DE102016108495B3 - Vorrichtung zur Zeit-zu-Digital-Wandlung mit geregelter zeitlicher Wavelet-Kompression mittels eines Sende-Wavelets und eines Analyse-Wavelets mit geregelter Verzögerung - Google Patents

Vorrichtung zur Zeit-zu-Digital-Wandlung mit geregelter zeitlicher Wavelet-Kompression mittels eines Sende-Wavelets und eines Analyse-Wavelets mit geregelter Verzögerung Download PDF

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    • G04F10/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
    • G04F10/005—Time-to-digital converters [TDC]

Abstract

Die Vorrichtung führt ein Verfahren zur Bestimmung der Verzögerungszeit eines ersten Wavelets in einer Übertragungsstrecke (I1) aus. Hierzu wird das erste Wavelet zu einem Zeitpunkt nach einem Referenzzeitpunkt in die Übertragungstrecke hineingesendet. Nach Durchgang durch die Übertragungsstrecke wird das verzögerte und typischerweise deformierte Wavelet mit einem zweiten Wavelet skalar-multipliziert. Das Ergebnis wird mit einem Referenzwert verglichen. Zu einem Schneidezeitpunkt (ts) schneidet der Skalar-Produktwert den Referenzwert. In Abhängigkeit von diesem Schneidezeitpunkt (ts) bezogen auf den Referenzzeitpunkt wird die Verzögerung des ersten und/oder zweiten Wavelets gegenüber dem Referenzzeitpunkt geregelt. Eine Amplitudenregelung findet nicht statt.

Description

  • Oberbegriff
  • Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Wandlung einer zeitlichen Verzögerung (Δt) eines Empfängerausgangssignals (S0) gegenüber einem verzögerten Sendesignal (S5d), die das verzögerte Sendesignal (S5d) in einer Übertragungsstrecke (I1) beliebiger physikalischer Natur bei der Wandlung in das Empfängerausgangssignal (S0) erfahren hat.
  • Allgemeine Einleitung
  • In vielen Anwendungen ist es notwendig, Verzögerungszeiten eines Signals gegenüber einem gesendeten Signal zu bestimmen. Solche Anwendungen betreffen beispielsweise die Laufzeit elektromagnetischer Wellen, die Laufzeit von Schallwellen, die Flugzeit von Teilchen, Reaktionszeiten in der Chemie, Zerfallszeiten in der Teilchenphysik etc.
  • Diese Verzögerungszeiten sollen typischerweise in digitalen Datenverarbeitungsanlagen weiterverarbeitet werden.
  • Vor diesem Hintergrund ist die digitalisierende Bestimmung solcher Verzögerungszeiten ein grundsätzliches Problem der Schaltungstechnik.
  • Stand der Technik
  • Aus der Literatur sind mannigfache Methoden der Delta-Sigma-Wandlung von Signalamplituden bekannt. Allen gemeinsam ist, dass sie eine Amplituden gesteuerte Regelschleife aufweisen. Diese Amplitude ist bei kleinen Abweichungen sehr stark durch Rauschen und Quantisierungsfehler behaftet, was die Auflösung begrenzt. Soll die Verzögerung eines analogen Empfängerausgangssignals gegenüber einem digitalen Sendesignal bestimmt werden, so wird das analoge Empfängerausgangssignal mit einem negativ zurückgekoppelten analogen Rückkoppelsignal zu einem analogen Filtereingangssignal summiert. Das analoge Filtereingangssignal gibt den gewichteten Unterschied zwischen dem amplitudenwertdiskreten Ausgangssignal und dem analogen Empfängerausgangssignal an. Ziel im Stand der Technik ist es, diese Abweichung zu Null zu regeln. Daher wird das analoge Filtereingangssignal mit Hilfe eines ersten Filters im einfachsten Fall zum analogen Filterausgangssignal integriert. Kompliziertere Filteralgorithmen sind denkbar. Das analoge Filterausgangssignal wird dann in ein amplitudenwertdiskretes Ausgangssignal gewandelt. Dieses amplitudenwertdiskrete Ausgangssignal wird dann mit einem analogen Faktor zum analogen Rückkoppelsignal multipliziert und der Regelschleife wieder zugeführt. Um nun die Verzögerung zwischen dem somit amplitudenwertdiskreten Ausgangssignal und dem digitalen Sendesignal zu bestimmen, werden diese dann auf digitalem Wege miteinander verglichen. Die Bestimmung der Verzögerung in einer Übertragungsstrecke (I1) erfolgt also in den drei unabhängigen Schritten
    • 1. Erzeugen des digitalen Sendesignals und Einspeisung in die Übertragungsstrecke (I1) und Entnehmen des Empfängerausgangssignals aus der Übertragungsstrecke;
    • 2. Bildung eines amplitudenwertdiskreten Ausgangssignals, dass das Empfängereingangssignal repräsentiert;
    • 3. Vergleich des so gebildeten amplitudenwertdiskreten Ausgangssignals mit dem digitalen Sendesignal und Ausregelung einer Amplitudendifferenz zu Null.
  • Jede dieser drei Stufen führt zu Fehlern in der Verarbeitung bei der Ermittlung eines digitalen Wertes, der die Verzögerung in der Übertragungsstrecke repräsentiert.
  • Eine solche amplitudenwertdiskrete Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 924 460 A1 bekannt. Bei dem dort offenbarten Verfahren wird der amplitudenmäßige Anteil der Basis-Wavelets an einem Eingangssignal durch Skalar-Produktbildung, die durch Multiplikation und anschließende Tiefpassfilterung realisiert werden kann, ermittelt. In einem zweiten Schritt werden die so ermittelten Amplitudenanteilswerte der jeweiligen Basis-Wavelets mit diesen Basis-Wavelets multipliziert, mit minus 1 multipliziert und zu einem Kompensationssignal zusammengemischt, das einen Kompensationssender steuert, der ebenfalls in den Empfänger der EP 2 924 460 A1 einstrahlt. Ist der Regelkreis stabil, so geben die einzelnen Amplitudenwerte der jeweiligen Basis-Wavelets das Messergebnis als Messwertevektor wider. In Versuchen hat sich gezeigt, dass das im Folgenden beschriebene erfindungsgemäße Verfahren dem Verfahren und der Vorrichtung der EP 2 924 460 A1 überlegen ist und eine um mindestens eine Größenordnung höhere Auflösung erreichen kann.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die die obigen Nachteile des Stands der Technik in Form der auftretenden Prozessfehler reduziert.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Durchführung der zeitlichen Digitalisierung in einem einzigen Schritt die Abfolge der durchzuführenden Schritte auf die folgende Sequenz reduziert:
    • 1. Erzeugen des digitalen Sendesignals und Einspeisung in die Übertragungsstrecke (I1) und Entnehmen des Empfängerausgangssignals aus der Übertragungsstrecke;
    • 2. Bildung und ZEITLICHE Ausregelung eines zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals gegenüber dem Sendesignal, das einen Schnittpunkt des Filterausgangssignals mit einem Referenzwert repräsentiert, wobei das zeitkontinuierliche, wertdiskrete Verzögerungswertsignal die Verzögerungszeit repräsentiert.
  • Eine Amplitudendiskretisierung durch Ausregelung der Amplitude eines Filtereingangssignals findet also im Gegensatz zum Stand der Technik ausdrücklich nicht mehr statt. Es wird im Gegensatz zum Stand der Technik weder eine Amplitude, noch Verstärkungen oder Amplituden von in der Regelschleife verwendeten Generatorausgangssignalen, noch die Amplitude des Sendesignals geregelt. Ziel der Regelung ist es im Gegensatz zum Stand der Technik somit nicht mehr das Filtereingangssignal so auszuregeln, dass die Amplitudenwerte übereinstimmen, sondern dass der zeitliche Schnittpunkt des Filtereingangssignals mit einem ersten konstanten Amplitudenwert mit dem zeitlichen Schnittpunkt des Empfängereingangssignals mit einem zweiten Amplitudenwert übereinstimmt.
  • Dieser erste und zweite Amplitudenwert sind typischerweise aber nicht notwendigerweise null und gleich.
  • Die Aufgabe zur Wandlung einer zeitlichen Verzögerung (Δt) des Empfängerausgangssignals (S0) gegenüber einem verzögerten Sendesignal (S5d), die das verzögerte Sendesignal (S5d) in einer Übertragungsstrecke (I1) beliebiger physikalischer Natur bei der Wandlung in das Empfängerausgangssignal (S0) erfahren hat, wird erfindungsgemäß konkret durch folgende Schritte gelöst: Als Erstes wird das verzögerte Sendesignal (S5d) auf Basis eines ersten zeitlichen Wavelets (WL1) erzeugt. In jedem Zeitabschnitt (Ts), in dem ein Wavelet erzeugt wird, hat dieses Wavelet einen ersten zeitlichen Basispunkt (t0). Dieser Basispunkt (t0) dient im Folgenden als zeitlicher Bezugspunkt innerhalb eines Zeitabschnitts (Ts). Die Zeitabschnitte (Ts) überlappen sich vorzugsweise nicht. Als Zweites wird nun das somit erzeugte, verzögerte Sendesignal (S5d) in die besagte Übertragungsstrecke (I1) eingespeist. Es durchläuft die Übertragungsstrecke (I1) und erfährt dabei eine Wandlung in das Empfängerausgangssignal (S0). Typischerweise befindet sich nämlich am Ende der Übertragungsstrecke (I1) ein Empfänger, der dieses Empfängerausgangssignal (S0) erzeugt. Für das hier beschriebene Problem ist es irrelevant, welcher Natur die Übertragungsstrecke (I1), der Sender oder der Empfänger ist. Als Drittes folgt das Erzeugen eines ersten Wavelet-Signals (WS1) auf Basis eines zweiten Wavelets (WL2). Dieses zweite Wavelet (WL2) ist typischerweise nicht identisch mit dem ersten Wavelet (WL1) und hat typischerweise einen anderen, zweiten zeitlichen Basispunkt (t0 + tv) in zumindest dem betreffenden Zeitabschnitt. Typischerweise ist es mit einer ersten Verzögerungszeit (tv) gegenüber dem ersten zeitlichen Basispunkt (t0) des ersten Wavelets (WL1) in dem Zeitabschnitt versehen. Als Viertes folgt die Bildung eines zeitlichen Skalar-Produktsignals (S8) durch Skalar-Produktbildung zwischen dem Empfängerausgangssignal (S0) und dem ersten Wavelet-Signal (WS1). Die Natur des Skalarprodukts ist Gegenstand von weiteren Ausformungen der Erfindung. Als Fünftes folgt die Bildung eines zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9) durch Vergleich des Werts des Skalar-Produktsignals (S8) mit einem ersten Referenzwert (Ref) und Wechsel des Wertes des zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9). Dies geschieht vorzugsweise in einem Komparator, wenn der Wert des Skalar-Produktsignals (S8) einen Referenzwert (Ref) zu einem Schneidezeitpunkt (t0 + ts) gegenüber dem ersten zeitlichen Basispunkt (t0) schneidet
  • Als Siebtes folgt eine Änderung der ersten Verzögerungszeit (tv) in Abhängigkeit vom Schneidezeitpunkt (t0 + ts). Die Änderung der Verzögerungszeit (tv) hängt somit von dem Zeitpunkt des Wertwechsels des Verzögerungswertsignals (S9) und nicht von dessen Amplitudenwert ab, was der wesentliche Unterschied zum Stand der Technik ist. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein solcher Zeitpunkt des Wertwechsels des Verzögerungswertsignals (S9) sich wesentlich genauer feststellen lässt, als eine konkrete Amplitude. Hierdurch verbessert sich die zeitliche Auflösung um mindestens einen Faktor 10. Statt der Regelung des zweiten zeitlichen Basispunkts (t0 + tv) des zweiten Wavelets (WL2) kann beispielsweise auch eine Regelung des ersten zeitlichen Basispunkts (t0 + tv) des ersten Wavelets (WL1) erfolgen, wobei dann vorzugsweise das zweite Wavelet (WL2) einen zweiten zeitlichen Basispunkt (t0) ohne Verzögerung (tv) besitzt. Natürlich lassen sich diese beiden Regelungssysteme mischen. Wavelets zeichnen sich dadurch aus, dass sie für die Transformation eine Verzögerung (tv) aufweisen und eine Signalkompression (α). Dies entspricht der Phase (φ) und der Frequenz (ω) der Fourier-Transformation. Dementsprechend ist es in einer weiteren Variante denkbar, statt der Verzögerung (tv) die erste Kompression (α1) des ersten Wavelets (WL1) bei der Erzeugung des verzögerten Sendesignals in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des Wertwechsels des Verzögerungswertsignals (S9) zu regeln oder die zweite Kompression (α2) des zweiten Wavelets (WL2) in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des Wertwechsels des Verzögerungswertsignals (S9) zu regeln. Selbstverständlich können auch diese Regelverfahren kombiniert werden. Die Kombination kann auch mit der Regelung der Verzögerung erfolgen. Eine Kombination mehrerer Wavelet-Signale (WS1, WS2) in entsprechenden Pfaden ist möglich.
  • Vorteil der Erfindung
  • Wie bereits erwähnt, weist ein Regelverfahren auf Basis eines Signalwert-Wechsel eine wesentlich höhere zeitliche Auflösung auf, als ein Verfahren auf Basis eines Amplitudenwertes.
  • Beschreibung der Weiterbildungen/Ausbildungen der Erfindung
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Fehler weiter minimiert. Dies erfolgt durch die Bildung eines Korrektursignals (K1) in Abhängigkeit vom Schneidezeitpunkt (t0 + ts). Als nächster Schritt folgt die Bildung eines korrigierten Skalar-Produktsignals (S10) durch Addition des Werts des Korrektursignals (K1) zum Wert des Skalar-Produktsignals (S8). Die Filterung des korrigierten Skalar-Produktsignals (S10) erzeugt dann das gefilterte Skalar-Produktsignal (S11). Hierbei handelt es sich in der Regel um einen Integrator oder ein Tiefpassfilter. Das so gebildete gefilterte Skalar-Produktsignal (S11) wird dann an Stelle des Skalar-Produktsignals (S8) zur Bildung des zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9) verwendet.
  • Dies hat den Vorteil, dass der resultierende Auflösungsfehler weiter minimiert wird.
  • Eine mögliche konkrete Realisierung der Skalar-Produktbildung umfasst die Bildung eines Filtereingangssignals (S2) durch Multiplikation des Empfängerausgangssignals (S0) und dem ersten Wavelet-Signal (WS1), sowie das anschließende Filtern des Filtereingangssignals (S2) zum Skalar-Produktsignal (S8). Auch diese Filterung wird typischerweise als Integration und/oder Tiefpassfilterung ausgeführt.
  • An die Wavelets werden bevorzugt gewisse Anforderungen gestellt, die jedoch nicht zwingend erforderlich sind. Es ist besonders bevorzugt, wenn das erste Wavelet (WL1) und das zweite Wavelet (WL2) so gewählt sind, dass der Wert des Skalar-Produktsignals (S8) monoton fallend oder streng monoton fallend oder monoton steigend oder streng monoton steigend von der zeitlichen Verzögerung (Δt) des verzögerten Sendesignals (S5d) in der Übertragungsstrecke (I1) zum Empfängerausgangssignal (S0) abhängt. Dies sollte zumindest in einem vorbestimmten Bereich der Fall sein. Die zeitliche Verzögerung (Δt) sollte in einem zeitlichen Intervall liegen, dessen zeitliche Länge von Null verschieden ist.
  • Liste der Figuren
  • 1 zeigt die vereinfachte Prinzipskizze einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren durch Regelung des zweiten Wavelet-Generators (WG2) ausführt.
  • 2 zeigt die vereinfachte Prinzipskizze einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren durch Regelung des ersten Wavelet-Generators (WG1) ausführt.
  • 3 zeigt die vereinfachte Prinzipskizze einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren mit verringertem Fehler durch Regelung des zweiten Wavelet-Generators (WG2) ausführt.
  • 4 zeigt die vereinfachte Prinzipskizze einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren mit verringertem Fehler durch Regelung des ersten Wavelet-Generators (WG1) ausführt.
  • 5 zeigt 1 ergänzt um einen zweiten Wavelet-Analysesignalpfad.
  • 6 zeigt 5, wobei nun zwei Wavelet-Generatoren geregelt werden.
  • 7 zeigt 5, wobei nun der Wavelet-Generator des Senders und ein Wavelet-Generator des Empfangspfads geregelt werden.
  • Beschreibung der Figuren
  • Fig. 1
  • 1 zeigt die vereinfachte Prinzipskizze einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Ein erster Wavelet-Generator (WG1) erzeugt das verzögerte Sendesignal (S5d) auf Basis eines ersten Wavelets (WL1), das nicht eingezeichnet ist. Das verzögerte Sendesignal (S5d) wird in die Übertragungsstrecke (I1) eingespeist. Dort erfährt es die Verzögerung (Δt) und erscheint am Ausgang der Übertragungsstrecke (I1) als verzögertes Empfängerausgangssignal (S0). Ein zweiter Wavelet-Generator (WG2) erzeugt das erste Wavelet-Signal (WS1) auf Basis des zweiten Wavelets (WL2), das nicht eingezeichnet ist. Ein erster Multiplizierer (M1) multipliziert das erste Wavelet-Signal (WS1) mit dem Empfängerausgangssignal (S0) zum Filtereingangssignal (S2). Ein erster Filter (F1) filtert das Filtereingangssignal (S2) zum Skalar-Produktsignal (S8). Der erste Filter ist bevorzugt ein Tiefpassfilter oder ein Integrator. Ein Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC), typischerweise ein Komparator, bildet das zeitkontinuierliche, wertdiskrete Verzögerungswertsignal (S9) durch Vergleich des Werts des Skalar-Produktsignals (S8) mit einem ersten Referenzwert (Ref) und Wechsel des Wertes des zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9), wenn der Wert des Skalar-Produktsignals (S8) den Referenzwert (Ref) zu einem Schneidezeitpunkt (t0 + ts) gegenüber dem ersten zeitlichen Basispunkt (t0) schneidet. Ein Regler (CTR) steuert die Verzögerung (tv) des zweiten Wavelets (WL2) im zweiten Wavelet-Generator (WG2) in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des Wechsels des Wertes des zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9).
  • Der erste Wavelet-Generator (WG1) und der zweite Wavelet-Generator (WG2) werden in diesem Beispiel über ein Synchronisationssignal (tsy) gestartet, das jeweils den Basiszeitpunkt (t0) angibt.
  • In 2 erfolgt die Regelung der Verzögerung im ersten Wavelet-Generator (WG1).
  • In 3 wandelt eine Korrektureinheit (KE) den Zeitpunkt des Wechsels des Wertes des zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9) in ein Korrektursignal (K1) um. Ein erster Summierer (Σ1) addiert das Skalar-Produktsignal (S8) und das Korrektursignal (K1) zu dem korrigierten Skalar-Produktsignal (S10). Ein erster Filter (F1) filtert das korrigierte Skalar-Produktsignal (S10) zu einem gefilterten Skalar-Produktsignal (S11). Der zweite Filter ist vorzugsweise ein Tiefpassfilter oder ein Integrator. Dieser bildet nun anstelle des in 1 verwendeten Skalar-Produktsignals (S8) das Eingangssignal für den Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC).
  • In 4 erfolgt die Regelung der Verzögerung im ersten Wavelet-Generator (WG1).
  • Fig. 5
  • 5 entspricht der 1 mit dem Unterschied, dass ein dritter Wavelet-Generator (WG3) mit Hilfe eines dritten Wavelets (WL3) ein zweites Wavelet-Signal (WS2) erzeugt. In dem Beispiel der 5 geschieht dies ungeregelt synchron zu den anderen Wavelet-Generatoren (WG1, WG2). Dieses zweite Wavelet-Signal (WS2) wird in einem zweiten Multiplizierer (M1b) wieder mit dem Empfängerausgangssignal (S0) zu einem zweiten Filtereingangssignal (S2b) multipliziert. Ein weiterer erster Filter (F1b) filtert das zweite Filtereingangssignal (S2b) zu einem zweiten Skalar-Produktvorsignal (S8b). Das Ausgangssignal des ersten Filters (F1) wird hier erstes Skalar-Produktvorsignal (S8a) genannt. Dieses erste Skalar-Produktvorsignal (S8a) und das zweite Skalar-Produktvorsignal (S8b) werden durch den zweiten Summierer (Σ2) gewichtet zum Skalar-Produktsignal (S8) summiert. Der zweite Summierer (Σ2) kann mit dem ersten Summierer (Σ1) identisch sein. Die hier beispielhafte Darstellung einer Realisierungsmöglichkeit kann mit den anderen, zuvor beschriebenen Realisierungsmöglichkeiten und anderen, die den Ansprüchen entsprechen, kombiniert werden.
  • Fig. 6
  • 6 entspricht der 5 mit dem Unterschied, dass nun der zweite Wavelet-Generator (WG2) und der dritte Wavelet-Generator (WG3) geregelt werden. Die Regelung kann durch unterschiedliche Signale mit unterschiedlicher Empfindlichkeit der Wavelet-Generatoren gegenüber diesen Regelsignalen, also gewichtet erfolgen. Auch ist es denkbar, dass die Regelung mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erfolgt.
  • Fig. 7
  • 7 entspricht der 5 mit dem Unterschied, dass nun der erste Wavelet-Generator (WG1) und der dritte Wavelet-Generator (WG3) geregelt werden. Die Regelung kann durch unterschiedliche Signale mit unterschiedlicher Empfindlichkeit der Wavelet-Generatoren gegenüber diesen Regelsignalen, also gewichtet erfolgen. Auch ist es denkbar, dass die Regelung mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erfolgt.
  • Bezugszeichenliste
    • α
      erste zeitliche Kompression eines Wavelets
      α1
      erste zeitliche Kompression des ersten Wavelets (WL1)
      α2
      zweite zeitliche Kompression des zweiten Wavelets (WL2)
      Δt
      Verzögerung des Empfängerausgangssignals (S0) gegenüber dem verzögerten Sendesignal (S5d)
      CTR
      Regler
      F1
      erster Filter
      F1b
      weiterer erster Filter
      F2
      zweiter Filter
      I1
      Übertragungsstrecke
      K1
      Korrektursignal
      KE
      Korrektureinheit
      M1
      erster Multiplizierer
      M1b
      zweiter Multiplizierer
      ω
      Frequenz
      φ
      Phase
      Ref
      Referenzwert
      S0
      Empfängerausgangssignal
      S2
      Filtereingangssignal
      S2b
      zweites Filtereingangssignal
      S5d
      verzögertes Sendesignal
      S8
      Skalar-Produktsignal
      S8a
      erstes Skalar-Produktvorsignal
      S8b
      zweites Skalar-Produktvorsignal
      S9
      zeitkontinuierliches, wertdiskretes Verzögerungswertsignal
      S10
      korrigiertes Skalar-Produktsignal
      S11
      gefiltertes Skalar-Produktsignal
      Σ1
      erster Summierer
      Σ2
      zweiter Summierer
      t0
      erster zeitlicher Basispunkt des ersten Wavelets (WL1) bei Regelung der Verzögerungszeit tv des zweiten zeitlichen Basiszeitpunktes (t0 + tv) des zweiten Wavelets (WL2) bzw. zweiter zeitlicher Basispunkt des zweiten Wavelets (WL2) bei Regelung der Verzögerungszeit tv des ersten zeitlichen Basiszeitpunktes (t0 + tv) des ersten Wavelets (WL1)
      t0 + ts
      Schneidezeitpunkt
      t0 + tv
      erster zeitlicher Basiszeitpunkt (t0 + tv) des ersten Wavelets (WL1) bei Regelung desselben bzw. zweiter zeitlicher Basiszeitpunktes (t0 + tv) des zweiten Wavelets (WL2) bei Regelung desselben
      tsy
      Synchronisationssignal
      tv
      Verzögerung
      TDC
      Zeit-zu-Digital-Wandler (typischerweise ein Komparator)
      WG1
      erster Wavelet-Generator
      WG2
      zweiter Wavelet-Generator
      WG3
      dritter Wavelet-Generator
      WL1
      erstes Wavelet
      WL2
      zweites Wavelet
      WS1
      erstes Wavelet-Signal
      WS2
      zweites Wavelet-Signal
      <WS1, S0>
      Skalar-Produkt zwischen dem ersten Wavelet-Signal (WS1) und dem Empfängerausgangssignal (S0)

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Wandlung einer zeitlichen Verzögerung (Δt) eines Empfängerausgangssignals (S0) gegenüber einem verzögerten Sendesignal (S5d), die das verzögerte Sendesignal (S5d) in einer Übertragungsstrecke (I1) beliebiger physikalischer Natur bei der Wandlung in das Empfängerausgangssignal (S0) erfahren hat, umfassend – Einen ersten Wavelet-Generator (WG1) zum Erzeugen des verzögerten Sendesignals (S5d) auf Basis eines ersten zeitlichen Wavelets (WL1), mit einem ersten zeitlichen Basispunkt (t0) des ersten Wavelets (WL1) in zumindest einem betreffenden Zeitabschnitt; – Einen zweiten Wavelet-Generator (WG2) zum Erzeugen eines ersten Wavelet-Signals (WS1) auf Basis eines zweiten Wavelets (WL2), mit einem zweiten zeitlichen Basispunkt (t0 + tv) des zweiten Wavelets (WL2) in zumindest dem betreffenden Zeitabschnitt mit einer ersten Verzögerungszeit (tv) gegenüber dem ersten zeitlichen Basispunkt (t0) und einer zweiten zeitlichen Kompression (α2) des zweiten Wavelets (WL2); – Eine Skalar-Produkt-Vorrichtung zur Bildung eines zeitlichen Skalar-Produktsignals (S8) durch Skalar-Produktbildung zwischen dem Empfängerausgangssignal (S0) und dem ersten Wavelet-Signal (WS1); – Einen Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC), insbesondere einen Komparator, zur Bildung eines zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9) durch Vergleich des Werts des Skalar-Produktsignals (S8) mit einem ersten Referenzwert (Ref) und Wechsel des Wertes des zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9), wenn der Wert des Skalar-Produktsignals (S8) den Referenzwert (Ref) zu einem Schneidezeitpunkt (t0 + ts) gegenüber dem ersten zeitlichen Basispunkt (t0) schneidet; – Einem Regler (CTR) zur Änderung der zweiten zeitlichen Kompression (α2), die der zweite Wavelet-Generator (WG2) verwendet, in Abhängigkeit vom Schneidezeitpunkt (t0 + ts).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zusätzlich umfassend – Eine Korrektureinheit (KE) zur Bildung eines Korrektursignals (K1) in Abhängigkeit vom Schneidezeitpunkt (t0 + ts); – Einen ersten Summierer (Σ1) zur Bildung eines korrigierten Skalar-Produktsignals (S10) durch Addition des Werts des Korrektursignals (K1) zum Wert des Skalar-Produktsignals (S8); – Einen zweiten Filter (F2) zur Filterung des korrigierten Skalar-Produktsignals (S10) zum gefilterten Skalar-Produktsignal (S11), – wobei das gefilterte Skalar-Produktsignal (S11) an Stelle des Skalar-Produktsignals (S8) zur Bildung des zeitkontinuierlichen, wertdiskreten Verzögerungswertsignals (S9) verwendet wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Bildung eines zeitlichen Skalar-Produktsignals (S8) durch Skalar-Produktbildung zwischen dem Empfängerausgangssignal (S0) und dem ersten Wavelet-Signal (WS1) zusätzlich umfassend – Einen ersten Multiplizierer (M1) zur Bildung eines Filtereingangssignals (S2) durch Multiplikation des Empfängerausgangssignals (S0) und dem ersten Wavelet-Signal (WS1); – Einen ersten Filter (F1) zum Filtern des Filtereingangssignals (S2) zum Skalar-Produktsignal (S8).
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3 umfassend einen Integrator als ersten Filter (F1).
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2 umfassend einen Integrator als zweiten Filter (F2).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Wavelet (WL1) des ersten Wavelet-Generators (WG1) und das zweite Wavelet (WL2) des zweiten Wavelet-Generators (WG2) so ausgestaltet sind, dass der Wert des Skalar-Produktsignals (S8) monoton fallend oder streng monoton fallend oder monoton steigend oder streng monoton steigend von der zeitlichen Verzögerung (Δt) des verzögerten Sendesignals (S5d) in der Übertragungsstrecke zum Empfängerausgangssignal (S0) abhängt, wobei die zeitliche Verzögerung (Δt) in einem zeitlichen Intervall liegt, dessen zeitliche Länge von Null verschieden ist.
DE102016108495.6A 2016-03-01 2016-05-09 Vorrichtung zur Zeit-zu-Digital-Wandlung mit geregelter zeitlicher Wavelet-Kompression mittels eines Sende-Wavelets und eines Analyse-Wavelets mit geregelter Verzögerung Active DE102016108495B3 (de)

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