DE1026358B - Einrichtung zum Codieren der Amplitudenwerte eines elektrischen Signals - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die es gestattet, eine elektrische Größe, beispielsweise Meßgröße oder eine solche Größe, die in eine elektrische Größe, insbesondere Spannung oder Strom, umgewandelt ist, als eine Reihe von Zahlenwerten wiederzugeben und gegebenenfalls zu übertragen. Die Meßgröße soll dabei unter Umständen als beliebig veränderlich vorausgesetzt sein. Diese Aufgabe spielt vor allem bei der Codierung bzw. Quantisierung einer stetigen Zeitfunktion eine Rolle. Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf den Fall, daß das zu übertragende Signal in einen Zweiercode verwandelt werden soll.

Es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck den Meßwert in Zweierpotenzen zu zerlegen, und zwar dadurch, daß festgestellt wird, welche Zweierpotenzen gerader oder ungerader Potenz der Meßwert enthält. Es ist weiterhin bereits bekannt, eine solche Codierung bzw. Quantisierung durch sukzessive Differenzmessung vorzunehmen, indem beispielsweise mittels einer Kathodenstrahlschaltröhre von einer dem Meßwert entsprechenden Spannung sukzessiv feste Spannungen abgezogen werden, welche proportional den Zweierpotenzen sind, die jeweils geringer als die Meßgröße bzw. der nach einer jeweiligen Differenzbildung verbleibende Rest derselben sind. Hierbei wurden die einzelnen, den Zweierpotenzen entsprechenden festen Spannungen durch bestimmte Etalons verwirklicht, welche als einzelne Ablenkelemente innerhalb der Elektronenstrahlschaltröhre ausgeführt waren. Die praktische Verwirklichung dieser bekannten Anordnung bereitet jedoch dann größere Schwierigkeiten, wenn der zu übertragende Meßwert von hoher Frequenz ist und außerdem sehr feine Modulationsunterschiede zulassen soll, so daß eine große Anzahl der erwähnten Etalons erforderlich wird.

In einer weiteren als Deltapulscodemodulationsanordnung bekanntgewordenen Einrichtung zur Übertragung von elektrischen Signalen erfolgt zur Bildung der jeweiligen Impulsfolgen die Steuerung des mit einer Kathodenstrahlröhre arbeitenden Impulscodemodulators durch eine durch Vergleich von Eingangssignal und der aus einem Rückführkreis herrührenden Spannung gebildeten Differenzspannung. Dadurch, daß die bei dieser Anordnung verwendete Vergleichsgröße eine auf Grund eines Ausgleichsvorganges sich laufend ändernde Spannung darstellt, die sich unter anderem auch von der Signalgröße des vorhergehenden Zeitabschnitts ableitet, ist der Wert des empfangsseitig wiedergegebenen Signals stets vom vorhergehenden Signalabschnitt abhängig, so daß mindestens die Anfangswerte nicht richtig wiedergegeben werden können.

Die den bekannten Anordnungen anhaftenden Nachteile werden dadurch vermieden, daß bei einer Einrichtung zum Codieren der Amplitudenwerte eines elektrischen Signals, bei der den Signalamplituden entsprechende Einrichtung

zum Codieren der Amplitudenwerte
eines elektrischen Signals

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. phil. habil. Hermann Hinderer, München,
ist als Erfinder genannt worden

Tast- oder Meßwerte zu bestimmten Zeitpunkten innerhalb eines jeden dieser Werte zugeordneten Zeitintervalls mit einem Vergleichssignal bezüglich des Größer- oder Kleinerseins derart verglichen werden, daß das Ergebnis dieser Vergleiche eine Gruppe von Einzelsignalen nach einem vorgegebenen Code erzeugt wird, und bei der der jeweilige Tast- oder Meßwert bei jedem Vergleich um einen dem Codegewicht des erzeugten Einzelsignals entsprechenden Amplitudenwert verändert wird, nach der Erfindung zwei getrennte Kapazitätsanordnungen mit einer von diesen gesteuerten, differenzbildenden elektronischen Schaltvorrichtung sowie weitere von dem genannten Differenzbildner gesteuerte elektronische Schaltvorrichtungen derart vorgesehen sind, daß eine innerhalb des jedem Tast- oder Meßwert zugeordneten Zeitintervalls stetig nach Art eines Ausgleichvorganges verlaufende Vergleichsspannung der einen und eine dem Tastoder Meßwert des Signals entsprechende Spannung der anderen Kapazitätsanordnung zugeführt wird und daß je nach der Polarität der Differenz der zu vergleichenden Spannungen die weiteren elektronischen Schaltvorrichtungen so gesteuert werden, daß sie im Vergleichszeitpunkt für die Erzeugung von Einzelsignalen nach dem vorgegebenen Code entweder geöffnet oder gesperrt sind, wobei im ersteren Falle gleichzeitig ein Aufbau oder Abbau der Tast- oder Meßspannung, vorzugsweise ebenfalls durch Differenzbildung, um einen dem Momentanwert der Vergleichsspannung entsprechenden Wert erfolgt.

Diese Maßnahme hat gegenüber dem Bekannten den erheblichen Vorzug, daß der Aufbau der für Vergleich, Differenzbildung und Abbau der von der Signalgröße abgeleiteten Ladung des Haltekondensators verwendeten Elektronenstrahlröhre wesentlich vereinfacht und dadurch

709 910/140

Der letztgenannte Fall liegt beim ersten Einsetzen des Impulses vor, da die Vergleichsspannung 32 Volt, dagegen die Meßspannung nur 28 Volt beträgt. Im Laufe der Zeit verringert sich die Ladung des Kondensators C₂ derart, daß seine Spannung bei dem nächstfolgenden Impuls jeweils 16, 8, 4, 2 und 1 Volt beträgt. Die sich hierbei ergebenden Differenzierungsvorgänge lassen sich der nachfolgenden Tabelle übersichtlich entnehmen.

überhaupt erst eine für hohe Frequenzen geeignete, genügend leistungsfähige Codierungseinrichtung, geschaffen wird.

Eine zweckmäßige Ausführungsform zur Verwirklichung der genannten elektrischen Mittel besteht aus einer Elektronenstrahlröhre mit zwei räumlich nacheinander geschalteten Ablenksystemen, wobei die Vergleichsspannung dem einen und die Meßspannung dem anderen Ablenksystem zugeführt werden und hinter dem zweiten Ablenksystem eine Auffangelektrode derart angeordnet ist, daß bei einer positiven Differenz der beiden zu vergleichenden Spannungen die Auffangelektrode, die zur Weitergabe der Codierungsimpulse dient, und im Falle einer negativen Differenz eine Blende getroffen wird, welche zweckmäßigerweise die aufgetroffene Ladung zur Erde ableitet.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der
Einrichtung nach der Erfindung in einer schematischen
Skizze beispielsweise dargestellt. In Fig. 1 bedeutet 1 eine
Elektronenstrahlschaltröhre, deren Wehnelt-Zylinder 2 20
mittels eines Impulstaktgebers 3 in Abständen von je
1 Mikrosekunde hellgetastet wird. Ein Kondensator C₁
dient zur Speicherung des zu codierenden Meßwertes. Die
Isolation des Kondensators C₁ ist derart bemessen, daß Hier sind die zu den verschiedenen Zeitstufen 0 bis 5

sich seine Ladung während des Codierungsvorganges nicht 25 an den Kondensatoren C₁ und C₂ liegenden Spannungen merklich ändert. Ein zweiter Kondensator C₂ ist nebst in Volt aufgeschrieben. Außerdem ist jeweils die der Vereinem Ableitwiderstand A₂ derart mit Erde verbunden, gleichsspännung entsprechende Zweierpotenz angegeben, daß er sich durch einen Ausgleichsvorgang nach einer In der letzten Spalte ist durch einen Strich vermerkt, Expotentialfunktion stetig entlädt. Dieser Kondensator wann der Elektronenstrahl auf die Anode 9 trifft und in-C₂ wird auf eine Vergleichsspannung zu Beginn jedes 30 folgedessen kein Impuls ausgesandt wird, und durch I anImpulses aufgeladen, der einer Zweierpotenz entspricht, gedeutet, wann die Auffangelektrode 7 getroffen wird und welche größer als der größte in Frage kommende Meßwert ein Impuls ausgesandt wird.

ist. Die beiden Kondensatoren C₁ und C₂ steuern je ein Beim zweiten Impuls ist die Vergleichsspannung

Ablenkplattenpaar 4 und 5. (16 Volt) geringer als die Meßspannung (28 Volt), infolge-

Die Wirkungsweise der Anordnung sei an dem folgenden 35 dessen wird von der Auffangelektrode 7 ein Impuls einer-Zahlenbeispiel erläutert. Der Kondensator C₂ wird zu Be- seits an den Begrenzer 8 abgegeben und andererseits zur

Zeit	Ladung von C%	Ladung von C1	Zweier-	Impuls
	Volt	Volt	potenz
0	32		25
		28
1	16		2*	I
		12
2	8		23	I
3	4	4	22	I
4	2	0	21
5	1		2°	—

— III — = 2^l + 2³ + 2² = 16 + 8 + 4 =

28

ginn eines Impulses auf 32 Volt aufgeladen. Der dem Kondensator C₁ zugeführte Meßwert lädt diesen z. B. auf die Spannung von 28 Volt auf. Die Zeitkonstante des aus Entladung des Kondensators C₁ um 16 Volt, d. h. auf 12 Volt, benutzt. Die Wirkung, daß der an der Elektrode 7 entstehende Impuls gerade 16VoIt beträgt, wird durch

dem Kondensator C₂ und seinem Ableitwiderstand R₂ ge- 40 die Modulationsblende 6 hervorgerufen. Wie man aus der

bildeten Kreises ist so bemessen, daß die Spannung des Kondensators C₂ jeweils nach 1 Mikrosekunde auf die Hälfte ihres vorangehenden Wertes abgesunken ist. Die Helltastung des Wehnelt-Zylinders ist auf 0,2 Mikrosekunden bemessen. Während dieser Zeitdauer wirken die beiden Ablenkelemente 4 und 5 in der folgenden Weise zusammen: Nachdem der Elektronenstrahl das erste Ablenksystem 5 durchlaufen hat, tritt er durch eine Blende 6, die jeweils nur einen der Ablenkspannung im System 5 Tabelle weiterhin entnimmt, wird beim nächsten Impuls (zur Zeit 2) die Vergleichsspannung von 8 Volt des Kondensators C₂ wiederum von der Meßspannung (12 Volt)

₂ p (

abgezogen, so daß die letztgenannte auf 4 Volt absinkt. Hierbei entsteht wiederum eine Impulsabgabe. Die weiteren Vorgänge ergeben sich aus der Betrachtung der Tabelle von selbst.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise die Modulationsproportionalen Elektronenstrom in den in Strahlrichtung 50 blende 6 unter Umständen auch fortfallen, wenn durch folgenden Teil der Röhre mit dem Ablenksystem 4 ein- eine zwischen die Elektrode 7 und den Kondensator C₁

treten läßt. Dieses Ablenkelement 4 ist so ausgebildet, daß die Ablenkung des Elektronenstrahls mit der Differenz der Spannung an den beiden Kondensatoren C₁ und C₂ erfolgt. Ist die Meßspannung am Kondensator C₁ größer als die Vergleichsspannung oder hat sie denselben Betrag wie diese, so gelangt der durch die Blende 6 modulierte Elektronenstrom auf eine Auffangelektrode 7. Diese Elektrode 7 dient zur Ladungsänderung am Kondensator C₁, welche die ursprünglich zugeführte Meßspannung um den Betrag der Vergleichsspannung verringert. Gleichzeitig gibt die Elektrode 7 die aufgenommene Spannung über einen Begrenzer 8 als Codierungsimpuls ab. Wenn dagegen die Vergleichsspannung größer als die Meßspannung ist, so wird der Elektronenstrom nicht — wie es durch die gestrichelte Linie in der Figur angedeutet ist — auf die Auffangelektrode, sondern auf eine gleichzeitig als Anode dienende Blende 9 gelenkt und zur Erde abgeleitet. 10 und 11 bedeuten der Auffangelektrode 7 vorgeschaltete Brems- und Schirmgitter.

geschaltete Regelvorrichtung, insbesondere eine Regelröhre, dafür gesorgt ist, daß die Amplituden der an der Elektrode 7 entstehenden Impulse stets gleich der jeweils am Kondensator C₂ vorhandenen Spannungen sind.

In Fig. 2 ist ein Röhrenschaltschema als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei dieser Anordnung wird die Differenzbildung nicht durch eine Elektronenstrahlschaltröhre, sondern durch eine an sich bekannte Multivibratoranordnung oder eine ähnliche Röhrenschaltvorrichtung 12 bewirkt. 13 bedeutet einen Taktgeber analog der Anordnung 3 nach Fig. 1. Dieser Impulstaktgeber beaufschlagt zwei Modulatoranordnungen 14 und 15 (entsprechend den Ablenksystemen 4 und 5 gemäß Fig. 1) für die Meßspannung einerseits und die Vergleichsspannung andererseits. Die Steuerung der beiden Modulatoren 14 und 15 wird wiederum durch Kondensatorenanordnungen »C_x« bzw. »C₂ R₂X bewirkt. 17 ist ein Begrenzer für die dem Differenzbildner 12 entnommenen Impulse, und 16 bedeutet eine Regelröhre, welche bewirkt, daß die Span-

nung der durch Differenzbildung erzeugten Impulse stets gleich der jeweiligen Spannung des Kondensators »C₂« ist. Die Anordnung gemäß Fig. 2 ist zweckmäßig mittels Transistoren bzw. Halbleiterdioden ausführbar.

Claims (6)

5 Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Codieren der Amplitudenwerte eines elektrischen Signals, bei der den Signalamplituden entsprechende Tast- oder Meßwerte zu bestimmten Zeitpunkten innerhalb eines jeden dieser Werte zugeordneten Zeitintervalls mit einem Vergleichssignal bezüglich des Größer- oder Kleinerseins derart verglichen werden, daß als Ergebnis dieser Vergleiche eine Gruppe von Einzelsignalen nach einem vorgegebenen Code erzeugt wird, und bei der der jeweilige Tast- oder Meßwert bei jedem Vergleich um einen dem Codegewicht des erzeugten Einzelsignals entsprechenden Amplitudenwert verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Kapazitätsanordnungen mit einer von diesen gesteuerten diffe- ao renzbildenden elektronischen Schaltvorrichtung sowie weitere von dem genannten Differenzbildner gesteuerte elektronische Schaltvorrichtungen derart vorgesehen sind, daß eine innerhalb des jedem Tast- oder Meßwert zugeordneten Zeitintervalls stetig nach Art eines Ausgleichsvorganges verlaufende Vergleichsspannung der einen und eine dem Tast- oder Meßwert des Signals entsprechende Spannung der anderen Kapazitätsanordnung zugeführt wird, und daß je nach der Polarität der Differenz der zu vergleichenden Spannungen die weiteren elektronischen Schaltvorrichtungen so gesteuert werden, daß sie im Vergleichszeitpunkt für die Erzeugung von Einzelsignalen nach dem vorgegebenen Code entweder geöffnet oder gesperrt sind, wobei im ersteren Falle gleichzeitig ein Aufbau oder Abbau der Tast- oder Meßspannung, vorzugsweise ebenfalls durch Differenzbildung, um einen dem Momentanwert der Vergleichsspannung entsprechenden Wert erfolgt. S.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß zum Vergleich und zur Differenzbildung der zu vergleichenden Größen eine Elektronenstrahlschaltröhre mit zwei räumlich hintereinander geschalteten Ablenksystemen dient, wobei die Vergleichsspannung dem einen und die zu zerlegende Spannung dem anderen Ablenksystem zugeführt werden und hinter dem zweiten Ablenksystem eine Auffangelektrode derart angeordnet ist, daß bei einer positiven Differenz der beiden zu vergleichenden Spannungen die Auffangelektrode, die zur Weitergabe der Codierungsimpulse dient, und im Falle einer negativen Differenz eine Blende getroffen wird, welche geerdet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zur Abstimmung der Elektronenstrahlstromstärke auf die jeweiligen Momentanwerte der Meßspannung vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus einer Modulationsblende besteht, die zwischen den beiden Ablenksystemen angeordnet ist, wobei die Vergleichsspannung dem ersten Ablenksystem zugeführt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wehnelt-Zylinder als dieses Mittel dient.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungen über Kondensatoren, von denen mindestens dem von der Vergleichsspannung beaufschlagten Kondensator ein Ausgleichswiderstand parallel geschaltet ist, einer aus einer Röhren- und/oder Transistorenanordnung bestehenden Differenzmeßanordnung periodisch zugeführt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 662 611;
Telefunken-Zeitung, 25. Jg., Heft 95, Juni 1952,
120,121.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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