DE2359086A1 - Verstaerkeranordnung mit regelbarer verstaerkung - Google Patents

Verstaerkeranordnung mit regelbarer verstaerkung

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DE2359086A1
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Alan Fred Sedgwick
Charles Larry Thompson
Don Earl Wilkes
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Petty-Ray Geophysical Inc
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
    • H03G3/20Automatic control
    • H03G3/30Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3005Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in amplifiers suitable for low-frequencies, e.g. audio amplifiers
    • H03G3/3026Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in amplifiers suitable for low-frequencies, e.g. audio amplifiers the gain being discontinuously variable, e.g. controlled by switching

Description

Pat ε ν τλ nvä lt ε D ι ρ l. -1 ν g. F. We ; ο κ ώ ■·, ν ν ,
Dipl.-Ing. H. Weι cκ μα μ μ, D^l.-Ρ,ϊυ;;;. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
DXIIl ' 8 MÜNCHEN 86,. DEN ^ 7. l:yrK ^Vk
POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 18 39 21/22
Petty-Eay Geophysical, Inc., Deie^axe, 6909 Southwest Freeway
Houston, Texas, USA
Verstärkeranordnung mit regelbarer Verstärkung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung mit* regelbarer Verstärkung mit mehreren in Reihe geschalteten Verstärkerstufen fester Verstärkung, welche Analogsignale aufnehmen und bei optimaler Verstärkung unter Vermeidung einer Verstärkungssättigung über einen Analog-Digitalkonverter normierte Datensignale liefern.
Typisch für Verstärker mit regelbarer Verstärkung sind Analogverstärker mit automatischen linearen Verstärkungsregelkreisen und digitale Verstärker mit binären Verstärkungsinkrementen
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Bei analogen Verstärkern ist keine Möglichkeit zur l''est~ stellung ihres Ausgangssignals und zur genauen Voreinstellung der Verstärkung vorhanden, um den. Eingangssignalv/ert in vorgegebenen Zeitpunkten zum Zwecke der Veirstärkungs — korrektur vor der Durchführung einer Signalprobe festzulegen. Derartige Schalt-ungsanordnungen sind unzweckmäßig langsam, wobei die Verstärkung generell a3.s Funktion der maximalen Amplitude der Ausgangssignal-Hüllkurve und nicht als Funktion der einzelnen Signalproben eingestellt wird, wodurch in den Bereichen des Nulldurcngangs des Ausgangssignals ein Informationsverlust eintritt.
Bei digitalen Verstärkern der in Rede stehenden Art ermöglicht die Ausnutzung von binären Verstärkungsinkrementen die Verwendung von stufenförmig geregelten Verstärkungsregelkreisen, so daß die Verstärkung als digitales Signal kodiert ist. Mit dieser Verstärkungsinformatidn und mit der Signalwertinformation legt die Schaltung den Eingangssignalwert in einem sehr großen dynamischen Bereich mit särir guter Auflösung bei jedem Signalwert fest. Bei mehrkanaligen seismischen Schaltungsanordnungen muß jedoch eine Vielzahl von Verstärkern mit jeweils einem Verstärker pro Kanal verwendet werden, woraus sich Probleme bei der Regelung der Verstärkungsregelkreise ergeben. Darüber hinaus sprechen die Verstärkungsregelkreise nicht schnell genug an, wobei jedoch für einen speziellen seismischen Frequenzbereich ein verzerrungsfreies Signal geliefert wird. Die diesen digitalen Verstärkern eigenen Probleme füiiren daher zu Beschränkungen hinsichtlich der Möglichkeiten zur Beeinflussung des Verstärkungsbereichs. Bei derartigen Verstärkern verläuft die Voreinstellung der Verstärkung langsamer als die Signaländerungen, was zu einem Verlust an Signalinformation führt.
Die vorliegende Erfindung sieht demgegenüber bei einer Ver-
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Stärkeranordnung der eingangs genannten Art vorj daß an die Verstärkerstufen eine digitale Verstärkungsregel-Schaltung angekoppelt ist, welche die Verstärkung digital feststellt und auf einen Wert zur Normierung der durch denAnalog-Digital-Eonverter aufgenommenen Daten einstellt daß die Yerstärkerregelschalturig eine Verstärkungsbereich-Segelstufe aufweist» Vielehe die analogen Sigiiälwer'te der Verstärkerstufen in' einem ersten .Ceil einer Kanal--Zeitperiode feststellt "und als Funktion der festgestellten Signalwerte kontinuierlich die optimale Verstärkung im Sinne eines linearen Verstärkeräüsgangssignals einstellt, und daß die Yerstärkungsregelschaltüng einen an den Analog-Digital-Konverter und die Verstärkungsbereieh-Kegeistufe angekoppelten Verstärkungsviert-Re eimer aufweist, der die Verstarker-Ausgangfssignalwerte über den Inalog-Digitalkonverter in vorgegebenen Zeitpunkten innerhalb des ersten {Deils der Kanal-Zeitperiode aufnimmt und die Verstärkung im folgenden 1SeIJ. der Kanal-Zeitperiode zwecks Abnehme der normierten Datenwerte entsprechend einstellt»
Bei der Verstärkeranordnung gemäß der Erfindung handelt es sich also um einen mehrstufigen hochempfindlichen Verstärker, welcher insbesondere für seismische Mehrkanal-Untersuchungssysteme verwendbar ist* Die Verstärkeranordnung besitzt dabei einen verbesserten Frequenzgang, so daß sie eine große Anzahl von Datenkanälen vorarbeiten kann j wobei die Verstärkung während -jeäe^ Kanal-Zeitperiode ausreichend schnell voreingestellt werden kann, um eine Normierung jeder Datßnprobe möglich zu machen^ das heißt mit anderen Worten, die !Probenahme beziehungsweise Tastung erfolgt bei der maximalen Auflösung des Analog-DgitälkohVerters.
IKLe Verstärkerstuf en. der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung umfassen vorzugsweise eine erste Folge von Verstärkerstufen,
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welche über entsprechende elektronische Schalter an eine erste gemeinsame Leitung angekoppelt sind, sowie eine zweite I'olge von Verstärkerstufen., ΐ/elche über entsprechende elektronische Schalter an eine zweite gemeinsame Leitung angekoppelt sind. Die Ausgänge der ersten Schalter sind ihrerseits an elektronische Hilfsleitungsschalter und sodann an eine Pufferstufe angekoppelt. Der Teil der Verstärkeranordnung mit den Leitungs- und Hilfsleitungsschaltern sowie der Pufferstufe umfaßt zur Vermeidung von Instabilitäten eine Isolation zwischen den Verstärkerstufen, während die Pufferstufe eine Anpassung der relativ großen Impedanzwerte der Eingangskreise an die relativ kleine Ausgangsinipedanz der Ausgangskreise durchführt. Die Pufferstufe speist einen mit Dämpfungsgliedern versehenen Abgriffsverstärker, wobei die Dämpfungsglieder zusammen mit den Verstärkerstufen fester Verstärkung Verstärkungsänderungen in relativ kleinen Schritten von beispielsweise 6dB ermöglichen, wodurch eine maximale Auflösung gewährleistet ist.
Zwischen die Ausgänge der Verstärkerstufen und die Verstärkungsbereich-Regelstufe sind Vergleichsstufen geschaltet, wodurch während vorgegebener erster Teile der Känal-Zeitperiode eine frei laufende Verstärkungsänderung möglich ist. Die Vastärkungsvoreinstellung erfolgt über den Verstärkungswert-Rechner, welcher zwischen die Verstärkungsbereich-Regelstufe und den das Verstärkerausgangssignal aufnehmenden Analog-Digitalkonverter geschaltet ist. In vorgegebenen Intervallen während des ersten Teils der Kanal-Zeitperiode v/ird unter der He ge lung durch den Verstärkungswert-Rechner ein Paar von Signalproben genommen. Vor und zwischen den Tastaeiten ermöglicht die Verstärkungsbereich-Kegelstufe eine Änderung der Verstärkung, um diese kontinuierlich so zu wählen, daß das Ausgangssignal in einem
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linearen Bereich bleibt. Durch Ansteuerung mit dem ersten Paar von Signalproben bewirkt der Verstärkungswert-Rechner eine Voreinstellung der optimalen Verstärkung zwecks Abnahme der nächsten Datenprobe. Die Verstärkungsbereich-Regelstufe wird abgeschaltet, wobei der Verstärkungswert-Rechner bei Ansteuerung durch die elektronischen Schalter, welche zwischen die- verschiedenen Verstärkerstufen und den Abgriffsverstärker geschaltet sind, die Verstärkung einstellt. Der Analog-Digitalkonverter nimmt daher jede Datenprobe zur Erzeugung eines normierten Datenausgangssignals bei maximaler Auflösung auf.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: -
lig. Λ ein Blockschaltbild einer Grundausführung der erfindungsgemäßen Verstärker anordnung;
Fig. 2 ein Schaltbild, aus dem im einzelnen die Isolation und die ersten Stufen der mehrstufigen Verstärkeranordnung nach Fig. 1 ersichtlich sind;
Fi*g. 3 ein Schaltbild der Pufferstufe und des Abgriffverstärkers der Verstärkeranordnung nach Fig. 1;
Fig. 4 eine Verstärkungsbereich-Regelstufe der Verstärkeranordnung nach Fig. 1;
Fig. 5»? und 8 jeweils ein Blockschaltbild verschiedener Einzelheiten des Verstärkungswert-Rechners der Verstärkeranordnung nach Fig. 1;
Fig.6A,B und 0 jeweils eine grafische Darstellung der verschiedenen Tastzeiten als Funktion der Kanal-Zeitperiode bei der Voreinstellung der Verstärkung zur Abnahme
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wenigstens einer Datenprobe;
]?ig. 9 und 10 jeweils ein Schaltbild eines Teils des Ver— stärkungswert-Rechners nach den Pig. 5» 7 und Sj Und
3?ig. 11A bis J Zeitdiagramme verschiedener in der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung auftretender Signale.
Die erfindungsgemäße Vers1ä?keranordnung wird im folgenden im Zusammenhang mit einem mehrkanaligen seismischen Untersuchungssystem beschrieben. Sie ist darüber hinaus jedoch für alle Einzel- oder Mehrkanalanordnungen verwendbar» in denen hochempfindlicher Verstärker erforderlich sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Informationswiedergabesysteme, medizinische Geräte, Prozeßsteuersysteme oder"andere Patenerfassungssysteme handeln.
Gemäß RLg. 1 enthält die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung mehrere Verstärkerstufen 12, 14, 16» 18 und 20» welche zur Bildung eines mehrstufigen Verstärkers in
Reihe geschaltet sind. Bei den Verstärkerstufen 14 bis 20 handelt es sich m konventionelle Operationsverstärker
mrt fester Verstärkung, welche einen Verstärkungsfaktor
von 8 besitzen und daher im folgenden als Oktetfcverstärkea? bezeichnet werden. Die erste Verstärkerstufe 12 ist eine Puffer- bzw. Isdatiönsstufe zur Trennung der folgenden
Verstärkerstufen von einem Eingangskreis, bei dem es sich beispielsweise um einen (nicht dargestellten) konventionellen Multiplexerkreis handeln kann, wie er gewöhnlich in mehrkanaligen seismischen untersuchungssystemen verwendet wird. Die erste Verstärkerstufe 12 besitzt einen Verstärkungsfaktor von 1 und wird daher im folgenden als Isolationsstufe be~ zeichnet. Die Oktett-Verstärkerstufen 14 und 16 sind über elektronische Schalter 26,28 und 30 an eine gemeinsame Leitung1
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ORfQlNAL INSPECTED
32 angeschaltet. Die Oktett-Verstärkerstufen 18 und 20 sind über elektronische Schalter 36 und J8 an eine zweite gemeinsame Iieittmg 34 angeschaltet.
Die beiden gemeinsamen Leitungen 32 und 34- sind ihrerseits über entsprechende elektronische Schalter 40 und 4-2, welche3m folgenden als Hilfsleitungs- oder Pufferschalter .-bezeichnet werden, an eine Pufferstufe 44 angekoppelt, welche einen Operationsverstärker 46 mit dem Verstärkungsfaktor 1 enthält. Die Pufferstufe 44 dient zur Umschaltung zwischen den gemeinsamen Leitungen 32 und 34 sowie in Verbindung mit der Isolationsstufe 12 und dem Doppelleitungssystem zur Isolation zwischen dem Eingangskreis, den Verstärkerstufen 14 bis 20 und einer Abgriffsverstärkerstufe 48. Die letztgenannte Stufe enthält einen selektiv schrittweise schaltbaren Dämpfungskreis 50j welcher zwischen den Verstärker 46 mit dem Verstärkungsfaktor 1 und einen Abgriffverstärker 52 mit fester Verstärkung geschaltet ist. Der Verstärker 52 besitzt ebenfalls einen Verstärkungsfaktor von 8. Dieser Abgriffverstärker 52 ist seinerseits an einen Analog-Digitalkonverter 5^ konventioneller Art angeschaltet, wie er beispielsweise in seismischen Untersuchungssystemen Verwendung findet. An die Ausgänge der Oktett-Verstärkerstufen 14 bis 20 sind Vergleichsstufen 56, 58» 60 und 62 angekoppelt, welche ein Mittel zur !feststellung des Wertes des analogen Aus gangs signals jeder Stufe darstellen. DieAusgangssignale der" Vergleichsstufen werden in eine Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 einer Verstärkungsregelschaltung 66 eingespeist. Diese Verstärkungsregelschaltung 66 enthält weiterhin einen Verstärkungswert-Eechnex" 68 9 welcher an die Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 und den Analog-Digitalkonverter 54 angekoppelt ist« Weiterhin enthält die Verstärkungsregelschaltung 66 eine Kanal- und Segmentregelstufe 72·, welche für den Eingangs-
kreis, d.h., den nicht dargestellten Multiplexer, die-; Stufen 64 und 68, den Analog-Digitalkonvertt-r 54 und weitere Stufen die Zeittaktsequenz für die Kanal-Zeitperiodo erzeugt, was im folgenden noch genauer beschrieben wird.
Die Verstärkungsbereich-Eoselstufe 64 und der Verstärlrungswert-Rechner 68 sind digitale logische Schaltungen, welche jeweils mehrere gleichartige binäre Steuersignale liefert, v;elche im folgenden als x-, j- und z-Steucrsignale bezeichnet' v/erden. Die Stufen 64 und 68 steuern abwechselnd vier Schalter im Dämpfungskreis 50 (Pig. 3), die Schalter 26 bis 30, 36 und 38 der Verstärkerstufen 12 bis 20 bzw. die Pufferschalter 40 und 42 der Pufferstufe 44, was ebenfalls im folgenden noch genauer beschrieben wird. Die Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 liefert weiterhin ein Verstärkungsausgangssignal auf eine Leitung 69» das zusammen mit dem Datenausgangssignal in ein (nicht dargestelltes) Verarbeitungsgerät eingespeist wird. Die Ver— stärkungsbereich-Regelstufe regelt die Verstärkung des mehrstufigen Verstärkers 22 während dessen freilaufendem Betrieb mit der Geschwindigkeit der logischen Schaltungen kontinuierlich. In vorgegebenen Zeitpunkten innerhalb der durch die Kanal- und Segmentregelstufe 72 eingestellten Kanal-Zeitperiode liefert der Verstärkungswert-Rechner 68 x-,j- und z-Steuersignale, welche die von der Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 auf die Schalter gegebenen x-, j- und z-Steuersignale überdecken. Der Verstärkungswert-Rechner 68 nimmt bei der vorhandenen Verstärkung zum Zwecke der Verstärkungsvoreinstellung ein Paar von Signalproben, wobei die vorhandene Verstärkung als !Punktion der durch die Vergleichsstufen 56 bis 62 festgestellten und über eine Analog-Signalwert-ferbindung (Leitungen 144 nach Pig. 4) in den Verstärkungswert-Rechner 68 eingespeisten Signalwerte durch die Veräärkungsbereich-Regelstufe 64 kontinuierlich eingestellt wird. Die x-, y- und z-Ausgangs-
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signale der Verstärlmngsbereich-Iiegelstufe 64 werden durch ein von der Kanal- und Segmentregelstufο 62 geliefertes Verstärkungsbereichssignal festgelegt, v; on ach der Verstärkungswert-Sechrser 68 bei der vorhandenen Verstärkung vom Ausgang des Analog-Digitalkonverters 54 ein Paar von Eignalproben in Form von S-Bit-Wörtern abnimmt.
Speziell enthält der Verstärkungswert-Reeimer 68 einen Verstärkungsvoreinstellkreis (Figuren 5 bis 8), welcher eine erste Signalprobe zu einem Zeitpunkt T, abnimmt, der zeitlich einige Mikrosekunden Unter dem Beginn Tq der Kanal-Zeitperiode liegt. Dabei kann sich der Verstärker zunächst einstellen. Sodann nimmt der Verstärkungsvoreinstellkreis zu einem Zeitpunkt T-p, welcher zeitlich einige Mikrosekunden hinter dem Zeitpunkt T. liegt, eine zweite Signalprobe. Der Verstärkungsvoreinstellkreis legt dann die Steigung des analogen Signals zwischen den Zeitpunkten T. und T-n unter Ausnutzung eines linearen Anstiegsvoreinstellkreises fest und berechnet den maximalen Wert des Analogsignals bei nachfolgenden Kanalperiodenzeiten Tß und Tj.. Während des Restes der Kanal-Zeitperiode wird die Verstärkung des Verstärkers 22 als Funktion dieser Berechnung durch die Steuerausgangssignale x,*y und ζ des Verstärkungswert-Rechners 68 eingestellt, um im nahezu vollen Bereich des Analog-Digitalkonverters 54 eine Datenprobe abzunehmen. Das heißt mit anderen Worten, daß die Datenwerte bzw. Datenproben normiert werden, da jede Datenprobe bei der maximalen Auflösung des Analog-Digitalkonverters 54 abgenommen wird. Die Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 regelt die Verstärkung des mehrstufigen Verstärkers 22 während dessen freilaufender Periode, d;h., während der Kanal-Zeitperioden zwischen Tq und T, sowie T, und T-g. Während der freilaufenden Perioden liefert der Analog-Digitalkonverter 54 digitalisierte Werte des Analogsignals, welche den verstärken Eingangssignalwerten entsprechen
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(wobei die Verstärkung durch die Yerstärkungsbereich-Eegelstufe gegeben ist), über eine Leitung 70-zum Verstärkungswert-Rechner 68. Während der freilaufenden Periode wird die Verstärkung kontinuierlich als Funktion der durch die Vergleichsstufen 56 bis 62 festgestellten Signalwerte und durch die Wirkung der Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 geändert, wobei diese Stufe bei Einhaltung eines linearen Verlaufs dos Vers tärlceraus gangs signals die höchstmögliche Verstärkung auswählt. Diese Maßnahme dient zur Vorbereitung der Abnahme von Verstärkungs-Voreinsteilproben V. und' Vo. Der Analog-Digitalkonverter 5>4 liefert die Signalproben als EingangsSignale für den Verstärkungswert-Rechner 68, wenn die Verstärkungsbereich-Regelstufe in den Zeitpunkten Q? und T festgehalten ist. Die tatsächlich genommene Datenprobe bzw. die tatsächlich genommenen Datenproben werden über eine Datenausgangsleitung vom Analog-Digitalkonverter auf ein Aufzeichnungsgerät, ein Datenverarbeitungsgerät oder ein ähnliches Gerät gegeben.
Die y-Ausgangssignale der Vei-stärlcungsbereich-Ee gelstufe 64- und des Verstärkungswert-Reeimers 68 steuern abwechselnd die an den Leitungen 32 und 34 liegenden fünf Schalter 26 bis 30 sowie 36 und 38. Gleichzeitig steuern die x-Ausgangssignale abwechselnd die Pufferschalter 40 und._42, um eine der gemeinsamen Leitungen 32 und 34 auszuwählen und damit den Kreis zwischen den Ausgängen der Oktett— Verstärkerstufen und der Abgriff-Verstärkerstuf e 48 zu vervollständigen. Der Dämpfungskreis 50 verbessert die Auflösung, d.h., er gewährleistet relativ kleine Verstärkungsschritte (von beispielsweise 6dB), wobei er selektiv durch vier in ihm vorgesehene Schalter (Fig. 3) in den Kreis der Oktett-Verstärkerstufen eingeschaltet wird. Die letztgenannten Schalter werden gleichzeitig über die z-Ausgangssignale der Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 bzw. des Verstärkungswert-Rechners 68 gesteuert.
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In der .erfin&ungsgemäßen Verstärkeranorö-nung werden anstelle von einer Leitung zwei gemeinsame Leitungen zusammen mit den Pufferstufen 12 und 44 verwendet, um ein Hebensprechen aufgrund der Serienschaltung der Vex>stärkerstufen 14 bis 20 zu vermeiden. Dabei'handelt es sich darum, daß die Stufen jeweils einen elektronischen Schalter besitzen« dessen Isolationsvermögen nicht ausreicht, um der Differenz der Signalwerte, welche beispielsweise beim Durchlauf des Signals durch die mehrstufige Anordnung vorhanden ist, standzuhalten. Eine Leckimpedanz im Schalter 26 führt zu einer Signalmitkopplung, was wiederum Oszillationsprobleme, d.h., einen instabilen. Verstärkerbetrieb zur Folge hat. Die Ausgestaltung mit zwei gemeinsamen Leitungen führt zu einem qpbimal stabilen Verstärkerbetrieb.
Wie Fig. 2 zeigt, wird an Eingangsklemmen 24 ein Informationseingangssignal eingespeist, das beispielsweise von einer (nicht dargestellten) Hehrkanal-Multiplexerschaltung stammt, die gex«/öhnlich in seismischen Untersuchungssystemen verwendet wird, wie oben anhand von Fig. 1 schon erwähnt wurde. Die Signalinformation wird in einen Verstärker 74 mit der Verstärkung 1 der oben erwähnten Isolationsstufe 12 'eingespeist, welche ihrerseits an den elektronischen Schalter 26 und an einen zusätzlichen Isolationsschalter 75 angekoppelt ist. Dieser letztgenannte Schalter enhalt ein Paar von Feldeffektranistor-Schaltern 76 und 77» welche gleichzeitig die zu den in Serie geschalteten Verstärkerstufen 14 bis 20 führende Leitung öffnen bzw. die Stufe erden. Diese Feldeffekttransistoren 76 und 77 sowie der Schalter 26 v/erden durch das gleiche y-Steuersignal (Verstärkungsfaktor 1) getriggert, wobei zwischen den Triggerzeitpunkten eine Verzögerung vorgesehen ist. Der Schalter 25 stellt eine Isolation ,zwischen der Isolationsstufe 12 und der Folge von Verstärkerstufen 14 bis 20 nach Schließen
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des Schaltern 26 dar. Der Behälter 75 i-t für die ordnun.f :- gemäße Betriebsweise des Verstärkers nicht zwingend erforderlich; seine Verwendung führt -jedoch eine zusätzlich-. Zeit ein, in der ein Ausgleich der Ver-stilrkerstufen 1-'i biß 20 hinsichtlich der groben Eingangs signale n.öglich ist, wenn diese Stufen nicht in den Sigualweg der Gesar.tanordnung eingeschaltet sind.
Anhand der Isolationsstufe 12 und der ersten Verstärkerstufe 14 sind in Fig. 2 die Eingangs- und Ausgangssignale der Stufen 14 und 20 erläutert. Die Oktett-Verstärkerstufen 16 bis 20 sind an entsprechende Kreise angekoppelt, wie dies für die Stufe 14 in Pig. 2 erläutex"t und dargestellt ist.
Der Ausgang 1 (Verstärkungsfaktor 1) des Schalters 26 ist an die gemeinsame Leitung 32 nach !'ig. 1 angekoppelt. Die mit "Verstärkung 1" und "Verstärkung 1/ILIHI" bezeichneten Triggersignale steuern den Schalter 26 bzw. den Schalter 75 an. Das erstgenannte Signal stellt dabei das y-Ausgangssignal der Stufe 64 bzw. des Rechners 68 dar, wehrend das letztgenannte Signal durch die Stufe 64 erzeugt wird. Der elektronische Schalter 28 enthält einen IPeldeffekttransiitor 78, der zur Erzeugung eines mit dem Verstärkungsfaktor 8 behafteten Ausgangssignal zwischen den Ausgang der Oktett-Verstärkerstufe 14 und die gemeinsame Leitung 32 (Eig. 1) geschaltet ist. Bei Schließen des Schalters 26 wird von der Isolationsstufe 12 ein Ausgangssignal auf die Abgriff-Verstärkerstufe 48 geliefert, wobei das Signal keiner Verstärkung unterliegt, d.h., für die Oktett-Verstärkerstufοι14 bis 20 ist ein Nebenschluß vorhanden. Erhält der Schalter 26 kein Signal, so ergibt sich bei Schließen des Schalters 28 durch ein "Verstärkung 8-Steuersignal" (ein weiteres y-Steuersignal) eine Signalverstärkung von 8. Das Signal wird durch 3 ede weitere Stufe 16 bis 20
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bei Schließen der entsprechenden Schalter JO bis 3S üb^r entsprechende Steuersignale für VerDtärlmngsfaktoren 64 s 512 und 4OS56, welche den restlichen y-Steuersignalen nach Fig.. 1 ent sprechen, ura jeweils einen weiteren Verstärlamr-jsfaktor von 8 v/eiterverstürkt. Der Feldeffekttransistor '/8 erhält das Steuersignal für den Verstärkungsfaktor 8 über einen einen Operationsverstärker 79 enthaltenden Koppelkreis 80„ welcher als Puffer wirkt, um die richtigen logischen Signalwerte einzustellen und ura ein falsches Schalten durch Signalstörungen zu vermeiden. Der Koppelkreiß 80 enthält weiterhin zwei !transistoren, welche zur Vergrößerung der Ansteuerung des Feldeffekttransistors 78 einen Stromverstärker 81 bildeno Die Schalter 26 bis 3S3 40, 42 sowie 116 und 118 (Fig. 3) können ebenfalls einen entsprechenden Koppelkreis 80 enthalten.
Die an den Ausgang der Oäett-Verstärkerstufe 14 angekoppelte Vergleichsstufe 56 enthält ein Paar von Operationsverstärkern 82 und 84. Zur Festlegung des durch die Vergleichsstufe 56 festgestellten Wertes erhalten die Operationsverstärker 82 und 84 Vorspannungen über Widerstände 86 und 88. Die Ausgänge dieser Operationsverstärker 82 und 84 liegen an einem Spannungsteiler 9O5 wobei ihre Ausgangssignale an Vergleichs Stufenausgängen abgenommen und in die Verstärkungsbereich-Begelstufe 64 nach Fig. 1 eingespeist werden. -Die Ausgangssignale sind daher digitale Signale, welche ein Maß für einen vorgegebenen Bereich des analogen Eingangssignais, d.h. des in den Verstärker 22 eingespeisten analogen.Eingangssignals sind.
An den Eingang der Okfett-Verstärkerstufe 14 ist ein Begrenzerkreis 92 angekoppelt, welcher ein Paar von Dioden 94 und 96 sowie ein Paar von Operationsverstärkern 98 und 100 enthält. An diese Operationsverstärker 98 und 100 ist ein Paar von an einer positiven bzw; negativen Spannung
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liegenden Er^muii^stcdiernetxv/exvken 102 und 104 ε-jigekc.jpeltj v;obo:l. diese- Gesamtkr&ise z.ur '^.bschaltüns" dar ■Vorc'ü-JLriio.-fr-ctüfcr.: dicn;;n, ur; bei Übersteuerung eine S^tti^ung zu vc:.?roi^c:it Bor Be^ronserkrciß 92 stellt daher de?j V/e:ot de f.- vor. de; Verstärkerstufen 14 bis 20 kommenden -Vi:ulofi-c.i.r;nr-l;-, cl.-::·, χ-■.".■ 3ine tiborsteuezamg bzw. Sättigung der naca:CoJ/;e?'ia6r. Verstärkerεtufe zu verhindern, wodurch die iunktioiir-^ocoJivH-rdigkeit des Verstärkers 22 optimal gestaltet v;ijxU kie über die Netzwerke 102 und 104 sowie dio Dioden 94- und 96 gelieferten Begrenzerspannungen sind so gev.'ählt, daü eich ä.er goväinschte Bex^eich von Signaleunplituden ergibt, in dem Iceine Begrenzung der Signale stattfindet. Der"Begrenzerkreis 92 kann bsispelsweise auch durch einen ITeldeffekttransistor-Schalter ersetzt v/erden, v/elcher die Verstärkerstufen abschaltet, um eine Sättigung zu vermeiden. Wäre"andererseits ein Verstärker vorhanden, welcher ausreichend schnell aus der Sättigung heraus steuerbar wäre (was bisher nicht möglich ist) so könnte ein Begrenzerkreis oder ein Eeldeffekttransistoröchalter entfallen, da der Verstärker 22 ausreichend schnell aus der- Sättigung heraus steuerbar wäre, ohne daß bei vorheriger Steuerung in die Sättigung ein Informationsverlust zu.befürchten wäre.
In & Schaltung nach Fig. 2 kann eine EücMcoppel-Nullschleife 105 vorgesehen werden, welche zur Korrektur von niederfrequenten Wechselspannungs- oder Gleichspannungs-Drifteffekten der Verstärkersbafe 14 (und/oder der nachfolgenden Stufen 16 bis 20, 44 und 48) dient. Die Korrektur kann dabei in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch ein Abgleichpotentiomester erfolgen, das an die Ausgänge der Stufen angekoppelt und auf eine Drift mit dem Wert Null einstellbar ist. Andererseits kann jedoch auch der durch Drifteffekte bewirkte Fehlerwert gespeichert und nachfolgend \;-'i:rend der digitalen Verarbeitung der Daten eine Korrektur
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durchgeführt werden. Im Bedarfsfall kann auch für die Stufen 14 bis 20 sowie die Verstärker 46, 52, usw. eine entsprechende Driftkorrekturschleife 105 vorgesehen werden. Es ist dabei zu bemerken, daß der Korrekturprozeß durchgeführt wird, wenn der Verstärker 22 auf dem Null-Kanal des Systems geschaltet ist.
3?ig. 5 zeigt weitere Einzelheiten der Pufferstufe 44 sowie der Abgriff-Verstärkerstufe 48 nach Pig. 1. Die als Isolationsstufe dienende Pufferstufe 44 paßt die relativ großen Eingangsimpedanzen am Eingang (hier der vorerwähnte Multiplexerkreis) an die niedrige Ausgangsimpedanz zu Speisung des Dämpfungskreises 50 des Abgriff-Verstärkers 46 mit dem Verstärkungsfaktor 1 an. Dies dient zu einer genauen vorgebbaren Einstellung der Verstärkungsbereichswerte zwecks Verbesserung der Auflösung des Analog-Digitalkonverters. Auf diese Weise ist durch den Abgriffverstärker 52 in Verbindung mit den vier Oktett-Verstärkerstufen 14 bis 20 ein automatischer Verstärkungsbereich von insgesamt 9OdB realisierbar, weichet? ausreichend groß -ist, um den Signalbereich für die beispielhaft angegebenen seismischen Untersuchungssysteme zu überdecken. Der Gesamtbereich von 0 bis 90 dB wird bei der Verstärkungseinstellung über die Oktett-Verstärkerstufen und die gestuften Widerstände des Dämpfungskreises 50, welche im oben beschriebenen Sinne gesteuert werden, in Stufen von 6 dB geteilt. Anstelle der beschriebenen Verstärkerstufen können natürlich auch eine größere oder kleinere Anzahl von Verstärkeisbufen und/oder andere Verstärkungsfaktorwerte für diese Verstärkerstufen gewählt werden. Als Schalter 40 und 42 können Typen verwendet werden, welche von der Firma Siliconics unter der Typenbezeichnung DG 181 geliefert werden. Die Eingangsleitungen für die Verstärkungsfaktoren 1, 8 und 64 sowie 5^2 und 4096 sind von der gemeinsamen Leitung 32 bzw. 34 auf die Schalter bzw. 42 geführt. Die Schalter 40 und 42 erhalten weiterhin
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Steuer signale für die Verstärkun^sf aktoz'en 1, 8 und 64 -*■ bzw. 512 und 4096 (entsprechend den x-Stouersignalen), durch welche «ie entsprechend geschaltet v/erden, um den Pufferyerstärker 46 mit dem Verstärkungsfaktor· 1 an die richtige Leitung y2 bz\.r..$4 zu koppeln. Weiterhin v/erden die .Schalter 40 und 42 mit einem "Hilfsuähl"- und einem "KuIl 1 PA"-Eingangssignal gespeist. Das "Iülfswähl"-Steuersignal schaltet die Pufferstufe 44 von den Verstärkungsänderungskreisen. ab, d.h., die Schalter 26 bis und 56 bis 38 werden geöffet, wodurch die Pufferstufe 44 unter der Wirkung der Hilfseingangssignale arbeitet. Das "Null 1 PA"-Steuersignal legt die Pufi'erstufe 44 während der Nullperioden an Erde. Über Leitungen 106 und 108 werden verschiedene Spannungswerte in die Schalter 40 und 42 eingegeben. Weiterhin liegen die Schalter an gebräuchlichen digitalen und analogen Erdverbindungen. Das Ausgangssignal des Schalters 42 wird über eine Leitung 110 auf den Schalter gegeben, dessen Ausgangssignal seinerseits in den Verstärker 46 mit dem Verstärkungsfaktor 1 der Pufferstufe 44 eingespeist wird.
Das Ausgangssignal der Pufferstufe 44 wird über eLne Leitung 112 in die Abgriff-Verstärkerstufe 48 und speziell in den Dampf ungskreis 50 einges^peist. Dieser Dämpfungskreis ^Q enthält ein abgestuftes Widerstandsnetzwerk 114, in dem die Widerstandswerte so ausgewählt v/erden, daß sich feste Schritte von 6 dB zwischen jedem Zv/eig des Widerstandsnetz— werdes ergeben. Vorgegebene Eingangssignalwerte, welche den gewünschten Schritten von 6 dB entsprechen, werden über Spannungseingangsleitungen 120 und 121 in ein Paar von Schaltern 116 und 118 eingespeist. Über vier (nicht dargestellte) Feldeffekttransistoren in den Schaltern 116 und können vorgegebene Zweige des Widerstandsnetzwerkes 114 ausgewählt v/erden. Bei den letztgenannten Schaltern handelt es sich um Analogschalter, mit mehreren Feldeffekttransistoren, welche den Schaltern 40 und 42 mit einem einzigen !«'eldeffekt—
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transistoren in der Pufferstufe 44- entsprechen effekttransistoren in den Schaltern ii6 und 118 über einen Gatterkreis 124 selektiv angesteuert, -weichen? seinerseits die z-Ste'uersignale entweder von der Yerstärjoin-ssbereichs-Steuex^stufe 64 oder dem Vez'stäi^kungswert-PLeehner 68 erhält. Die Ansteuerung hängt dabei von der V/irksamschaltung entweder der Verstärlaingsbereich-Kegelstufe 64 oder des Verstärkungsv/ert-Rechners 68 ab. Durch selektive Ansteuerung der Eingänge der Schalter 116 und 118 mit dem z-Steuersignalen kann die Verstärkung durch den Dämpfungskreis und die' OHEtt-Verstärkerstufen 14 bis 20 mit jeweils einem Verstärkungsfaktor von 8 in Stufen von 6 dB eingestellt werden. Die Ausgangssignale der Schalter 116 und 118 werden über eine Leitung 126 in den Oktett-Verstärker 52 der Abgriff-Verstärkerstufe 48 eingespeist. Das Ausgangssignal der Abgriff-Verstärkerstufe 48 wird über die Leitung 53 in den Analog-Digitalkonverter 5^ eingespeist. Wie Pig. 1 zeigt wird das Aus gangs signal des Arialog-Digitalkonverters über die Leitung 70 in den Verstärkungsbetrag-Ptechner 68 eingegeben, v/obei der Analog-Digitalkonverter 54 über Analog-Digitalsteuersignale aus der Kanal- und ßegmentregelstufe 72 gesteuert wird, was im folgenden noch genauer erläutert wird.
Fig. 4 zeigt Einzelheiten der Verstärkungsfrereich-Eegelstufe 64, welche einen Teil der Verstärkungsregelschaltung 66 nach Pig. 1 bildet. Die Verstärkiingsbereich-Eegelstufe ist gemäß Pig. 4 über eine entsprechende Anzahl von Exclusiv-Oder—Gattern 130 bis 136 an die Vergleichsstufen 56 bis angekoppelt. Die Exclusiv-Oder-Gatter 132 bis 136 sind ihrerseits an Und-Gatter 138 bis 142 angekoppelt, welche sicherstellen, daß die Verstärkungsbereich-Regelstufe lediglich einen Verstärkungswert auswählt. Das Exclusiv-Oder-Gatter 150 ist an einen zweiten Eingang des Und-Gatters 138 angekoppelt, wobei die zweiten Eingänge der Und-Gatter 138 bis 142 an Ausgangsleitungen 144 liegen, welche die durch die Vergleichsstufen 56 bis 62 festgestellten Signalwerte
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zu dem Zeitpunkt in den Verstärkungsv;ert-Re eimer 68 einspeisen, in dem die Verstärkungsvoreinstellproben genommen v/erden (T, und -?■.,)· Der Ausgang des Exclusiv-Üder-Gatters 130 ist weiterhin an ein erstes Schalt~Flip~Flop 146 einer .Folge von üchalt-Flip-Flops 146 bis 152 angekoppelt. Die Steuerung der Schaltzustände der Flip-Flops 146 bis 152 erfolgt an einem Eingang C über eine Verstärkungsbereich-Steuerlei'bung; 154. Die Ausgänge der Und-Gatter bis 142 sind an Eingänge D der Flip-Flops 148 bis 152 · angekoppelt. ,Die Ausgangssignale der Und-Gatter 138 und 114 v/erden in den zweiten Eingang der Und-Gatter 140 und 142 eingespeist, während das Ausgangssignal des Und-Gatters 142 (ebenso wie die Ausgangssignale der Und-Gatter 138 und 140) an Signalwert-Ausgangsleitungen 144 abnehmbar ist.
Die digitalen Ausgangssignale der Flip-Flops 146 bis 152 sowie der Und-Gatter 156 bis 160 werden in eine Folge von gesteuerten Puffergattern 162 bis 182 eingespeist, welche als Hochimpedanzpuff"er wirken, d.h., wenn diese Gatter geschlossen werden, gehen sie von einem aktiven Zustand in einen Zustand großer Impedanz über. Die Puffergatter 162 und 164 liefern die vorgenannten x~Steuersignale. Die Puffergatter 146 bis 174 liefern die y-Steuersignale (für die Verstärkungswerte 1,8,64, 512 und 4096), während die Puffergatter 176 bis 172 die z-Steuersignale liefern. Die Ausgangssignale der Flip-Flops 146 bis 152 werden in die Und-Gatter 156 bis 160 eingespeist, wobei die Flip-Flops 146 und 148 an das Und-Gatter 156, die Flip-Flops 148 und 150 an das Ünd-Gatter 158 und die Flip-Flops 150 und 152 an das Und-Gatter 160 angekoppelt sind. Die Ausgänge der IPlip-IPlops 146 bis 152 sowie die Ausgänge der Und-Gatter 156 bis 160 sind selektiv an die Puffergatter 162 bis 174 angekoppelt, welche die x-und y-Ausgangssignale liefern. Eine "Verstärkungsouellen"-Steuerleitung 184
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der Kanal- und Segmentregelstufe 72 nach 3?ig» 1 ist selektiv an die Steuereingänge der Puffergatter 162 bis 182 angekoppelt. Weiterhin wird eine vorgegebene Spannung auf die Eingänge der Puffergatter 176 bis 180 gegeben. Daher werden die Flip-Flops 146 bis 152 über die Verstärkungsbereich-Steuerleitung 154 gesteuert, während die Puffergatter 162 bis 182 über die "Verstärkungsquellen"-Steuerleitung 184 gesteuert werden, vjobei diese Steuerleitungen 154 und 184 periodisch, mit dem durch die Kanal- und Segmentregelstufe 72 erzeugten vorgegebenen Zeittakt gespeist werden. Die letztgenannte Stufe legt unter anderem die Kanal-Zeitperiode (Fig. 6B sowie 11 A, H und J) und damit den generellen Zeittakt für die logischen Operationen in der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung fest, was im folgenden anhand von Fig. 11 noch genauer beschrieben wird. Die Ausgangssignale Xj y. und ζ dienen zur Steuerung der Schalter 26 bis 30, 36 bis 42 sowie 116 und 118 nach den Figuren 1 bis 3j um den freilaufenden Vsastärkungsbereich des Verstärkers 22 vor und zwischen der Abnahme der Voreinstell-Signalv/erte zum Zwecke der Verstärkungsvoreinstellung zu realisieren.
Aus der Kanal— und Segmentrege !stufe 72 sowie der Verstärkungs-.bereieh-Regelstufe 64 v/erden Eingangssignale "Hull 1" und "AX 1" in ein NOR-Gatter 186 und von dort in ein Ünd-Gatter 188 eingespeist, das weiterhin ein Eingangssignal über die "Verstär3nmgsquellen"-Steuerleitung 184 erhält. Das Und-Gatter 188 speist ein Puffergatter 190, dessen Steuereingang geerdet ist und ein Ausgangs signal "ILIICt" liefert, das- auf den Eingang "Verstärkung 1/ILHCE11 des Isolationsschalters 45 nach Fig. 2 gegeben wird. Dies erfolgt mit einer geringen Zeitverzögerung in bezug auf die Einspeisung des Steuersignals für den Verstärkungsfaktor 1 in den Schalter 26. Daher wird der Feldeffekttransifcor 76 geöffnet und der Feldeffekttransistor 77 -geschlossen, um die Eingänge der in Serie geschalteten Stufen 14 bis 20 sov/ohl zu isolieren
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als auch zu erden, wodurch die Verstarkereisciinchcftcii bei gro-iien Signalen ini oben beschriebenen Sinne 'verböeoüri wei'deii ,.
Zur Erläuterung der Wix^kungßweise dex· Schaltkreise nach den 'FiQivcii 1 "bis 4 sei angenommen, daß auf der Versti'rku.n; zbereieh-Steuerleitrüig 154 ein großer Bj gnalwert und auf der "Verstärlumgsqucllen"-Stetierleitimg 184 ein kleiner Signalwert steht. Dabei durchläuft die Verstärkimgsbereich-Hegelstufe 64.nach Fig. 4 den Verstärlcungsbereich mit der Geschwindigkeit der logischen Kreise, wobei sie ihren eigenen Verstärkungswert sucht, um die Verstärkung des Verstärkers 22 in ausgewählten Seilen der Kanal-Zeitperiode kontinuierlich festzulegen (S. Fig. 11). Die Ausgangssignale dea? Puffergatter 162 bis 182 sowie 190 werden als x-, y- und Z-Steuersignale kontinuierlich in die verschiedenen Schalter eingespeist, um diese so einzustellen, daß das Verstärkerausgangs— signal in einem linearen Bereich verbleibt. Während des Durchlaufens des Verstärkungsbereiches im Verstärker 22 liefert der Verstäxkungswert-Bechner 68 keine Steuersignale an die verschiedenen Schalter, d.h., dessen x-, y- und z-Ausgangsleitungen sind abgeschaltet. Während dieser Zeit steuert die Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 die Schalter über die analogen x-, y- und z-Steuerleitungen von den Puffergattern 162 bis 182 nach i"ig. 4 digital. Die Verstärkungsbereich-Eegelstufe 64 erhält dabei Informationen von den Vergleichsstufen 56 bis 62, schickt diese Informationen durch die logischen Kreise und speist die resultierenden digitalen Signalwerte über die Puffergatter 162 bis 182 in die verschiedenen oben erwähnten Schalter nach den Pig. bis 3 ein. <
In den vorgegebenen Zeitpunkten T. und T_ während der Kanal-Zeitperiode werden die Signalwerte V. und Vp vom Analog-Digitalkonverter 54 abgenommen, um die gefox'derte Verstärkung
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für die Abnahme einer folgenden Datei-rorobe V~; oder mehrerer Datenproben Vn. V1..*.. vorein austeilen. Bei der -AbnanTiio der Werte VA und Vp wird sura Schalten dcz* !"lip-Flops 146 bis 152 ein kleiner Signalwert auf die Verstärkungsberoich-Steuerleitung 154 gegeben. Die von der VerstärloingsberGieh-Regelötuf e 64 ge] iexerte Information wird für eine vorgegebene Zeitperiode bei tiefem Signalwert auf der Verstärkungsbereich-Steuerleitung, während v/elcher die Vierte V. odei? Vp abgenommen werden, aufrechterhalten. Während dieser Zeit ändern die Komponenten der Verstä-i^kungsbereich-Regelstufe 64- ihre !Punktion nicht und arbeiten nicht mehr mit der Geschwindigkeit der logischen Kreise. Die Ausgangssignale der Verstärkungsbereich-Regelstufe 62I- bleiben jeweils für eine kurze Zeitperiode vor der Abnahme des Wertes V. und des Wertes Vn fest und können sich nicht ändern. Nachdem
Jj
der Verstärkungswert-Rechner 84 die geforderte Verstärkung ausgerechnet hat, geht das Signal auf der "Verstärkungsquellen" -Steuerleitung Ί84 auf einen großen Wert über, wodurch alle Pufferstufen 162 bis 182 und 190 in einen Zustand großer Impedanz übergehen, so daß die Steuerung von der Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 auf den Verstärkungswert-Rechner 68 umgeschaltet wird, um die Verstärkung des Verstärkers 22 für den Rest der Kanal-Zeitperiode einzustellen»
Sowohl die Verstärlcungsbereich- und die "Verstärkungsquellen"-Steuerleitung 154 und 184 werden von Festwertspeichern in der Kanal- und Segmentregelstufe 72 synchron mit vorgegebenen Zeitperioden der gewählten Kanal-Zeitperiode gespeist. Wie im folgenden anhand der }?ig. 5 bis 10 noch beschrieben wird, können die beiden Voreinstell-Signalwerte nicht nur zur Tastung eines einzigen Datenwertes sondern auch zur Tastung mehrerer Datenwerte ausgenutzt v/erden, wobei zur Verbesserung -des Signal-Rauschverhältnisses ein Mittelwert der Tastungen gebildet wird. Speziell für seismische Untersuchungss3'-steme
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stellt die Kanal- und Segmeiitre gelstufe ?2 eine Zeittaktstufe dar, welche zur Synchronisation der erfindungsgeniäßen Vorstarkeranordnung ün'.t dein Mehrkanal—Tastsystem und-dem Ausgangssignal des Analog-Digitalkonverters dient. Die verschiedenen Seittaktsequenzen und speziell die Abnahme sowohl der Voreinsvellwerte als auch der Datenwerte wird im folgenden anhand der Fig. 5 bis 10 beschrieben. Bei der Steuerung der verschiedenen Schalter sowohl durch die Verstärkungsbcreich-Regelstufe 64 als auch durch den Verstärkungswert-Rechner 68 ist ein statischer Signalwert auf dem x-, y-, z- und ILIHT. -Aus gangs leitungen vorhanden, d.h., es wird ein Signalwert "1" oder "O" in die Schalter eingespeist, um diese ab- oder anzuschalten. Wenn die Regelung über die Verstärkurigbereich-Regelstufe 64 erfolgt, werden die Signalwerte mit einer Geschwindigkeit auf die Schalter gegeben, mit der die Vergleichsstufen 56 bis 62 ihre Betriebszustände ändern können. Wie oben beschrieben, ermöglicht die Verwendung der Oktett—Verstärkerstufen 14 bis 20 in Verbindung mit den vier möglichen Stufen im Dämpfungskreis 50 eine derartige Ansteuerung der entsprechenden Schalter, daß die Verstärkung in Stufen mit einem Faktor 2 eingestellt werden kann, was Stufen von 6dB entspricht. Die erfindungsgemäße Verstarkeranordnung besitzt daher im Vergleich zu bisher bekannten hochempfindlichen Verstärkern regelbarer Verstärkung ein höheres Auflösungsvermögen.
Die Pig. 5 bis 8 zeigen im einzelnen die Ausbildung des Verstärkungswert-Rechners 68 gemäß Pig. 1, welche speziell an die Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 nach Hg. 4 angepaßt ist. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird jeder Datentastwert vor der Tastung digital voreingestellt, wobei der Verstärkungsfaktor über die. in den Fig. 5 bis 10 dargestellte digitale Regelschaltung vor der? tatsächlichen Durchführung der Tastung bzw. der Tastungen eingestellt wird. Daher wird die Verstärkung des mehrstufigen
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Verstärkers 22 mit großer Geschwindigkeit genau digital geregelt, so daß die Amplitude jeder abgenommenen Daten— probe zur Vergrößerung der Analo.g-Digitalauflösung der Sastung maxxiaal ist, ohne daß die Verstärkerstufen in die Sättigung gesteuert werden. Zu diesen Zweck sinö die Verglsichsstufen 56 bis 62 und der Analog-Bigitalkonverter 54- im oben beschriebenen Sinne an die Verstärkerstufen angekoppelt. Der Verstärkungswert-Rechner 68 liefert mehrere Steuerausgangssignale x, y und z, welche zux· Steuerung der Stufenauswahl und damit zur Einstellung von deren Verstärkungsfaktor auf den Verstärker 22 rückgekoppelt v/erden.
Die im Blockschaltbild nach Fig. 5 dargestellten Vergleichsstufen 56 t>is 62 überwachen die in den 3?ig. i und 2 einseln dargestellten Spannungswerte der ankommenden Analogsignale und wählen die Verstärkung derart aus, daß das Ausgangssignal vor und zwischen den Zeitpunkten Ϊ, und 2L·, in denen die ersten beiden (Yoreinstell)-Werte abgenommen werden in einem linearen Bereich liegt. Die oben erwähnte Kanal-Zeitperiode ist in 3?ig- 6 dargestellt, in der der Zeitpunkt T0 den Beginn dieser Kanal-Zeitperiode darstellt. Im Zeitpunkt T., welcher zeitlich kurz hinter dem Zeitpunkt 0* liegt (während dieser Zeit kann sich der Verstärker einstellen), nimmt der Analog-Digitalkonverter den ersten Sastwert V. ab und speichert die Information beispielsweise in lOrm eines 8-^Bit-Wortes in den Verstärkungswert-Eechner 68 ein. Die Verstärkung wird gleichzeitig beispielsweise in form eines 4-Bit—liortes in den Yerstärkungswert-Reclmer 68 eingespeichert. Hach einer weiteren kurzen Zeitperiode innerhalb der Kanal-Zeitperiode (zum Zeitpunkt T^) nimmt der Analog-Digitalkonverter 52J- einen zweiten Wert Vgäb, welcher ebenfalls als 8-Bit-V/ort zusammen Bit einem 4-Bit-Wort für die Verstärkung in dem Yerstärfamgswert-Rechner 68 eingespeist wird. Danach berechnet dei? Eeclmei? 68 digital die Verstärkungsvor- ·
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einstellung für eine dritte Zeit (Zeitpunkt Tn oder ϊ-^), wobei eine geradlinige lläherung ausgenutzt wird, und' äBllt den Verstärker 22 dea?art ein, daß die Verstärkung für die im Zeitpunkt Tn odex· IV abgenommenen V/erte V~ bzw. V^ ohne Sättigung der. Verstärkers 22 maximal wird. Nach Festlegung des "verstärkungsfaktox'S und Auswahl der Stufe nimmt der Analog-Digitalkonverter 54 den tatsächlichen Datenwert zum Zeitpunkt Tn oder Tn, bei maximaler Auflösung ab und
Kj · J-
speist den Datentastwert zur nachfolgenden Verarbeitung beispielsweise in ein Aufzeichnungsgerät ein. Es sei bemerkt, daß der Wert V^ lediglich dann zur Berechnung der Verstärkung herangezogen wird, wenn der Wert V„ größer als der V/ert V. ist. Falls der Wert V. größer als der V/ert V'-n ist, so wird der voreingestellte Wert V^ vor der Abnahme der Datenproben bzw. Datentastwerte zur Berechnung des Verstärkungsfaktors ausgenutzt.
Gemäß Fig. 6 wird der Datenzeitkanal· zu den Zeitpunkten und T1-, getastet. In den Zeitpunkten Tn und Tx, wird der Signalwert sodann unter Ausnutzung einer geradlinigen Näherung voreingestellt. Die Berechnung erfolgt über folgende Gleichungen:
VC,D = VA + X (VB - V
darin bedeuten:
V- die Spannung zum Zeitpunkt T.
V-rj die Spannung zum Zeitpunkt IV,
Jb JtJ,
Vn τ, die Spannung zum Zeitpunkt Tn ^n
v/, JU ^ J-^l
die jeweils vorhergehenden Spannungswerte das Verstärker eingangssignal ,
G^ jj die berechnete Verstärkung zum Zeitpunkt ÜL·, und V-c, der volle Analog-Digital-Spannungsbereich.
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Unter Berücksichtigung diesel? "Definition in den Gieiclrun— gn ergibt sich mit J1Ig- €C die Spannung zum Zeitpunkt T~ zu ¥„ = Y, + 5 (V1-, -V.). -Die vorgenannten Gleichungen, welche die voreingestellten Verctärkungüwerte für die erfindungßgemäße Verstärker anordnung angeben, werden im folgenden anhand der in den Fig. 7 t>is 1-0 dargestellten Schaltungen noch mehr erläutert.
Gemäß Fig. 7 enthält der Verstärkungswert-Re eimer als grundsätzliche Komponente ein Speicherregister 192, das die (8-Bit)-Datenwörter, welche die Voreinstellwerte V. und Vg repräsentieren, über die Leitung 70 vom Analog-Digitalkonverter 54 un<i die (4-Bit)-Verstärkungsv;ertv/örter aufnimmt. Die letztgenannten Verstärkungsv/ertwörter repräsentieren dabei die vorhandene Verstärkung im Verstärker 22, wenn die Werte V^ und Vg über die Verstärkungsleitung 71 aufgenommen werden. Das Speicherregister 192 ist an eine arithmetische Einheit 194- angekoppelt, welche ihrerseits an ein Spannungs-Verstärkungsnetzwerk 196 angekoppelt ist. Wie im folgenden noch genauer ausgeführt wird, sind Speicherregisterstufen 191» 193, 195 und 197 konventionell aufgebaut, wobei beispielsweise jeweils sechs Stufen mit vier Bit verwendet werden. Das Netzwerk 196 stellt einen Festwertspeicher dar, welcher den Maximalwert zweier Eingangssignale aufnimmt, diesen Viert in eine Differenzverstärkung überführt und ihn in eine abschließende Verstärkungsberechnungsschaltung nach Fig. 9 einspeist.
Speziell werden die V/erte V» und Vg von den Vergleichsstufen 56 bis 62 über die Leitung 71 eier Verstärkungsbereich-Regelstufe 64· in die Speicherregister 191 bzw. 193 in solchen Zeitpunkten (T. und Tg) eingespeist, in denen auf der Verstärkungsbereich-Steuerleitung 154- ein kleiner Signalwert steht, so daß die Flip-Flops 146 bis 152 gemäß Fig. 4 im oben beschriebenen Sinne geschaltet werden. Die Registerstufen. 191 und 193 werden derart getriggert, daß die Ver-
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Stärkungswertwörter in eine Additionsstufe 198 ausge— speichert v/erden, welche den Wert Vg vom Wert V. subtrahiert und das Ergebnis in eine Korinierkodestuf e 199 einspeist. Diese Stufe berechnet den Korrekfcurfaktor, welche zur Normierung der Datentastwerte V^ und Vg auf denselben Exponenten ex-£orderlieh ist, wobei der jev/eils größere, den jeweils kleineren wert entsprechende Wert abwärts normiert wird, was einer Mantisse V. und Vp entspricht, welche den zu den Zeitpunkten T. und T. B getasteten Spannungen digital entspricht. Die Normierkodestufe 199 berechnet also den Normierungsfaktor und schaltet entweder eine V.— odes? eine Vr>—Normierüngsleitung, welche auf Normierungsstufen 200 und 201 führen.
Die Speicherregisterstufen 195 u^d 197 speisen die (8-Bit)-Datenwörter, welche die Voreinstelltastungen V. und Vj, repräsentieren, in die Normierungsstufen 200 und 201 ein, welche ein Mantissen-Ausgangssignal V. und Vg auf die entsprechenden an die arithmetische Einheit .194 angekoppelten Leitungen liefern. Wie im folgenden, noch ausgeführt v/ird, berechnet die arithmetische Einheit die Verslärkungsvoreinstellung im nachfolgenden Zeitpunkt Tn -p, wobei dieser Wert in das Spannungs-Verstärkungsnetzwerke "196 eingespeist wird. Das Ausgangssignal dieses Netzwerks 196 dient zur Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 22 nach Pig. 1.
Im einzelnen ist die arithmetische Einheit 194 so ausgebildet, daß eine 3?olge von vier Tastungen im Bereich vom Zeitpunkt T-^ bis T„ gemäß Pig. 6 C abgenommen werden kann. Zur Berechnung der Tastung im Zeitpunkt Tß sind die Eingangsleitungen der Mantissen V. und Vg, xvelche die den Tastzeit- punkten T. und T-g entsprechende Information V. und Vt. führen an eine Inverterstufe 202 bzw. an eine Vervielfacherstufe 204 mit dem Faktor 5 angekoppelt. Die konventionell ausgebildete
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Inverterstufe 202, welche ein binäres Komplement des digitalen Eingangssignals V. liefert, ist über eine Vervielfacherstufe 206 mit einem Vervielfachungsfaktor 4 an eine Additionsstufe 208 angekoppelt. Die VervieIfachungsstufe 204 mit dem Vervielfachungsfaktor 5 ist direkt an die Additionsstufe 208 angeschaltet. Das Ausgangssignal der Additionsstufe 208 entspricht daher dem Wert 5Vg - 4V.. An die Additionsstufe 208 i&t eine Absolutwertstufe 210 angekoppelt, welche* den Absolutwert11„J von 5Vg - 47. liefert.
Gemäß einer weiteren speziellen Ausgestaltung der Schaltung nach Pig.. 7 kann die Verstärkung für mehrere Tastpunkte voreingestellt werden, um für die entsprechenden abgenommenen Tastwerte eine Mittelwertbildung durchzuführen, wodurch das Signal-Rauschverhältnis des Ausgangssignals des Analog-Digit alkonvert er s 54 verbessert werden kann. Zu diesem Zweck ist an die Hormierungsstufe 201 eine Vervielfacherstufe mit einem'Vervielfachungsfaktor von 2 angekoppelt, x^elche den dem Zeitpunkt Tß entsprechenden Tastwert Vg aufnimmt und an eine Additionsstufe 216 angekoppelt ist. Das Ausgangssignal der Inverterstufe 202 wird ebenfalls in die Additionsstufe 216 eingespeist. Das Ausgangssignal der Additionsstufe 216 ist gleich dem Wert 2Vg - V., v/elcher in die-*, zweite Absolutwertstufe 218 eingespeist wird, welche ein Ausgangssignal liefert, das dem Absolutwert j V1, J des zum TastZeitpunkt T-^ abgenommenen Wertes entspricht.
Im letztgenannten Fall werden die Ausgangssignale der beiden Absolutwertstufen 210 und 218 in eine digitale Vergleichsstufe 220 eingespeist, in der die beiden Werte verglichen werden, um den größten Absolutwert festzplegen und in.der ein Steuersignal für einen logischen Schalter 220 erzeugt wird. Dieser logische Schalter nimmt die Ausgangssignale j V0J und! VjJ der Stufen 210 und 218 direkt auf, wodurch der größte Absolutwert, und zwar entweder der Wert
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"" 7A^ Oder VA + 2^VB~ VA^ aus6ewählt mi(1 als den Verstärkungsfaktor"repräsentierender Wert in das Spannungs-VerStärkungsnetzwerk 196 eingespeist wird. Das Ausgangssignal dieses Netzwerkes 196 wird in die Verstärkungsberechnungschaltung nach J?ig. 9 eingespeist.
Bei den vorstehend beschriebenen Komponenten handelt es sich um konventionelle logische Schaltungen, die daher nicht im einzelnen beschrieben werden. Es sei lediglich erwähnt, daß es sich bei der Vergleichsstufe 220 um eine konventionelle digitale Vergleichsstufe handelt, welche unter der Bezeichnung DM 8200 konventionell erhältlich ist. Der logische Schalter 222 besitzt beispielsweise 8 oder 10 Pole mit einem Umschalter, wobei das Steuereingangssignal von der Vergleichsstufe 220 festlegt,
welcher Absolutwert \ Y
oder
größer ist, wobei der
i c
Schalter 222 so geschaltet wird, daß das größere Signal dieser beiden, von den Stufen 210 und 218 kommenden Signale weiter geleitet wird. Als Additionsstufen 208 und 216 können beispielsweise Schaltungen verwendet werden, wie sie von der Firma Texas Instruments unter der Typenbezeichnung SN-7^83 geliefert werden.
Die in Fig. 8 im einzelnen dargestellten Absolutwertstufen 210 und 218 enthalten eine Folge von Exclusiv-Oder-Gattern 221, weiche die Datenwörter von den entsprechenden Additionsstufen 208 und 216 nach Fig. 7 aufnehmen. An diese Gatter 221 ist eine Additionsstufe 223 angekoppelt, welche für den in die Gatter 221 eingespeisten V/ert den Absolutwert liefert, d.h., sie bildet ein binäres Komplement für ein negatives Eingangssignal. In die Gatter 221 und die Additionsstufe 223 wird weiterhin ein Vorzeichen-Eingangs signal eingespeist. Um eine/i/positiven Wert zu bilden wird das binäre Komplementwort in die Folge
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von Exclusiv-Oder-Gattern 221 eingespeist, wobei pro Bit ein Gatter vorgesehen ist. Das Vorzeichen-Bit des arithmetischen binären Komplementv/orts wird in den Übertrageingang der Additionsstufe 225 eingespeist, in der pro Bit eine "Additionseinheit vorgesehen ist. !falls das.Yorzeichen-Bit gleich "1" ist, wodurch angzeigt wird, daß das binäre Komplementwort negativ ist, so wird es über die Exclusiv-. Oder-Gatter 221 zur Bildung einer inversen Punktion invertiert, wobei dem letzten signifikanten Bit eine "1" hinzuaddiert wird., Dieser Prozeß liefert das binäre Komplement des Wortes, d.h.-, das VTort wird negativ genommen, woraus sich der Absolutwert ergibt. Ist das Yorzeichen-Bit des Datenwortes gleich "0", wodurch "angezeigt wird, daß ein positives Wort vorhanden ist, führen die Exclusiv-Oder-Gatter 221 keine invertierende Funktion aus, wobei auch kein Übertragssignal in die Additionsstufe 223 eingespeist wird. Wenn das Wort positiv ist, müssen "daher die Absolutwertstufen 212 und 218 keine Sanktion ausüben.
Die Fig. 9 vuiä. 10 zeigen Schaltbilder eines Teils des anhand der Fig. 5 bis 8 beschriebenen Verstärkungswert-Rechners 68. Diese Schaltung überführt·den Differenz-Verstärkungskode, welcher durch den vorhergehenden Teil des Verstärkungswert-Rechners 68 und speziell durch das Spannungs-Verstärkungsnetzwerk 196 nach Fig. 7 berechnet wird, in einen endgültigen Verstärkungswertkode, welcher diejenige Verstärkung darstellt, auf die der Verstärker eingestellt v/erden soll. Der endgültige; Verstärkungswert ist optimal in dem Sinne, daß das Ausgangssignal des Verstärkers .22 im oberen Bereich des Analög-Digitalkonverters 54 gehalten wird, wobei jedoch eine Sättigung des Verstärkers vermieden wird.
Speziell werden die Verstärkungseingangssignale V. und V^, welche auch in die Speicherregisterstufen 191 und 193 nach
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Pig. 7 eingegeben v/erden, in einen KoEipai?ator-/Iiultiplexer 224 eingespeist. Diese Verstärkungssignale IT« und V15 sind die Exponenten der Tastsignale V, und Tt,· Bar Komparator-/ Multiplexer 224 entspricht der Kombination der Yergleiehsstufe 220 und dec logischen Schalters 222 nach SIg. 7S wobei dieser Komparator-/Hultiplexer 224 die kleinexe Verstärkung, d.h. den kleinsten Exponenten {i/elcher öle Verstärkung repräsentiert) auswählt, was wiederum dem größten Signal entspricht. Der Komparator-/Multiplexer 224 liefert ein Ausgangssignal "MG" in Form eines 4~Bit-¥o3?tes, Die kleinere Verstärkung wird als Punktion eines Eingangssignais Y. - V-n gemäß J1Ig. 5 am Komparator-/Hultiple:xer 224 ausgewählt. Eine Additionsstufe 226 nimmt dieses der kleineren Verstärkung entsprechende Signal "KG" und weiterhin ein Eingangssignal "Δ&" in Form eines 4-Bifc-Wortes auf. Bieses letztgenannte Signal entspricht der Difierensverstarkung, v/elche durch den anhand von U1Xg. 7 beschriebenen 3?e±2 des Verstärkungswert-Rechners berechnet wurde, wobei es sich um das lusgangssignal Δ& des Spannungs-¥erstärkimgsnetzwerkes 196 handelt. Die Additionsstufe 226 liefert e±a mit "GG" bezeichnetes Ausgangs signal in üoxm. eines 4—Bit-Wortes, das die Summe der Eingangssignale dieser Stufe darstellt und diejenige Verstärkung repräsentiert, auf welche der Verstärker 22 eingestellt wird, wenn eine Batenprobe oder im Falle der Schaltung nach Fig. 7 mehrere Bateiiproben abgenommen werden. Das Verstärkungs-Kodeausgangssignal "CG" stellt das gewünschte Ausgangssignal zur Einstellung der Verstärkung dar. Es liegt jedoch noch nicht in der Jona vor, in der es in den Verstärker eingespeist werden kann. Baiter wird das Signal "CG" über Serien-Dekoder-Puffergatter 2^0 als Eingangssignal "RG" in Form eines 4-Bit-¥ortes in eine Dekoderstufe 228 eingespeist. Das Ausgangssignal dieses? Dekoderstufe 228 dient zur Verstärkungsregelung in E©:m der Steuersignale y und ζ für die Schalter 26 bis 30, 36,38, sowie 116 und 118 nach den Figuren 1 und 3 £ür die
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Verstärker stufen und den Abgriff verstärker.
Die Dekoderstufe 228 erhält über die Dekoder-Puffergatter 23P weitere Verstärkungseingangssignale} wobei es sich beispielsvrcise um ein Eingangssignal für "feste Verstärkung" oder ein "{Dest"-Eingangssignal in 3?orm eines mit 2J2 bezeichneten 4-Bit~Wortes handelt. Weiterhin liefert eine Hilfsverstärkungsschaltung 234 vorgegebene Verstärkungswerte zur Einstellung des Verstärkers auf ber stimmte vorgegebene Betriebszustände, wobei über diese Schaltung manuell ein die gewünschte Verstärkung repräsentierender Kode ausgewählt werden kann. Die Hilfsverstärkungsschaltung 234 wird verwendet, wenn der Verstärker an die Hilfskanäle angekoppelt ist*
Die Schaltung nach den Figuren 9 und 10 dient daher zur Auswahl von Hilfsverstärkungen, festen Verstärkungen, Nullkanalverstärkungen oder zur Ausnutzung der Information, die aus den Berechnungen durch den Verstärkungswert-Rechner nach Fig· 7 gewonnen icLrd. Eine feste Verstärkung kann dabei über die üeitung 232 und die Dekoder-Puffergatter 23O einge-'führt werden. Weiterhin kann auch das Aus gangs signal der Hilfsverstärkungsschaltung 234 über die Dekoder-Puffergatter 2$0 wirksam geschaltet werden, wenn der Verstärker auf einen Hilfskanalbetrieb geschaltet ist.
Fig. 10 zeigt im einzelnen verschiedene Schaltungskomponenten nach Fig. 9» wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen. Die Dekoder-Puffergatter 230 umfassen vier verschiedene Sätze von jeweils vier Puffergattern mit drei Schaltzttständen, welche den Puff ergattern 162 bis "182 nach Fig. 4. entsprechen. Weiterhin ist in der Schaltung nach Fig. ein Festwertspeicher 236 vorgesehen, welcher mehrere Eingangssignale aufnimmt. Dabei handelt es sich um nO"-Eingangssignale, ein "Festverstärkungs"-Eingangssignal und ein "Datenkanal"-
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Eingangssignal. Der Festwertspeicher 2o6 wählt die Gruppe der wirksam au schaltenden Dekoder-Puffergatter aus, wodurch festgelegt wird, ob das Ausgangssignal des Verstärkungsv;ort-Eechners oder eines der verschiedenen anderen Eingangjsignale, nämlich das KiIf^eingangssignal oder das Eingangssignal für feste Verstärkung in die Dekoderstufe 228 eingespeist v/erden soll, was von der speziellen Betriebsart hinsichtlich der Kanäle des Verstärkers abhängt. Der !Festwertspeicher liefert ein Ausgangssignal, dessen Signalwert immer tief liegt, während, die Werte von drei anderen AusgangsSignalen immer hoch liegen, wodurch eine der verschiedenen Betriebsarten, d.h., feste Verstärkung, HilfsverStärkung, Nullverstärkung oder automatischer Betrieb in Abhängigkeit der Dekodierung der Eingangssignale durch den Festwertspeicher 2^6 ausgewählt v/erden. Der Festwertspeicher 236 legt daher die Ansteuerung der Dekoderstufe 228 fest, d.h., er bestimmt, ob die Dekoderstufe 228 die Information des Verstärkungswert-Rechners, die Information für feste Verstärkung, die Nullkanal-Verstärkungsinformation oder die Hilfskanal-Verstärkungsinformation dekodiert.
Für den Festwertspeicher 236 und die Dekoderstufe 228 ist ein Widerstandsnetzwerk 238 vorgesehen, da die beiden Komponenten offene Kollektor-Ausgangskreise besitzen, wobei das Widerstandsnetzwerk 238 eine Spannungserhöhung in den logischen Zustand 1 bewirkt. Eine logische Schaltung 240 liefert Signale für Puffergatter 242 und 244, welche die x-Signale in einem vorgegebenen Teil des Kanals erzeugen. Unter bestimmten Bedingungen, wenn der Verstärker beispielsweise an die Driftausgleichskomponenten angekoppelt ist, v/erden die Gatter 242 und 244 allerdings über ein in die logischen Gatter 240 eingespeistes "Null 1"-Eingangssignal abgeschaltet, um die Auswahl der beiden Pufferschalter 242 und 244 zu unterbinden.
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Die zweiten Eingangssignale für die Gatter 242 bis 262 werden über die "Verstärkung quellen"-Leitung 264 geliefert, ν/eiche der "Verstärkungsquellen"-leitung 184 der Verstsrkungsbereich-Hegelstufe 64 nach I'ig» 4 entspricht= Bas Puffergatter 262 erhält sein erstes Eingangssignal übei" ein iiJiKD-Gatter 266 s das an eines der Gatter der Gruppe von Puffergattern der Dekoder-Pufxergatte?.? 23O angekoppelt ists deren !Funktion der Dekoderstufe 228 entspricht«
'en
Die Schaltung nach den 3?ig» 9 und 10 dienen also zur Aufnahme der Verstärkungsbetragsinformation und zur Berechnung einer endgültigen Verstärkung sodann zur Dekodierung dieser Verstärkung und zur Einspeisung des dieser Verstärkung entsprechenden. Wertes in die Schalterauswahlleitungen über die Puffergatter 242 bis 262 some zur Erzeugung einer vorgegebenen festen Verstärkung für einen ausgewählten Informationskanal s 1^21 ä±e feste Verstärkung zu dekodieren und den dieser Verstärkung entsprechenden Wert ebenso wie den Verstärkungsbetrag in die Steuerleitungen einzuspeisen= Die Ausgangssi gna3e der· Schaltungen nach den Fig» 9 und 10 sind daher die SignaXe auf den Steuerleitungen xs j und Z9 welche die Schalter zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers auswählen. Die Eingangssignale dieser Schaltungen stellen eine Information vom Verstärkungswert-Rechner ? die VÄ- und V^-Taswerstärküngen sowie eine vorgegebene Verstärkungsxnformation dar9 welche in dea !Festwertspeicher und die Bekoder-Puffergatter 230 eingespeist werden s um bestimmte Schaltvorgänge beispielsweise für 5!est~ und Hilfszwecke auszulösen.
In 3Pig~ Ί1Α bis 11J sind Zeittaktsequenzen verschiedener in der ei?findungsgemäßen Verstärkeranordnung erzeugter Signale in einer vorgegebenen Kanal-Zeitperiode von beispielsweise 31 Mikrosekunden dargestellt= Die Kanal- und Segmentregelstufe 72 nach i'igo 1 liefert Taktimpulses welche in einen !Festwertspeicher eingespeist \?erdens der seinerseits
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ζην loginchen Regelung äse Tersijirkers TerssMeasse Hziri.ilse liefert. Die Kanal- und BagEeixtreegelstirLe ψ2 legt -ws±1;5;r-Iiin die vorgegebene Eoi&l-Zeitperioae fest» in ivslsh-s-r die Signaltaotun^ über die "/erstärker-anorcLiirciLg gssä-S is:r !Erfindung stattfindet- Genäii Jfig. 11A erzeugt: die Ssaisl- und eegmentregelstuie /2 eine !ümalperiocie Yen !beispielsweise 51 ϊ-Iikrc Sekunden, v/e-lclis in 120 Segnsntis τοη Jsv/eils etwa 260 2ianoseirande.il geteilt wird.
i.i.jij. I f.ö iitij-giu U-Cii »UJJL Uci. Ü.ctiicti"~ Ulli«, bus; g.ui!s^i· —ü =--£-»^^.»2 vlbu.'^ 72 in den Analog-BigitEliüoi^erter 54 nach 2FIg1. i eingsspeisten Impuls, woduraii dieser uirfesaiB g;s£iiialts3 νΙζ-Ίς
v/ird zuEiZeitpuBict 0?t« in isn Analog—BlgltsLlIcc-ii'jex^si? p-4-eingespeist, v/obei dieser da? Signal 7. abioiiiist;« Bsi? zweite Impuls v/ird uns Seit^inki" 5?Ti einge-spsi-st». ^vobsi der Änaiog-Digitalkcnver^sr ^A- dezi ¥e3?"ö IiS5 gtE.irxir« Diese beiden Werte werden üfc-sr di-3 ljeitur.g 7© i^ asn Verstärkungsv/ert-Eecliiier 53 ei.na*espeist nn-i gesäS den Schaltungen nacb. den IFigiar-en 7 bis iG s.ülss^11'0·"^25^^ um die Verstärkung der naclifolgenden !Eastasgen festzulegen s v/elche zwischen den Iispulszeiten d?D 'and. ·ϊβ geisäB 3?ig. 11 B ab genommen, werden. Diese vier Sastwerte werden über die Schaltung nach Jig. 7 geliefertf addiert--"und zur Bildung einer Batentastung in einer- Ei durch, vier geteilt.
Die Figuren 11H und IiJ seigen Signale, welelie la des· E und Segmentregelstuie 72 erzeug-fc und als "Yerstärkun und "Verstärkungst>ereieh"-Steuersignale iß die Jjeitimgsn 184,'26^l· und 154 nach den !Figuren 4 und 10 eingespeist v/erden. Das "Verstärlrungsfeereiciis^Steiie^sigEial bes±i;z"t; v;ährend des Yerstärlrongsänderiingsbetrieljs des Verstärkst einen großen Wert, während es in den Zeitpunkten 2, -und E^ eine kleinen Wert abnimmt 5 um die Plip-Plops 146 Ms i52 nacii Fig. 4 zu schalten. :J*Ihz?giid dieser Seit ueräen die in S5Ig.
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dargestellten impulse in den Analog-Digitalkonverter 54 eingespeist, welcher seinerseits die Voreinstelltastungen V. und V-n zur Verstärkungsvoreinstellung in den Verstärkungswert-Kechner 68 einspeist. Im Zeitfjunlct 1* besitzt das "Verstarkungsbereichs^Steuarsignal einen tiefen Signal-.wert, während das "Verstärkungsquellen"-Steuersignal
a**vi o ß s η einige Mikrosekunden später einen Signalwert annimmt. In dieser Zeit hat der Verstärkungswert-Rechner 68 die gewünschte Verstärkung für die Datentastung bzw. die . Datentastungen voreingestellt, die Steuerung durch die Verstärkungsbereich-Regelstufe 64 abgeschaltet und die gewünschte Verstärkung des Verstärkers über seine Steuerleitungen eingestellt. Das "Verstärkungsquellen"-Steuer~ signal schaltet daher die Vergleichstufen 56 bis 62 und die Verstärkungsbereich-Eegelstufe 64 ab und schaltet den Verstärkungswert-Kechner 68 und speziell den in den 9 und 10 dargesteLlten Schaltungskreis an.
Fig. 110 zeigt ein Zeittaktsignal, das in einen konventionellen last- und Haltekreis (nicht dargestellt) des Analog-Digitalkonverters 5^ eingespeist wird und zusammen mit dem Signal nach Fig. 11D ein Maß für die Schaltgeschwindigkeit des Analog-Digitalkonverters darstellt. Das letztgenannte Signal wird auf den Verstärkungswert-Rechner 68 zurückgeführt.
Fig. 11E zeigt einen Synchronimpuls für den Analog-Digitalkonverter, welcher dessen Spannungsversorgung so festlegt, daß deren Schaltspitzen lediglich in Zeitpunkten auftreten, welche zu keinen Interferenzen mit den Datentastungen führen. DieSshaltspitzen werden also so eingestellt, daß sie die Daten nicht beeinflussen.
Die Pig. 11P und G zeigen Signale" zur Ansteuerung des Eingangskreises (beispielsweise des nicht eingestellten
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Multiplexers).
Die anhand der !»'iguren 11 C bis G dargestellten Signale sind für die hier in Rede stehende Schaltungstechnik on sich konventioneller-Art, so daß sie nicht näher beschrieben v/erden.
- Patentansprüche -
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Claims (1)

  1. P a t e η t a η s ρ r ü ehe
    1. Verstärkeranordnung mit regelbarer Verstärkung mit mehreren in Reihe geschalteten Verstärkerstufen fester Verstärkung, welche Analogsignale aufnehmen und bei optimaler Verstärkung unter Vermeidung einer VerstärkungsSättigung über einen Analog-Digitalkonverter normierte Datenwerte liefern, dadurch g e k e η η-zeichne .t-, daß an die Verstärkerstufen. (12 bis 20) eine digitale Verstärkungsregelschaltung (66) angekoppelt ist, welche die Verstärkung digital feststellt und auf einen Wert zur Normierung der durch den Analog-Digital-
    . konverter (54) aufgenommenen Daten einstellt, daß die Verstärkungsregelschaltung (66) eine Verstärkungsbereich-Regelstufe (64) aufweist, welche die analogen Signalwerte der Verstärkerstufen (12 bis 20) in einem ersten Teil einer Kanal-Zeitperiode feststellt und als Funktion der festgestellten Signalwerte kontinuierlich die optimale Verstärkung im Sinne eines linearen Verstärkerausgangssignals einstellt, und daß die Verstärkungsregelschaltung (66) einen an den Analog-Digitalkonverter (54) und die Verstärkungsbereich-Regelstufe (64) angekoppelten Verstärkungswert-Rechner (68) aufweist, der die Verstärker-Aus gangssignalwerte über den Analog-Digitalkonverter (54) in vorgegebenen Zeitpunkten innerhalb des ersten Teils der Kanal-Zeitperiode aufnimmt und die Verstärkung im folgenden Teil der Kanal-Zeitperiode zwecks Abnahme der normierten Datenwerte entsprechend einstellt.
    2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Abgriff verstärker (48), der als !Punktion der durch die Verstärkungsbereich-Regelstufe (64) festgestellten Analog-Signalwerte an eine bestimmte Stufe
    der Verstärkerstufen (12 bis 20) angeschaltet wird, um die ' optimale Verstärkung aufrecht zu erhalten und der durch den
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    Verotärkungswert-Iiechner (68) als limlitioii der für den Eest der Eanal-Zeitperiocle, während der die noriaierten Datenv/erte durch den Analog-DigitalkonYerter (54) abgenommen werden, an eine bestimmte Stufe der Yerstärkerstufen (12 bis 20) angekoppelt v/ira.
    J5. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1 Witt 2, dadurch Sekennaeicb.net, daß der yerstärkiingsiiert-Re eimer (63) einen Verstärlarngsvoreinstellkreis zur Festlegung und Einstellung der Verstärkung vor der Abnahme der nox-mierten Datenv/erte aufweist.
    4. Verstärkeranordnungnach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Schalter (26 bis 42), welche zwischen den Abgriffverstärker (48) und die Verstärkerstufen (12 bis 20) geschaltet sind, um eine ■bestimmte Verstärkerstufe an den Abgriifverstärker zu schalten, und durch an die Ausgänge der Verstärkerstufen angekoppelte Vergleichsstufen (56 bis 62), welche die Analogsignalwerte der Stufen während des ersten leils der Kanal-Zeitperiode feststellen.
    5. Verstärker anordnung nach einem der JLnspirÜGlie 1 b±s 4,
    ' gekennzeichnet durch Isolations-Pufferstufen (12,46) zur elektrischen Isolation der Verstärkerstufen (12 bis 20), von denen eine Verstärkerstufe (12) mit der Verstärkung 1 eine Eingangsstufe bildet und eine zweite Verstärkerstufe (46) mit der Verstärkung 1 zwischen die Schalter (26 bis 42) und den Abgriffverstärker (48) geschaltet ist.
    6. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsbereicli-Hegelstufe (64) an die Vergleichsstufe (56 bis 62) angekoppelt ist, tun die von diesen während des ersten Seils der Kanal—Zeitperiode festgestellten
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    Signalwerte kontinuBrlich aufzunehmen und daß die Schalter (26 bis 42) durch die Verstärkungsbereich-Regelstufe (64) angesteuert sind, um die bestimmte J3tufe der Verstärkerstufen (12 bis 20) zwecks Erzeugung eines Ausgangssignals im linearen Bereich an den Abgriffverstärker (48) anzukoppeln.
    7. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der. Abgriffverstärker (48) eine Verstärkerstufe (52) mit vorgegebenem Verstärkungsfaktor und einen Dämpfungskreis (50) enthält, der zur Festlegung von Verstärkungsschrittfolgen mit vorgegebenen Werten zwischen die zweite Isolationsverstärkerstufe (46) mit der Verstärkung 1 und die Abgriffverstärkerstufe (52) geschaltet ist.
    8. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch ge kennze i chnet, daß eine erste Gruppe (26 bis 38) der elektronischen Schalter an die Ausgänge der Verstärkerstufen (12 bis 20) angekoppelt ist, daß ein Seil (26,28,30) der Schalter dieser ersten Gruppe' an eine erste gemeinsame Ausgangsleitung (32) und derverbleibende {Deil (36,38) dieser ersten Gruppe
    an eine zweite Ausgangsleitung (34) angekoppelt ist, und daß eine zweite Gruppe (40,42) der elektronischen Schalter zwischen die gemeinsamen Ausgangsleitungen (32,34) und die zweite Isolationsverstärkerstufe (46) mit der Verstärkung 1 gekoppelt ist.
    9. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsvoreinstelikreis einen an den Analog-Digitalkonverter (54)und die Verstärkungsbereich-Eegelstufe (64)
    ' angekoppelten Schaltkreis zur Abnahme eines ersten und . zweiten Datenwertes im ersten 'Teil der Kanal-Zeitperiode auf-
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    v/eist, um die Verstärkung für die im folgenden 'jjcil der Kanal-Zeit'nerioc'e abgerioirjnent-n Datenwerte vorzugeben uncl vo? der .Abnahme der xolgenden Datenproben einzustellen >
    10. Ver stärker i:.r.ordjTung nach einen der Jjtisprüclie 1 bir 9, gekennzeichnet; durch sn die Verstäx"kcr-stuien (12 'Die- 20) angekoppelte "Bs grenzerkreise (92) zur Begrenzung der maximalen i:iaplitude von deren AusgangsSignalen zv/ecks Vermeidung einer Überlastung der jeweils folgenden Verstärkerstufe.
    11.Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch jev/eils eine in den Verstärkerstufen (12 bis 20) vorgesehene Eücldcoppel-Nullschleife (105) zur Korrektur von Gleichspannungsund niederfrequenten Wechselspannungs-Drifteffekten dex' Verstärker stuf en.
    12. Verstärkerajiordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Datenwert (V.) in einein ersten Zeitpunkt (T.) . innerhalb der Kanal-Zeitperiode und ein zweiter Datenwert (V-g) in einem zweiten Zeitpunkt (ΐ-ο) innerhalb der Kanal-Zeitperiode durch den Verstärkungswert-Rechner (68) vom Analog-Digitalkonverter (54) abgenommen wird, um die Verstärkung für wenigstens einen in einem späteren Zeitpunkt (Tn) abzunehmenden Datenwert (Vri) vorzugeben und diese Verstärkung vor der Abnahme des Datenwertes (V^1) einzustellen.
    13.Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstufen (56 bis "62) als Spannungsdetektoren ausgebildet sind.
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    BAD ORIGINAL
    14. Verstärlceranordnui-tg nach einem der Ansprüche 1 bi.o IJ, dadurch g e k e'nii ζ e i c h n" e "t, da£ dor Yer:-- stnrlvim^sv.'ert-Recliner (68) folgende Komponenten aufv.'eict: ein an cic-n Analog-Digitalkonvertc^r (54) angekoppeltes Speicherregister (192) zur Aufnahme und zeit\;eiyen Speicherung des sum ersten Zeitpunkt (Q?. ) ""abgenommenen Datenwertes (V1,), eine zur Aufnahme des ersten ""gespeicherten Datenwertes (V.-) an das Speicherregister (192) und zur Aufnahme des zum zweiten Zeitpunkt "(ΐ-n) abgenommenen Datenv/ertes (V-R) an den Analog-Digitalkonverter (54) angekoppelte arithmetische Einheit (194) und ein zwischen die arithmetische Einheit (194) und die Verstärker stuf en (12 bis 20) gekojjpeltes Spännung's-Verstäi\kungsnetzwerk (196) zur Einstellung der Verstärkung während der Abnahme des Datenv/ertes (V^) zum späteren Zeitpunkt (0?n).
    15.Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Einheit (194) einen digitalen 'ICreis"" zur Bildung"einer linearen Fäherung" zwecks Voreinstellung der Verstärkung im späteren Zeitpunkt (Tn) aus den in beiden ersten Zeitpunkten (Q?., ^-r) -abgenommenen Dateii- *werte (V., V^) aufweist. .
    16. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch 'gr &r1s^kön nzeichne t", daß die arithmetische Einheit (494) weiterhin folgende Komponenten enthält: : —■ s. ^
    einen an den Analog-Digitalkonvertex1 (54) angekoppelten Inverter (202) zur Erzeugung eines Komplements des zum ersten Zeitpunkt (T.) abgenommenen Datenwertes (V.) und an den Inverter (202) und den Analog-Digitalkonverter (54) angekoppelte arithmetische Kreise (204, 206, 208, 210" , (214-, 216,218) zur Bildung des Absolutwertes von vorge-
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    "..... BAD ORIGtNAL
    ~ HZ ~
    beiieri Vielfachen der ins ersten und zweiten Zeitpunkt abgenommenen Datenwerte (V, , V15).
    17·Verstärlieranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r G h g e "k. e η η ζ e i c h η e ts daß die arithmetischen Kreise folgende Stufen enthalten: einen an deii Inverter (202) und den Analog-I)igitalkonverte:c (5^) angekoppelten Vervielfacher (206) zur Aufnahme der im ersten und zv;eiten Zeitpunkt abgenommenen Datenwerte (Y,, Vg), eine an den Vervielfacher (206) angekoppelte A&ditionsstuf e- (208) und eine zxiischen die Additionsstufe (208) und das Spannungs-Verstärkungsnetzwerk (196) geschaltete Absolutwertstiife
    18. Verstärkeranordnung nach einem der Anspzniehe Λ bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Einheit (194·) weiterhin folgende Komponenten aufweist:
    einen zxueiten digitalen Kreis zur Bildung einer linearen Näherung zwecks Voreinstellung der Verstärkung in einem zwischen dem zweiten und dritten Zeitpunkt (T^, G?p) liegenden Zeitpunkt (TjJ aus den Datenwerten (V.jV-n), eine an die Kreise ztir Bildung der linearen Häherung angekoppelte Vergleichsstufe (220) zur Aufnahme der von diesen abgegebenen Absolutv/erte und einen logischen Schalter (222) zur Einspeisung des größten von den Kreisen zur Bildung der linearen Näherung abgegebenen Absolutwertes in das Spannungs-Verstärkungsnetswerk (196) als !Punktion des Ausgangssignals der Vergleichstufe (220)
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