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Elektronischer Speicher In den verschiedensten Zweigen der Nachrichtentechnik
werden Geräte benötigt, mit denen Signale zeitlich verzögert werden können. Für
den Tonfrequenzbereich wird diese Verzögerung Üblicherweise mit Hilfe eines endlosen
Magnetbandes mit zwei räumlich gegeneinander versetzten Tonköpfen oder mit Ultraschalleitungen
vorgenommen. Eine andere Möglichkeit zur zeitlichen Verzögerung von Tonsignalen
ist die elektrostatische Speicherung auf Kondensatoren bzw. mit einer Elektronenstrahlröhre.
Geräte dieser Art erfordern jedoch entweder einen sehr großen Schaltungsaufwand
oder sind mechanisch sehr empfindlich.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektronischer Speicher
mit Kondensatoren als Speicherelementen zur zeitlichen Verzögerung von Signalen,
bei denen die Kondensatoren in Form einer Matrix mitZeilen und Spalten angeordnet
sind, und der die aufgezählten Nachteile der bisher bekannten elektrostatischen
Speicher erfindungsgemäß dadurch umgeht, daß jeweils ein Anschluß jedes Kondensators
einer Zeile an eine gemeinsame Zeilenleitung geführt ist und der jeweils andere
Anschluß jedes Kondensators mit der Verbindungsleitung zweier gleichsinnig hintereinandergeschalteter
Dioden verbunden ist, deren jeweils freie Anschlüsse an je eine jeweils allen Speicherelementen
der betreffenden Spalte gemeinsame Leitung angeschlossen sind, daß alle Zeilenleitungen
über je einen vorzugsweise elektronischen Schalter mit dem Bezugspotential für das
zu speichernde Eingangssignal, insbesondere Masse, verbunden sind, daß alle Spaltenleitungen,
die die freien Anoden aller Dioden einer Spalte verbinden, über je einen vorzugsweise
elektronischen Schalter mit einer Leitung (Hauptspeicherleitung) ; verbunden sind,
deren Potential ein Maß für das zu speichernde Signal ist, daß alle Spaltenleitungen,
die die freien Kathoden aller Dioden einer Spalte verbinden, sind über je einen
vorzugsweise elektronischen Schalter an eine Leitung (Hauptabtastleitung) geführt
sind, die über geeignete Schaltelemente mit dem Bezugspotential für das zu speichernde
Signal verbunden ist, daß jeweils einer der die Zeilenleitungen mit dem Bezugspotential
für das zu speichernde Signal verbindenden Schalter mit einer Zeilenfrequenz, die
gleich dem reziproken Wert der Speicherzeit ist, und mit einer Zeitdauer, die gleich
der Speicherzeit, geteilt durch die Zahl der Zeilen ist, geschlossen ist, daß während
der Zeit, in der der Zeilenschalter geschlossen ist, nacheinander für alle Speicherelemente
der betreffenden Zeile zunächst der Schalter, der die freien Kathoden aller Dioden
der zugehörigen Spalte mit der Hauptabtastleitung verbindet, und anschließend der
Schalter, der die freien Anoden aller Dioden der zugehörigen Spalte mit der Hauptspeicherleitung
verbindet, jeweils mit einer Spaltenfrequenz, die gleich der Zeilenfrequenz multipliziert
mit der Zahl der Zeilen ist, und mit einer Zeitdauer, die höchstens gleich der Speicherzeit,
geteilt durch die doppelte Anzahl der Speicherelemente ist, geschlossen sind und
daß sich dieser Vorgang zeitlich aufeinanderfolgend für jede Zeile wiederholt.
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Die Betätigung der Schalter erfolgt durch elektrische, vorzugsweise
rechteckförmige Impulse, die auf den einzelnen Spalten- bzw. Zeilenleitungen zeitlich
gegeneinander versetzt sind. Diese zeitliche Verschiebung der Impulse wird dadurch
erreicht, daß sie aus einer Sinusspannung mit Hilfe eines Impulsformers gewonnen
werden. Die für jede Spalte und Zeile zeitlich gegeneinander versetzten Sinusspannungen
lassen sich mit Hilfe einfacher Phasenschieber, die jeweils einer Spalte bzw. Zeile
zugeordnet sind, aus einem Spalten- bzw. Zeilensinusgenerator gewinnen. Um eine
einwandfreie Funktion der Schaltung zu gewährleisten, ist es erforderlich, entweder
den Generator für die Spaltensinusspannung mit dem der Zeilensinusspannung zu synchronisieren
oder die Spaltenspannung durch Frequenzvervielfachung aus der Zeilenspannung herzustellen.
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Die Speicherung der Nachricht erfolgt derart, daß dem Eingangssignal
eine Gleichspannung solcher Größe überlagert wird, daß das Potential auf der Hauptspeicherleitung
immer positiv ist. Hierdurch wird eine verzerrungsfreie Speicherung über die Ladediode
gewährleistet.
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Die Abtastung der gespeicherten Nachricht erfolgt dadurch, daß der
abzutastende Kondensator über den zugehörigen Spaltenschalter mit einem Punkt verbunden
wird, an dem entweder ein negatives oder
Nullpotential herrscht.
Hierdurch wird der Kondensator entladen und der Entladeimpuls kann über übliche
Verstärker dem Ausgang zugeführt werden.
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Die maximal mögliche Speicherzeit des Gerätes wird dann erreicht,
wenn die Abtastung eines Speicherelementes zeitlich unmittelbar vor der erneuten
Speicherung einer Nachricht auf den betreffenden Kondensator erfolgt.
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Um zu verhindern, daß das (immer positive) Signal über die beiden
an jedem Speicherkondensator liegenden Dioden direkt auf die Abtastleitung gelangt,
sind sämtliche Spaltenleitungen, die die freien Kathoden aller Dioden einer Spalte
miteinander verbinden, über einen geeignet bemessenen Widerstand an einen Punkt
positiven Potentials gelegt, so daß die Diode, die zwischen dem Speicherkondensator
und derjenigen Spaltenleitung liegt, die an die Hauptabtastleitung führt, während
des Speichervorganges gesperrt ist.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar
stellt F i g. 1 ein Blockschaltbild des ganzen Gerätes und F i g. 2 ein Schaltbild
der Speichermatrix dar. Zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung wurde ein
Speicher mit 5 - 5 Speicherelementen zugrunde gelegt; F i g. 3 zeigt an Hand eines
Impulsplanes die zeitliche Verteilung der die Schalter steuernden Impulse, und F
i g. 4 und 5 stellen dar, in welcher Form das Nutzsignal auf der Hauptspeicher-
bzw. Hauptabtastleitung auftritt.
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In F i g. 1 ist 1 die Speichermatrix mit den Zeilenleitungen 2
... 6 und den Spaltenleitungen 7 ... 11, die die freien Anoden aller
Dioden einer Spalte verbinden (Speicherleitung), und den Spaltenleitungen 12
... 16, die die freien Kathoden aller Dioden einer Spalte miteinander verbinden
(Abtastleitungen). 17 ist einer der jeder der fünf Zeilenleitungen zugeordneten
Schalter; diese Schalter sind vorzugsweise als Diodenschalter bekannter Art ausgebildet.
Mit dem Schalter 17 ist ein Impulsformer 18 verbunden, der über den Phasenschieber
19 mit einer sinusförmigen Spannung gespeist wird und aus dieser den rechteckförmigen
Schaltimpuls herstellt. Der Phasenschieber 19 steht ebenso wie die den anderen Zeilenleitungen
zugeordneten und der Einfachheit der Darstellung wegen nicht gezeichneten anderen
Phasenschieber mit dem Zeilensinusgenerator 20 in Verbindung. Die Frequenz dieses
Zeilensinusgenerators 20 -ist gleich dem reziproken Wert der Speicherzeit. Von dem
Zeilengenerator 20 führt außerdem eine Leitung 21 an einen Frequenzvervielfacher
22, der über einen nachfolgenden Verstärker 23 mit der Spaltensteuerleitung 24 verbunden
ist. Von dieser Leitung gehen die aus den Phasenschiebern 25 bzw. - 26 und den Impulsformern
27 bzw. 28 bestehenden, den Schaltern 29 bzw. 30 zugeordneten Steuerstufen einer
Spalte von Speicherelementen ab. Die Schaltstufen der restlichen vier Speicherspalten
sind ebenfalls der Einfachheit der Darstellung wegen nicht gezeichnet. Die Abtastleitung
13 ist über einen Widerstand 31 mit dem positiven Pol 32 einer Spannungsquelle 33
verbunden.
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Das zu speichernde Signal wird an dem Punkt 34 zugeführt. Über einen
Verstärker 35 gelangt es zu der Gleichspannungsüberlagerungsstufe 36, die mit der
Hauptspeicherleitung 37 in Verbindung steht. Von der Hauptspeicherleitung führen
Leitungen 38 ... 42 an jeweils einen der mit den Spaltenleitungen 7
... 11 verbundenen Schalter.
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In dein dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur die an den Schalter
29 führende Leitung 39 gezeichnet. Die Auswahl des Speicherelementes, auf das die
Nachricht jeweils gespeichert werden soll, erfolgt durch die gleichzeitige Betätigung
jeweils eines der die Zeilenleitungen 2 ... 6 mit Masse verbindenden Zeilenschalters
und jeweils eines der die Spaltenleitungen 7 ... 11. mit den Leitungen 38
... 42 verbindenden Spaltenschalters. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
wäre zur Speicherung einer Nachricht auf das zweite Speicherelement der zweiten
Zeile z. B. die Schließung der Schalter 17 und 29 erforderlich.
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Die Abtastung der gespeicherten Nachricht erfolgt über die durch Schalter
mit den Spaltenleitungen 12... 16 verbundenen Leitungen 43 ... 47, die ihrerseits
an die Hauptabtastleitung 48 geführt sind. Die Hauptabtastleitung 48 ist über einen
regelbaren Widerstand 49 mit Masse verbunden. Zur Beschleunigung des Abtastvorganges
kann in Reihe mit dem Widerstand 49 noch eine mit ihrem Minuspol der Hauptabtastleitung
zugewandte Spannungsquelle geschaltet werden. Das gegenüber dem Eingangssignal zeitlich
verzögerte Ausgangssignal wird von der Hauptabtastleitung 48 über einen Verstärker
50 dem Ausgang 51 zugeführt.
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In F i g. 2 ist ein genaues Schaltbild der Speichermatrix 1 für eine
Ausführungsform mit 5 - 5 Speicherelementen gezeichnet, die Speicherkondensatoren
52 sind mit jeweils einem Anschluß 53 an die zugehörige Zeilenleitung 2, 3, 4, 5
oder 6 geführt, während der andere Anschluß 54 mit der Verbindungsleitung 55 der
beiden gleichsinnig in Reihe geschalteten Dioden 56 und 57 verbunden ist. Die freie
Anode 58 der Diode 56 führt an die Spaltenleitung 7, und die freie Kathode 59 der
Diode 57 führt an die Spaltenleitung 12. Alle anderen Speicherelemente sind in analoger
Weise aufgebaut und geschaltet. Die Speicherung eines Signals erfolgt so, daß gleichzeitig
die mit der Spaltenleitung 7 bzw. der Zeilenleitung 3 verbundenen Schalter geschlossen
werden. Eine gleichzeitige Speicherung des Signals auf ein anderes Speicherelement
der zugehörigen Zeile oder Spalte ist nicht möglich, da für keines der anderen Speicherelemente
sowohl Zeilen- als auch Spaltenschalter gleichzeitig geschlossen sind, mithin also
kein Ladestrom auf den Speicherkondensator fließen kann.
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Die Abtastung der gespeicherten Ladung erfolgt durch gleichzeitige
Schließung der der Spaltenleitung 12 bzw. der Zeilenleitung 3 zugeordneten Schalter.
Genau wie für den Speichervorgang beschrieben, ist auch eine Abtastung nur für dasjenige
Speicherelement möglich, für das sowohl Spalten- als auch Zeilenschalter geschlossen
sind.
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Die F i g. 3 zeigt an Hand eines Impulsplanes, in welcher Reihenfolge
und mit welcher Zeitdauer die Schalter betätigt werden. Die Impulse auf den Reihen
60...64 kennzeichnen die Schließungszeiten der den Zeilenleitungen 2... 6
zugeordneten Zeilenschalter. Auf den Zeilen 65...69 sind die Schließungszeiten der
mit den Spaltenleitungen 12 ... 16 verbundenen Spaltenschalter und auf den
Zeilen 70...74 die Schließungszeiten der mit den Spaltenleitungen 7. .. 11
verbundenen Spaltenschalter aufgetragen. Man sieht, daß während der
Schließungsdauer
eines Zeilenschalters nacheinander alle Spaltenschalter kurzzeitig geschlossen werden
und daß sich dieser Zyklus nacheinander für jede Zeile wiederholt.
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F i g. 4 gibt den zeitlichen Verlauf des Potentials auf der Hauptspeicherleitung
37 an. Der Nachrichtenspannung 75 ist die mittlere Gleichspannung 76 überlagert,
so daß das Summenpotential immer positiv bleibt. Diese Überlagerung der positiven
Gleichspannung ist wegen der vor dem Speicherkondensator befindlichen Speicherdiode
(56 in F i g. 2) erforderlich.
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F i g. 5 zeigt, wie das gegenüber dem Eingangssignal zeitlich verzögerte
Abtastsignal in Form von amplitudenmodulierten Impulsen auftritt. Die Folgefrequenz
der auf der Hauptabtastleitung auftretenden Abtastimpulse muß mindestens doppelt
so groß sein wie die höchste zu speichernde Frequenz. Das durch die Hüllkurve 77
gekennzeichnete Nutzsignal kann aus den amplitudemnodulierten Abtastimpulsen mit
Hilfe üblicher PAM-Demodulatoren gewonnen werden.
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Die höchste zu speichernde Nutzfrequenz hängt davon ab, wie viele
Speicherpunkte in der Sekunde zur Verfügung stehen, und zwar rnuß die Anzahl der
Speicherpunkte pro Sekunde gleich der doppelten Anzahl der Schwingungen pro Sekunde
der höchsten Speicherfrequenz sein. Die Anzahl der pro Sekunde verfügbaren Speicherpunkte
ist gleich dem Produkt der vorhandenen Speicherkondensatoren und dem reziproken
Wert der= maximalen Speicherzeit.
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Anwendungsgebiete eines Gerätes nach der vorliegenden Erfindung liegen
in der zeitlichen Verzögerung von beliebigen Frequenzen, z. B. Tonfrequenzen, oder
auch in der Möglichkeit, die Bandbreite periodisch wiederkehrender Signale mit relativ
geringem Informationsinhalt des Einzelsignals, z. B. Radarsignals, zu komprimieren,
indem beispielsweise auf einen Abtastzyklus mehrere Speicherzyklen entfallen.