DE1537947A1 - Abtastsystem zur Abtastung eines periodischen Vorganges - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Masdiinen Gesellschaft mbH

9.I.I960

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Anmelder: Int ?rnaüio^rial .-usl/iSSo Machia~s Armoak, I. Y. 4

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Akton. .d.

Arimelderin: dock ^ YO 9oö

Abtastsystem zur Abtastung eines periodischen Vorganges

Im elektronischen Bereich ist es häufig wünschenswert und unter Umständen sogar auch erforderlich, die Form und den Verlauf extrem hochfrequenter elektrischer Signale des Megahertz-Bereiches wiederzugeben und auch den Momentan-Wert zu messen oder zu verfolgen. Dieses Bestreben wird jedoch durch Begrenzungen infolge der normalerweise vor-

- Werte

liegenden .Gewinn-Bandbreiten der zur Verfügung stehenden Verstärker behindert, so dass keine getreue Wiedergabe möglich ist. So ist es z.B. nicht möglich, Signale: niedrigen Pegels mit Plankenzeiten innerhalb von Bruchteilen des Nanosekunden-Bereiches direkt wiederzugeben bzw. auf einer Braunschen Röhre darzustellen. Um diesem Mißstand abzuhelfen, sind Widdergabesysteme entwickelt worden* die solche periodischen Vorgänge messen und analysieren.

BAD OR)GiHAL

ÖO ÖS 8 771 VtS"

Bei diesen Systemen wird jeweils in kleiner Ausschnitt des periodischen Vorganges untersucht, der hierbei ermittelte Momentanwert des periodischen Vorganges solange wie erforderlich gespeichert und dann mit siner entsprechenden Vorrichtung wiedergegeben, z.B. in Form eines Bildpuhktes auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre. Beim nächsten Zyklus des periodischen Voiffinges wird die Wellenform wiederum.aber zu einem etwas späteren Zeitpunkt . untersucht, so dass anschliessend ein neuer Momentanwert wiedergegeben wird; dieser Untersuchungsvorgang wird solange fortgesetzt bis sehliesslich eine vollständige Wiedergabe deB periodischen Vorganges entweder in Segment η oder in einem kontinuierlichen Kurvenzug vorliegt. 3s versteht sich, dass dieses Verfahren nur bei periodisch sich wiederholenden Vorgängen anwendbar ist.

Obwohl nun ein solches Abtastsystem primär für im wesentlichen sich wiederholende Vorgänge geeignet erscheint, ist es aber * offensichtlich nicht erforderlich, dass sich die Impulsform oder der Amplitudenverlauf des periodischen Vorganges überhaupt nicht ändert. Im Gegenteil ist die Fähigkeit eines solchen Systems bzw. die Möglichkeit mit Hilfe eines solchen Systems sehr schnelle Änderungen einer Impulsform,d.h. hierbei auftretende kurze Flankenzeiten zu erfassen bzw. zu verfolgen, ein Problem ersten Ranges.

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Sine Hauptanwendung eines solchen btastSjStems ergibt sich · in der Oszillographentechnik, wo speziell ein sogenanntes fehler-abgetastetes Rüekkopplungsabtastsystem angewendet wird. Bei einem solchen abtastsystem dient eine Speichervorrichtung zur Speicherung einer Spannung, die proportional dem zuletzt abgetasteten Komeriunwert des zu untersuchenden periodischen Vorganges ist. Soll eier ausgang eines solchen Abtastsystems einem Oszilloskop zugeführt werden, dann wird üblicherweise die Wiedergabe in der Übergangszeit von der Darstellung eines Mbta;-tergebnisses zur darstellung des nächsten .ibtastergebnisses unterbrochen. Jas bedeutet, darp eine Serie "von BiIdpunkten auf dem bildschirm auftritt.

Line Hauptsehwierigkeit bei solchen Abtastsystemen liegt darin, eine getreue wiedergabt des zu untersuchenden periodischen Vorganges sobald wie mörlich auf dem bildschirm abzubilden, .«ie bereits vorher festgestellt, liogt der Grund für die .nwendung solcher Abtastsystem*, darin, dass mit üblichen Verstärkern die Verfolgung eines Kurvc-iiv-arlaufs snit relativ raschen Änderungen überhaupt nicht möglich ist, da eine hierfür erforderliche Bandbreite nicht zu erzielen ist. Hinzu kommt, das? bei üblichen Abtastsystemen d.^s Fehler signal oder eine Störspannung infolge Hauschens oaer ciiierer Oörfaktoren den ausgang se beeinflussen, dass eine getreue .<ieä3rgabe verhindert wird .

Die Bildpunktgev.ichtung eines Abtasts_v rt_cms lässt rich am besten mit HiIiV nachstehender Gleichung ausdrücken:

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Docket iC 9rc O\l

^ΕΟ2.·θ

Κ« 1 - -ρ-

worin e_Q den Ausgang nach der ersten Abtastung abgegriffen beim Übergang an der Ruheausgangsspannung E_Q1 zur Ruheausgangsspannung E₀₂,

Eq^ die eingeschwungene bzw. Ruheausgangsspannung der Speichervorrichtung als Ergebnis einer Anzahl von Abtastungen auf der Ausgangswellenform,

Eq₂ grundsätzlich das gleiche wie E_Q1 bedeutet, mit der Ausnahme allerdings, dass dieser Wert der Ausgangsspannung im Ansprechen auf einen neu gemessenen Eingangsmomentanwert entspricht. · -

Wenn die Systäm-Bildpunktgewichtung sich der Einheit bzw. dem Wert 1 nähert, dann erreicht das Ausgangssignal die gewünschtejsröße nach dem ersten Abtastergebnis, aber gleichzeitig wächst auch die Fehlermöglichkeit. Fehlersignale ergeben sich aufgrund der Tatsache einer Kombination von Rauschspannungen in der Schaltungsanordnung und Eingangssignaländerungen sowohl in Form zeitlicher als auch amplitudenmässiger Schwankungen. Fehlersignale dieser Art bereiten immer grössere: Schwierigkeiten, je mehr die Empfindlichkeit des verwendeten Abtastsystems angehoben wird.

Teilweise lässt sich diese Schwierigkeit beheben, Indem ein Abtastsystem verwendet wird,bändern eine Ausgleichs- bzw. Glättungssteuerung vorgenommen wird. Die Anmendung,

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eines solchen Systems reduziert dann aber die Bildpunktgewichtung des Systems. Die Bildpunktgewichtung K liegt in einem Bereich von 0 bis 1; es müssen aber Werte von K in der Größenordnung von 0,05 bis 0,10 verwendet werden, ■wenn irgendein signifikanter Mittelungseffekt erzielt werden soll. Die Anwendung dieses Verfahrens zeigt jedoch den großen Nachteil, dass eine sehr grosse Anzahl von Abtastungen vorgenommen werden muß, bevor das Ausgangssignal der Abtastschaltung einen eingeschwungenen Zustand erreicht.

Eine mehr ins Einzelne gehende Beschreibung der Bildpunktgewichtung in Rückkopplungs-Abtastungs-Systemen ergibt sich aus der Veröffentlichtung "Sampling Notes" einer von der Fa_T Tektronix, Inc., USA. veröffentlichten Druckschrift.

Die zeitliche Steuerung üblicher Abtastsysteme umfasst das Abfühlen der Vorderflanke eines empfangenen Impulszuges, die einen AuslöseImpuls zur Folge hat, der anschliessend zur Einleitung einer Sägezahnerzeugung dient. Diese relativ rasch ansteigende Sägezahnspannung bildet einen E±gang zu einem Vergleicher, dessen anderer Eingang am Ausgang eines Treppenzuggenerators liegt. Ist der Momentanwert der Sägezahnspannung gleich dem Momentanwert des Treppenzugs, dann entsteht am *'■■.. Vergleicherausgang ein Signal, das sowohl einen Abtastimpuls auslöst, als auch den Treppenzuggenerator veranlasst, einen höheren Pegel auf den Ausgang zu liefern. Wenn so der Treppenlaug-

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generator zur Abgabe eines^ höheren Ausgangspegels ausgelöst

-L *

wird, dann tritt der Zeitgeber oder Abtastimpuls zu einem etwas späteren Zeltpunkt relativ zur Zeitbasis.der Eingangswellenform auf. Das hat zur Folge, dass die dempertodischen Vorgang entsprechende Eingangs—wellenform jeweils zu einem geringfügig späteren Zeitpunkt nach jedem AbtastZeitpunkt abgetastet wird. Bei Abtastsystemen bekannter Art wird deshalb nur Vorsorge dafür getroffen, dass die Abtastfolge gesteigert wird, indem einfach die Frequenz oder die Anzahl der Treppenstufen des Treppenzuggeneratorimpulses angehoben wird. Es läßt sich jedoch nicht vecmStaen, dass jeder aufeinanderfolgende Abtastzeitpunkt mit Bezug auf die Zeitbasis zu einem jeweils unterschiedlichen Zeitpunkt auftritt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Abtastsystem der oben beschriebenen Art unter Vermeidung der aufgeführten Nachteile bereitzustellen, mit dem es ermöglich^ wird, Signale äusserst hoher Frequenz untersuchen zu können; gleichzeitig soll Vorsorge dafür getroffen werden, dass erst nach Erreichen eines eingeschwungenen Zustands auf den nächsten Abtastabschnitt übergegangen wird; es soll weiterhin sichergestellt sein, dass automatisch die Anzahl der Abtastungen in einem fibtastzeitabschnitt für eine Abtastposition des zu messenden periodischen Vorganges geändert wird.

Erfindungsgemäss wird die aufgäbe dadurch gelöst, dass Mittel zur wahlweisen Einstellung von unterschiedlichen Abtastungs- ; zeiten in bezug auf die Zeitbasis vorgesehen sind, d-ass mit Hilfe

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einer Abtastschaltung mit einstellbarem Verstärkungsfaktor den abgetasteten Momentanwerten jeweils'proportionale Ausgangssignale bereitgestellt werden und dass mit Hilfe eines Zählers im Zusammenwirken mit einem Treppenzuggenerator jeweils der Momentanwert des periodischen Vorganges in einstellbarer Anzahl abgetastet wird, bevor die nächste Abtastungszeit auftritt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass eine merkliche Verbesserung in der Stabilität und Genauigkeit mit Hilfe des erfindungsgemässen Abtastsistems erzielt wird, wenn nämlich der zu urtersuchende periodische Vorgang jeweils in einem Abschnitt mehrmals abgetastet wird, bevor auf den nächsten Abtastabschnitt übergegangen wird. ·

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung enthält das Abtast-' system einen Zähler mit mehreren wählbar anzusteuernden Eingängen, über die jweils eine unterschiedliche Anzahl von Eingangs« impulsen zugeführt werden muß,bis ein Zählerausgangsimpuls ab-

gegeben wird. In vorteilhafter \.eise sind dabei gemäss der Erfinung Steuermittel vorgesehen, um die Anzahl der nbtastwngen für jeweils eine Abtastposition in Übereinstimmung mit der Bildpunktgew ic htung des* Abtast systems abzuändern. Dies wird im vorliegenden Fall durch einen speziell ausgebildeten Zähler und eine Zählersteuerungsvorrichtung ausgeführt, die mit der Bildpunktgewichtungssteuerung gekoppelt ist; im vorliegenden JPalle eine Kupplung mechanischer>rt.

Gemässkinem weiterenjErfindungsgedanken ist der Ausgang des Systemverstärkers mit dem Eingang eines Analog-Digitalumsetzers _€ verbunden, zu dem nur dann ein Signal übertragen wird, wenn das

3) vo 966 032 90 9887/1315 _{BAD 0R!Q1NÄL}

letzte Abtastergebnis eines jeweiligen Abtastzeitabschnittes ermittelt ist.

Injvorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um zu verhindern, dass das Abtastsystem zum nächsten Abtastpunkt übergeht, bevor der Analog-Digitalumsetzer den UmsetzBHngsvorgang durchgeführt hat, der für den voraufgehenden Zeitabschnitt durchzuführen gewesen ist. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der nachstehend aufgeführten Zeichnungen die Erfindung näher erläutert und aus denPatentansprüchen.

Es zeigen:

Fig.1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung,

Fig.2 eine jeweils näher ins Einzelne gehende

Schaltung von für die Erfindung bedeutsamen

Baugruppen,

Fig.3 ein Diagramm zur Erläuterung einer Wellenzugdarstellung nach dem Stande der Technik,'

Fig.4 ein Diagramm zur Erläuterung der erfindungsgeinässen Darställungsweise eines w/ellenzuges.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst anhand

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des Diagramms nach Fig.5 ein Abtastsystem nach dem Stande der Technik beschrieben werden. Im unteren Teil des Diagramms ist das Eingangssignal in Form eines Impulszuges dargestellt. Die gestrichelt gezeichnete Kurve im oberen Teil des Diagramms stellt die rekonstruierte Wellenform dar, die durch die auf dem Bildschirm erscheinenden Punkte 20 gebildet wird. Aus dem Diagramm geht weiterhin hervor, dass aufeinanderfolgende Abtastwerte jeweils zu einem etwas späteren Zeitpunkt in bezug auf die Zeitbasis des Eingangssignals erfolgen,wie es durch die dünnen vertikalen Linien angedeutet wird. In der in Flg.3 dargesteXfcen graphischen Darstellung ergeben somit 9 Abtastwerte bzw. Punkte eine; rekonstruierte Version,der sich wiederholenden Eingangswellenform. Die auf der gestrichelten Linie dargestellten Bildwiedergabepunkte 20 ergeben somit eine Bildwiedergabe unter einer Bildpunktgewichtung mit der Einheit bzw. mit Eins. Die unter der Voraussetzung einer Bildpunktgewichtung mit 0,5 dargestellten Bildpunkte wurden auf einer Umhüllungskurve liegen, die die Punkte Z, Z¹, Z" und Z™ erfasst, worin bei, jedem neu erfassten Abtastwert der sich entsprechend ergebende E_Au-_s-Wert jeweils der Half tender Differenz zwischen dem Stromwert Eg_in und. dem im Speicher zuletzt gespeicherten Signalwert entspricht. Es ergibt sich

bei
hierbei ohne weiteres, dass einer so niedrigen Bildpunkt— gewichtung lediglich .eine unzureichende Annäherung der Abgetasteten Eingangswellenform bei der dargestellten Abtastungsanzahl erreicht wird, obgleich von einem Fehlereinfluss Infolge von Rauschsignalen und Verzerrungen abgesehen wird. Weiterhin

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sei bemerkt, dass die graphische Darstellung nach Pig.j5 im Hinblick auf die Abtastzeitgeb/ung insofern idealisiert ist als bei den meisten Abtastsystemen jeweils die Vorderkante eines unendlich oft wiederkehrenden Eingangsimpulses tat-* sächlich die Zeitgebung verschiebt. In einem solchen System würde dementsprechend also die Abtastung normalerweise 2U dem Zeitpunkt beginnen, bei dem die Vorderkante des Eingangsimpulses liegt und würde unterbrochen an einem darauffolgenden Zeitpunkt, der von der Einstellung eines Impulses eines Treppenfauggeneratorf abhängt. Abtastsysteme bekannter Art schalten Verzerrungssysteme dadurch weitgehend aus, da'ss wie in der graphischen Darstellung nach Pig.3 gezeigt, Bildpunktbewertungen wesentlich unterhalb Eins angewendet werden und die Anzahl der Abtastungen einer Eingangswellenform relativ hoch gewählt wird. So wird z.B. bei solchen bekannten Systemen anstelle von den gezeigten 9 Abtastimpulsen eine Anaahl von 50 - 100 gewählt, mit dem Ziele, eine hinreichend genaue Wiedergabe einer Eingangswellenform mit einer steilen Anstfegsflanke zu erhalten.

Anstatt nun eine iüingangsimpulsfolge einmal an Jedem aufeinanderfolgenden Punkt längs der Zeitbasis abzutasten, wird nun gemäß der Erfindung so vorgegangen, dass eine größere Anzahl von Abtastungen zu jedem Zeitpunkt dängs der Zeitbasis vorgenommen wird, so dass sich dementsprechend eine möglichst getreue Wiedergabe am Ausgang ergibt, bevor der nächste Zeitpunkt auf der Zeitbasis zur Abtastung eingestellt wird.

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In der graphischen Darstellung nach Fig.4 ist das Ergebnis · des erfindungsgemäss aufgebauten Abtasts£stems dargestellt. Die in dieser graphischen Darstellung oben angezeigten Zahlen I, II und III beziehen sich auf drei verschiedene Abtastzeitabschnitte, wobei hier nur der durch die Ziffer II dargestellte mittlere Abtastzeitabschnitt vollständig wiedergegeben ist. Nachdem der Srf.indung zugrunde liegenden Prinzip und wie es sich ausserdem aus dieser graphischen Darstellung ergibt, werden während eines vorgegebenen Abtastzeitabschnittes alle Abtastungen der Eingangswellenform an der gleichen Stelle mit Bezug auf das Signal der Zeitbasis vorgenommen. Diese Abtastposition wird relativ sowohl zum Abtastzeitabschnitt I und zum Abtastzeitabschnitt III weitergeschaltet. Die Art und Weise, in der diese ^btastergebnisse wiedergegeben werden, ist durch die Kreisfläche in der graphischen Darstellung nach B^Tig.4 s ehe mat i sch angedeutet, in der die BiIdpunktfolge entsprechend mit I, II und III bezeichnet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die mit II bezeichneten Bildpunkte die «btastergebnisse wiedergeben, die während eines solchen Zeitabschnittes angefallen sind, in welchem sich eine beträchtliche Änderung der Eingangswellenform ergeben hat, wie der Unterschied zwischen dem letzten Abtastergebnis im Abtastzeitabschnitt I und dem ersten Abtastergebnis im ersten Abtastzeitabschnitt II deutlich zeigt. In dieser scheinatischen Darstellung sind alle Bildpunkte der Abtastergebnisse während des zweiten AbtastZeitabschnitteε II in der Kreisfläche wiedergegeben. Aller .,ahrscheinlichkeit nach wird hierbei jedoch nur das Ergebnis der letzten Abta?tung_/ D YO 966 052

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nämlich der Bildwiedergabe Punkt 4,tatsächlich abgebildet. Dies läßt sich gemäss vorliegender Erfindung leicht durchführen, indem nämlich eine entspreschende Hellsteuerung des Kathodenstrahls unter Zuhilfenahme einer Zählvorrichtung durchgeführt wird, wie nachstehend näher erläutert wird.

Bei dem der graphischen Darstellung nach Fig.4 zugrunde liegenden Ausführungsbeispiel wird eine Bildpunktgewichtung von 0,5 angewendet, was gemäss einer weiter unten wiedergegebenen Tabelle 4 Abtastungen erforderlich macht, bevor ein nächster Punkt der Eingangswellenform abgetastet werden soll. Das bedeutet also,, dass bei einer Punktgewichtung von 0,5 vier besondere Abtastungen zu jedem Punkt der Eingangswellenform vorgenommen werden müssen. Wie bereits gesagt, sind jedoch nur für den Abtastzeitabschnitt II alle vier Abtastungen gezeigt. Schon aus der graphischen Darstellung nach Fig.4 ergibt es sich ohne weiten, dass das erfindungsgemässe System,bei dem nur das Abtastergebnis der vierten Abtastung in jedem Abtastzeitabschnitt wiedergegeben wird, eine getreuere Abbildung der Eingangswellenform bereitstellt, als eirtAbtastsystem bekannter Art; vorausgesetzt natürlich, dass eine Bildgewichtung von 0,5 angewendet wird. Es «lasst sich weiterhin entnehmen, dass imAbtastzeitabschnitt III der Unterschied zum Signal der Abtastung 4 " des Abtastzeitabschnittes II und der ersten Abtastung zum Abtastzeitabschnitt III unerheblich ist. Diese Bildpunktserie erscheint im wesentlichen als- ßin Bildpunkt auf dem Bildschirm.

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. Wie bereits festgestellt, wird bei vorliegender Erfindung die Tatsache ausgenutzt, dass bei niedrigerer Bildpunktgewichtung eine entsprechend größere Anzahl von Abtastungen vorgesehen werden muss, um damit zu erreichen, dass sich bei der letzten Abtastung innerhalb eines abtastzeitab/-schnittes eine möglichst große Annäherung an den tatsächlichen Wert der Eingangswellenform ergibt. Durch entsprechende Anpassung lassen sich aber auch mit der erfindungsgemassen Anordnung Situationen erfassen, bei denen entweder eine äusserste Genauigkeit nicht erforderlich ist, oder bei denen aus anderen Gründen eine höhere Bildpunktgewichtung unter Inkaufnahme gewisser Verzerrungen annehmbar ist. Bei einer Bildpunktgewichtung mit dem Wert liiL.t, 0 hat es allerdings keinen Sinn mehr, mehr als eine Abtastung in einem Abtast-Zeitabschnitt vorzunehmen, wo hingegen es bei einer Bildpunktgewichtung von 0,25 durchaus angebracht ist, 16 Abtastungen vorzunehmen.

Beim erfindungsgemässen Abtastsystem, wie es in Fig.1 dargestellt ist, wird ein Eingangssignal der mit Signaleingang bezeichneten Eingangsklemme zugeführt. Dieses Eingangssignal wird einem Trigger 10 zugeführt, der jeweils beim Eintreffen einer Vorderflanke eines Eingangssignals einen Impuls erzeugt. Dieser Triggerausgangsimpuls lässt einen Sägezahngenerator 12 anlaufen, dessen Ausgangsimpuls einenaersten Eingang eines Vergleichers 14 zugeleitet wird, um den Ausgenblickswert des Sägezahngeneratorsusgangsimpulses mit dem dem zweiten Eingang des Vergleichers H zugeführten Ausgangsimpuls eines Treppengenerators 1 6 zu vergleichen. Der Augenblickswert des Treppen _rr . 909887/1315

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generatorsusgangsimpulses kann dabei jede Stufe einnehmen, ' " wie sie sich beispielsweise aus der abgebildeten Wellenform ergibt. Entspricht nun der Augenblickswert des Sägezahngeneratorausgangsimpulses einem Wert des Treppengenerator- * ausgangsimpulses,dann gibt der Vergleicher 14 einen Ausgangsimpuls ab. Der Vergleicherausgangsimpuls wird einem Abtastimpulsgenerator 18 zugeführt, wie er in solchen Abtastsystemen gebräuchlich ist,der seinerseits einen sehr genau geformten Impuls erzeugt. Der Abtastimpulsgeneratorimpuls wird dann auf die Abtastschaltung 20 übertragen, die z.B. in an sich bekannter Weise aus einer symmetrischen Dioden-Torschaltung besteht. Mit dem Signaleingang ist fernerhin der Eingang einer Verzögerungsleitung 22 verbunden, deren Ausgang mit einem weiteren Eingang der Abtastschaltung 20 verbunden ist. Die sich durch die Verzögerungsleitung 22 ergebende Signalverzögerung ist erforderlich, da eine Verlustzeit über den Trigger 10, Sägezahngenerator 12, Vergleicher 14 zum Abtast- *

impulsgenerator 18 unvermeidlich ist. Die durch die Verzögerungsleitung 22 sich ergebende Verzögerung muss betragsmässig so gestaltet sein, dass die Vorderflanke eines Eingangsimpulses die Abtastschaltung 20 in grosser Annäherung zum gleichen Zeitpunkt erreicht, zu dem der Abtastimpulsgenerator einen Abtastimpuls im Ansprechen auf den niedrigsten Pegel des

■:~""--.- - ι Treppengeneratorausgangsimpulses erzeugt.

Bei bekannten Abtastsystemen dieser Art wird der Vergleicher-Ausgangsimpuls direkt dem Eingang des Treppengejftierators zugeführt, so dass zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein VeigLe icher aus- , gangsippuls auftritt, der Treppengenerator in seinem Ausgangs- *

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impuls zum nächsten Pegel angehoben wird, mit dem Ergebnis,

die

der ^{in aie}

dass tatsächlich Abtastzeitpunkt Bezug auf -4«*«- Zeit- ■ basis des EingangssiRgnals voreilt.

Beim Auswerten der eingangsiangegebenen Gleichung lässt sich feststellen, dass die Bildpunktgewichtung in einem abtastsystem nicht leicht mit Worten zu definieren ist. Die nachstehend aufgeführte Tabelle lktdLt jedoch die numerische Beziehung zwischen, dem Eingang der nbtastschaltung (A + B) und dem Ausgang des Vertikalverstärkers (a + b) dal; wobei ein mittlerer Versteärkungsfaktor von 10 für verschiedene Bildpunktbewichtungen (K) angenommen wird. Zs wird allerdings* betont, dassA und B (a + b) zwei aufeinanderfolgenden Abtastungei entsprechen.

Tabelle I

	K	1	r	a = 1 .0 b = 2.0
i\ = 0.1 B = 0.2	0.75	a1= 1.0 b1=. .1.75
A = 0.1 B = 0.2	0..5O	a2= 1 .0 b2= 1 -5
A = 0.1 B> 0.2	0.25	a3= 1.0 b,= 1.25
A = 0.1 B = 0.2

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Die Bildpunktljewichtungssteuerung für ein solches Abtastsystem lässt sich durch ein Widerstandsnetzwerk darstellen, • bei dem die einzelnen Widerstände zur Variation des zu erzielenden Verstärkungsfaktors der Abtastschaltung 20 zu- oder abgeschaltet werden. Im Schaltschema nach Fig.2 ist dieses Widerstandsnetzwerk im oberen Teil dargestellt, das im wesentlichen die Widerstände 40 und einen Schalter mit der Schaxtzunge 42 enthält. Die Bildpunktgewichtungssteuerung 24 stellt somit eine an sich übliche Steuerungsanordnung dar, die in einem Standardabtastsystem verwendet wird, bei dem ein Ausgangsimpuls des Vergleichers direkt dem Eingang des Treppengenerators zugeführt wird.

Bei der erfiddungsgemässen Anordnung jedoch, lässt sich aus der Darstellung nach Fig.2 entnehmen, dass eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Bildpunktgewichtmgssteuerung 24, nämlich Schaltzunge 42 und der Zählersteuerungsanordnung 26, nämlich ,Schaltzunge 46 besteht, wie es durch die gestrichelt gezeichnete Linie 44 angedeutet ist.

Hs lässt sich nun weiterhin feststellen, dass die mit 1,2,4 und 16 bezeichneten Leitungen jeweils einen Eingang zum Zähler darstellen. In Abhängigkeit von solchen zugeführten Vergleicherimpulsen ergibt sich jeweils ein Zählerausgangsimpuls, der dem Eingang des Treppengenerators 16 zugeführt wird, wenn nmämlich die geeignete Impulsanzahl, d.h. 1,2,4 oder 16 dem Zähler vom Vergleicher 14 zugeführt worden ist.

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Die nachstehend gebrachte Tabelle II gilt für ein willkürlich gewähltes Beispiel, bei dem angenommen wird, dass die Jeweils für verschiedene Bildpunktgewichtungen angenommene Abtastungsanzahl ZUF zufriedenstellenden Ergebnissen führt.

Tabelle II	Abtastanzahl
Bildpunktgewiehtung	1
1.0	2
0.75	4
Q. 50	16
0.25

Es wird hierbei vorausgesetzt, dass der Zähler 28 so eingerichtet werden kann, dass in Abhängigkeit von den verschiedenen vorgesehenen SchalterStellungen bzw. Eingangslsitungen jeder Impuls einer großen Anzahl von Eingangsimpulsen zur Erzeugung eines einzelnen Ausgangsimpulses ausgewählt werden kann. In ähnlicher vfeise kann eine größere oder kleinere Anzahl von Bildpunktgewichtungseinstellungen in Abhängigkeit von der gewünschten Wandlungsfähigkeit des Äbtastsystems vorgesehen werden.

Wenn berücksichtigt wird, dass das UND-Glied 48 in der Schaltungsanordnung nach Fig.2 bei entsprechender Stellung der Schaltzunge 50 über seinen ersten Eingang von der Spannungsquelle E dauernd beaufschlagt wird, so dass zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein Impuls vom Veergleicher zugeführt wird, ein Ausgangsimpuls am UND-Glied 48 entsteht, der über die Schaltzunge 46 D Ϊ0 966 052

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je nach Einstellung des Schalters einer entsprechenden : Kin$ngsleitung des Zählers 28 zugeführt wird, dann wfrci der Treppengenerator 16 dementsprechend weitergeschaltet,'^J'" d.h. sein Ausgangsimpulspegel angehoben.

Wird nun angenommen, dass die Bildpunktgewichtungssteuerung 24 auf 0,5 eingestellt 1st und die Schaltzunge 46 in der Zählersteuerungsanordnung 28 auf die Eingangsieχfcung 4 des "Zählers 28 eingestellt ist, dann ergibt sich damit, dass jedesmal, wenn vom Vergleicher 14 vier aufeinanderfolgende Impulse empfangen werden, ein Ausgangsimpuls vom Zähler 28 auf den Treppengenerator 16 abgegeben wird. Der graphischen Darstellung nach Fig.4 liegt eine solche Einstellung zugrunde. Hierin zeigen die einzelnen Punkte während des iibtastzeitabschnittes 2 das grö'ssenmässige Anwachsendes Ausgangs des Abtastsystems und damit des Vertikalverstsärkers, und zwar von einem ungefähr in der Mitte zwischen dem niedrigsten und höchsten Wert des Eingangsimpulses gelegenen. Punkt bis zu einem Punkt der sehr dicht am Grenzfcwert zum Ende des Abtastzeitabschnittes liegt und der sich kurz nach der vierten Abtastung ergibt. Nach der vierten Abtastung am Ende des zweiten Abtastzeitabschnittes gibt also der Zähler 28 einen Äusgangsimpuls auf den Treppengenerator 16 ab, der damit in. seinem Ausgangs impuls auf die nächste Stufe weitergeschaltet wirdi so dass das Abtastsystem auf den AbtastZeitabschnitt III gebracht wird,ln dem vier weitere Abtastungen vorgenommen werden, um danach automatisch zum nächsten Abtastzeitabschnitt überzugehen.

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Auf diese Weise lässt, sich durch Änderung der Einstellung der Bildpunktgewichtungssteuerung 24 der Eingang zum Wähler . 28 automatisch ändern, so dass anstelle von z.B. nur einem Impuls der direkt vom Vergleicher 14 zur UND-Schaltung 48 und hiervon direkt zum Treppengenerator 16 übertragen wird, eine Anzahl von bis zu 16 Impulsen vom Vergleicher 14 zuführen, bevor der Treppengenerator 16 von einem Zählerimpuls zum Ansprechen gebracht wird. t .

In der Schaltungsanordnung nach Fig.2 sind zwei weitere Leitungen eingezeichnet, von denen eine mit A/D-Umsetz-Einleitung

-Ende
und die andere, mit A/D-Umsetze«4e- bezeichnet ist. Diese beiden mit einem Analog-Digital-Umsetzer verbundenen Leitungen in Verbindung mit dem UND-Glied 48, dem Schalter mit der Schaltzunge 50 und einem Flip-Flop 52 lassen in vorteilhafter Weise das erfindungsgemässe Abtastsystem als Kingabeeinheit für eine Rechenanlage geeignet sein. Mit der so ausgebildeten Schaltungsanordnung soll sichergestellt sein, dass dar erfindungsgemässe Abtastsystem sowohl einen hinreichend stabilen Ausgang besitzt, als auch auf einem bestimmten Punkt gehalten wix'd, bis der Analog-Dicital-Umsetzvorganft abgeschlossen ist. Dies wird auf folgende Art erreicht. Wie ersichtlich, ist der Ausgang des

-EinZählers 2o direkt mit der Leitung Λ/D-ümsetzuleitung verbunden und andererseits mit dem Rückstelleingang des Flip-Flops 52, um das UND-Glied 4β zu sperren, wenn, wie gezeigt, die Schaltzunge 50 die entsprechende Stellung einnimmt. Ein Signal auf der D YO 966 032

90 9 8 87/131₅5 . bad orkunal

zuletzt genannten Leitung hat zur Folge, dass der Ausgang des Vertikalverstärkers JO durch den Analog-Digital-Umsetzer abgetastet wird, so dass ein Umsetzungsvorgang eingeleitet wird, der,wie sich danken lässt, einen bestimmten Zeitabschnitt beansprucht. Letzteres ist der Grund dafür, dass das Flip-Flop zurückgestellt wird. Nach Beendigung des Analog-Digital-Umsetzungsvorgangs wird das Flip-Flop 52 von einem Signal auf der

-Ende ' "
Leitung A/D-Umsetz©«4e- wieder eingestellt. Bei eingestelltem

Flip-Flop 52 ist auch das UND-Glied 48 wieder vorbereitet, so dass der Zähler 28 erneut die vom Vergleicher 14 zugeführten Impulse zählen kann.

Bei rückgestelltem Flip-^'lop 52 ist es natürlich möglich, dass eine Anzahl von Zyklen der Eingangswellenform auftreten kann; dies ist jedoch unbeachtlich, da es als Vorauseetzung angesehen werden kann, dass die Eingangswellenform sich wiederholt, d.h. dass die einzelnen EingangsSignaIe sich nur geringfügig von Zyklus zu Zyklus ändern sollen.

Es ergibt sich weiterhin, dass mit Hilfe des Ausgangsimpulses vom Zähler 28 lediglich das letzte Signal während eines vorgegebenen Abtastzeitabschhittes zur Wiedergabe ausgewählt wird; d.h. über die Ausgangsleitung des Zählers kann in an sich bekannter Meise die Hellsteuerung einer Kathodenstrahlröhre erfolgen, so dass lediglich beim Auftreten eines Signales auf dieser L itung ein Leuchtfleck auf dem Bildschirm entsteht.

D Ϊ0 966 032 .

- BAD /ORIGINAL

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dem

Wie man weiterhin_£«-ffinzipschaltbild nach PigJ. entnehmen kann, liegt der Ausgang des Treppengenerators 16 ausserdem am Eingang des Horizontalverstärkers 32. Dies dient lediglich¹ zur Weiterschaltung der Horizontalablenkung bzw. der ZeitbasLs, · um die Bildpunkte in aufeinanderfolgender V/eise darstellen zu können. Dies geschieht in an sich üblicher Weise. Der Ausgang des Horizontalverstärkers ~$2 liegt ausserdem am Eingang eines Analog-Digfcial-Umsetzers, .der zur Darstellung der Information der Zeitbasis dient.

Aus obenstehender Beschreibung vorliegender Erfindung anhand dar beigefügten Zeichnungen ist zu ersehen, dass die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung in hervorragendem Masse geeignet ist, für einen gegebenen Punkt einer Wellenform unter verschiedenen Werten der Bildpunktgewichtung die Anzahl der durchzuführenden Abtastungen automatisch zu verändern. Das Abtastsystem wird dabei im wesentlichen sozusagen so programmiert dass seine Betre£bsweise von der Einstellung der genannten Bildpunktgewichtungssteuerung abhängig ist.

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Die Anwendung der erfindüngsgemässen Schaltungsanordnung hat darüber hinaus offensichtlich noch weitere Vorteile. Das Ausgang* signal des Abtastsystems bietet insofern ein Höchstmaß an Genauigkeit als eine grössere Anzahl von Abtastungen für jeden gegebenen Punkt einer vorgegebenen ßingangswellenform vorgenommen wird; ^was besonders dann bedeutsam ist, wenn sich, gegenüber einer vorherigen Abtastposition eine sehr starke Grössenänderung in der Eingangswellenform ergeben hat,, wobei dann der letzte Ausgangsimpuls eines nbtastzeitabschnittes in sehr großer D to 966 032 9 0 9 8 8 7/1315 _{BAD os;G5NA}l

Annäherung den nugenblickswert der abgetasteten Eingangswellenform erreicht. Durch die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung wird weiterhin eine vorteilhafte Möglichkeit geboten, die Wellenforradaten einer Datenverarbeitungseinrichtung zuzuführen, wie z.B. Analog-Digital-Umsetzern. Der zur Durchführung der ßrfindungsgemassen Aufgaben erforderliche Aufwand bleibt dabei in Grenzen, erhöh* jedoch die Wandlungsfähigkeit und den Nutzen der züge£ordneten Vorrichtungen.

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Claims (6)

9.1,1968 bu-sk Patentansprüche

1.) Abtastsystem zur Abtastung eines periodischen Vorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (26,2b,16) -zur wahlweisen Einstellung von unterschiedlichen nbtastungszeiten (1,2,3,4) in bezug auf die Zeitbasis vorgesehen sind, dass mit Hilfe einer Abtastschaltung (20,24) mit einstellbarem Verstaricungsfaktor den abgetasteten Momentanwerten des periodischen Vorgangs jeweils proportionale Ausgangs?ignale bereitgestellt werden, und dass mit Hilfe eines Zählers (28) im Zusammenwirken mit einem ireppenzuggenerator (1o) jeweils der Komentanwei-t de.? periodischen Vorganges in einstellbarer Anzahl abgetastet wird, bevor die nächste Abtastungszeit auftritt.

2. Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (2b.) mehrere wählbare Eingänge (2,4,16) besitzt, über die jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Eingangsimpulsen zugeführt werden muß, bis ein Zählerausgangsimpuls abgegeben wird.

3. Abtastsystem nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (28) durch Ausgangssignale

D YO 966

90 9 8 8 7/1315 ^BAD 0P.1G1NAL

eines Vergleichen (14) weitergeschaltet wird, in welchem vom Zähler (28) ausgelöste Treppenzugkurven jeweils mit einen vom Einsatzpunkt des periodischen Vorgangs ausgelösten Sägezahnkurve in den eingenommenen Momeritanwerten verglichen werden, so dass jeweils bei Übereinstimmung ein Vergleicherausgangssignal entsteht.

4. Abtastsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Verstärkungsfaktors in der Abtastschaltung (20) mit der Einstellung des Zählereingangs (2,4,16) gekoppelt ist.

5. Abtastsystem mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß der Zählerausgang mit dem Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers verbunden ist, sowie am Rückstelleingang (R) eines Flip-Flop (52) liegt, dessen Einstelleingang (S) am Ende eines Analog-Digital-Umsetzvorganges einSignal erhält, no dass während des UmsetζVorganges ein nur über den Einstellausgang (S) des Flip-Flops (52) vorbereitetes UND-Glied (4B) die Impulsübertragung vom Vergleicher (14) auf den Zähler (2o) unterbindet.

6. Abtastsystem nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgang der Abtastsystems der ZähTerausgang dient.

909887/1315

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