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Schaltungsanordnung zum Messen und Klassifizieren von kurzen Zeiten
Die @@@@@@@@@ @@@@@@@ sich auf eine Schaltungsanordnung zum Messen und Klassifizieren
von kurzen Zeiten, bei der während der zu messenden Zeit Taktimpulse gezählt werden.
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Das Problem, Zeiten z.B. Impulsdauern zu messen, tritt in der Technik
häufig auf. Zum Beispiel müssen kurzzeitige Unterbrechungen des Informationsflusses
in Datenverarbeitungs anlagen gemessen werden, um Rücksi)iisse auf die Wirkung von
Störungen in Datenübertragungssystemen und Datenverarbeitungsanlagen ziehen zu können.
Besonderes Gewicht wird dabei auf solche Unterbrechungen gelegt, deren Dauer in
der Größenordnung der Puisfolgefrequenzen der Datenverarbeitungsanlagen liegt. Ist
z.B. die Pulsfolgefrequenz etwa 10 MHz, dann müssen Unterbrechungen von der Dauer
von etwa 100 nsec gemessen werden.
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Die verschiedenen Dauern der Unterbrechungen müssen klassifiziert
werden. Es genügt nicht, daß ein Mittelwert der Dauern der Unterbrechungen angegeben
wird.
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Es ist bekannt, Zeiten dadurch zu messen, daß ständig von einem Taktgenerator
erzeugte Taktimpulse einer bestimmten Frequenz während der Zeit gezählt werden.
Da es unwahrscheinlich ist, daß der Beginn einer zu messenden Zeit mit einem Taktimpuls
zusammenfällt, muß für ein genaues Meßergebnis die Periodendauer der Taktimpulse
sehr viel kleiner als die zu messende Zeit gewählt werden. Bei sehr kleiner zu messender
Zeit lassen sich derartige hohe Taktimpulsfrequen zen mit einfachen Mitteln weder
erzeugen noch zählen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin,
eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit der bei Verwendung von handelsüblichen integrierten
Bausteinen sehr kurze Zeiten gemessen und klassifiziert werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Start-Stop-Generator, der bei
Beginn der zu messenden Zeit gestartet, an deren Ende gestoppt wird und der eine
der Zeit proportionale Anzahl von Impulsen erzeugt, durch einen Zähler, der mit
dem Ausgang des Start-Stop-Generators verbunden ist, durch einen mit dem Zähler
verbundenen Zwischenspeicher, durch eine Steuerschaltung, deren einer Ausgang an
den Recksetzeingang des Zählers, deren anderer Ausgang an den Übernahmeeingang des
Zwischenspeichers angeschlossen ist und durch eine Dekodierschaltung, die das in
dem Zwischenspeicher gespeicherte Ergebnis klassifiziert.
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Es kann während der Zeit, die gemessen werden soll, ein Impuls entsprechender
Dauer erzeugt werden, der dann von der Schaltungsanordnung weiter verarbeitet wird.
Dieser Impuls soll im folgenden als Ereignis-Impuls bezeichnet werden.
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Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung soll anhand eines Ausführungebeispieles weiter erläutert
werden. Es zeigen: Fig. 1 ein Gesamtscbaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 2 einen Impulsplan des Start-Stop-Generators, Fig. 3 einen Impulsplan der erfindungegeniäßen
Schaltungsanordnung.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht aus einem Start-Stop-Generator
R, einem Zähler Z, einer Steuerschaltung
ST, einem Zwischenspeicher
ZS und einer Dekodierschaltung DC.
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Der Start-Stop-Generator R ist als Ringzähler ausgebildet.
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Er besteht aus einer ungeraden Anzahl - im Ausführungsbeispiel drei
- von hintereinandergeschalteten NAND-Stufen NI, N2, N3. Der Ausgang der letzten
NAND-Stufe N3 ist mit einem Eingang der ersten NAND-Stufe Ni verbunden. An den anderen
Eingang der ersten NAND-Stufe N1 am Punkt A wird der Ereignis-Impuls angelegt.
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Die Funktionsweise des Start-Stop-Generators R soll nun in Verbindung
mit dem Impulsplan der Fig. 2 beschrieben werden. In dem Impulsplan sind die Impulse
über der Zeit t aufgetragen. Solange am Eingang A des Start-Stop-Generators R eine
binäre t'O" (entspricht dem Potential Null in Fig. 2) anliegt, verbleiben die Ausgänge
B1, B2, 33 der NAND-Stufen N12 N2, N3 in ihren durch diese "0" erzwungenen stabilen
Lagen. Der Ausgang B1 hat dann positives Potential, der Ausgang B2 Nullpotential
und der Ausgang B3 wiederum positives Potential. Erscheint am Eingang A ein Ereignis-Impuls,
d.h. wechselt das Potential am Eingang von einer binären "0" auf eine binäre "1"
( binäre "1 n entspricht positives Potential), so beginnt der Ringzähler R Impulse
zu erzeugen, deren Pulsdauer von der Laufzeit des Systemes, also von der Anzahl
der NAND-Stufen abhängt und deren Anzahl der Dauer des Ereignis-Impulses proportional
ist (s. Fig. 2).
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In Fig. 2 ist mit T die Gatterlaufzeit der NAND-Stufen des Start-Stop-Generators
R eingezeichnet. Die Anfangsflanke des Ereignis-Impulses zwingt also dem Ringzähler
R ihre Phase auf, sie startet den Start-Stop-Generator, während die Endflanke ihn
stoppt.
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Bei Verwendung eines derartigen Start-Stop-Generators ist es also
nicht notwendig, zur Messung einer kleinen
eit Impulse zu erzeugen,
deren Periodendauer wesentlich kleiner als die zu messende Zeit ist.
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Die Impulse des Start-,stop-Generators R werden über ein Verzögerungsglied
V1 dem Zähler Z zugeführt. Der Aufbau dieses Zählers Z kann auf bekannte Weise erfolgen.
Er kann z.B. aus bistabilen Kippschaltungen bestehen. In diesem Zähler Z wird nun
die Anzahl der von dem Ringzähler R erzeugten Impulse je Ereignis-Impuls gezählt.
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Die Dauer des Ereignis-Impulses und damit die zu messende Zeit ergibt
sich dadurch, daß die Anzahl der gezählten Impulse mit der Summe der Einzellaufzeiten
der NAND-Gatter des Start-Stop-Generators R multipliziert wird.
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Bei der Analyse eines Impulszuges vom Start-Stop-Generator R muß dafür
gesorgt werden, daß der Zähler Z das Ende Jedes Breignis-Impulses erkennen kann;
denn erst, wenn das Zählergebnis an den Ausgängen des Zählers Z erscheint, darf
dieser zurückgesetzt werden. Damit aber das Zählergebnis nicht verlorengeht, wird
es vor dem Zurücksetzen des Zählers Z durch einen Umspeicherbefehl in den Zwischenspeicher
ZS gebracht.
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Zur Steuerung dieser Abläufe ist die Steuerschaltung ST vorgesehen.
Sie besteht aus NAND-Stufen N4, N5, N6, N7 und N8 und Verzögerungsgliedern V2, V3.
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Die Funktion der Steuerschaltung ST soll anhand des Impuleplanes der
Fig. 3 erläutert werden. Im Impulsplan der Fig. 3 sind Impulszüge in Abhängigkeit
der Zeit t aufgezeichnet. Der NAND-Stufe N4 wird der Ereignis-Impuls vom Eingang
A her zugeführt (5. Zeile 1, Fig. 3). Der Potentialverlauf am Ausgang C der NAND-Stufe
N6 und am Ausgang D der NAND-Stufe N7 ist in der dritten und vierten Zeile der Fig.
3 eingezeichnet. Bei
der Wirkungsweise dieser NAND-Schaltungen N4
bis N8 müssen deren Gatterlaufzeiten berücksichtigt werden. Erscheint am EIngang
A ein Ereignis-Impuls, dann geht das Potential am Ausgang D der NAND-Stufe N7 nach
Ablauf deren Gatterlaufzeit auf Null zurück und steigt nach Ablauf der Gatterlaufzeiten
der NAND-Stufen N4 bis N7 wieder auf den positiven Wert. Verschwindet der Ereignis-Impuls
am Eingang A, dann wird das Potential am Ausgang a des NAND-Gatters N6 nach Ablauf
von zwei Gatterlaufseiten (derjenigen von N4 und N6) Null und nach Ablauf einer
weiteren Gatterlaufzeit wieder positiv. Das heißt, bei Beginn des Ereignis-Impulses
erscheint am Ausgang D der NAND-Stufe N7 ein Signal, bei Verschwinden des Ereignis-Impulses
am Eingang A erscheint am Ausgang e der NAND-Stufe N6 ein Signal. Die Ausgänge 13
und D sind mit der NAND-Stufe N8 verbunden. Liegt kein Ereignis-Impuls an, dann
sind die Potentialeam Ausgang C und D positiv, damit liegt der Ausgang E der NAND-Stufe
N8 auf Nuilpotential. Nur wenn an einem der Ausgänge C, D das Potential zu Null
wird, erscheint am Ausgang E der NAND-Stufe N8 ein Signal. Der Ausgang E der NAND-Stufe
N8 ist mit dem Rücksetzeingang des Zählers Z verbunden.
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Dadurch wird gewährleistet, daß das Zählergebnis am Zähler Z erst
dann gelöscht wird, wenn es vollständig ist, d.h. wenn der Ereignis-Impuls am Eingang
A bereits verschwunden ist und der Start- Stop-Generator R keine Impulse mehr abgibt.
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Zwischen dem Ausgang C der NAND-Stufe N6 und der NAND-Stufe N8 sind
zwei Verzögerungsschaltungen V2, V3 angeordnet. Zwischen diesen Verzbgerungesohaltungen
V2, V3 iet ein Verbindungspunkt für eine Leitung vorgesehen, die mit dem Ubernahmeeingang
F des Zwischenspeichers ZS verbunden ist. Immer wenn an diesen Ubernahmeeingang
des Zwischenspeichers ZS ein Signal angelegt wird, wird das Zählergebnis des Zählers
Z in den Zwischenspeicher ZS übernommen.
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Da zwischen dem Verbindungspunkt und der NAND-Stufe N8 die
Verzögerungsschaltung
V3 angeordnet ist, ist gewährleistet, daß das Zählergebnis des Zählers Z auf jeden
Fall bereits in den Zwischenspeicher ZS übernommen worden ist, bevor der Zähler
Z durch ein Signal am Rücksetzeingang in seinen Ausgangszustand zurückgesetzt werden
kann.
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Da die Laufzeiten der Gatter streuen können, sind an kritischen Punkten
variable Versögerungsschaltungen (z.B. V1) in die Schaltungsanordnung eingefügt.
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Der Zwischenspeicher ZS kann aus bistabilen Kippschaltungen als Speicherstufen
aufgebaut sein. Jede Speicherstufe hat zwei Ausgänge, der eine Ausgang ist immer
negiert zum anderen. Diese Ausgänge führen zu der Decodierungsschaltung DC. Die
Decodierungsschaltung DC besteht aus NAND-Stufen. Jede NAND-Stufe hat eben so viele
Eingänge wie der Zwischenspeicher ZS Speicherstufen besitzt. Die Eingänge der NAND-Stufen
der Decodierungsschaltung DC sind so mit den unnegierten und negierten Ausgängen
Q, Q der Speicherstufen des Zwischenspeichers ZS verbunden, daß für jedes im Zwischenspeicher
stehende Zählergebnis nur einer der Ausgänge GO bis G9 der NAND-Stufen ein Signal
abgibt.
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Ist das im Zwischenspeicher ZS stehende Zählergebnis null, dann erscheint
am Ausgang GO ein Signal, steht im Zwischenspeicher das Zählergebnis eins, dann
erscheint- am Ausgang Gi ein Signal usw. Das heißt, hat der Ereignis-Impuls am Eingang
A eine bestimmte Dauer, dann gibt einer der Ausgänge GO bis G9 ein die Dauer des
Ereignis-Impulses kennzeichnendes Signal ab. Durch die Decodierungsschaltung DC
werden also die zu messenden Zeiten klassifiziert. Werden z. B. die Ausgänge GO
bis G9 je einem Zähler zugeführt, dann kann festgestellt werden, wie oft nach einer
bestimmten Zeit Ereignis-Impulse verschiedener Dauer vorgelegen haben. Die Decodierungsschaltung
DC ist für neun Klassen ausgelegt. Sie läßt sich jedoch mit nur geringem Schaltungsaufwand
und
prinzipiell auf beliebig viele Klassen erweitern. Jeder angefügte Dekadenzähler
verzehnfacht die Anzahl der Klassen.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bestehen darin,
daß mit ihr eine Zeitauflösung erreicht werden kann, die lediglich von der Ansprechzeit
der verwendeten Bauteile abhängt, daß die Auswertekapazität auf einfache Weise erweitert
werden kann, die Klassenbreiten durch Schaltungsprogrammierungen beliebig gewählt
werden können und ein einfacher Aufbau mit gebräuchlichen integrierten Schaltkreisen
möglich ist.
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3 Patentansprüche 3 Figuren