DE1141330B

DE1141330B - Pulse delay with great delay accuracy

Info

Publication number: DE1141330B
Application number: DET20612A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dieter Matejka
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1961-08-17
Filing date: 1961-08-17
Publication date: 1962-12-20

Description

Impulsverzögerung mit großer Verzögerungsgenauigkeit Die Erfindung betrifft eine Impulsverzögerungsanordnung zur genauen Abgrenzung eines insbesondere langen Zeitintervalls.Pulse delay with great delay accuracy The invention relates to a pulse delay arrangement for the precise delimitation of a particular long time interval.

Bisher unbefriedigend gelöst ist das Problem der Schaltung längerer Zeiten in der Größenordnung beispielsweise einiger Millisekunden. Allgemein bekannt ist der Einsatz von monostabilen Kippschaltungen, die allerdings nur relativ kurze Zeiten mit ausreichender Genauigkeit zu schalten gestatten.The problem of the circuit has been solved unsatisfactorily so far Times on the order of a few milliseconds, for example. Well known is the use of monostable multivibrators, which, however, are only relatively short Allow times to be switched with sufficient accuracy.

Weiterhin sind Anordnungen bekannt, bei denen die Zeitfunktion U=f(t) eines Zeitgliedes in einem Komparator mit einer festen Gleichspannung U, verglichen wird. Dem Zeitglied wird zur Zeit t=O eine Eingangsspannung in Form eines Rechtecksprunges zugeführt, die nach der jeweiligen Zeitfunktion ansteigend an dessen Ausgang erscheint und dem Komparator zugeführt wird. Beim Erreichen des Schwellwertes U, ± zl U nach der Zeit T, ± J t gibt der Komparator einen Impuls ab. Um eine hohe, durch die Größe definierte relative Schaltgenauigkeit zu erreichen, muß die Zeitfunktion U=f(t) im Zeitpunkt der Einschaltung des Impulses, d. h. bei Durchlaufen des Schwellwertes U, eine möglichst große Steilheit besitzen.Furthermore, arrangements are known in which the time function U = f (t) of a timing element is compared with a fixed DC voltage U i in a comparator. At the time t = 0, the timing element is supplied with an input voltage in the form of a rectangular jump, which appears at its output increasing according to the respective time function and is supplied to the comparator. When the threshold value U, ± zl U is reached after the time T, ± J t, the comparator emits a pulse. To a high, by the size To achieve a defined relative switching accuracy, the time function U = f (t) at the time the pulse is switched on, i.e. H. when passing through the threshold value U, have the greatest possible slope.

Die Zeitfunktionen der in den bekannten Anordnungen verwendeten Zeitglieder weisen entweder einen mit der Zeit nach einer negativen e-Funktion abnehmenden Anstieg (RC-Glieder) oder einen konstanten Anstieg (Miller-Integrator) auf. Mit ausreichender Genauigkeit können im ersteren Falle nur kleine Zeiten T, geschaltet werden, bei denen der Kurvenverlauf genügend steil ist, oder es muß, um zu größeren Zeiten T, zu gelangen, die Eingangsspannung und damit auch die Schwellwertspannung U, wesentlich erhöht werden. Bei Verwendung der üb- lichen Schaltelemente in dem Zeitglied ist diese Forderung nur begrenzt erfüllbar. Lineare Spannungszeitkurven mit konstantem Anstieg ergeben zwar eine über dem ganzen Bereich gleiche Schaltgenauigkeit für T, führen aber für kleine Schwellwertspannungen U, und lange Zeitabstände T, infolge der damit verbundenen Bedingung einer Verzögerung des Produktes RC ebenfalls zur ungenauen Festlegung des Zeitintervalls To.The time functions of the timing elements used in the known arrangements have either a rise that decreases with time after a negative exponential function (RC elements) or a constant rise (Miller integrator). In the former case, only small times T i can be switched with sufficient accuracy, at which the curve is sufficiently steep, or the input voltage and thus also the threshold voltage U i must be increased significantly in order to reach greater times T i. If the usual switching elements are used in the timing element, this requirement can only be met to a limited extent. Linear voltage-time curves with a constant rise result in the same switching accuracy for T over the entire range, but for small threshold voltages U and long time intervals T, due to the associated condition of a delay in the product RC, they also lead to an imprecise definition of the time interval To.

Demgegenüber liegt dem Erfindungsgedanken die Aufgabenstellung zugrunde, eine Anordnung zu entwerfen, welche relativ große Zeiten mit höherer Genauigkeit als bei den eben beschriebenen Schaltungen bei gleichzeitig möglichst niedrigen Eingangsspannungen abzugrenzen gestattet und somit die angeführten Nachteile vermeidet. Die Erfindung betrifft eine Impulsverzögerungsschaltung mit großer Verzögerungsgenauigkeit, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur genauen Abgrenzung eines insbesondere langen Zeitintervalls das Eingangssignal einem mehrfach integrierenden Zeitglied und dessen Ausgangsspannung einem an sich bekannten Komparator zugeführt wird.In contrast, the idea of the invention is based on the task to design an arrangement which has relatively large times with greater accuracy than with the circuits just described at the same time as low as possible It is possible to delimit input voltages and thus avoid the disadvantages mentioned. The invention relates to a pulse delay circuit with great delay accuracy, which is characterized in that for the precise delimitation of a particularly long Time interval the input signal to a multiple integrating timing element and its Output voltage is fed to a comparator known per se.

Das mehrfach integrierende Zeitglied leitet aus einer Eingangsgleichspannung eine parabolische Zeitfunktion U = k - tn ab. Diese Zeitfunktion besitzt eine große Steilheit bei langen Zeitabschnitten T, und relativ niedrigen Schwellwertspannungen UO und bedingt damit eine hohe Schaltgenauigkeit.The multiple integrating timing element derives a parabolic time function U = k - tn from an input DC voltage. This time function has a great steepness with long time segments T and relatively low threshold voltages UO and thus requires high switching accuracy.

Um beispielsweise während eines Zeitabschnittes T, eine Rechteckspannung aufrechtzuerhalten, wird eine bistabile Kippschaltung durch einen Eingangsimpuls in den einen ihrer stabilen Zustände gesteuert. Die Spannungsänderung an einem ihrer Ausgänge dient als Eingangsspannung für das Zeitglied und legt gleichzeitig die Vorderflanke der Rechteckspannung fest. Der Ausgangsimpuls aus dem Komparator, der nach der Zeit T" abgegeben wird, steuert die Kippschaltung über ihren zweiten Eingang in den anderen stabilen Zustand und bestimmt damit die Rückflanke des am betrachteten Ausgang der Kippschaltung entstehenden Rechteckimpulses.For example, during a period T, a square wave voltage to maintain a bistable trigger circuit by an input pulse controlled in one of their stable states. The change in tension on one of them Outputs serves as input voltage for the timing element and simultaneously sets the Leading edge of the square wave voltage. The output pulse from the comparator, the is released after the time T ", controls the flip-flop via its second input in the other stable state and thus determines the trailing edge of the observed Output of the flip-flop resulting square pulse.

Das Zeitintervall T, kann beispielsweise zur Festlegung der Schrittlänge in Fernschreibsystemen mit in arhythmischer Zeichenfolge anfallenden, nach dem Fünferalphabet codierten Zeichen benutzt werden.The time interval T can, for example, be used to determine the step length in telex systems with arrhythmic character sequences according to the five-letter alphabet coded characters are used.

Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 näher. erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine mögliche Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, Fig. 2 die Spannungszeitkurven des Zeitgliedes der dargestellten Schaltung sowie (gestrichelt) zweier bekannter anderer Zeitglieder und Fig. 3 eine Blockschaltung mit einer Kippschaltung nach Anspruch 2.The object of the invention is illustrated by the Fig. 1 to 3. explained. 1 shows a possible circuit arrangement according to the invention, FIG. 2 shows the voltage-time curves of the timing element of the circuit shown and (dashed) two other known timing elements, and FIG. 3 shows a block circuit with a flip-flop circuit according to claim 2.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besteht aus einem an sich bekannten zweifach integrierenden Zeitglied 1, einem Schmitt-Trigger 2 und einem Sperr, schwinger 3. Der Schmitt-Trigger und der Sperrschwinger bilden zusammen den Komparator. Das Zeitglied 1 enthält den Transistor Tl in Kollektorbasisschaltung mit dem Emitterwiderstand 6, dein Basiswiderstand 4 und der RC-Kombination aus den Kondensatoren 7 und 8 nebst Widerstand 5. Am Basiseingang 9 wird ein Eingangssignal angelegt, am Emitterausgang 10 wird die Spannungszeitfunktion U = f(t) erhalten. Ohne den Widerstand 5 und dem Kondensator 8 würde das Zeitglied 1 einen RC-Tiefpaß mit Emitterfolger darstellen, der am Ausgang 10 einen integrierten Spannungszeitverlauf (e-Funktion) abgibt. Mit dem Widerstand 5 zwischen Emitter und Verbindungspunkt 13 wird diese Ausgangsspannung über den Kondensator 8 ein zweites Mal integriert und über die Basis des Transistors Tl in annähernd gleicher Größe an den Ausgang 10 übertragen.The circuit arrangement according to FIG. 1 consists of a double-integrating timing element 1, known per se, a Schmitt trigger 2 and a blocking oscillator 3. The Schmitt trigger and the blocking oscillator together form the comparator. The timer 1 includes the transistor Tl in the collector base circuit with the emitter resistor 6, thy base resistor 4 and the RC combination of the capacitors 7 and 8 together with resistor 5. At the base input 9 an input signal is applied at the emitter output 10 of the voltage time function U = f ( t) received. Without the resistor 5 and the capacitor 8 , the timing element 1 would represent an RC low-pass filter with an emitter follower, which outputs an integrated voltage-time curve (e-function) at the output 10. With the resistor 5 between the emitter and connection point 13 , this output voltage is integrated a second time via the capacitor 8 and transmitted to the output 10 in approximately the same size via the base of the transistor T1.

Als Eingangsspannung wird beispielsweise eine Gleichspannung an Klemme 9 gegeben. Dann steigt die Ausgangsspannung an Klemme 10 zunächst nach einer Parabel an. Diese Ausgangsspannung wird der Basis des Transistors T2 des Schmitt-Triggers 2 zugeführt. Bei Überschreitung eines bestimmten Schwellwertes Uo kippt der Schmitt-Trigger, dessen Transistor T3 durch eine entsprechende Basisvorspannung von U, Volt im leitenden Zustand gehalten wurde, in seine andere stabile Lage, in der der Transistor T2 Strom führt. Das Umkippen des Schmitt-Triggers erfolgt um so rascher, je steiler die Spannungszeitfunktion an Klemme 10 ansteigt. Sobald der Transistor T3 gesperrt ist, wird sein Kollektorpotential negativer und steuert über Leitung 11 den Sperrschwinger 3 an. Am Kollektorabgriff 12 des Sperrschwingertransistors T4 entsteht ein Nadelimpuls, der die Begrenzung des Zeitintervalls T, angibt.For example, a DC voltage is applied to terminal 9 as the input voltage. Then the output voltage at terminal 10 initially rises according to a parabola. This output voltage is fed to the base of the transistor T2 of the Schmitt trigger 2. When a certain threshold value Uo is exceeded, the Schmitt trigger, the transistor T3 of which has been kept in the conductive state by a corresponding base bias voltage of U, Volt, switches to its other stable position in which the transistor T2 carries current. The Schmitt trigger flips over the faster the steeper the voltage-time function at terminal 10 increases. As soon as the transistor T3 is blocked, its collector potential becomes more negative and controls the blocking oscillator 3 via line 11 . At the collector tap 12 of the blocking oscillator transistor T4, a needle pulse is produced which specifies the limitation of the time interval T.

Die ausgezogenen Kurven in Fig. 2 zeigen einige Spannungszeitfunktionen für verschiedene RC-Werte, wie sie am Ausgang 10 des Zeitgliedes 1 auftreten. U, stellt den Schwellwert dar, bei dem der Komparator ansprechen soll, und ±A U ist die maximale Sollwert-Spannungsabweichung, die durchlaufen werden muß, um ein sicheres Umschalten zu bewirken. Entsprechend ist das Zeitintervall To, das vom Beginn der Ansteuerung des Zeitgliedes 1 an Klemme 9 bis zur Abgabe des Nadelimpulses am Ausgang 12 des Sperrschwingers vergeht, mit der Ungenauigkeit ±At behaftet. Die in Fig. 2 gestrichelt gezeichneten Kurven 20 und 21 geben vergleichsweise die Zeitfunktionen eines Zeitgliedes mit einer exponentiell nach einer Kondensatoraufladung verlaufenden Übertragungscharakteristik bzw. einer linearen Übertragungscharakteristik wieder. Die einleitend angeführten Nachteile bei Verwendung von Zeitgliedern mit solchen Zeitfunktionen sind deutlich ablesbar. Bei großen Zeitintervallen T, wird die absolute Schaltungenauigkeit A t immer größer, da nicht zu beliebig hohen Schwellwertspannungen U, übergegangen werden kann.The solid curves in FIG. 2 show some voltage-time functions for different RC values as they occur at the output 10 of the timing element 1 . U represents the threshold value at which the comparator should respond, and ± AU is the maximum setpoint voltage deviation that must be passed through in order to effect a reliable switchover. Correspondingly, the time interval To, which passes from the beginning of the activation of the timing element 1 at terminal 9 until the needle pulse is emitted at the output 12 of the blocking oscillator, is subject to the inaccuracy ± At. Curves 20 and 21 shown in dashed lines in FIG. 2 represent, for comparison, the time functions of a timing element with an exponential transfer characteristic or a linear transfer characteristic after capacitor charging. The disadvantages mentioned in the introduction when using time elements with such time functions can be clearly seen. In the case of large time intervals T, the absolute switching inaccuracy A t becomes greater and greater, since it is not possible to go over to arbitrarily high threshold voltages U i.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild eines Anwendungsbeispieles, bei dem eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit einer Kippschaltung zusammengeschaltet ist und zur Abgrenzung eines Zeitintervalls T, in Form einer Rechteckspannung benutzt wird. Der Kasten 25 bedeutet eine bistabile Kippschaltung, die Kästen 27 und 28 stellen das Zeitglied und den Komparator dar. Zur Zeit t wird dem einen Eingang 24 der Kippschaltung ein Impuls zugeführt, der die Kippschaltung so einstellt, daß am Ausgang 26 ein negativer Spannungssprung auftritt. Dieser wirkt auf das Zeitglied 27 wie das Anlegen einer negativen Gleichspannung und wird zweifach integriert. Bei Erreichung des Schwellwertes U, gibt der Komparator über den Ausgang 29 zur Zeit T, einen Nadelimpuls auf den zweiten Eingang 30 der Kippschaltung. Diese kippt nunmehr in ihren anderen stabilen Zustand und schaltet an den Ausgang 26 wieder ein positiveres Potential. Am Abgriff 31 entsteht auf diese Weise ein Rechteckimpuls mit einer genau einstellbaren Periode T, Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist nicht auf die Darstellung nach Fig. 1 beschränkt. Beispielsweise kann jede beliebige mehrfache Integrationsschaltung sowie auch jede beliebige Komparatoranordnung (an Stelle eines Schmitt-Triggers mit einem Sperrschwinger) verwendet werden. Die Transistoren der Schaltung sind durch Röhren ersetzbar. 3 shows the block diagram of an application example in which a circuit arrangement according to the invention is interconnected with a flip-flop and is used to delimit a time interval T in the form of a square-wave voltage. Box 25 denotes a bistable multivibrator, boxes 27 and 28 represent the timing element and the comparator. At time t, one input 24 of the multivibrator is supplied with a pulse which sets the multivibrator so that a negative voltage jump occurs at output 26. This acts on the timing element 27 like the application of a negative DC voltage and is integrated twice. When the threshold value U is reached, the comparator sends a needle pulse to the second input 30 of the flip-flop circuit via output 29 at time T. This now switches to its other stable state and switches a more positive potential to output 26 again. In this way, a square-wave pulse with a precisely adjustable period T arises at tap 31. The circuit arrangement according to the invention is not restricted to the illustration according to FIG. 1 . For example, any desired multiple integration circuit and any desired comparator arrangement (instead of a Schmitt trigger with a blocking oscillator) can be used. The transistors of the circuit can be replaced by tubes.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Pulse delay with great delay accuracy, characterized in that for the precise delimitation of an especially long time interval, the input signal is fed to a multiple integrating timing element and its output voltage is fed to a comparator known per se.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a bistable stage is provided for time delimitation, which is tilted when a control pulse arrives in one state and thereby emits an input signal to the timing element and by a defined delayed pulse from the comparator in the other State is tilted back. 3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a known multiple integrating RC network controls a transistor operating in particular as an emitter sequence and at the output of which the comparator is located. 4. Application of a circuit arrangement according to approached 1 or the following as a time scale (clock element), in particular in electronically controlled telex character transmitters and receivers for determining the step length.