Verfahren und Schaltungsanordnung zur Umsetzung von Amplitudenwerten in einen Binärcode Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umset zen von nacheinander anfallenden Amplitudenwerten, die zwischen den Grenzen Null und Amax liegen kön nen, in einen n-stelligen Binärcode. Ferner betrifft sie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfindung geht aus von Verfahren und Schal tungsanordnungen mit n Amplituden-Diskriminatoren Dl, D2 usw. bis D", welche jeden ihnen angebotenen Analogwert daraufhin prüfen, ob er grösser ist als ein Grenzwert, ausgehend von A../2 für den. Amplituden- diskrimmator mit dem höchsten Grenzwert, für jeden folgenden Diskriminator um die Hälfte vermindert ist und die bei positivem Ergebnis dieser Prüfung eine binäre Eins,
bei negativem eine binäre Null ausgeben. Jeder der einem Diskriminator, mit Ausnahme desjeni gen mit dem höchsten Grenzwert, angebotenen Ana logwerte besteht dabei aus dem zu codierenden Ampli- tudenwert und aus davon abgezogenen Festwerten, die von den Ergebnissen der Prüfungen in den in der Wir kungsreihenfolge vorausgehenden Diskriminatoren abhängen. Diese Festwerte werden von den vorausge henden Diskriminatoren jeweils nur im Falle eines positiven Ergebnisses der in ihnen durchgeführten Prü fungen ausgegeben. Diese Festwerte weisen jeweils einen Betrag von der Grösse des dem betreffenden Diskriminator zugeordneten Grenzwertes auf, also z. B.
den Betrag A.",/21, wenn es sich um den Diskrimina- tor Dl, den Betrag A","./22, wenn es sich um den Dis- kriminator D2 handelt.
Bei Verfahren und Schaltungsanordnungen des soeben bezeichneten Typs benötigt jeder Diskriminator die Ergebnisse der in den vorangegangenen Diskrimi- natoren durchgeführten Prüfungen. Er muss also war ten, bis diese Ergebnisse vorliegen. Hieraus ergibt sich bei den bekannten Verfahren ein erheblicher Zeitauf wand bei der Codierung.
Es ist .eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Umsetzen von Amplitudenwerten zu schaffen, das trotz der erwähnten Abhängigkeit der Diskriminatoren untereinander wesentlich schneller arbeitet als die bekannten Verfahren des gleichen Typs.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch ge löst, dass die Diskriminatoren mit den Analogwerten nur solange beaufschlagt werden, wie der einzelne Dis kriminator zur Prüfung eines Analogwertes benötigt und ihnen anschliessend sogleich der nächste Analog wert zugeführt wird, derart, dass die Diskriminatoren zur gleichen Zeit an der Codierung so vieler verschie dener Amplitudenwerte arbeiten können, wie Diskrimi- natoren vorgesehen sind.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, bei n Binärstellen n-mal schneller codieren zu könen als es bisher mit Verfahren des genannten Typs möglich war.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die in der Lage ist, das erfindungsgemässe Verfahren vorteilhaft durch zuführen.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung umfasst eine solche Schaltungsanordnung Laufzeitan ordnungen enthaltende Mittel, welche eine oder meh rere Komponenten eines zu bildenden Analogwertes solange verzögern, bis auch der oder die später entste henden übrigen Komponenten desselben Analogwertes verfügbar sind und dass dem Diskriminator, in dem der betreffende Analogwert geprüft werden soll, dieser in solchem zeitlichem Abstand zugeführt wird, dass der Diskriminator von dem vorhergehend verarbeiteten Analogwert nicht mehr beaufschlagt ist.
Es ist in den meisten Fällen zweckmässig, wenn die die Laufzeitanordnungen enthaltenden Mittel gleichzei tig so ausgebildet sind, dass die nacheinander entste, henden zu ein und demselben umzusetzenden Amplitu- denwert gehörenden binären Ziffernwerte auf dem Wege von den n verschiedenen Diskriminatoren zu den entsprechenden n Binärausgängen derart unterschied lich verzögert werden, dass sie an letzteren gleichzeitig erscheinen.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ist eine erste Laufzeitanordnung vorgesehen, die den Diskriminato- ren die zu codierenden Amplitudenwerte nacheinander zuführt, ferner eine zweite Laufzeitanordnung,
die von den Diskriminatoren mit den binären Ziffernwerten gespeist wird und einerseits die Zuführung der von dem umzusetzenden Amplitudenwert jeweils abzuzie henden Festwerte steuert sowie andererseits die binä ren Ziffernwerte den Binärausgängen zuführt.
Vorzugsweise besteht die erste Laufzeitanordnung aus einer Laufzeitleitung mit äquidistanten Anzapfun- gen und die zweite Laufzeitanordnung aus n Schiebere gistern unterschiedlicher Stufenzahl. Die Leitungen zu den Diskriminatoren zur Zuführung der Festwerte sind fest verdrahtet und werden von den Schieberegistern derart zeitrichtig angesteuert, dass sie die betreffenden Diskriminatoren gleichzeitig mit den zugeordneten,
über die Laufzeitleitung zugeführten Amplitudenwerten beaufschlagen.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung bilden die die Laufzeitanordnungen enthaltenden Mittel un mittelbar hinter jedem Diskriminator eine Differenz schaltung, durch die von dem in diesem Diskriminator geprüften Analogwert der aus der Prüfung etwa her vorgegangene Festwert abgezogen und die so entstan dene Differenz dem nächsten Diskriminator zugeführt wird, und in der eine Laufzeitleitung vorgesehen ist, die den Analogwert jeweils solange verzögert, bis auch der zur Bildung der Differenz benötigte Festwert zur Verfügung steht.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn jeder Diskrimi- nator als amplitudenempfindliches Element eine Tun neldiode enthält, welcher ein dem jeweils zu prüfenden Analogwert entsprechender Strom aufgeprägt wird. Die Spannung springt an einer Tunneldiode von einem relativ niedrigen Wert auf einen wesentlich grösseren Wert, sobald der der Tunneldiode aufgeprägte Strom den Sprungwert, nämlich den Maximumstromwert der Kennlinie, überschreitet. Der Maximumstromwert der Kennlinie, also der Sprungwert, kann z.
B. durch ge eignete Vorströme beliebig verschoben werden, so dass er sich für jeden Diskrimmator auf den richtigen Wert, d. h. auf die Hälfte des in diesem möglichen analogen Grösstwertes einstellen lässt.
Bei Verwendung von Tunneldioden werden die Diskriminatoren besonders einfach und schnell. Aus- serdem haben sie dann einen geringen Leistungsbedarf.
Bei der Verwendung von Tunneldioden ist es zweckmässig, für jede Tunneldiode einen Verstärker vorzusehen, dessen Eingangsklemmen der Tunneldiode parallel liegen.
Weitere Einzelheiten gehen aus der folgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor, die in der anliegenden Zeichnung dargestellt sind.
In der Zeichnung bedeuten: Fig. 1: das Prinzipschaltbild einer in Fig.2 näher dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäs- sen Schaltungsanordnung zur Durchführung des Ver fahrens nach der Erfindung; Fig.2: eine Ausführungsform einer Schaltungsan ordnung nach der Erfindung; Fig. 3: eine weitere Ausführungsform einer Schal tungsanordnung nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Schaltungsprinzip dargestellt, das geeignet ist, die in Form von PAM-Signalen angebote nen Amplitudenwerte in einen vierstelligen Binärcode umzusetzen. Entsprechend sind vier Diskriminatoren vorgesehen, die mit Dl, D2, D3 und D4 bezeichnet sind.
Es ist angenommen, dass die Prüfung der den Diskriminatoren angebotenen Amplitudenwerte jeweils eine Zeit r in Anspruch . nimmt. Dies ist in Fig. 1 dadurch symbolisiert, dass in Reihe zu dem jeweiligen Diskriminator eine in unterbrochener Linie dargestellte Laufzeitleitung mit einer Verzögerung z angegeben ist.
Der Eingang E, an dem die PAM-Signale erschei nen, ist mit dem ersten Diskriminator Dl unmittelbar, mit dem zweiten über eine Laufzeitleitung mit der Zeitverzögerung z, mit dem dritten über eine Lauf zeitleitung mit der Zeitverzögerung 2z und schliess- lich mit dem vierten Diskriminator über eine Laufzeit leitung mit der Zeitverzögerung 3z verbunden.
Zwi schen dem Diskriminätor D1 und dem Binärausgang mit dem Stellenwert 23 liegen hintereinander drei Laufzeitleitungen, jeweils mit der Laufzeit z; zwi schen dem Diskriminator D2 und dem Binärausgang mit dem Stellenwert 22 befinden sich zwei solcher Laufzeitleitungen, zwischen D3 und dem Binärausgang 21 eine und zwischen D4 und dem Binärausgang 2 , keine mehr. Jeweils an der Verbindungsstelle zwischen zwei Laufzeitleitungen zweigen Leitungen ab, die zu den einzelnen Diskriminatoren führen. Dadurch ge langt z.
B. der binäre Wert, den der Diskriminator Dl als Ergebnis der in ihm durchgeführten Prüfung nach Ablauf der Zeit z ausgibt, zunächst unmittelbar an den Diskriminator D2, dann über eine Laufzeitleitung mit der Verzögerung z an den Diskriminator D3, nach einer weiteren Verzögerung um z an den Dis kriminator D4 und nach abermaliger Verzögerung schliesslich an den Ausgang mit dem Stellenwert 23.
Der Diskriminator D2 erhält, wie Fig. 1 deutlich macht, das Ergebnis der im Diskriminator Dl durchge- führten Prüfung gleichzeitig mit dem umzusetzenden Amplitudenwert, nämlich beide um die Zeitspanne z später als dieser Amplitudenwert am Eingang E er schienen war.
Diese Gleichzeitigkeit ist erforderlich, damit aus beiden Komponenten der nächste Analog- wert gebildet werden kann, der im Diskriminator D2 geprüft werden soll. Dazu wird, falls das von Dl gelie ferte Ergebnis eine binäre Eins ist, von dem umzuset zenden Amplitudenwert ein Festwert von der halben Grösse des in Dl möglichen Grösstwertes, nämlich A",.,/2, abgezogen.
Indem dies geschieht, beginnt gleichzeitig die Prüfung des so entstandenen Analog wertes in dem Diskriminator D2.
Das Ergebnis der in dem Diskriminator D2 durchge führten Prüfung erscheint nach Ablauf wiederum einer Zeitspanne z am Ausgang dieses Diskriminators. Es entspricht entweder einer binären Eins oder einer binä ren Null und gelangt einerseits unmittelbar an den Dis- kriminator D3, andererseits über eine Laufzeitleitung mit der Zeitverzögerung z an den Diskriminator D4 und an jenen Ausgang des Codierers,
der die binäre Stelle finit dem Stellenwert 22 darstellt.
Zur gleichen Zeit, zu der der Diskriminator D3 das Ergebnis des Diskriminators D2, ferner auch das Er gebnis des Diskriminators Dl erhält, gelangt an ihn, vom Eingang E her; über die erwähnte Laufzeitleitung mit der Verzögerung 2z auch der umzusetzende Amplitudenwert, Von diesem werden die den Ergebnis- sen der Diskriminatoren Dl und D2 entsprechenden Festwerte zunächst abgezogen.
Dies ist in Fig. 1 wieder um nicht im einzelnen dargestellt. Nacherfolgter Sub traktion beginnt sofort die Prüfung des neuen Analog wertes im Diskriminator D3.
Der beschriebene Vorgang setzt sich fort, bis alle Diskriminatoren im Zusammenhang mit dem ins Auge gefassten Amplitudenwert wirksam geworden sind und ihre Ergebnisse an den Ausgang des Codierers geliefert haben. Das wesentliche der Erfindung besteht nun darin, dass sich jeder Diskriminator bereits mit dem nächsten umzusetzenden Amplitudenwert befassen kann, sobald er die Verarbeitung des vorhergehenden nach einer Zeitspanne x abgeschlossen hat.
Eine Folge von Amplitudenwerten sei z. B. mit Al, A2, A3 und A4 bezeichnet. Dann arbeitet der Diskri- minator D3 bereits an der Umsetzung des Amplituden wertes A2,
während der Diskriminator D4 noch mit dem AmpIitudenwert A1 beschäftigt ist. Gleichzeitig arbeitet der Diskriminator Dz bereits an der Umset zung des Amplitudenwertes A3 und der Diskriminator Dl an der Umsetzung des Amplitudenwertes A4. Es kommt also, wie man sieht, zu keinerlei Totzeiten, d. h. jeder Diskriminator ist ohne nennenswerte Pause beschäftigt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Prinzips wird anhand der Fig. 2 erläutert. Es ist ein Beispiel mit lediglich drei Binär stellen.
Das am Eingang F anstehende kontinuierliche Signal wird über das Gatter G, und mit Hilfe der vom Taktgenerator T gelieferten Impulsfolge in ein PAM- Signal umgewandelt und erscheint als solches am Ein gang einer mit äquidistanten Anzapfungen versehenen Laufzeitleitung L. Diese ist an ihrem Ende durch ihren Wellenwiderstand Z abgeschlossen, damit es nicht zu störenden Reflexionen kommt.
Die Anzapfungen der Laufzeitleitungen L führen zu Impedanzwandlern Il, I2 und I3, die aus den angelieferten Spannungsimpul sen Stromimpulse machen. Die Stromimpulse werden den Diskriminatoren Dl, D2 und D3 aufgeprägt, die im dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus Tunneldioden bestehen.
Hat der der Tunneldiode aufgeprägte Stromimpuls eine Amplitude, die grösser ist als ihr Sprungwert, also grösser als A."/2 bei D" als AmaJ4 bei D2 bzw. als Ama,/8 bei D3, so vergrössert sich bekanntlich die an der Tunneldiode liegende Spannung sprunghaft. Kommt es zu einem solchen Sprung, so bedeutet das im vorliegenden Fall eine binäre Eins.
Sie wird - je nachdem, ob es sich um D" D2 oder D3 handelt über einen der Verstärker V" V2 oder V3, deren Ein gänge der zugehörigen Tunneldiode parallel liegen, in das zugeordnete der drei vorgesehenen Schieberegister S" S2 oder S3 eingespeist.
Das Schieberegister S" das von dem Diskriminator D, gespeist wird, besitzt 3 Stufen, nämlich die Stufen 11, 12 und 13. Das Schieberegister S2, das von dem Dis- kriminator D2 gespeist wird, besitzt 2 Stufen, die mit 22 und 23 bezeichnet sind. Schliesslich besteht das Schieberegister S3, das von dem Diskriminator D3 her angesteuert wird, lediglich aus einer Stufe mit der Nummer 33.
Ihre Schiebeimpulse erhalten sämtliche Schieberegister von dem selben Taktgenerator T, der auch die Zuführung der PAM-Impulse zu der Laufzeit leitung L steuert. Die Ausgänge der Schieberegister bil den gleichzeitig die Ausgänge der ganzen Schaltungsan- ordnung. Jeder Registerausgang entspricht einer Stelle des Binärcodes.
Den Tunneldioden D" D. und D3 werden nicht nur die umzusetzenden Amplitudenwerte zugeführt, sondern mit negativem Vorzeichen gegebenenfalls auch Festwerte, die durch die Widerstände R, und R, sowie durch eine gemeinsame Spannungsquelle B in ihrer Grösse vorbestimmt sind. Die entsprechenden Ströme überlagern sich in den Tunneldioden, so dass es zu der gewünschten Differenzbildung kommt.
Ob die Festwerte tatsächlich zugeführt werden oder nicht, wird durch die Schieberegisterstufen der Schiebe register S, und S2 über Gatter G21 bzw. G31 und G32 gesteuert.
Dazu ist die Schieberegisterstufe 12 mit dem einen Eingang des Gatters G21, dien Stufe 13 mit dem entsprechenden Eingang des Gatters G31 und die Schieberegisterstufe 23 mit dem entsprechenden Ein gang des Gatters G32 verbunden. Die notwendige Energie wird von der Gleichspannungsquelle B gelie fert, die an die jeweils anderen Eingänge dieser Gatter angeschlossen ist.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach der Fig. 2 ist folgende: Ein Amplitudenwert A, gelange an den Eingang E der Laufzeitleitung L. Durch den Impedanzwandler I, wird er daraufhin sofort in einen entsprechenden Stromwert verwandelt, der der Tunneldiode D, aufge prägt wird. Er sei grösser als die Hälfte des möglichen Grösstwertes, d. h. grösser als Am../2. Daher springt die Tunneldiode von einer vernachlässigbar kleinen Spannung auf eine wesentlich höhere Spannung.
Dieser Spannungssprung wird in dem Verstärker V, verstärkt und führt dazu, dass in die erste Stufe 11 des Schiebe registers S, eine binäre Eins eingeschrieben wird.
Der Vorgang, soweit bisher beschrieben, hat nahezu die Zeit z in Anspruch genommen. Nach die ser Zeit kommt für die Schieberegister der nächste Schiebeimpuls. Er verschiebt die in die Schieberegister stufe 11 gerade eingeschriebene binäre Eins in die Schieberegisterstufe 12. Damit wird das Gatter G2, geöffnet, so dass ein durch den Widerstand R, und die Spannungsquelle B vorbestimmter Stromwert (Fest wert) in die Tunneldiode D2 eingeprägt wird.
Diese Tunneldiode erhält zur gleichen Zeit über den Impe- danzwandler <B><U>1.</U></B> den umzusetzenden Amplitudenwert, nachdem dieser das zwischen den ersten beiden Anzap- fungen gelegene Stück der Laufzeitleitung mit der Ver zögerung z durchlaufen hat. Da die Richtungen der Ströme des umzusetzenden Amplitudenwertes und des aufgeprägten Festwertes einander entgegengesetzt sind, wird in der Tunneldiode nur die Differenz wirksam.
Der .durch die Differenzbildung entstandene Analog strom sei kleiner als der Sprungwert der Tunneldiode D.. Entsprechend kann diese nicht springen, und in die erste Stufe 22 des Schieberegisters S2 wird eine binäre Null eingeschrieben.
Nachdem wiederum insgesamt die Zeit z verstri chen ist, kommt der nächste Schiebeimpuls. Die in den Schieberegistern S, und S2 befindlichen Informa tionen rücken damit um eine Stufe weiter und sind dann in der Lage, die Gatter G3, und G32 zu steuern.
Entsprechend den getroffenen Annahmen wird das Gatter G3, geöffnet, weil die ihm zugeordnete Schie s beregisterstufe eine binäre Eins enthält, das Gatter G32 bleibt jedoch geschlossen, da die ihm entspre- chende Schieberegisterstufe eine- binäre Null aufweist.
Es kommt wiederum zur Bildung eines festen Stromwertes aufgrund der Spannungsquelle B und des Widerstandes R2, welcher der Tunneldiode D, aufge prägt wird. Zu dieser Tunneldiode ist inzwischen auch der umzusetzende Amplitudenwert gelangt, nachdem er ein weiteres Stück der Laufzeitleitung L wiederum mit der Zeitverzögerung r durchlaufen hat.
Die Vorgänge brauchen nun im einzelnen nicht weiter verfolgt zu werden. Es ist jedoch darauf hinzu weisen, dass, während die Tunneldiode D3 noch mit der Prüfung eines auf den Amplitudenwert A, zurück gehenden Analogwertes beschäftigt ist, durch die Tun neldiode D2 bereits ein auf den Amplitudenwert A2 zurückgehender Analogwert und durch die Tunnel diode D, sogar schon der Amplitudenwert A3, geprüft wird.
Die Ergebnisse dieser Prüfungen werden auf die gleiche Weise, wie es oben für den Amplitudenwert A, beschrieben wurde, in die inzwischen leer gewordenen ersten Stufen der Schieberegister eingeschrieben.
Fig.3 zeigt eine andere vorteilhafte Ausführungs form der Erfindung. Die Spannungsimpulse, die am Eingang E der Schaltungsanordnung erscheinen, wer den in dem Impedanzwandler 1, in entsprechende Stromimpulse umgewandelt, deren Amplituden zwi schen Null und A."$ liegen können.
Die Stromimpulse werden einem Stromkreis aufgeprägt, der aus der Rei henschaltung der Tunneldiode Dl mit einem Wider stand Z, besteht. Parallel zu der Tunneldiode liegen die Eingangsklemmen eines besonderen Verstärkers V" der, wenn die Tunneldiode gesprungen ist, einen Festwert vom halben Betrag des möglichen Grösstwer- tes abgibt und an die Klemmen eines Widerstandes Z2' anlegt.
Dieser Widerstand erhält ausserdem den ur sprünglichen Amplitudenwert, der als Spannungsabfall an dem Widerstand Z, entsteht und dem Widerstand Z2 über eine Laufzeitleitung mit der Zeitverzögerung a zugeführt wird. Die Verzögerung x der Laufzeit leitung ist so bemessen, dass der von dem Verstärker V, gelieferte Impuls und der von dem Widerstand Z, her übertragene Impuls an dem Widerstand Z2' gleich zeitig eintreffen. Bei richtiger Wahl der Vorzeichen kommt es dabei an dem Widerstand Zj zu der er wünschten Differenzbildung, es sei denn,
die Tunnel diode Dl sei nicht gesprungen, so dass der Verstärker V1 keinen Impuls abgegeben hat. In jedem Falle wird der an Z. auftretende Spannungsimpuls in dem Impe- danzwandler I2 des in gleicher Art aufgebauten näch sten Diskriminators D2 in einen Stromimpuls umge wandelt und einer erneuten Prüfung in dessen Tunnel diode unterzogen, die genau so abläuft wie mit Bezug auf den Diskriminator D, beschrieben wurde.
Während die erwähnte Prüfung im Diskriminator D2 abläuft, ist der Diskriminator D, bereits wieder mit der Prüfung des nächsten Amplitudenwertes be schäftigt, sofern dieser dem Eingang E genügend schnell, d. h. nach Ablauf der Zeit a zugeführt wor den ist.
Die Ergebnisse der in den Diskriminatoren Dl, D2 und D, durchgeführten Prüfungen werden von den Ausgängen der Verstärker nicht nur dem jeweils näch sten Diskriminator, sondern zur Bildung der Binärstel len auch den Binärausgängen zugeführt.
Dies geschieht über Laufzeitleitungen mit Verzögerung 2z zwischen V, und dem Binärausgang mit dem Stellenwert 22, mit der Zeitverzögerung z zwischen V2 und dem Aus gang mit dem Stellenwert 21 sowie der Verzögerung Null zwischen V3 und dem Ausgang mit dem Stellen- wert 2. Auf diese Weise erscheinen die Ergebnisse aller 3 Prüfungen,, d, h. die zu ein und demselben Amplitu- denwert gehörenden binären Ziffern an den Binäraus gängen gleichzeitig, so dass sie dort parallel abgenom men werden können.