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Verfahren zum Feststellen einer frequenzmäaigen Ubereinstimaung einer
ersten Impuls folge mit einer zweiten Inipulafolge Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zum Feststellen einer frequenzmäßigen Übereinstimmung einer ersten
Impuls folge, die eine Bezugsfrequenz hat, mit einer zweiten Impulsfolge, die eine
unbekannte Frequenz hat, wobei die Übereinstimmung oder Nichtilbereinstimmung der
Frequenzen innerhalb einer vorgegebenen -Frequenztoleranz selbsttätig durch Signale
erkennbar gemacht wird.
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In der Impuls technik ist mitunter die Aufgabe zu lösen, eine Impulsfolge,
die eine bestimmte Frequenz (Bezugsfrequenz) hat, mit einer anderen Impulsfolge
zu vergleichen, die eine unbekannte Frequenz hat, und durch den Vergleich festzustellen,
ob beide Frequenzen innerhalb einer vorher festgelegten Frequenztoleranz Ubereinstimmen.
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Die genannte Aufgabe könnte mit einer digitalen Einrichtung gelöst
werden, bei der die unbekannte Frequenz ftlr eine genau definierte Zeitdauer - die
Meßzeit - an den Eingang eines ersten Zählers gelegt wird und die Bezugs frequenz
innerhalb derselben Zeitdauer einem zweiten Zähler zugeführt wird. Ein Vergleich
der Zählergebnisse der beiden Zähler bei AblauE der Meßzeit würde dann zahlenmäßig
erkennen lassen, ob die Frequenzen beider Impuls folgen Ubereinstimmen oder nicht.
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Der
Der Aufwand zur Realisierung einer solchen digitalen
Einrichtung wäre jedoch wegen der benötigten mehrstufigen Zähler verhältnismäßig
hoch, zumal die frequenzmäßige Ubereinstimmung in vielen Fällen mit einer gewissen
Toleranz gemessen werden darf.
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Das Feststellen der frequenzmäßigen Übereinstimmung könnte gegebenenfalls
auch mit einem Rechts-Links-Schiebereginter erfolgen, wofür jedoch eine große Zahl
von Flip-Flop-Schaltungen nötig wäre.
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Außerdem dUrften die Impulse der beiden Impulsfolgen niemals gleichzeitig
an dem Eingang des Rechts-Links-Schieberegisters liegen, so daß also zusätzlich
eine als Sperre dienende Koinzidenzschaltung vorgesehen werden müßte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die frequenzmäßige Übereinstimmung
einer ersten Impulsfolge einer bekannten Frequenz mit einer zweiten Impulsfolge
einer unbekannten Frequenz innerhalb einer vorgegebenen Toleranz festzustellen,
wobei die Impuls- -folgen asynchron verglichen werden können- und keine Zeitbedingungen
einhalten müssen. Dadurch soll auf analoge Speicher mit Kondensatoren und/oder Induktivitäten
verzichtet werden können, die sonst zur Impulsformung und Impulsverzögerung nötig
wären und einem Aufbau mit integrierten Schaltkreisen im Wege stUnden.
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Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch galst, daß filr eine von der
vorgegebenen Frequenztoleranz und von der Bezugsfrequenz abhängige Meßzeit die erste
Impulsfolge einer ersten digitalen Zählschaltung und die zweite Impulsfolge einer
zweiten
zweiten digitalen Zählschaltung zugeführt wird, daß jede
Zählschaltung einen der jeweiligen Anzahl der von ihr gezählten Impulse entsprechenden,
bestimmten Zustand einnimmt, in welchem sie eine diesem Zustand eindeutig zugeordnete
Kombination von Potentialen an ihren Ausgängen abgibt, daß die Potentiale der Ausgänge
der ersten Zählschaltung einer ersten Gruppe von Eingängen und die Potentiale der
Ausgänge der zweiten Zählschaltung einer zweiten Gruppe von Eingängen einer logischen
Verknüpfungsschaltung zugeführt werden, und daß bestimmte Eingänge der ersten und
der zweiten Gruppe derart miteinander logisch verknüpft sind, daß die VerknUpfungsschaltung
ein die NichtUbereinstimmung kennzeichnendes Ausgangssignal liefert, wenn eine Zählschaltung
in der Zeit zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der einen Impulsfolge
mehr- als einen Impuls der anderen Impulsfolge gezählt hat und wenn dieser Zustand
innerhalb der Meßzeit mit einer von der Größe der jeweils vorgegebenen Frequenztoleranz
abhängigen Häufigkeit auftritt.
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Das Prinzip sowie nähere Einzelheiten der Erfindung werden anhand
von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. In der
Zeichnung bedeuten: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 a ein erstes logisches Diagramm einer logischen
VerknUpfungsschaltung für ein Verfahren gemäß Fig. 1, Fig. 2 b
Fig.
2 b zwei Diagramme mit je einer Impuls folge gleicher Folgefrequenz, Fig. 3 a ein
zweites logisches Diagramm einer logischen Verkntlpfungsschaltung für ein Verfahren
gemäß Fig. 1, Fig. 3 b zwei Diagramme mit je einer Impulsfolge, wobei beide Impulsfolgen
verschiedene Folgefrequenzen haben, Fig. 4 ein nlockschaltbild einer als logische
Verknüpfungsschaltung ausgebildeten Matrixschaltung, Fig. 5 zwei Diagramme für zwei
Impulsfolgen verschiedener Periodendauer, wobei die Meßzeit mit einem Impuls der
zweiten Impulsfolge beginnt, Fig. 6 ein logisches Diagramm einer Matrixschaltung
zum Vergleichen von Impulsfolgen gemäß Fig. 5 und 7, Fig. 7 zwei Diagramme für zwei
Impulsfolgen, wobei die Meßzeit mit einem Impuls der ersten Impulsfolge beginnt,
Fig. 8 ein Diagramm zur graphischen Ermittlung der Meßzeit, Fig. 9 eine graphische
Darstellung der Ergebnisse eines angenommenen neispiels, Fig. 10 ein logisches Diagramm
einer Matrixschaltung füi eine unsymmetrische Toleranz und Fig. 11 ein Blockschaltbild
einer digitalen Vergleichseinrichtung mit konstanter Itlativer Bandbereite.
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Das
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt eine digitale
Vergleichseinrichtung 1 zum Vergleichen der Frequenzen zweier Impulsfolgen Ii, I2,
von denen die erste Impulsfolge II, die eine feste Bezugsfrequenz hat, an einem
ersten Eingang 2 liegt, während die zweite Impulsfolge I2, die eine beliebige Frequenz
(Vergleichsfrequenz) haben kann, einem zweiten Eingang 3 zugeführt wird.
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Der erste und der zweite Eingang 2, 3 sind mit je einem ersten Eingang
4, 5 je einer UND-Schaltung 6, 7 und die zweiten Eingänge 8, 9 der UND-Schaltungen
6, 7 miteinander und mit einem dritten Eingang 10 der digitalen Vergleichseinrichtung
1 verbunden. Der dritte Eingang wo dient zum ZufUhren eines, z. B.
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rechteckigen, Zeitbasis-Impulses 11, dessen Länge t (- Meßzeit) einen
bestimmten Zeitabschnitt kennzeichnet, in welchem der Frequenzvergleich der beiden
Impulsfolgen I1, 12 stattfindet.
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Ein Ausgang 12 der UND-Schaltung 6 steht mit einem Zähleingang 13
einer ersten digitalen Zählschaltung 14 und ein Ausgang 15 der UND-Schaltung 7 mit
einem Zähleingang 16 einer zweiten digitalen Zählschaltung 17 in Verbindung.
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Die Zählschaltungen 14, 17 haben je einen Rückstelleingang 18, 19.
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Das zu der Rückstellung der Zählschaltungen 14, 17 erforderliche Potential
erhalten die Rückstelleingänge 18, 19 gemeinsam über eine Negationsschaltung 20,
deren Eingang mit dem dritten Eingang 10 der Vergleichseinrichtung 1 verbunden ist.
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Die
Die beiden Zähischaltungen 14, 17, das sind vorzugsweise
zwei gleichartige Ringzähler, besitzen in dem vorliegenden Beispiel je vier Ausgänge
21 bis 24 bzw. 25 bis 28, die mit je vier Eingängen 29 bis 32 (- erste Gruppe) bzw.
33 bis 36 (- zweite Gruppe) einer logischen Verknüpfungsschaltung, z. B. einer Matrixschaltung
37, verbunden sind. Die Matrixschaltung 37 ist in Spalten und Reihen aufgeteilt,
wobei die Eingänge 29 bis 32 den Spalten und die Eingänge 33 bis 36 den Reihen zugeordnet
sind.
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Von einem Ausgang 38 der Matrixschaltung 37 führt eine Verbindung
an einen ersten Eingang 39 einer bistabilen Speicherschaltung 40, deren Ausgang
mit 41 und deren zweiter Eingang mit 42 bezeichnet ist. Der Ausgang 41 bildet gleichzeitig
den Ausgang der digitalen Vergleichseinrichtung 1.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der digitalen Vergleichseinrichtung
1 gemäß Fig. 1 beschrieben: Liegen an dem ersten und dem zweiten Eingang 2, 3 der-digitalen
Vergleichseinrichtung 1 die Impulsfolgen I1 und 12 und wird dem dritten Eingang
10 der Zeitbasis-Impuls 11 zugeführt, so beginnt automatisch der Frequenzvergleich
der beiden Impulsfolgen, wobei zuerst die vordere, positiv gerichtete Flanke des
Zeitbasis-Impulses 11, die durch die Negationsschaltung 20 invertiert wird, dafür
sorgt, daß die beiden Zählschaltungen 14, 17 in eine definierte Null- bzw. Ausgangsstellung
geführt werden. Durch das positive Potential des Zeitbasis-Impulses 11 sind die
beiden UND-Schaltungen 6, 7 für die Dauer der Meßzeit t derart vorbereitet, daß
daß
die positiven Impulse der Impulsfolgen I1 und 12 an den Zähleingang 13 der ersten
Zählschaltung 14 bzw. an den Zähleingang 16 der zweiten Zählschaltung 17 gelangen.
Jeder an den Eingängen 13, 16 der Zählschaltungen eintreffende Impuls der Impulsfolgen
II, I2 schaltet die betreffende Zählschaltung um einen Schritt weiter, d. h., während
in der Ausgangsstellung einer Zähischaltung, z. B. 14, der erste Ausgang 21 ein
dem logischen Wert L entsprechenden Spannungswert hat und alle anderen Ausgänge
22 bis 24 ein dem logischen Wert 0 entsprechenden Spannungswert aufweisen, gibt
bei dem nächsten Impuls der zweite Ausgang 22 einen dem logischen Wert L entsprechenden
Spannungswert ab, und alle anderen Ausgänge 21, 23, 24 haben einen dem logischen
Wert 0 entsprechenden Spannungswert, und so weiter.
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Der nacheinander von jeweils einem der Ausgänge der beiden Zählschaltungen
14, 17 abgegebene Spannungswert I. gelangt an den dem jeweiligen Ausgang zugehörigen
Eingang der Matrixschaltung 37, deren logisches Diagramm aus Fig. 2 a zu ersehen
ist.
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Bei in der Ausgangsstellung befindlichen Zählschaltungen 14, 17 haben,
wie bereits weiter oben angedeutet, die ersten Ausgänge 21 itnd 25 der Zählschaltungen
einen dem logischen Wert L entsprechenden, . B. positivcn, SpIlnnunüswert , der
gleichzeitig an den ersten Lingängen 29 und 33 der Matrixschaltung 37 liegt. Der
zur spl cchende Breuzungspunkt isl in Fig. 2 a durch den @uchstaben A gekennzeichnet.
Die Eingänge 29 und 33 sind derart miteinander logisch verk@üpft, daß die Matrixschaltung
37 (Fig. 1) an ihrem Ausgang 38
Ausgang 38 einen dem logischen Wert
0 entsprechenden Spannungswert von z. B. O V ab. Die bistabile Speicherschaltung
40 wird zu Beginn des Frequenzvergleichs durch einen Rückstellimpuls an ihrem Eingang
42 von z. B. O V in einen definierten Ausgangszustand gebracht, aus dem sie nur
durch ein, z. B. positives, Potential an ihrem ersten Eingang 39 herausgeführt werden
kann.
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In dem Ausgangszustand der bistabilen Speicherschaltung 40 hat der
Ausgang 41 ein Potential von z. B. O V. Treffen jetzt abwechselnd die Impulse der
Impulsfolgen I1 und I2 ein und hat die Impulsfolge I2 angenommenerweise die gleiche
Frequenz oder Periotentaucr wie die vorgegebene Bezugsfrequenz, so geschieht im
einzelnen folgendes; vgl. Fig. 2 a und 2 b: Der zum Zeitpunkt to (entsprechend der
vorderen Flanke des Zeitbasis-Impulses 11) eintreffende erste Impuls a der ersten
Impulsfolge I schaltet die erste Zählschaltung 14 um einen Schritt weiter, d. h.
ihr Ausgang 22 gibt einen, z. B. positiven, Spannungswert ab, während die anderen
Ausgänge dieser Zählschaltung den Spannungswert von z. B. O V haben. An dem zweiten
Eingang 30 der Matrixschaltung 37 liegt somit ein positives Potential, während der
erste Eingang 33 nach wie vor das positive Potential des ersten Ausgangs 25 der
noch in ihrer Ausgangsstellung befindlichen zweiten Zählschaltung 17 hat. Auch die
Eingänge 33 und 25 sind derart miteinander verknüpft, daß die Matrixschaltung 37
einen Spannungswert von z. B. O V abgibt, der die bistabile Speicherschaltung 40
in ihrem Ausgangszustand beläßt, in welchem ihr Ausgang 41 z. B. ein Potential von
0 V abgibt.
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Trifft
Trifft zu einem Zeitpunkt tl der erste Impuls
b der zweiten Impulsfolge I2 ein (vgl. unteres Diagramm in Fig. 2 b), so gibt der-
zweite Ausgang 26 der zweiten Zählschaltung 17 ein, z. B.
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positives, Potential ab. Während an dem zweiten Eingang 30 der Matrixschaltung
37 noch das, z. B. positive, Potential des zweiten Ausgangs 22 der ersten Zählschaltung
14 liegt, hat also nunmehr auch der zweite Eingang 34 ein, z. B. positives, Potential.
Auch hierbei sind die Eingänge 30 und 34 wieder derart miteinander verknüpft, daß
die Matrixschaltung an ihrem Ausgang ein Potential von 0 V abgibt.
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Folgen jetzt zu den Zeitpunkten t2 bis t5 der Reihe nach die Impulse
c, d, e und f der Impulsfolgen II und 12 (vgl. Fig. 2 b), so erhalten nacheinander
die in dem logischen Diagramm gemäß Fig. 2 a durch je einen Punkt gekennzeichneten
Kreuzungspunkte von je zwei zugehörigen Ausgängen der Zählschaltungen 14, 17 ein,
z. B. positives, Potential.
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Da als erste und zweite Zählachaltung 14, 17 je ein Ringzähler vorgesehen
ist, gelangt die erste Zählschaltung 14 nach dem Erreichen des letzten Kreuzungspunktes
und dem Eintreffen eines weiteren Impulses g der ersten Impulsfolge Ii wieder in
den Ausgangszustand, in welchem der erste Ausgang 21 das, z. B.
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positive, Potential hat. Der Vergleich der beiden Impulsfolgen 12
12 wird dann noch so lange fortgesetzt, bis der Zeitbasis-Impuls 11 nach Ablauf
der Meßzeit t aufhört.
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Wird
Wird während der gesamten Meßzeit t niemals
einer der markierten und weiter unten beschriebenen Kreuzungspunkte 43 bis 46 erreicht,
so bleibt das Potential am Ausgang 38 der Matrixschaltung 37 bzw. am Ausgang 41
der bistabilen Speicherschaltung 40 gleich. Dieses Potential entspricht dem bestimmten
Signal, welches angibt, daß die Frequenzen der beiden Impulsfolgen II, I2 innerhalb
eines bestimmten Toleranzbereichen gleich sind.
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Anders sehen die Verhältnisse aus, wenn die Frequenzen der beiden
zu vergleichenden Impulsfolgen II', 12' mit einer größeren als der zulässigen Toleranz
voneinander abweichen; vgl. Diagramme in Fig. 3 b und logisches Diagramm in Fig.
3 a.
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Trifft zwischen dem ersten und dem zweiten Impuls der ersten Impulsfolge
II' kein Impuls der zweiten Impulsfolge I2' ein, ist also der auf den ersten Impuls
a folgende Impuls ein Impuls b der ersten Impulsfolge I1', so liegt am dritten Eingang
31 der Matrixschaltung ein, z. B. positives, Potential, während nach wie vor der
Eingang 33 ein, z. B. positives, Potential hat.
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Damit ist einer der vier markierten Kreuzungspunkte 43 bis 46 der
Matrixschaltung 37 erreicht. Die zu den markierten Kreuzungspunkten 43 bis 46 gehörenden
Eingänge 31, 33; 32, 34; 29, 35 und 30, 36 sind paarweise derart miteinånder verknüpft,
daß die Matrixschaltung 37 an ihrem Ausgang 38 ein, z. B. positives, Potential abgibt,
wenn an je zwei zusammengehörenden Eingängen 31, 33; 32, 34; .29, 35; 1(), 36 ein,
z. B. poSitiveS, Potential liegt. Sobald der Ausgang 38 der llatrixschaltung 37
ein, z. B.
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positives
positives, Potential abgibt, kippt ie
bistabile Speicherschaltung 40 in einen zweiten stabilen Zustand, in welchem ihr
Ausgang 41 ein positives Potential abgibt.
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Ein positives Potential an dem Ausgang 41 der bistabilen Speicherschaltung
40 bzw. der digitalen Vergleichs einrichtung 1 besagt, daß die zu vergleichenden
Frequenzen innerhalb des Toleranzbereiches nicht übereinstimmen.
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Obgleich das Nichtübereinstimmen der Frequenzen der beiden Impulsfolgen
bereits festgestellt worden ist, läuft der Vergleich noch selbsttätig weiter, d.
h. beim Eintreffen des Impulses c (Fig. 3 b) zum Zeitpunkt t3 erhält der Eingang
34 der Matrixschaltung 37 ein positives Potential, während an ihrem Eingang 31 noch
das positive Potential vorhanden ist. Der den beiden Eingängen 34 und 31 zugeordnete
Kreuzungspunkt ist nicht markiert, so daß die Diodenmatrix 37 jetzt wieder.an ihrem
Ausgang 38 das Nulipotential abgibt. Die bistabile Speicherschaltung 40 reagiert
jedoch nicht auf das Nuilpotential an ihrem ersten Eingang 39 und behält daher ihren
zweiten Speicherzustand bei. Mit dem nächsten zum Zeitpunkt t4 eintreffenden Impuls
d der ersten Impulsfolge Ij wird wieder ein markierter Kreuzungspunkt 44 erreicht.
Da sich die bistabile Speicherschaltung 40 bereits in dem zweiten Speicherzustand
befindet, behält sie auch jetzt diesen Zustand bei. Die Impulse e, f und folgende
werden dann noch ausgewertet, bis das Ende der Meßzeit t erreicht ist. Die bistabile
Speicherschaltung 40 behält
behält ihren zweiten Speicherzustand
bis zum Ende der Meßzeit t bei. Das positive Potential am Ausgang 41 besagt, daß
die Frequenzen der beiden verglichenen Impulsfolgen I ' I2' innerhalb des Toleranzbereiches
nicht übereinstimmen. Die bistabile Speicherschaltung 40 kann erst durch einen Rückstellimpuls,
der ihrem zweiten Eingang 42 zugeführt wird, in ihren Ausgangszustand.
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zurückgeführt werden.
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Die in Fig. 4 als Blockschaltbild dargestellte Matrixschaltung-37
soll, wie bereits weiter oben angedeutet, immer dann einen, z. B.
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positiven, Impuls an ihrem Ausgang 38 abgeben, wenn zu irgendeinem
Zeitpunkt an einem bestimmten Eingangspaar, das sind je zwei Eingänge 31, 33; 32,
34; 29, 35 oder 30, 36, die je einem markierten Kreuzungspunkt 43 bis 46 entsprechen,
gleichzeitig ein, z. B. positives, Potential vorliegt. Jedem der vier Eingangspaare
der Matrixschaltung ist je eine UND-Schaltung 47, 48, 49 und 50 zugeordnet, und
die Ausgänge der vier UND-Schaltungen 47 bis 50 stehen mit je einem Eingang einer
ODER-Schaltung 51 in Verbindung, deren Ausgang 38 den Ausgang der Matrixschaltung
bildet.
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Für die Berechnung der Meßzeit t muß man von folgenden Uberlegungen
ausgehen, die an Hand von Beispielen erläutert werden: Die beiden Impulsfolgen Ii
und I2 (vgl. Fig. 5) haben angenommenerweise je eine Periodendauer T1 und T2 (T1
< T2) von z. B.
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1,0 an und 1,4 as und liegen an den Eingängen 2 und 3 einer digitalen
Vergleichseinrichtung 1 mit einer Matrixschaltung, deren logisches
logisches
Diagramm aus Fig. 6 zu ersehen ist, und zwar entspricht das linke obere Quadrat
52 des logischen Diagramms der Matrixschaltung, die in diesem Fall zwei Gruppen
von je acht Eingängen haben soll. Dementsprechend haben auch die zugehörigen Zählschaltungen
je acht Ausgänge. Das logische Diagramm ist durch drei weitere Quadrate zu einem
größeren Quadrat ergänzt, um die symmetrische Lage der markierten Kreuzungspunkte
53, 54 besser zu zeigen.
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Wären die Periodendauern der Impulsfolgen Ii und 12 genau gleich und
würde ein Eingangspaar nach dem anderen ein L-Signal erhalten, so ergäbe sich der
mit 55 bezeichnete und bei A beginnende, diagonale treppenförmige Verlauf, d. h.,
die in gleichen Abständen parallel zu der Diagonale vorgesehenen markierten Kreuzungspunkte
53, 54 würden niemals erreicht werden.
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Bei solch einem Verlauf liegt also eine frequenzmäßige Übereinstimmung
der Impulsfolgen II, 12 vor.
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Kommt man jetzt auf das Beispiel gemäß Fig. 5 zurück, bei welchem
zu der Zeit t ein erster Impuls il der Impulsfolge 12 vorliegt, so ergibt sich der
in Fig. 6 gestrichelt dargestellte Verlauf 56. Zwischen den Impulsen i5 und i8 der
zweiten Impulsfolge 12 treten zwei Impulse i6 und i7 der ersten Impulsfolge Ii auf;
das gleiche geschieht zwischen i10 und 13 sowie zwischen 17 und i20 und i22 und
i25. Zu einem Zeitpunkt te, d. h. durch den Impuls i24der ersten Impuisfolge I1,
wird ein markierter Kreuzungspunkt 57 erreicht, und die Matrixschaltung gibt ein,
z. B. positives, Signal 58 ab.
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In
In diesem Beispiel ergeben sich für die Zeit
vom Start (Zeitpunkt t0) bis zur Abgabe des Impulses 58, d. h. für die Pulszeiten
t1(n), t2(n), folgende Gleichungen: t1(n) = t1(1) + (n - 1)T1 0<t1(1)<T1 )
) (1) ) t2(n) = t2(1) + (n - 1)T2 0<t2(1)<T2 ) In diesen Gleichungen entspricht
n der Zahl der Impulse bis zur Abgabe des Signale 58, T1 und T2 der Periodendauer
der Impulsfolgen II, I2 und t(1) und t2(1) der Zeit vom Zeitpunkt t bis zum ersten
Impuls der ersten bzw. der zweiten Impuls folge.
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Da die Periodendauer T1 kleiner ist als die Periodendauer T2, wird
das Ausgangssignal durch einen Impuls der Impulsfolge Ii ausgelöst (zwei Impulse
i23 und i24 fallen in eine Periode der Impulsfolge 12, und der Impuls i24 löst das
Ausgangssignal 58 aus). Damit ergibt sich für die Zeit T1 vom Start (Zeitpunkt t0)
bis zur Abgabe eines Ausgangssignals die Gleichung: t1 = t1(1) + (nx - 1)T1, (2)
worin nx derjenige Impuls ist, bei dem das Ausgangssignal erzeugt werden soll.
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In dem logischen Diagramm gemäß Fig. 6 sind M freie Zustände vorhanden,
wobei M 2 2 sein soll und im vorliegenden Fall gleich 4 ist (vom Ausgangszustand
A nach rechts bis zu dem oberen markierten Kreuzungspunkt 54 gerechnet). Bei M freien
Zuständen müssen
müssen für nX folgende beiden Ungleichungen erfüllt
sein: t1(1) + (nx - 1)T1 < t2(1) + (nx - M)T2 (a) ) ) (3) ) t1(1) + (nx - 2)T1
> t2(1) + (nx - 1 - M)T2 (b) ) Für genügend große nX ist die erste Ungleichung
immer zu erfüllen (wegen T2 > T1), während die zweite für genügend kleines nX
erfüllt ist.
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Ist dagegen T1 r T2, so ist immer nur die zweite Ungleichung erfüllt,
d. h. es gibt keinen endlichen Wert für nX, der beide Ungleichungen erfüllt, und
daher erscheint kein Ausgangssignal.
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Durch Umformen der Gleichungen (3) erhält man
In Fig. 7 haben die Impulsfolgen I' und I2' die gleichen Periodendauern wie in Fig.
5, mit dem Unterschied, daß die Startbedingungen zum Zeitpunkt t anders sind. Daraus
ergibt sich auch ein anderer treppenfbrmiger Verlauf 59. Der Fall, daß zwei Impulse,
z, B. i6 und i7 der ersten Impulsfolge zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen
der zweiten Impuls folge 12 vorliegen, tritt in kürzeren Abständen auf, eo daß ein
markierter Kreuzungspunkt 60 schon früher erreicht wird.
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Maßgebend für die Berechnung der Meßzeit ist die iängste Dauer bzw.
die größte Zahl der Impulse bis zur Abgabe des Ausgangsimpulses.
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impulses. Um den größten Wert von nX zu erhalten, müssen nach Gleichung
(4) folgende Anfangsbedingungen erfüllt werden: Die Zeit t i(1) muß möglichst groß
und die Zeit t2(1) möglichst klein sein oder anders ausgedrückt: t1(1) = T1 - #
t2(1) = #. (5) wobei E ein sehr kleiner über dem Wert Null liegender Zeitwert ist.
In Verbindung mit Gleichung(4) erhält man folgende Beziehung:
Ist der erste Bruch eine ganze Zahl, so ist nX gleich dieser Zahl + 1. Wenn der
Bruch keine ganze-Zahl ist, dann ist nX gleich der nächsten größeren ganzen Zahl
+ 1. Durch Anwendung der Klammer-Funktion ((xJ - größte ganze Zahl, die # x ist)
kann man auch schreiben
Damit erhält man aus (2) unter Berücksichtigung von t1 t1(1)
Für den Minimalwert von nX gilt: t1(1) = # t2(1) = T2 - #, (9) woraus eich unter
Berücksichtigung der Gleichung (4) folgende Beziehung ableiten läßt:
oder analog Gleichung (7):
Für die minimale Zeit 1 @@min ergibt sich dann:
Für den Fall, daß T1 > T2 ist, erhält man die gleichen Formeln, nur muß man die
Indizes 1 und 2 vertauschen.
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Im folgenden seien die aus den Fig. 5 bis 7 ersichtlichen AusfUhrungsbeispiele
auf dem Rechnungswege erläutert.
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Wie bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
6 erwähnt, sollen die beiden Zählschaltungen, deren Ausgänge mit je einer Gruppe
von Eingängen der Matrixschaltung verbunden sind, je acht Zustände einnehmen können.
Ferner soll die Zahl der freien Zustände M - 4 sein. Die Frequenz der ersten Impulsfolge
I1 (Bezugsfrequenz) betrage 1 kein, d. h. die Periodendauer T1 der ersten Impulsfolge
1 ms und die Periodendauer 2 der zweiten Impulsfolge 7 T 1 - 1,4 ms. Unter diesen
Voraussetzungen ergibt sich aus Gleichung (8):
und aus Gleichung (12)z
(14) Geht
Geht man dagegen davon aus, daß T2 kleiner als T1 ist,
also zum Beispiel T1 = 1 ms und T2 = 5/7 ms, dann erhält man folgende Werte:
Aus diesen Ergebnissen lassen sich folgende Schlüsse ziehen: a) Wenn gewährleistet
ist, daß T2 immer größer ist als 1 ms (f2 < 1 kHz), dann muß die Meßzeit mindestens
14 ms betragen, und es darf kein Ausgangssignal vorhanden sein, um sicher zu sein,
daß 2 > 5/7 kHz ist.
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b) Wenn gewährleistet ist, daß f2 immer kleiner als 1 kHz ist, dann
muß die Meßzeit mindestens 8 ms betragen, und es muß ein Ausgangssignal vorhanden
sein, um sicher zu sein, daß f2 < 5/7 kHz ist.
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c) Wenn gewährleistet ist, daß f2 immer größer als 1 kilz ist, dann
muß die Meßzeit mindestens 10 ms betragen, und es darf kein Ausgangssignal vorhanden
sein, um sicher zu sein, daß f2 < 7/5 kHz ist.
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d) Wenn gewährleistet ist, daß f2 immer größer als 1 kHz ist, dann
muß die Meßzeit mindestens 5,72 ms betragen, und es muß ein Aus-7 gangssignal vorhanden
sein, um sicher zu sein, daß @2 > 5 kHz ist.
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In einem weiteren Beispiel wird der Fall behandelt, daß eine Frequenz
f2 sicher im Bereich 0,890 kHz bis 1,110 kHz liegt (1,0 kz # 0,11 kHz)
+
0,11 kHz). Für M wird wieder der Wert 4 angenommen. Es ist also zu fordern: T imax
I T 2max Frei wählbar ist noch die Frequenz f1.
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Es ergeben sich aus (8) und (12) die beiden Gleichungen (alle Zeiten
in an)
Die Lösung dieser beiden Gleichungen geschieht am besten graphisch.
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Allgemein erhält man den aus Fig. 8 ersichtlichen Kurvenverlauf.
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Die Lösung für das angenommene Beispiel geht aus Fig. 9 hervor.
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In der Praxis wird man die Meßzeit tm etwas erhöhen, um Toleranzen
der Bezugsfrequenz fl aufzufangen, und es gilt dann die Aussage: Wenn nach der Meßzeit
kein Ausgangssignal vorhanden ist, dann lag die Frequenz f2 innerhalb der geforderten
Toleranzen.
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Die markierten Kreuzungspunkte 53, 54 in dem logischen Diagramm gemäß
Fig. 6 können gegebenenfalls, d. h. wenn eine unsymmetrische Frequenztoleranz gewünscht
wird (vgl. Fig. 10), unsymmetrisch zu der durch den Ausgangspunkt A verlaufenden
Diagonalen in dem logischen Diagramm gemäß Fig. 10 liegen. In diesem Fall bleiben
die obigen Gleichungen gültig, wenn man bei T1 < T2 anstatt der freien Zustände
N den Ausdruck M1 setzt und bei T1 > T2 den Ausdruck M2 einführt.
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Eine
Eine digitale Vergleichseinrichtung 61, bei
der der Frequenzvergleich mit konstanter relativer Bandbreite ausgeführt wird, zeigt
das Blockschaltbild gemäß Fig. 11. Es unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig.
1 dadurch, daß eine dritte Zählschaltung 62 vorsehen ist, deren Zähleingang 63 mit
dem letzten Ausgang 28 der zweiten Zähschaltung 17 verbunden ist (für alle in Fig.
1 bereits vorhandenen Elemente des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1I werden zur Vereinfachung
die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 benutzt).
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Ein Ausgang 64 der dritten Zählschaltung 62, das ist z. B. der letzte
Ausgang, ist mit einem zweiten Eingang 65 einer zweiten bistabilen Speicherschaltung
66 verbunden, deren erster Eingang 67 dem dritten Eingang 10 (vgl. Fig. 1) für einen
Startimpuls 68 entspricht. Ein Ausgang 69 der zweiten bistabilen Speicherschaltung
66 steht mit den zweiten Eingängen 8, 9 der UND-Schaltungen 6, 7 und über die Negationsschaltung
20 mit den RUckstelleingAngen 18, 19 der ersten und zweiten Zählschaltung 14, 17
sowie mit einem RUckstelleingang 70 der dritten Zählschaltung 62 in Verbindung.
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Die Wirkungsweise der digitalen Vergleichseinrichtung 61 mit einer
von der Höhe der Frequenz der zweiten Impulsfolge I2 abhängigen Meßzeit ist folgende:
Durch den kurzen, z. B. positiven, Startimpuis 68 (vgl. Fig. 11) wird die zweite
bistabile Speicherschaltung 66 von ihrem Ausgangszustand in einen zweiten stabilen
Zustand übergeführt, in welchem ihr Ausgang 69 ein, z. B. positives, Potential abgibt.
Das positive Potential bereitet die UND-Schaltungen 6 und 7 vor und wird, durch
durch
die Negationsschaltung 20 invertiert, den Rückstelleingängen 18, 19 und 70 aller
drei Zählschaltungen zugeführt, die dadurch in ihre Nullstellungen gelangen. Es
werden dann die Impulse a, b, (vgl. Fig. 2 b) der zu vergleichen Impulsfolgen II,
I2 den Zähl- -schaltungen 14 und 17 zugeführt. Die.Matrixschaltung 37 führt dann
den Vergleich durch. Bei jedem vierten Impuls, z. B. dem Impuls h der Impulsfolge
12 (vgl. unteres Diagramm in Fig. 2 b), gibt der vierte Ausgang 28 der zweiten Zählschaltung
17 ein, z. B.
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positives, Potential ab, wodurch die dritte Zählschaltung 61 um jeweils
einen Schritt fortgeschaltet wird. Ist auch bei der dritten Zählschaltung 61 der
z. B. vierte Zählschritt erreicht, so gibt der (vierte) Ausgang 64 ein, z. B. positives,
Potential ab, das die zweite bistabile Speicherschaltung 66 in ihren Ausgangszustand
zurückführt, wodurch der Vergleich der Frequenzen automatisch beendet wird, da dann
die zweite bistabile Speicherschaltung 66 an ihrem Ausgang 69 kein positives Potential
mehr abgibt und die UND-Schaltungen 6, 7 für weitere Impulse der Impulsfolgen I
12 gesperrt sind.
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Liegt also an dem zweiten Eingang 3 der digitalen Vergleichsschaltung
eine Impulsfolge 12 mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz, so wird der vierte
Zählschritt der dritten Zählschaltung 62 schneller erreicht und damit die Meßzeit
kürzer sein, ale wenn die Frequenz der Impulsfolge niedriger ist. Die Meßzeit hingt
damit in umgekehrtem Verhältnis von der jeweiligen ll5he tli>r Frequenz der zweiten
Impulsfolge I2 ab.
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Eine
Eine Anwendung für das vorliegende Verfahren
bzw. für die digitale Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bildet ein kombinierter
Selektivrufgeber und -auswerter für einen aus einer Folge von Tonfrequenzen bestehenden
Selektivruf, insbesondere für Sprechfunkgeräte. Bisher ist jedes Sprechfunkgerät
mit auf die einzelnen Tonfrequenzen abgestimmten, nacheinander einschaltbaren Schwingkreisen
versehen, die als frequenzbestimmende Elemente wahlweise des Selektivrufgebers oder
-auswerters dienen können. Da diese Schwingkreise jedoch Induktivitäten enthalten,
können solche kombinierten Selektivrufgeber und -auswerter bisher nicht ausschließlich
mit integrierten Schaltungen ausgeführt werden.
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Dieser Nachteil läßt sich zumindest für den Selektivrufauswerter vermeiden,
wenn der Geber auf die Tonfolge des dem eigenen Sprechfunkgerät zugeordneten Selektivrufs
umschaltbar ist. Dann kann nämlich nacheinander jede einzelne Tonfrequenz dem ersten
Eingang 2 der digitalen Vergleichseinrichtung 1 (vgl. Fig. 1) als Bezugsfrequenz
zugeführt werden, während ein mit dem Empfangsteil des Sprechfunkgerätes empfangenes
und demoduliertes Anrufsignal an den -zweiten Eingang 3 gelangt. Stimmt jeweils
die mit dem internen Selektivrufgeber erzeugte Tonfrequenz mit der empfangenen Tonfrequenz
überein, so gibt die bistabile Speicherschaltung 40 den ersten Spannungswert ab.
Stimmt schließlich die empfangene Tonfolge vollständig mit der von dem Selektivrufgeber
gelieferten T>nfolge überein, so ist der Seldktizruf als richtig erkannt worden.
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Eine vorteilhafte Abwandlung der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig.
1 und 11 ist insofern möglich, als an Stelle der vorgesehenen Ringzähler, die entsprechend
dem (In)-Code bei jedem gezählten Impuls an einem anderen Ausgang das bestimmte
Potential abgeben, Binärzähler verwendet werden können. Der Binärzähler braucht
für z. B. vier verschiedene Zustände nicht vier Ausgänge (wie der Ringzähler), sondern
nur zwei Ausgänge. In diesem Fall hat dann auch die logische Verknüpfungsschaltung
(Matrixschaltung 37) nur je zwei Eingänge pro Gruppe, wodurch allerdings eine von
der Matrixschaltung gemäß Fig. 4 abweichende Verknüpfung gewählt werden muß.
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Es sei auch noch erwähnt, daß die beiden Impulsfolgen I1 und 12 keine
zeitlich konstante Folgefrequenz haben müssen, sondern daß auch sogenannte Gleitfrequenzen
ausgewertet werden können, bei denen die Frequenz eine Funktion der Zeit ist. Nur
als Beispiel sei der Frequenzvergleich zweier anlaufender Generatoren genannt, deren
Frequenz mit ansteigender Generatordrehzahl ebenfalls zunimmt.