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Analog - Digital - Umwandlungseinrichtung Die Erfindung Analog-Digital-Umwandlungseinreichtungen,
die von Detektorimpulsen ähnlicher Gestalt unter Rauschunterdrückung gespeist werden.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Analog-Digital-Umwandlereinrichtung,
in der Analogsignale, z.B. Impulse derselben Gestalt (omologische Affinität) mittels
einer Spannungs-Frequenz-Umwandlung digitalisiert und die entsprechenden Bits in
einem Speicher aufgenommen werden. Ein kräftig wirksames Verfahren für die Verwirklichung
einer solchen Umwandlung besteht in der Messung der Impulsfläche durch Intregration
von repräsentativen Spannungsimpulsen von konstanter zeitlicher Dauer. Dieses Verfahren
ist in der schwebenden britischen Patentanmeldung, Aktenzeichen 49 431/67 beschrieben.
Es wurde festgestellt, dass der Rauschpegel in
einer solchen Umwandlungseinrichtung
noch verhältnismässig hoch liegt. Die Erfindung befasst sich mit einer elektronischen
Schaltung, die eine kräftige Verminderung des Rauschens erlaubt.
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Die Erfindung sieht nach einer ihrer Austührungsmöglichkeiten eine
elektrische Apparatur vor zum Digitalisieren eines Analogs$als, die einen Impulsformer
enthält der einen Spannungsimpuls einer vorbestimmten, festen Dauer, und zwar so
erzeugt, dass das Zeitintegral (~Impulsfläche) proportional dem Analogwert ist,
ferner einen Spannungs-Frequenz-Umwandler, einen von den Ausgangsimpulsen des Umwandlers
betätigten Zähler und Mittel zur derartigen Steuerung der Periode des Zählers der
Ausgangsimpulse, dass jeder der erwähnten Spannungsimpulse über eine Zeitdauer integriert
wird, die länger als die erwähnte vorbestimmte, feste Dauer ist. Vorzugsweise ist
die Zeitdauer, über die jeder Spannungsimpuls integrit wird, ein ganzzahliges Vielfaches
von zweimal dererwähnten vorbestimmten,festen Dauer, Die Erfindung sieht ferner
eine elektrische Apparatur vor, die einen Impulsformer auf der Eingangsseite des
Umwandlers und einen Zeitgeberimpulsgenerator enthält, welcher zur Steuerung des
Umwandler-Eingangs und -Ausgangs bestimmt und für ein und dieselbe Form der zu digitalisierenden
Detektorimpulse eingerichtet ist.
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Nun werden gemäß der Erfindung die Rauschspannungen stark vermindert
wenn die Umwandlungsperiode T in Bezug auf die Dauer der geformten Impulse sieb
in Übereinstimmung mit der Formel T=2K.t0 befindet, worin K die Anzahl der gewählten
Perioden (1,2,3,...) ist.
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Mit anderen Vorten wird die Messung der Impulsintegration durchgeftihrt
während einer Zeit, die sich von einem Zeitpunkt vor bis su einem Zeitpunkt nach
der Periode des geformten Impulses erstreckt, um die Raumschfrequenzen zu mitteln
(positive und negative Beiträge zu mitteln).
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Wenn beispielsweise der Impuls von einer Stufeniorm zu einer Rechteckform
geformt wird (mittels einer Verzögerungsstrecke; Dauer to) werden Rauschkomponenten
mit einer Frequenz, die eine gradzahlige ilarmoidsche der einer Periode T=2to entsprechenden
Frequenz ist, durch den Formungsvorgang selbst eliminiet, Mit einer Messzeit gleich
T oder einem ganzzahligen Vielfachen davon werden auch die ungradzahligen Komponenten
(einschließlich der Grundfrequenz) ausgeshaltet. Andere Beispiele können flir eine
Formung mit doppelter Verzögerungsstrekke gegeben werden, die einen bipolaren Rechteckimpuls
ergibt; oder fiir Dreiecksimpulse, die aus den vorhergehend erwähnten mittels eines
Integrators erhalten werden. Das neue Verfahren kann auch mit zwei Integratoren
arbeiten, die mit demselben Eingang in dem Analog-Digital-Umwandler zum getrennten
Integrieren
positiver und negativer Impulsflächen verbunden sind.
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Zwei Impulszähler können für diesen Zweck benutzt werden als Adressen-Impulszahler
für den Speicher. Die Impulszähler können reversibel sein, um vorwärts zu zählen
während dar Zeit, in der der IMpuls das vorher festgelegte VOrzeichen hat, und rückwärts,
wenn anzunehmen ist, dass der Impuls das entgegengesetzte Vorzeichen hat.
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Eine spezielle Ausführungsfprm der Erfindung wird anschliessend beispielsweise
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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In dieser zeigen: FIg. 1 ein symbolisches Diagramm zur Erläuterung
des Prinzips der Erfindung und Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Analog-Digital-Umwandlers
mit Rauschunterdrückungsseinrichtung.
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In Fig. 1 ist ein Rauschen enthaltender, geformter Impuls 10 gezeigt.
Die Dauer des Impulses ist t0. Zusammen mit dem Impuls ist eine Harmonische 11 des
Rauschens gargestellt. Nun ist die Zeit, während der Intergratoren innerhalb der
Umwandlungsseinheit arbeiten, nicht, wie im Fall der oben angeführten Parallelanmeldung.
gleich t0, sondern sie ist zu T gewählt.
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Dies wird ein für allemal durch geeignete Dimensionierung der elektronischen
Bauteile, Stromstärken und Spannungen durchgeführt,
wobei man eine
und dieselbe Impulsiorm (die der Wirklichkeit entspricht) zugrundelegt. Die Periode
T beginnt vor und endet nach dem Impuls 10, wird aber so gewählt (T=2.t0), dass
die schraffierten Fläohen der Rauschharmonischen sich innerhalb T zu Null kompensieren.
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Diese Wirkung kann natürlich auch erzielt werden, wenn der Zeitpunkt
ti mit dem impulspunkt p1 zusammenfällt (dann liegt t2 rechts eine halbe Periode
von p2 entfernt) oder wenn t2 mit p2 zusammenfällt (dann liegt t1 eine halbe Periode
links von p1). Wenn auch andere Rauschfrequenzen zu beseitigen sind, dann muss ein
Vielfaches (K) von t flir T gewählt werden.
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In Fig. 2 tritt die Impulsperiode t in dem Impulsformer auf (d.h.
sie ist durch entsprechende Einbaumaßnahmen ersielt) während die Messzeit T durch
den mittels der Eingangs impulse ausgelösten Impulsgenerator 2 erzeugt wird. Die
Verzögerungseinheit 3 in der oberen Kette (UmwandlungsketteJ ist zwischen den Eingang
8 und den Impulsiormer i eingesohaltet. Sie hat die gerade benötigte Zeitdifferenz
zwischen den Punkten t1 und p1 (FIg.1) zu erzeugen, während die Punkte t2 und p2
durch den impulsformer i bzw. den- erwähnten Impulsgenerator 2 (Steuerkette) bestimmt
werden. Damit der Amplituden-Frequenz-Umwandler 5 nur arbeitet, wenn Impulse sich
aui der Leitung befinden, ist die lineare Torschaltung 4 zwischen dem Impulsformer
i und dem Umwandler 5 vorgesehen, wobei der letztere an Erde liegt.
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Der Umwandler enthält das Bauteil 3 von Fig. i der Parallelanmeldung
Torschaltung
6 und Impulszähler 7 können mit den Bauteilen 2 und 1 dieser Anmeldung Übereinstimmen.
Die beiden Torsohaltungen 4 und 6 werden asynchron durch den Impulsgenerator 2 angetrieben.
Nach jeder Messperiode wird der Zustand des Impulszählers 7 aus Speicherregister
Übertragen, die nicht dargestellt sind.
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Bei diesem AusfÜhrungsbeispiel stammen die as Eingang sugefÜhrten
Impulse von Strahlungsdetektoren aus der Kernspektrometrie.
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Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten des vorstehend wiedergegebenen
Beispiels beschränkt.
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Patentanspruch