Steuerelektrode 110. 111 und 112 jedes Feldeffekttransistors ist über eine zugehörige Dioden-Kondensator-Schaltung 116, 117 und 118 eine Treiberschaltung 113, 114 bzw. 115 verbunden. Durch jede Diode wird der Strom begrenzt. wenn der Feldeffekttransistor vorwärts vorgespannt ist, und jeder Kondensator ist ein »Beschleunigungs- kondensator«, wie er häufig zum Beschleunigen von Schaltvorgängen verwendet wird. Die Treiberschaltung 115 ist genauer dargestellt. Sie kann einen herkömmlichen Differentialverslärker 120 sowie ein Element zur Pegelfestlegung (z. B. eine Zenerdiode) 122 enthalten. Ein Steuerimpuls von der Steuerschaltung 38, der an eine der Treiberschaltungen 113. 114 und 115 gelangt, macht den zugehörigen Feldeffekttransistor 100, 102 oder 104 leitend, und die an den Feldeffekttransistor gelegte Spannung (d. h. V_x. V_rl oder

ίο V, ₂) gelangt über die Leitung 106 auf den Integrator 28.

F i g. 4 zeigt die Integrationsschaltung 28 genauer. Ein Differcntialverstärker 200 kann hierzu verwendet werden. Zwischen dem Anschluß 206 des Verstärkers 200 und der Erde liegt eine RC-Schaltung mit einem Kondensator 202 und einem Widerstand 204. Der andere Anschluß 208 des Verstärkers 200 ist über eine Leitung 106 und einen Widerstand 212 mit den Anschlüssen 101, 103 und 105 der FeIdeffekttransistoren 100, 102, 104 (Fig. 3) verbunden. Eine Rückkopplungsschleife 214 mit einem Kondensator 216 verbindet den Ausgang des Verstärkers 200 mit der Eingangsklemme 208. Somit kann eine an die Leitung 106 angelegte konstante Spannung in eine an der Ausgangsklemme 220 verfügbare, sich mit der Zeit linear verändernde Spannung, nämlich die Spannung V₁ in Fig. 1, umgewandelt werden.

F i g. 5 zeigt Einzelheiten der Steuerschaltung, die den Betrieb der Schalter 22, 24, 26 beeinflußt, und des Zahlers iö. Die in F i g. 5 dargesieilie iniegrationsschaltung 28 sowie die Vergleicherschallungen 30 und 32 mit den zugehörigen Eingängen sind von den vorherigen Figuren genauso übernommen wie die Zählerabschnitte 12 und 14 aus der F i g. 1 und die Treiberschaltungen 113. 114 und 115 aus F i g. 3. Betrachtet man die obere Hälfte der F i g. 5 von links nach rechts, so liegen die ODFR-Glieder 300 und 302 zwischen den Verg.^icherschaltungen 30 und 32 und den bistabilen Kippschaltungen 304 und

306. Alle bistabilen Kippschaltungen werden im folgenden durch die Buchstaben »FF» gekennzeichnet. Das ODER-Glied 300 spricht auf die Vergleicherschaltung 30 sowie auf Signale von FF 308 auf der Leitung 310 an. In ähnlicher Weise spricht das ODER-Glied 302 auf Vergleicherschaltung 32 und Signale von FF 312 auf der Leitung 314 an. Es ist zu beachten, daß die von FF 312 kommende Leitung 314 auch als Eingang Für das ODER-Glied 300 dient. FF 316 steuert den Betrieb der Treiberschal tungll4. FF 312 steuert die Treiberschaltung 113 und FF 308 die Treiberschaltung 115.

Der Hauptzweck der bereits dargestellten Schaltung ist die Erregung der Treiber für die Schalter 22. 24 und 26 auf Grund von Ausgangssignalen aus den Vergleicherschaltungen 30, 32 und aus den Zählerabschnitten 12 und 14. Die ODER-Glieder 300, 302 und die bistabilen Kippschaltungen 304, 306 dienen hauptsächlich als Puffer zwischen den Vergleicherschaltungen 30. 32 und den bistabilen Kippschal-

tungen 308, 312. 316. Ohne einen derartigen Puffer kann es passieren, daß ein Vergleicher gleichzeitig mit einem Taktimpuls 40 ein Signal abgibt und eine der bistabilen Kippschaltungen 308. 312 oder 316 einschaltet, ohne eine andere wieder zurückzustellen.

Da nur einer der Schalter 22,24,26 jeweils eingeschaltet sein soll, würde das zu einem Fehler führen.

Die Schaltung :n der unteren Hälfte der F i g. 5 enthält die Zähkrabschtiitte 12 und 14, die NOR-

Glieder 318 und 322 sowie ein ODER-Glied 320. Das NOR-Glied 318 spricht auf Signale vom Zählerabschnitt 14 an und sein Ausgangssignal ändert seinen Zustand kurzfristig (während eines Taktimpulses), wenn der Zählerabschnitt 14 seine Kapazitätsgrenze erreicht hat. Das NOR-Glied 322 spricht auf das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 318 auf Leitung 319 und auf das Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung 308 auf der Leitung 323 an. so daß ein Übertragsimpuls vom Taktimpulsgenerator 40 auf der Leitung 321 in den Zählerubschnitt 12 laufen kann, wenn der Zählerabschnitt 14 seine Zählgrenze erreicht hat. Das ODER-Glied 320 schaltet die Treiberschaltung 113 ab, indem FF 312 durch ein Signal auf der Leitung 325 eingeschaltet wird, wodurch der Schalter22 (Fig. 1) geöffnet und die Integration der unbekannten Eingangsspannung V_x beendet wird. Außerdem schaltet das ODER-Glied 32i> FF 316 mit demselben Signal auf der Leitung 325 zurück, erregt die Treiberschaltung 114 und schließt den Schalter 24, wodurch die Integration der ersten Bezugsspannung V_n ermöglicht wird.

In F i g. 5 wurde eine besondere Art von Schalteinheiten mit J- und K-Eingängen benutzt. Diese Einheiten arbeiten entsprechend folgender Tabelle:

K	C	Qh +
0	1	QTi
0	1	0
1	1	1
1	1	Qn

0
1
0

worin .7 und K die Eingangssignale sind. CJTaktsignale vom Taktimpulsgcneralor 40. Qn und Qn die vorliegenden Ausgangssignale (normal und komplementär) und Qn +■ 1 das nächste _Ausgangssignal. das sich aus der Einschaltung von J und K ergibt. Für die Steuerschaltung können jedoch auch andere Schalteinheiten verwendet werden.

F i g. 6 zeigt ein Zeitdiagramm, in dem die Y-Koordinate die Spannungshöhe und die X-Koordinalc die Zeit darstellt. Jede Kurve zeigt den Zustand oder das Ausgangssignal der zugeordneten in F i g. 5 dargestellten Baueinheit. Die Kurven sind nach der folgenden Tabelle numeriert:

Kurve	Baueinheit
400	Integrator 28 {Ausgangsspannung V₁)
402	Vergleicherschaltung 32
404	Vergleicherschaltung 30
406	FF 304
408	FF 306
410	FF 312
412	FF 316
414	FF 308
416	ODER-Glied 320
418	NOR-Glied 318
420	NOR-Glied 322

Wegen der einfacheren Darstellung wird der Arbeitszyklus auf die gestrichelt dargestellte und alle t-Achsen schneidende Zeit-Anfangslinie 422 bezogen. Die Linie 422 bezeichnet einen Zeitpunkt kurz vor dem Ende einer vollständigen Umwandlung.

Unmittelbar rechts neben der gestrichelt dargestellten Linie 422 zeigt die Kurve 400 an, daß die w?rtniederen Bitstellen des Abschnitts 14 im Zähler 10 verändert werden und die Bezugsspannung V_r2 durch die Integratorschaltung 28 integriert wird. Der Vergleicher 30 hat bereits ein Signal abgegeben, da V₁, die Schwellenspannung, durch die negativ abfallende

ίο Flanke gekreuzt ist, was durch die Kurve 404 angezeigt wird. Im Gegensatz dazu ist das Erdpotential oder der Bezugspegel noch nicht unterschritten, und der Vergleicher 32 hat sein Ausgangssignai noch nicht geändert, was durch die Kurve 402 angezeigt wird.

Die Ausgangssignale von FF 304, 306. 312 und 316 sind zu diesem Zeitpunkt alle auf ihrem unteren Pegel, so daß die Treiberschaltungen 113 und 114 noch nicht erregt und die Schalter 22 und 24 geöffnet sind. Der Schalter 26 ist jedoch geschlossen, da die Bezugsspannung V_r2 jetzt mit der Integrationsschaltung 28 verbunden ist. Infolgedessen ist die Treiberschaltung 115 erregt, und bei FF308 muß das Ausgangssignal auf dem oberen Pegel sein, was durch die Kurve 414 gezeigt wird. Der Abschnitt 12 des Zählers 10 darf nicht gefüllt sein, und infolgedessen zeigt die Kurve 416 das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 320 in der oberen Lage. Entsprechendes gilt für das NOR-Glied 322, wodurch verhindert wird, daß die Taktimpulse in den Abschnitt 12 des Zählers laufen, was aus Kurve 420 zu ersehen ist. Wie durch die Kurve 418 gezeigt, ist das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 318 noch auf dem unteren Pegel, wodurch die Taktimpulse in den Abschnitt 14 des Zählers gelangen.

Zum Zeitpunkt T_n ist die Integration von V_r2 abgeschlossen, und eine digitale Darstellung von V_x in den Abschnitten 12 und 14 des Zählers enthalten. Dieser Zustand wird durch das Ausgangssignal des Vergleichers 32 angezeigt, das entsprechend der Darstellung in der Kurve 402 d°r F i g. 6 unmittelbar vor der Zeit T₀ nach unten gout. In ähnlicher Weise muß FF 306 (Kurve 408) nach oben gehen, um FF 308 (Kurve 414) nach unten zu bringen und dadurch die Treiberschaltung 115 abzuschalten und den Schalter 26 zu öffnen. Gleichzeitig muß FF 312 in den oberen Stand gebracht werden, ·ι-η die Treiberschaltung 113 zu erregen und Schalter 22 zu schließen, was aus der Kurve 410 zu ersehen ist. FF 316 (Kurve 412) ändert seinen Zustand nicht, da die Treiberschaltung 114 abgeschaltet bleibt. Zur Zeit T₀ wird der Inhalt des Zählers 10, wie gesagt, auf ein angeschlossenes Gerät übertragen und die beiden Zählerabschnitte 12 und 14 gelöscht. Dieses Löschen kann durch einen der zur Zeit T₀ stattnndenden übergänge ausgelöst werden. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 322 geht von oben nach unten, wie aus der Kurve 420 zu ersehen ist. da sich der Zustand von FF 308 für die nächste Integrator von V_x ändert, wodurch die Taktimpulse auf der Abschnitt 12 des Zählers 10 geleitet werden können Während der Zeit T₀ bis T, wird die Spannung V

in der Integratorschaltung 28 integriert und eini positiv ansteigende Spannung gemäß der Darstel lung in Kurve 400 erzeugt. Zur Zeit T, hat der Zäh lerabschnitt 12 seine Endstellung erreicht, und da ODER-Glied 320 hat von oben nach unten umge schaltet, wie in Kurve 416 zu sehen ist. Gleichzeiti muß Schalter 24 geschlossen, Schalter 22 geöffne

und der Inhalt des Zählerabschnittes i2 gelöscht werden. Da das Signal aus ODER-Glied 320 seinen Zustand geändert hat, geht FF 316 nach oben, wie aus Kurve 412 zu ersehen ist, im G gensatz zu FF 312, das gemäß der Darstellung in Kurve 410 nach unten geht. Da das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 322 immer noch unten ist, werden die nachfolgenden Taktimpulse auf den Zählerabschnitt 12 gegeben.

In der Zeit von T₁ bis T₂ wird die Bezugsspannung V_rl von umgekehrter Polarität wie V_x durch die Integrationsschaltung 28 integriert. Während die negativ verlaufende Flanke der Ausgangsspannung V, die Schwellenspannung V, kreuzt, ändert der Vergleicher 30 seinen Zustand und sein Ausgangssignal geht auf den unteren Pegel, wie in der Kurve 404 ι ς dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt T₂ müssen Schalter 24 geöffnet und Schalter 26 geschlossen werden. Durch das Abschalten der Treiberschaltung 114 auf Grund der Zustandsänderung von FF 316 wird Schalter 24 geöffnet, wobei die Kurve 422 nach unten geht. In ähnlicher Weise wird der Schalter 26 durch Erregung der Treiberschaltung 1IS geschlossen und die Kurve 414 zeigt an, daß FF 308 nach oben geht. Diese Vorgänge laufen ab auf Grund der Zustandsänderung von FF ^04 (Kurve 406), das seinen Zustand auf Grund eines Ausgangssignals vom ODER-Glied 300 geändert hat. Zu diesem Zeitpui %t entspricht der Inhalt des Zählerabschnitts 12 mit den werthohen Stellen ungefähr dem digitalen Wert der Spannung V_x. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 322 (Kurve 420) geht auf Grund der Zustandsänderung von FF 308 nach oben, so daß die Taktimpulse nicht weiter in den Zählerabschnitt 12 gelangen können.

Die Integration von V_r2 erfolgt in der Zeit von T₂ bis T₃, so daß die Kurve 400 entsprechend der Integration dieser Spannung mit negativer Steigung verläuft. Während dieser Zeit kann die Kurve 418 kurzzeitig von unten nach oben gehen und dadurch anzeigen, daß das NOR-Glied 318 seinen Zustand vorübergehend geändert hat. Das ist der Fall, wenn der Zählerabschnitt 14 vor dem Zeitpunkt T₃ seine Endstellung erreicht hat und ein Ubertragsimpuls, nämlich ein Taktimpuls, auf den Zählerabschnitt 12 gelangt.

Zur Zeit T₃ schneidet die mit negativer Steigung verlaufende Kurve 400 den Nullpegel, und dies wird durch die Vergleicherschaltung 32 abgefühlt, deren Ausgangssignal (Kurve 402) dann auch nach unten geht. Da FF 312 unten ist, geht das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 302 nach unten, wenn der Ausgang der Vergleicherschaltung 32 sich ändert, wodurch auch der Zustand von FF 306 geändert wird, was aus Kurve 408 zu ersehen ist. Weil FF 306 seinen Zustand ändert, geht FF 312 nach oben (Kurve 410), erregt dadurch die Treiberschaltung 113 und schließt den Schalter 22, Aus demselben Grund geht FF 308 von oben nach unten, schaltet die Treiberschaltung 115 ab und öffnet den Schalter 26, wie man aus Kurve 414 entnehmen kann. Damit ist eine Umwandlung abgeschlossen.

Abschließend und zusammenfassend kann folgendes gesagt werden: Für den beschriebenen Umsetzer gelten dieselben technischen Vorteile wie für die bisher bekannten doppelt integrierenden Analog-Digital-Umsetzer. So sind z. B. Probleme durch Schwankungen der Umgebungstemperatur minimal; Parameter-Hinderungen in der Integratorschaltung bleiben ohne hinnuß, ebenso die Taktfrequenz, weshalb auch eine langfristige Frequenzverschiebung in der Taktschaltung zu keinerlei Arbeitsfehlern des Umsetzers führt. Drift und Zeitverzögerung in den Vergleichern bleiben auch wirkungslos. Die zur Erzeugung des ersten Vergleichspegels verwendete Spannung braucht nicht unbedingt stabilisiert zu werden. Die Linearität des Umsetzers als Ganzes ist besser als die der darin enthaltenen Integrationsschaltung.

Bei den bekannten doppelt integrierenden Umsetzern muß man für eine Umwandlung mit einer Genauigkeit von η-Bits im ungünstigsten Falle 2" ^{+ 1} Impulse zählen. Durch den Zusatz eines weiteren Vergleichers und eines weiteren Umschalters und durcrT eine Unterteilung des Zählers, wie sie im Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurden, kann die Umwandlungsgeschwindigkeit auch im ungünstigsten Falle um Größenordnungen gesteigert werden.

Ein Analog-Digital-Umsetzer nach der Erfindung kann auch Tür die Verarbeitung von Eingangssignalen unterschiedlicher Polarität eingerichtet werden. Zu diesem Zweck kann man eine Schaltung zur Abfühlung der Polarität des Eingangssignals und zur Um kehrung der Polarität der Bezugssignale vorsehen. Außerdem muß dann zur Anzeige der Polarität die Anzahl der Bits im Zähler um eines erhöht werden. Der Inhalt des Zählers ist in diesem Falle gleich 100 ... 0, wenn V_x gleich Null ist. Ist V_x größer als Null, ist das werthöchste Bit im Zähler 1, und die folgenden werden genauso bestimmt wie vorher. Wenn V_x kleiner als Null ist, ist das werthöchste Bit im Zähler 0, die übrigen Bits im Zähler sind die in Komplementform dargestellte unbekannte Spannung V_x. Somit dient das hinzugefügte werthöchste Bit im Zähler als Zeichen bit. Die Bezugsspannungen brauchen nur die entgegengesetzte Polarität der Eingangsspannung zu haben. In jedem Fall muß die Steigung der auf Grund einer Bezugsspannung erzeugten Integrator-Ausgangsspannung das entgegengesetzte Vorzeichen haben wie die Steigung der auf Grund der unbekannten Eingangsspannung erzeugten Ausgangsspannung.

In einem Analog-Digital-Umsetzer nach der Erfindung können auch mehr als zwei Bezugsspannungen vorgesehen werden, wobei dann eine der Anzahl von Bezugsspannungen entsprechende Anzahl von Torschaltungen und Vergleichern vorgesehen sein müssen sowie eine entsprechende Einteilung des Zählers zur Messung der Integrationszeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer mit einem Integrator, dem über eine Umscha)'vorrichtung abwechselnd verschiedene Signalarten, nämlich ein Analogsignal und ein Referenzsignal mit gegenüber dem des Analogsignals umgekehrten Vorzeichen derart zugeführt werden, daß über die eine Signalart in einem fest vorgegebenen ersten Zeitintervall ausgehend von einem fest vorgegebenen Anfangspegel ein erstes, eine Funktion des wirksamen Signalpegels darstellendes Zeitintegral und über die andere Signalart in einem darauffolgenden variablen, in der Dauer vom ersten Zeitintegral abhängigen Zeitintervall, beginnend mit dem Zuführen dieser Signalart und endend mit dem Wiedererreichen des genannten fest vorgegebenen Anfangspegels ein zweites, eine Funktion des variablen Zeitintervall darstellendes Zeitintegral unter Abgabe entsprechender Zeitmeßimpulse als Digitalwert gebildet wird. dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines nur während des variablen Zeitintervalls (Tl bis T3) wirksamen Pegelumsetzers (18 20, 23. 25) die dem variablen Zeitintervall (Tl bis Ti) zugeordnete Signalart unter Steuerung eines mit Abgriffen des Pegelumsetzers (18, 20. 23. 25) verbundenen Umschalters (22, 24, 26) aufeinanderfolgend in r ehreren Pegelstufen mit abnehmendem Pegelwert am Integrator (28', mit jeweils höherer Zeitkonstante anliegt, derart, daß das variable Zeitintervall (Tl bis τ3) in Zeitabschnitte (Tl bis T2, T2 bis T3) gleicner Größenordnung unterteilt ist, und daß der Integratorsusgang an den ersten Eingang eines Vergleichers (30. 32) angeschlossen ist. dessen zweiter Eingang (31. 33) jeweils durch einen Pegelwert beaufschlagt ist. der geringfügig höher als der der eingeschalteten Pegelstufe ist und dessen Ausgang (34, 36) bei Pegelübereinstimmung beider jeweiligen Eingangssignal jeweils ein Steuersignal zur Abgabesteuerung entsprechender Digitalwerte bereitstellt.

2. Umsetzer mit zur Zeitmessung \orgesehenen Taktimpulsgeneratoren (40) ^ur Ansteuerung einer Zählschaltung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung in einen ersten Teil (12) mit den höherwertigen Stellen und einen zweiten Teil (14) mit den niedrigerwertigen. Stellen unterteilt ist, und daß Taktimpulse des Taktimpulsgenerators sowohl der niedrigsten Stelle (2") des ersten Zählerteils als auch der niedrigsten Stelle (2°) des zweiten Zählerteils zugeführt werden können.

3. Umsetzer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Integration einer umzusetzenden Anaiogspannung [V_x) dem ersten Zählerteil (12) Taktimpulse zugeführt werden, bis dessen höchste Stelle ein Ausgangssignal abgibt und den ersten Integrationsvorgang abschließt, daß dann während der Integration einer ersten Bezugsspannung {V_rl) wieder dem ersten Zählerteil (12) Taktimpulse zugeführt werden, bis die Ausgangsspannung der Integrierschaltung einen Schwellenwert (K₁) erreicht hat, und daß danach statt der ersten eine zweite Bezugsspannung (V_rl) integriert wird, während die Taktimpulse statt dem ersten dem zweiten Zähler-

teil (14) zugeführt werden, bis die Ausgangsspannung der integrierschaltung ein Grundpotential erreicht, wobei gegebenenfalls ein üb -trag von der höchsten Stelle (2^b) des zweiten Zählerteils in die niedrigste Stelle (2⁷) des ersten Zählerteils erfolgt.

4. Umsetzer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung von der Integration der ersten Bezuüsspannung zur Integration der zweiten Bezugsspannung erst dann erfolgt, wenn r-ach Gleichheit der Integratorausgangsspannung (K₁) und der Schwellenwertspannung (V₁) der nächste Taktimpuls abgegeben wird, und daß die Schwellenwertspannung den kleinstmöglichen Wert hat, der noch mit Sicherheit die Abgabe eines Taktimpulses und die Umschaltung zur Integration der zweiten Bezügsspannung ermöglicht, bevor die Ir.tegratorausgangsspannung den Grundpolemiahvert erreicht

5. Umsetzer nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der Bezugsspannungen (V_rl, V_r2) der Polarität der umzusetzenden Analogspannung (V_x) entgegengesetzt ist, und daß das Verhältnis der Größe der ersten Bezugsspannung (V_n) zur Größe der zweiten Bezugssrannung(K_r2) gleich der Kapazität (2") des zweiten Zählerteils (14) ist.

6. Umsetzer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (16, 18, 19, 20, 23) zur Abgabe der Bezugssignale eine Polaritätsumkehr dieser Bezugssignale ermöglichen, so daß immer Bezugssignaie abgegeben werden können, deren Polarität der Polarität des umzusetzenden Analogsignals entgegengesetzt ist.

7. Umsetzer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pufferspeicher (42) in Verbindung rnit der Zeitmeßeinrichtung (10, 40) vorgesehen ist. und daß beim Erreichen des Anfangswertes am Ausgang der Integrierschaltung der digital gemessene Zeitwert in den Pufferspeicher übertragen . nd sofort der nächste Umsetzungsvorgang durch Integration des umzusetzenden Analogsignals (V_x) begonnen wird.