DE2233708A1 - Schaltungsanordnung zur analog-digital-umsetzung von in elektrischer form vorliegenden groessen oder signalen - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Umsetzung von in elektrischer Form vorliegenden Größen oder Signalen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Umsetzung von in elektrischer Form vorliegenden Größen oder Signalen mittels schwellwertgesteuerter Vergleichs- und Entscheidungseinheiten und ^geordneter Schwellwertgeneratoren.

Vorrichtungen zur Analog-Digital-Umsetzung sind bekannt. Die heute modernste Form der Analog-Digital» Umsetzung beruhWauf der Pulscodemodulation (POI). Bei»

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spiele hiefür finden sich in den deutschen Auslegeschriften 1029711, 1959975, 2036557, 2040559 und 204-1077 sowie in der. franz. Patentschrift 6926970. Die PCM ist ein in vielen Zweigen der Elektronik verbreitetes Verfahren, wobei quantisierte analoge Meßwerte in den Binärcode uragewan~ delt werden. Damit nützt sie alle Vorteile der binären Signalform. Dabei muß der Zeitmaßstab des Binärsignals um die gewählte Bitzahl pro Analogwert erhöht v/erden und die Bitgruppen müssen richtig erkannt und bewertet v/erden. Wird ein Bit in einer Gruppe gestört oder falsch bewertet, so kann der Fehler fast die Größe des gesamtes KTeBbor-eichumfanges ausmachen. Daher ist die Synchronisation beim PCM~ Verfahren ein zentrales und heikles Problem. Dazu kommt nochj daß der Aufwand der nötigen Modulatoren und Demodulatoren relativ hoch ist, insbesondere wenn die Bildung von Kennwerten der Eingangssignale mit der Analog-Digital-Umsetzung verbunden ist „j

Al©o//eiterer Nachteil im Zusammenhang mit der Analog-Digital-Umsetzung wirken sich wegen der unterschiedlichen Bitwertigkeit bei der PCM Störungen bei kleinen Analogwerten prozentuell wesentlich stärker aus als bei großen.

Neben der PCM könnten noch die Pulsfrequenzverfahrens die in der Literatur-beispielsweise durch die österreichischen Patentschriften 254.975_V 260.345, 275.649, 278·159 und 283o490 sowie durch die deutschen Auslege-

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Schriften·1011.327, 1022.127, 1028.469»' 1029.?11, 1062.583, 1122.417, 1288.488 und .1762.570 vertreten sind, zum Stand der Te'chnik gezählt, werden. Allen Pulsfrequenzyerfahren ist gemeinsam, daß die Höhe der Impulsfrequenz in eindeutiger Weise der Meßgrößo zugeordnet ist und d.ede Meßgrös_T senänderung eine entsprächende Änderung der Impulsfrequenz zur Folge hat. Dabei ist?,einem bestimmten Meßwertbereich ein bestimmter Impulsfrequenzbereich zugeordnet, per erforderliche Frequenzbereich wird durch die gewünschte Gerrauig·* keit der Umsetzung, die Frequenzstabilität der Umsetzer ■ und die Größe der Störeinflüsse mitbestimmt. Die Zuordnung der Meßgröße und der Impulsfrequenz kann in mehrfacher V/eise realisiert werden. Bei meßtechnischen Untersuchungen an rotierenden Teilen erzeugen die Geber in Abhängigkeit von der Drehzahl .fortlaufend Impulsfolgen mit .variables? Impulsfrequenz. Bei anderen Verfahren herden in Abhängigkeit der Meßgröße die RC-Glieder astabiler Multivibratoren gesteuert, wodurch ein funktioneller Zusammenhang zwischen Meßwert und Impulsfrequenz erreicht wird. Abgesehen von den Geberproblemen weist das Pulsfrequenzverfahren an sich zv/ei wesentliche Nachteile auf:'
Erstens ändert sich in Abhängigkeit vom Meßwert das

Leistungsspektrum des Impulssignals und damit sein Band- . bedarf .in weiten Grenzen. Dadurch sind Synchronisationsprobleme und die Bekämpfung von Störungen der Signalübertragung erheblich erschwert und aufwendig. Zweitens geht die Frequenzkonstanz der Meßwertumsetzer voll in die Meßgenauigkeit ein.

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. Die gegenständliche Erfindung vermeidet die genannten Nachteile der bekannten·'Verfahren und ermöglicht die Analog-Digital-Umsetzung von Größen und Signalen in neuer und vorteilhafter V/eise.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art ein Verknüpfungsnetzwerk vorgesehen ist, daß jede Vergleichs- und Entscheidungseinheit einen ergodischen Konverter enthält und daß die Schwellwertgeneratoren Ausgangsspannungen mit vorgebbaren relativen Amplitudenhäufigkeiten aufweisen, wobei an Ausgang des Verknüpfungsnetzwerkes eine binäre Impulsfolge mit signalkennwertbezogener relativer Impuls- oder Impulsdauerhäufigkeit auftritt.

Durch diese Ausbildung ergeben sich gegenüber herkömmlichen Arten der Analog-Digital-Umsetzung die Vorteile: hohe Störimmunität, hohe Diskriminatorwirkung gegenüber .vertauschten Analogwerten_? völlige Immunität gegen Schwankungen der Bitfrequenz und synchrone oder asynchrone Analogwertrückgewinnung.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht. Es zeigen: .Fig.1 ein prinzipielles Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und die Pig. 2a und 2b zugehörige Signalverläufe; die Fig. Ja bis 3d weitere Signalverläufe zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung; die Fig. 4-a bis 4-e weitere Ausgestaltungen bzw. Abwandlungen der Schaltungsanordnung gemäß Fig,1 und die Fig. 5a bis $c Diagramme zur Erläuterung der Signalverar—

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beitung mit diesen Anordnungen^ Fig. 6 eine zusätzliche ,Meßanordnung zur digitalen Anzeige des Ergebnisses; Fig. 7a eine Kombination von zwei Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 4-b zu einer neuen Anordnung und die Fig. 7b bis 7e Varianten hievon; Fig. 8a eine Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Umsetzung SMr Wurzelwerte aus zeitlichen Mittelwerten und Fig. 8b eine Variante eines Teiles dieser Anordnung; Fig. 9 eine Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Umsetzung mit funktioneller Quotientenbildung zeitlicher Mittelwerte; Fig. 10 eine Schaltungsanordnung zur binären Darstellung des Korrelationskoeffizienten; die Fig. 11a und 11b Schaltungsanordnungen zur Analog-Digital-Umsetzung mit funktioneller Gleichrichfoeitbildung und die Fig. 12a bis 12d zugehörige Diagramme zur Erläuterung der Signalverarbeitung, und Fig. 13 eine Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Umsetzung für funktionaltransformierte Signale._

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung weist einen Aufnehmer 1 auf,' der eine Größe m(t), beispielsweise eine Kraft, Beschleunigung, Spannung, Strom oder andere, mechanische, optische, akustische oder elektrische Größen abgibt. Die im allgemeinen Fall physikalische Größe m(t) wird mittels eines Meßumformers 2 in eine elektrische Größe e(t) umgewandelt und in- dieser Form einer schwellwertgesteuerten Vergleichs- und Entscheidungseinheit 3 zu- ] geleitet. Die Einheit 3 vergleicht die Größe e(t) mit der ■ Schwellwertgröße v(t), die der Schwellwertgenerator 4 erzeugt,

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und entscheidet, für v/eichen V7ert von t die Ungleichung (1)

e(t) 2 v(t) (1)

erfüllt ist« Der entsprechende Ablauf des Vergleichs- und Entscheidungsvorganges soll für die vereinfachten Annahmen, daß e(t) = E eine konstante Spannung und v(t) - s(t) eine Sägezahnspannung (J¹Xg₀ 2a) ist_s an Hand der Fig. 2a und 2b erklärt werden. Die Pig» 2a-zeigt den Verlauf der-Sägezahnspannung s(t) mit ihren Maximalwert S und die über der Zeit konstante Größe E. Unter der Voraussetzung der Verhältnisse entsprechend den FIg₀ 2a und 2b tritt am Ausgang der Funktionseinheit 3 so lange der Spannungspegel U^ -(Fig. 2b) auf, solange die Ungleichung. (2) . ■

E ^ s(t) (2)

gilt, sonst'der Spannungspegel U , Ordnet man gemäß Fig. 2b dem Spannungspegel U^ den Zustand "log·* ¹^h 1" und des Span-

nungspegel U den Zustand "logisch Ο'⁸ zü₉ tritt am Ausgang ° auf

der Einheit 3 eine Punktion z(t)/, die mathematisch als Folge der Zustände, "logisch O und 1" beschrieben v/erden kann. In folgenden sollen die Zustände logisch 0 und 1 kurz Zustände O und 1 bezeichnet werden. Die Folge z(t) besteht in,konkreten Zusammenhang mit Ungleichung (2) entsprechend Fig. 2b aus einer periodischen Aufeinanderfolge der Zustände O und 1. Die relative Häufigkeit für den Zustand 1 in z(t) ist dem Wert t-g direkt proportional. Bei genügend langer Beobachtungsdauer ist im Sinne der Y/ahrscheinlichkeitstheorie eine relative Häufigkeit mit Meßgenauigkeit ihrer entspre-

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ehenden Wahrscheinlichkeit gleichzusetzen. Es ist an Hand von Pig.-2a leicht zu überlegen, (daß die Häufigkeit des Zustandes 1 in z(t) der Zeit t-g proportional ist und daher ■ die Wahrscheinlichkeit für den Zustand 1 in z(t), p(Z:=1), aus Gleichung (3).

.P(Zr-I)' « t_E/t_p - E/S (3)

"berechnet werden kann, die die direkte Proportionalität zwischen der Wahrscheinlichkeit für den Zustand 1 und dera Wert E angibt.

Die Punktion z(t) ist im nachrichtentechnischen Sinn ein binäres elektrisches Signal, bei dem alle Vorzüge binärer Signalformen gegeben sind. Am Ausgang der Einheit 3 tritt ein Binärsignal z(t) auf, für das gemäß den in Fig. 2b dargestellten Zusammenhängen die Gleichung (4·)

erfüllt ist, wenn mit M der zeitliche Mittelwert der Folge z(t) bezeichnet wird. Damit gilt mit Gig. (3) auch die Be-

* ■

Ziehung (5)

M/S = t_E/t_p = E/S (5)

sodaß 'K mit dem Wert E identisch ist., Zusammenfassend muß festgehalten werden, daß die Schaltungsanordnung nach Fig. einem.konstanten Analogwert E eine binäre Folge z(t) zuordnet, deren zeitlicher Mittelwert der Wahrscheinlichkeit Jj(Z: =1) und dordt der Größe E proportional ist. Diese Fora der erfindungsgenäßen Schaltungsanordnung fungiert als

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Analog-Digital-Konverter, der ein Binärsignal z(t) liefert, aus den der Meßwert besonders einfach, auf analoge V/ei se

■rückgev/onnen v/erden kann und. noch, den Vorteil einer hohen Störimniunität des Binärsignals im Vergleich zu üblichen Analog-Digital-Konvertern aufweist. Diese Störimmunität hängt mit der schon erwähnten Umsetzung des Analogwertes in eine Zustandswahrscheinlichkeit des Binärsignals z(t) Susannen. Bei dieser Art der Analogwertumsetzung wirken sich nämlich die Störungen umso weniger aus, Je mehr Impulsereignisse in z(t) bei der Analogwertrückgewinnung herangezogen werden. Aus den relativ einfachen mathematischen Voraussetzungen ist ersichtlich, daß der lineare Zusammenhang zwischen der Wahrscheinlichkeit p(Z:=1) und dem Wert E auf Grund des linearen Sägezahnverlaufs zustandekommt. Mathematisch ist das gleichbedeutend mit der konstanten Amplitudenhäufigkeitsverteilung einer Sägezahnspannung. Es gibt außer der Sägezahnspannung beliebig viele andere periodische; Funktionen, die eine konstante Amplitudenhäufigkeitsverteilung aufweisen und für die natürlich, die obigen Überlegungen genauso gelten. Als Beispiel ist ein Spannungsverlauf s'(t) in Fig. 5a dargestellt und die korrespondierende Form der Folge z(t) in Fig. 3b. Die Schwellwertspannung v(t) braucht auch keine periodische Funktion zu sein. Man könnte sich die Schwellwertspannung v(t) zusammengesetzt denken aus Teilabschnitten verschiedener sägezahnförmiger Spannungsverlaufe zu einem resultierenden Verlauf s"(t), für den jeweils nur die G-Ig. (J) gelten muß. Davon ' sollen die Fig. Jc und Jd eine Vorstellung vermitteln.

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Die Gültigkeit der Gig. (3) entspricht im !Falle der Signalverarbeitung nach den frig. 3a und Jb der Form (6)

; ' p(Z:=1) * (t_E1 +'t_E2)/t_p « E/S (6)

und im Zusammenhang mit den Pig. 3o und 3d der Porm (7)

p(Z:=1) . 2

Schließlich kann man auch einen stochastischen Generator

- - - "(■■■"

zur Erzeugung der Schwellwertspaiinung verwenden, dessen stochastisch.es Ausgangssignal v(t) eine konstante Amplitudenhäufigkeit sdichte besitzt. ·

Im Zusammenhang mit der Erklärung zu Pig. "1 wurde eine Analog-Digital-Umsetzung beschrieben, die besonders auf die analoge Rückgewinnung der Große E abgestimmt ist.

Zur digitalen Rückgewinnung des Meßwertes E eignet sich eine andere Form des Binärsignals zf;""j) besser. Da nach Gig. (3) der Wert E der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des Zustandest "logisch.· 1" in a(t), nämlich p(Z:=1), proportional ist, läuft die digitale Rückgewinnung; des Heßwertes E auf eine digitale Messung der Wahrscheinlichkeit p(Z:=1) hinaus. Um dies vorrangig zu ermöglichen, kann die Einheit 3 von Fig. 1 gemäß Fig. 4a zu 3¹ modifiziert und mit einem Taktgenerator 7> einem Konverter 8 und einem Abtastnetzwerk 6 ausgerüstet werden. Dabei wird die Folge z(t) im Takt T, den der Taktgenerator 7 liefert, abgetastet. Die Abtastwerte, z(ti^). mit k = 0,1,.., bilden eine binäre Impulsfolge, deren relative Impulshäufigkeit dem Wert B proportional ist. Eine Variante

: Al·

zur'Erzeugung der binären Impulsfolge z(tv) zeigt Fig. 4b, Die zu Fig. 4b gehörend'e Signalverarbeitung soll

an Hand der Fig. 5& bis 5c ini Zusammenhang mit einer stochastischen Schwellwertspannung v(t), die der Generator 4¹ liefert, erläutert werden. Die Fig. 4b zeigt den Aufnehmer 1. Dieser liefert die Meßgröße m(t), die im Meßumformer 2 in eine elektrische Größe e(t) umgewandelt wird. Die folgende schwellwertgesteuerte Vergleichs- und Entscheidungseinheit 3" enthält den Konverter 8, der, wie in Fig. 4c näher ausgeführt, von der Größe e(t), im speziellen Fall von der Meßgröße E, der Schwellwertspannung v(t), die der stochastisch^ Generator 4' liefert, und vom Taktgenerator 7 angespeist wird. Dadurch erfolgt der Vergleichs- und Entscheidung svorgang in der Einheit 3" 2·- diskreten Taktzeitpunkten t, , die der Taktgenerator 7 fest!· 'f.· Um die elektronisehe Realisierung des Vergleichs- und iitscheidungsvorgang es zu vereinfachen, wird die Spannung v(t) mit einer genügend großen Gleichspannung V vorgespannt, so daß nur Entschei*- dungen bezüglich einer Polarität erforderlich sind. Diese vorgenannte Vergleichsspannung sei der Einfachheit halber im folgenden auch mit v(t) bezeichnet und ist in Fig. 5a dargestellt. Die Einheit 3" vergleicht die Größe E nur zu den Taktzeitpunkten t, mit der Spannung v(t). Bezüglich der.Signalverarbeitung bedeutet das, daß die Größe E mit der Sphwellwertspannung nur zu den Taktzeitpunkten, also mit VCt^), verglichen wird, wio es in Fig, 5b dargestellt' i^vsb. Die Einheit 3" trifft dabei zu den Takt Zeitpunkten

* 10 ^ .

Entscheidungen in Form von Impulsen oder Impulslücken. Es

tritt am Ausgang der Einheit J" immer dann ein Impuls auf _v wenn die Schwellwertspannung v(t) in einem Taktzeitpunkt t, unter der Größe E "bleibt, andernfalls tritt eine Impulslücke auf. Die Impulse und Impulslücken am Ausgang der Einheit 5" bilden eine binäre Zufallsimpulsfolge z(t, ), die in Fig. 5c dargestellt ist. Ordnet man dem Ereignis Impuls den Zustand "logisch 1" und dem Ereignis Impulslücke den Zustand "logisch O" zu, gibt die relative Häufigkeit der Impulse in z(ty) auch die relative Häufigkeit des Zustandes "logisch 1" in z(t_v) an. Analoges gilt für die Zuordnung Impulslücke und Zustand "logisch 0". Im Sinne der Wahrscheinlichkeitstheorie gilt wieder, daß für genügend lange Beobachtungszeit eine relative Häufigkeit beispielsweise des Zustandes 1 in z("tO mit Heßgen_auigkeit der entsprechenden Wahrscheinlichkeit p(Z: =1 ^ ^^lP ßleic-· Zusetzen ist. Es soll im folgenden gezeigt werden, daß im 5alle der Signalverarbeitung nach den Fig. 5a bis. 5c ein. linearer Zusammenhang zwischen der Wahrscheinlichkeit p(Z:=1y t=t, ) und der Größe E besteht. Dies läßt sich am anschaulichsten an Hand zweier Grenzfälle ver&euKLi'ckea.. .

j Ist nämlich der Wert E so groß, daß er die Schwellv/ertspannung v(t) jederzeit übersteigt, so wird die Einheit 5" zu den Taktzeitpunkten nur Impulse liefern und die Folge z(fr_c) wird nur aus logischen Eins-Entscheidungen bestehen. Anders ausgedrückt heißt das, in der Folge z(t_v) tritt dann der Zustand 1 zu den TaktZeitpunkton mit dor

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Wahrscheinlichkeit p(Z:=1; t=t, ) = 1 auf. Ist hingegen der Wert E so klein, daß zu Jedem TaktZeitpunkte v(t) größer als E ist, wird die Folge z(t, ) nur aus logischen Null-Entscheidungen bestehen, das heißt, die Wahrscheinlichkeit für den Zustand 1 p(Z:=<1$ t=t,J ist Null. Liegt der Wert E zwischen den obigen Grenzen, so gibt es eine bestimmte von der Größe E abhängige Anzahl von logischen Null- und Eins-Entscheidungen in der Folge z(t, ). Diese Anzahl der logischen Eins-Entscheidungen und damit auch ihre relative- Häufigkeit steigt und fällt mit dem Wert E, ist also von ihm funktionell abhängig. Für den Fall einer stochastischen Schwellwertspannunng v(t) mit konstanter Amplitudenhäufigkeit ist diese Abhängigkeit linear, wie die folgenden kurzen mathematischen Überlegungen zeigen sollen. Die Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in z(t, ) p(Z:=1; t=t. ' hängt außer vom

■ \

Wert E noch von der Amplitudenhäufigkc-! der Schwellv/ertspannung v(t), nämlich p(v), ab und laß« sich allgemein in der Form (8)

I E

! p(Z:=1; t=t_k) =/p(v)dV (8)

anschreiben. Unter der gegenständlichen Voraussetzung einer konstanten Amplitudenhäufigkeit ist

p(v) = 1/H - const
Damit ergibt sich GIg. (8) in der Form (8a)

p(Z:=1; t=t_k) = E/H (8a)

den Wert E/H und läßt den linearen Zusammenhang zwischon

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der Wahrscheinlichkeit für den Zustand 1 in der Folge &(t_k) 2u den Taktzeitpunkten und dem Wert E erkennen.

Die binäre Folge zCt^) ist eine Impulsfolge, in der, wie oben erklärt, die Y/ahrscheinlichkeit für einen Impuls p(Z:=1; t-tO &^e:& Meßwert E proportional ist. Diese Form der Umsetzung eines Analogwertes E in eine getaktete binäre Folge z(t,) eignet sich besonders für eine digitale Rückgewinnung des Wertes E aus der Folge z(t_k) durch digitale Messung der Wahrscheinlichkeit p(Z:=1'_} t=t, ). Diese Meßanordnung ist in Fig, 6 prinzipiell dargestellt und zeigt ihre Einfachheit. Dazu werden die Folge z(t·. ) den Meßeingang f und der Takt T dem Norinalfrequenzeingahg f^ eines digitalen Zählgerätes 9 zugeführt. Die Anzeige Q des Zählers ist ein direktes Maß für die Wahrscheinlichkeit p(Z:=>1; t=t, ) und damit für den Wert E. Fig. 4d zeigt eine v/eitere Variante 3"' der schv/ellv/ertgesteuer^en Vergleichs- und Entscheidungseinheit 3» <lie Fig. 4e sine Variante des Schwellwertgenerators 4·.

Aus der GIg. (8) kann der Einfluß der Amplitudenhäufigkeit der Schwellwertspannung v(t), p(v) auf den funktionellen Zusammenhang des Wertes E mit der Wahrscheinlichkeit p(Z:=1,; t=t, ) entnommen werden. Löst man das Integral (8), erhält man gemäß der Beziehung (9)

"p<y)cLv - P(E) - p(o) (9)

die Differenz der Werte der sogenannten Wahrscheinlich-

"■- 13 - ■

keitsverteilungsfunktion der Spannung v(t), P(v) an den Integrationsgrenzen. Definitionsgemäß ist P(O) = 0, so daß aus der Gig. (8) und (9) die Beziehung (10)

p(Z:«1; t=t_k) - P(E) (10)

abgeleitet werden kann. Die Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion .P(v) fungiert damit als Funktionaltransformation für den Meßwert E. Dieser Umstand kann nutzbar gemacht werden, wenn bestimmte Meßwertcharakteristiken realisiert v/erden sollen.

Im wahrscheinlichkeitstheoretischen Sinn haben auch periodische Funktionen Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen. Diese entsprechen immer der Umkehrfunktion der periodischen Funktion. Damit lassen sich auch 'komplizierte Charakteristiken realisieren, wenn der >n Umkehrfunktion einfach ist. Dies trifft beispielsweise b ' Lm Logarithmus oder der Wurzelwertbildung zu, deren Umkehrfunktion die Exponential- bzw. Parabelfunktion ist. Ist die bisher geltende Voraussetzung, eines konstanten Meßwertes E nicht erfüllt und ist die Meßgröße e(t), wie in Fig. 1 dargestellt, ein veränderlicher · Vorgang, müssen für die erfindungsgemäße Analog-Digital-Umsetzung zwei Fälle unterschieden werden. Im ersten Fall sind die Schwankungen des Meßwertes e(t) so langsam gegenüber den Zeitwerten t_Ei . und tp/ aus GIg. (7) und Fig, Jd, daß der Meßwert e(t) während der Ließzeit Δ tm für die Wahrscheinlichkeit p(Z:==1) bzw. p(Z: ~'\\ ^~^\r) ^a^^s quasikonstant angesehen werden kann. Auf dun Fall der Signalverarbeitung ira Sinne der ErCLndun;.·; n-ich den Fig. 3 und 5 übertragen,

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bedeutet das, daß bei periodischen. Schwellwertspannungen v(t) genügend Perioden und bei stochasttischen Schwellwertspannungen v(t) genügend Zeit, in getakteten Fall gemäß den.Pig'. 4a bis 4-d also genügend Taktschritte, während der Zeit Δ t,,p in der die Keßspannung e(t) als quasikonstant angesehen werden kann, abgelaufen sein müssen, daß aus den Folgen z(t) bzw. z(t, ) mit der geforderten Meßgenauigkeit die Wahrscheinlichkeiten p(Z:=1) bzw. p(Z:=1; t=t, ) bestimmt werden können. Diese Wahrscheinlichkeiten schwanken im Rhythmus der Meßgröße e(t) synchron. Die -Wahrscheinlichkeiten p(Z:=1) bzw. p(Z:=1; t=t, ) sind damit ■ dem Momentanwert von e(t) proportional, wobei, wie schon erwähnt wurde, die Schwankungen von e(t) so langsam sind, daß e(t) während der Meßzeit £\i, quasikonstant ist, also die Gleichung (11)

.e(t) = e(t'+^t_w) . (11)

im Rahmen der Meßgenauigkeit als erfüllt gelten kann.

Diese Einschränkung ist in der heutigen Fernwirk- und -meßtechnik durchaus realisierbar uirf. behindert die Anwendung nicht. Die genannten Einschrankur.sen· fallen auch bei schnell veränderlichen Meßwerten e(t) weg, wenn von diesen nur bestimmte Kennwerte wie Gleichwert. Gleichrichtwert, Effektivwert oder andere Signalkennwerte im Sinne der Erfindung digital umgesetzt werden sollen.

Unter den bisher geltenden Voraussetzungen eines konstanten Meßwertes E oder einerquasikonstanten Meßgröße ist gezeigt worden, daß einem analogen Wert binäre Zufallslolsen zuceorclnot werden können, in denen die Wahrcchein-

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lichkeiten für das Auftreten des Zustandes Eins einen konstanten Meßwert "bzw. den I.'oment anwert en einer veränderlichen Meßgröße proportional sind. Pur zeitlich schnell veränderliche Meßgrößen e(t) können die in den Fig. 1, 4a und 4b dargestellten Einrichtungen ebenso verwendet v/erden, wenn es sich um die Analog-Digital-Umsetzung von Kennwerten der Größe e(t) handelt. Dabei wird jeweils eine binäre Zufallsfolge erzeugt, in der die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des logischen Zustandes Eins dem jeweiligen Signalkennwert proportional ist. Dies soll an Hand von fünf repräsentativen Beispielen näher ausgeführt werden. Aus schon erwähnten Gründen der Vereinfachung der Entscheidungsvorgänge sei im folgenden vorausgesetzt, daß auch die Meßgrößen so gleichspannungsmäßig vorgespannt sind, daß nur Entscheidungen bezüglich einer Polarität erforderlich sind. Als erstes Beispiel sei eine Analog-Digital-Umsetzung für den Fall des linearen Mittelwertes oder Gleichwertes ^ine"r Meßgröße e(t) bei Verwendung getakteter Impulsfolgen u::,& einer gleichverteilten stochastisfchen ·". . " . Schwellwert spannung v(t) kura ausgeführt.

Geht man von der Schaltungsanordnung in Fig. 4b aus,

auf

so kann man durch Anwendung der Gig. (8)/schnell veränderliche Größen e(t) eine modifizierte Form (12)

p(Z:=1; t=t_k) = y_P(v)dv. = -—· = -g (12)

anschreiben. Der Zusammenhang in Glg_E (12) bedeutet, daß die Wahrscheinlichkeit für ein Impulsereignis in der

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it

Folge z(t, ) zum Zeitpunkt t, dem, zu diesem Zeitpunkt auftretenden Momentanwert E^. der Meßgröße e(t)·proportional ist. Die Messung einer Wahrscheinlichkeit -kann nur durch die Beobachtung .einer relativen Häufigkeit über genügend lange Zeit erfolgen, in vorliegenden Fall also durch Beobachtung der Impulshäufigkeit in der Folge z(t, ) über viele Taktzeitpunkte. Dabei erhält man einen über k gemittelten Wert p/jjr der Wahrscheinlichkeit p(Z:=1; t=t^.) in Form der Gleichung (1?)

ί 1 1 ^N

der für genügend großes N mit Meßgenauigkeit in die mittlere Wahrscheinlichkeit für einen Impuls/in z(t_v), p*,. übergeht. Damit ergibt sich im Grenzfall für p^ der Wert nach GIg. (14) ο ^; ' .

t
ι

: τ

-α?

Dieser Wert ist bis auf eine multiplikative Konstante der Zeitmittelwert e(t) der Meßgröße e(t), also deren linearer Mittelwert oder Gleichwert· Dieser Zusammenhang gilt sowohl für deterministische als auch für stochastische Signale e(t). In Ergänzung der Plausibilität sei darauf hingewiesen, daß jeder Amplitudenwert eines stationären stochastisch^ Signales in einem genügend langen Beobachtungsintervall mit einer seiner Wahrscheinlichkeit ent-

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sprechenden relativen Häufigkeit wMerikehrt. Die Mitteilung in Gig. (13) erstreckt sich über diese relativen Häufigkeiten. Zusammenfassend kann festgestellt werden: steuert man die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, beispielsweise eine Einrichtung gemäß Fig. 4-b, mit einer schnell veränderlichen Meßgröße e(t) an, erhält man eine binäre Zufallsfolge, in der ein Impulsereignis mit einer relativen Häufigkeit auftritt, die dera linearen Mittelwert der Meßgröße proportional ist. .

Verwendet man zwei Schaltungsanordnungen aus Fig. 4b. und kombiniert's ie zu einer neuen Anordnung gemäß Fig. 7a, läßt sich damit ein Analog-Digital-Konverter realisieren, der eine binäre Zufallsfolge abgibt, in der ein Impulsereignis mit einer relativen Häufigkeit abtritt, die dem linearen Mittelwert des Produktes der' beiden Meßsignale e^(t) und e£(t) proportional ist. Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung soll im folgenden kurz ausgeführt v/erden. In Analogie zu Fig. 4b wird· in Fig. 7a mit den Einheiten 1a und 2a ein Meßsignal e^(t) gebildet, das dem Konverter 8a zugeführt wird. Der Konverter 8a wird auch vom stochastischen Generator Va und dem Taktgenerator 7 gespeist. Die Funktionselemente 4'a und 8a sind zu einer Einheit 11a zusammengefaßt, die Zufallsentscheidungsgenerator (ZEG) genannt werden soll. Der ZEG 11a ist mit dem Takt T getaktet und wird mit dem Meßsignal e^(t) gesteuert. In gleichartiger Weise wird mit den Einheiten 1b und 2b ein Meßsignal e-,(t) gebildet, das den ZEG 11b steuert. An den Ausgängen

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der ZEGs 11a bzw. 11b entstehen getaktete binäre Zufalls-

folgen Zz₁Ct-. ) -bzw. z_o(t, )· Diese beiden binären Zufallsfolgen sollen zur Abkürzung im folgenden Z^ und Zg bezeichnet v/erden.

Da die Schwellwertspannungen V^(t) und Vg(t) als •statistisch unabhängig vorausgesetzt werden, sind auch die . Zufallsfolgen Z^ und Zg voneinander statistisch unabhängig. Verknüpft man die Folgen Z^ und Zg mittels eines Verknüp-

fungsnetzwerkes 10 konjunktiv zu einer neuen Folge Z₁ so gilt nach dem Multiplikationstheorem der 7/ahrscheinlichkeitstheorie, daß die Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in Z gleich dem Produkt der Wahrscheinlichkeiten für einen Impuls in Z^ bzw. in Zg ist. Eine kurze Überlegung zeigt, daß eine antivalente Verknüpfung der binären Folgen Z^ und Zg der konjunktiven vorzuziehen ist, weil dabei je.^.e Eonstanten herausfallen, die durch die Vorspannungen der Signale bedingt sind. Die Bildung der resultierenden Folge Z soll daher gleich für den Fall der antivalenten Verknüpfung näher erläutert werden. ι

Bezeichnet man die Wahrscheinlichkeit für eine' Null- bzw. Eins-Entscheidung zum Zeitpunt t, in der Folge Ζ_Λ mit ρη. (θ) bzw. Ρ^νΟ)» ^ßo läßt sich mit analogen Bezeichnungen der entsprechenden Wahrscheinlichkeiten in Zg und Z für eine antivalente Verknüpfung der Folgen Z^ und Zp zu Z das Gleiclxngssystem (15)

P_k(o) -

(15)

anschreibenο Für die weitere Rechnung muß in Erinnerung gerufen v/erden, daß aus Gründen der Entscheidungsvereinfachung die Schwellwertspannung v(t) die Vorspannung V erhielt und daher V_x, (t) bzw_o v₂(t) die Vorspannungen V_x. bzw. V2 aufweisenc. Um mit den Signalen e^Ct) bzw. ©₂("Ο ^ⁿ ^^ie V^j(t) bzw«, Vp(t) entsprechenden Aussteuerbereiche zu können 5 soll der Einfachheit halber vorausgesetzt werden, daß die Vorspannungen von e^(t) und e2(t) mit V/j bzw. V₂ identisch sindo Aus der· wahrscheinlichkeitstheoretischen Grundbeziehung (16)

ν
max

/p(v)dY = 1 (16)

ergibt sich unter der Voraussetzung p(v. ) - VH. der Zu-• sannnenhang (1?)

i ^iraax - ^Hi - ^2V> ' <¹7)

mit (i=1_T2)_? da man sinnvollerweise den Arbeitspunkt einer elektronischen Schaltung in die Mitte ihres Aussteuerbereiches legt. Aus den Gin«, (12) und (1?) ergibt sich mit den Momentanwerten E.^ = H^/2 + ^^Κ (i-i?²)? ^für die Wahrscheinlichkeiten der GIg₄, (15) das Gleichungssysteci (18)

P_2k(1) - 1 - P_2k(0) = S_2k/H₂ » 1/2+e₂(t_k)/H₂ (18) P_k(D = 1 - P_k(O) = 1/2 - Ce₁(^)ZH₁ ].[e₂(t_k)/H₂]

- 20 3 0 9 8 0 7/1168

Die mittlere relative Häufigkeit; für einen Impuls in der Folge Z führt im Grenzfall unendlich langer Mitteilung auf die entsprechende Wahrscheinlichkeit p/j in Form der Gleichung (19)

k=-N *· ^c. "1"2 ^A ^ -T

und ist bis auf eine Konstante dem mittleren Produkt der Meßsignale e (^/"proportional. Interpretiert man e^(t) bzw. ep(t) als strom- bzw. spannungsproportionale Größe, dann ist p(1) leistungsproportional. .

Die Fig. 7b bis 7© zeigen Varianten der Ansteuerung •und Realisierung des Verknüpfungsnetzwerkes 10 nach Fig. 7a, je nachdem, ob man mit oder ohne Taktung der ZBGs arbeitet. Immer entsteht dabei am Ausgang der Schaltung eine resultierende binäre Folge, in der die relative Häufigkeit des Zustandes "logisch 1" der GIg. (19) genügt.

Die Schaltungsanordnungen aus den Fig. 7a bis 7e können für beliebig viele Meßsignale erweitert werden. Als weiteres Beispiel einer Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sei die Analog-Digital-Umsetzung für Wurzelwerte aus zeitlichen Kittelwerten erklärt.

Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der dazu erforderlichen Schaltungs anordnungllienen die Fig. 8a und 8b. Der Effektivwert einer Keßgröße e(t) ist der Wurzelwert aus ihrem mittleren Quadrat in Form der GIg. (20)

(20)

- .21 ~
309807/1168

In allgemeinen Fall verschiedener Meßgrößen e^(t) und liefert GIg. (21)

Q?

12eff ~ i'fn-^nö. οφ. / ^e-iv^^ e_o^O; αχ; ν.^'^

einen dem Effektivwert entsprechenden Wert ^2_eff· In Evident zu GIg. (19) wird die Analog-Digital-Umsetzung bezüglich des Wertes E^₆ffauf die Erzeugung einer binären Zufallsfolge mit einer relativen Impulshäufigkeit entsprechend einer Wahrscheinlichkeit Pz(I), die der Beziehung (22)

₅₅ (22)

genügt, zurückgeführt. Die logische Struktur jfocr Realisierung dieser binären Zufallsfolge- zeigt Fig, 8a. Die ZEGs 11a und 11b liefern die binären Zufallsfolgen Z^ und Z₂, die im logischen Netzwerk 12a zur resultierenden Ausgangfolge Z verknüpft werden, in der die relative Impulshäufigkeit der Wahrscheinlichkeit p(1) entspricht. Eine dazu analoge Schaltungsanordnung besteht aus den ZEGs 11'a und 1Vb und liefert die binären Zufallsfolgen Z, und Z^. Die Folgen Z-, und Z. v/erden in Netzwerk 12b zur resultierenden Folge Z¹ verknüpft. Die Eingangsspannung Upder ZEGs 11'a und 11'b erzeugt eine Regelschaltung 1$, die von den Spannungsmittelwerten der Folgen Z' und Z angesteuert wird. Der Spannungsmittelwert der Impulsfolge Z fungiert dabei als Führungsgröße, jener von Z¹ als Regelgröße. Die Regelschaltung 13 erzeugt eine Stellgröße U_R, die an die ZEG s 11'a und 11 '.b zurückgeführt wird und durch die Regelschaltung IJ so lange nachgeführt v/ird, bis die Führungs- und Regelgröße eleich

3 0J851/1188

groß sind. Der Aufbau der Anordnung läßt erkennen, daß die Y/ahrscheinlichkeiten für ein -IiapUlsereignis in den Folgen Z,und Z^ gleich, groß sind. Dieser Y/ahrscheinlichkeitswert sei mit P₃-(I) bezeichnet. Nach dem Kultiplikationstheorem der Wahrscheinlichkeitstheorie erfüllt dieser Y/ert p₇(1) die Gig« (22), wobei p(1) die relative Impulshäufigkeit- in Z¹ ist. Daiaii; entspricht p-..(1) dein Wurzelwert von p(1). Die binäre Folge Z^ besitzt die Eigenschaft, daß ihre Impuls-Wahrscheinlichkeit p*(1) einen der Größe ^2eff P^roP°^r~ tionalen Wert ergibt. Ergänzend sei "erwähnt, daß bei Identität der Signalspannungen e^(t) und e£(t) die Größe p*(1) dem Effektivwert dieser Signalspannung proportional ist.

Die Fig. 8b zeigt eine Variante der Einrichtung 15» welche aus den Zufallsfolgen Z und Z' eine Regelspannung U^ ableitet. Sie zeigt,.wie Z und Z' mit einem exklusiven ODER-Tor 16 zu einer resultierenden binären Zufallsfolge verknüpft werden, in der ein Impulsereignis.mit·einer Wahr-

die . . . scheinliehkeit auftritt,/unter der Voraussetzung statistisch gekoppelter Folgen Z und Z¹ der Differenz der impü'lswahrscheinlichkeiten in Z und Z' entspricht., 3ie Spannung Ujj entspricht dabei dem Bezugswert Null. Damit leisten die Einrichtungen 15 und 15' äas Gleiche.

Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in Fig.9 dargestellt und besteht in der Analog-Digital-Umsetung mit funktioneller Quotientenbildung zeitlicher Mittelwerte. Die Anordnung in Fig. 9

v/

wc^au

beschränkt sich der Einfachheit halber auf den fall der Quotientenbildung linearer Mittelung zweier

- 25 -30 9807/1168

Signalfunktionen e^(t) und e₂(t). Der Kanal 11a liefert eine binäre Zufallsfolge Z^ ₉ die nach einer zeitlichen Kitte lung in 14c als Führungsgröße die Regelschaltung 1J¹ steuert» Die ZEGs 11' und 11b liefern die Folgen Z₅ und Z₂, die im logischen Netzwerk 12 zu einer resultierenden Folge Z" antivalent verknüpft werden. Der zeitliche Mittelwert von Z" fungiert als Regelgröße der Regelschaltung 15'. Die Stellgröße U^ wird als Eingangsspannung an den ZBG 11' rückgeführt und so lange nachgeregelt, bis die Impulshäufigkeiten in den Folgen Z^ und Z" gleich sind. Die relative Impulshäufigkeit in der Folge Z, liefert dann nach dec schon erwähnten Multiplikationstheorem der Wahrscheinlichkeitstheorie eine dem Quotienten der linearen Hittelwerte von e^(t) und e~(t) proportionale Größe. Die Struktur der Schaltungsanordnung' in Fig.9 kann für beliebig viele Signalfunktionen entsprechend erweitert werden.

In der statistischen Signaltheorie spielt der Korrelationskoeffizient ° in Form der GIg. (25)

"]/f 11⁽⁰⁾.

mit den Abkürzungen (24)

/ _id; i,j = 1,2 (24)

eine wichtige Rolle, so daß seine binäre Darstellung r.it

- 24 - ■

3 Π 9 8 0 7/1168

der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Fig. 10 kurz erläutert werden soll. Aus den Eingangssignalen e^(t) und €o(t) werdeii in Analogie zu 'der in Fig. 7a dargestellten Signalverarbeitung drei binäre Zufallsfolgen Z^, Z2 und Z, enitsprechend ^^2(0), f 11^°^ ^uri-^d ^ 22^°^ S ⁶²¹^B ^GlS» (19) und (24-) abgeleitet. Die zeitlichen Kittelwerte der Folgen Z und Z^, fungieren als Führungsgrößen der Regel schaltungen und I3¹* Die Segelgröße für den Regler 13 liefert eine Anordnung 14b in Verbindung mit dem logischen lietzwerk 12d, deren Wirkungsweise im Zusammenhang mit der Wurzelwertbildung schon beschrieben wurde. Die Regelgröße für den Regler 13' wird aus der Folge Z₁, abgeleitet, die aus den binären Zufallsfolgen der ZEGs 11' und 11'b durch logische Verknüpfung im Netzwerk 12e resultiert» Die Eingangssignal^ der ZSGs 11.· und 11'b bilden dabei die Stellgrößen Tlj, und U^. Die Regelschaltung 13 verändert dabei ihie Stellgröße U_R so lange, bis die relative Impulshäufigkeit in dsr Zufallsfolge Z¹ jener von Z gleich ist. Der ZEG 11'b liefert dann· eine Zufallsfolge mit einer dem Wurzelwert y(i^^j(O)i ^22^°^ proportionalen relativen Impulshäufigkeit. Anderseits verändert die Regelschaltung I3¹ ihre Stellgröße UA so lange, bis die. relative Impulshäufigkeit in Z. "$ener in Z^ gleich und damit den Wert Φ /jp(ö) proportional ist. Damit liefert der ZEG 11' eine Zufallsfolge Zo , in der Impulse mit einer q proportionalen relativen Häufigkeit auftreten» Als nächste Anwendung soll ein Ausführungsbeispiel

- 25 -

309807/1168

für die Analog-Digital-Umsetzung rait funktioneller Gleichrichtwertbildung erläutert werden. Die Schaltungsanordnung ist in den Fig. 11a und 11b, die dazugehcrer&e Signalverarbeitung in Fig. 12 dargestellt.

Die Meßgröße e(t) wird in Fig. 11a den Einheiten. 3a und 3b zugeleitet, die es nit ihren Vergleichsspannungen in Form der Sägezahnspannung s(t) bzw, -s(t) vergleichen. Die Sägezahnspannungen-s(t) bzw. -s(t) liefert der Schwellwertgenerator 4-'". Das Eritscheidungsschema der Einheiten 2a und 3b sowie die Herleitung ihrer Ausgangsiiapulsfolgen Z_r und Zp ist in den Fig. 12a bis 12c für den Fall einer sägezahnförmigen Schwellwertspannung schematisch dargestellt.

Wie Fig. 12b zeigt, gibt die Einheit 3a so lange eine Spannung, die dem Zustand-logisch Eins entspricht, ab, solange e(t) größer als die Sägezahnspannung s(t) ist, ansonsten entspricht seine Ausgangsspannung dem Zustand logisch Null.

Analoges gilt für die Einheit 3'!> im Zusammenhans mit Fig. 12c.. Die Folge der Spannungswechsel an den Ausgängen der Einheiten 3a und 3b bilden je eine binäre Impulsfolge, deren logische Äquivalente mit Z^ bzw. Zp bezeichnet werden. Mathematisch können diese Bedingungen für die Einheit 3a durch das Ungleichungssystem (25)

ν. 17 _# ... Λ

mit s(t)^ O (25)

e(t) -ώ s(t)->Z^:· =0

- 26 - ¹ 3Ö9807/1168

und für die Einheit Jb durch das Ungleichungssystem (26)

ι
eCiO 2: - s(t) -?-Z₂:= 1

mit - s(t) ^ O (26)

e(t.) <-'s(t) -^Z₂:= 0 ■
*

angeschrieben 7/er den. . .

Eine simultane Betrachtung der Ungleichungssysteme (250 und (26) zeigt, daß Z^i =1 impliziert Z₂: =1 und Z2: =0 impliziert Z^: =0. Die beiden Folgen Z^ und Z~ werden in Fig. 11a in einem. Verknüpfungsnetzwerk 10, beispielsweise in einer Äquivalenzschaltung, zu einer resultierenden logischen 0-1-Folge Z verknüpft. Für diese Art der logischen Verknüpfung gilt folgende Wahrheitstabelle:

0 0 1
0 1 0

*l

10 0
111

Für das in Fig.12a im Zusammenhang mit einer Sägezahnspannung s(t) bzw. -s(t) dargestellte periodische Signal e(t) bedeutet der beschriebene logische Entscheidungs- bzw. Verknüpfungsablauf anschaulich ausgedrückt, daß die Impulslängen z^. bzw.- Zp. (i = 1,2,...) der Folgen Z^ bzw. ¹L^ den von den Sägezahnspannungen s(t) bzw. -s(t) aus dem Signal e(t) herausgeschnittenen Sehnenstücken der Neigung i.S/T s. bzw.

309807/ 1168

s7 proportional sind. Wenn das Signal e(t) und die Sägezahnspannung s(t) hinsichtlich ihrer Frequenzen inkommensurabel sind, wird sich die Folge Z^ aus Impulsen zusammensetzen, deren Längen ζ*- im Kittel allen möglichen Sennenstücken s., der positiven Signalanteile entsprechen, wahrend die Impulslängen ζ 2^ von Z^ in analoger V/eise allen möglichen Sehnenlängen s7 der negativen Signal-Anteile entsprechen. Die relative Häufigkeit des Zustandes "logisch 1" in Z^ ergibt daher einen den arithmetischen Mittelwert der positiven Signalanteile proportionalen Wert, die entsprechende Häufigkeit, in Zp die korrespondierende Größe der negativen Signalanteile, jedoch mit positiven Vorzeichen. Nach der äquivalenten Verknüpfung von-Zy, und Z~ zu Z kann aus Fig. 12d entnommen, werden, daß die relative Häufigkeit des Zustandes "logisch 1" in Z einen dem arithmetischen Mittelwert des Absolutbetrages des Signals e(t) proportionalen Wert;hat. Dieser entspricht einer Vollweggleichrichtung <3es Signales e(t). Damit liegt in Z eine binäre Folge vor, mit der Eigenschaft, eine relative Zustandshäufigkeit für "logisch 1^ir zu besitzen, die dem Gleichrichtwert des Meßsignals e(t) entspricht. Fig. 11b zeigt eine andere Möglichkeit, eine Analog-Digital-Umsetzung mit funktioneller Gleichrichtwertbildung zu realisieren.

Als letzte Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sei die Analog-Digital-Umsetzung für funktional transformierte Keßsignale erwähnt. Kit Hilfe wahrschcinlichkeitstheoretischer Überlegungen läßt sich zeigen,

- 28 .309807/1168

daß ein Konverter, dessen Ansteuerung in Fig. 13 dargestellt ist, eine binäre Zufallsfolge Z liefert, deren relative Impulshäufigkeit des zeitlichen Mittely/erfc des mit der Amplitudenver-teiliangsiuiiktion p(v) der Sehwellwertspannung v(t) transforaierten !.!eßsignales e(t) entspricht. Bezüglich des mathematischen Hintergrundes dieser Überlegung sei auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Diese Zusammenhänge gelten auch für eine periodische Spannung v(t), wobei sich damt deren Amplitudenverteilungsfunlctior ?(v) in Form ihrer UÄetofiinktion (v)~ angeben läßt. Aus der Darstellung in Fig. i3 ist eine Erweiterung dieser Schaltungsanordnung auf meiirere Eingangssignale und mehrere Funktionaltransformationen evident.

Patentansprüche

-309807/1 188

Claims (4)

1. 2233700 30

   Patentansprüche

   1J Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Umsetzung von in elektrischer Form vorliegenden Größen oder Signalen mittels schwellwertgesteuerter Vergleichs- und Entscheidungseinheiten und zugeordneter Schwellwertgeneratoren, dadurch' gekennzeichnet, daß ein Verknüpfungsnetzwerk vorgesehen ist, daß jede Vergleichs- und Entscheidungseinheit einen ergodisehen Konverter enthält und daß die Schwellwertgeneratoren Ausgangsspannungen mit vorgebbaren relativen Aniplitudenhäufigkeiten aufweisen, wobei am Ausgang des Verknüpfungsnetzwerkes eine binäre Impulsfolge mit signalkennwertbezogener relativer Impulsoder Impulsdauerheu&gkeit auftritt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ergodische Konverter als Amplitudendiskriminator ausgebildet ist.

   J>. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vergleichsund Entscheidungseinheix einen -Taktgenerator enthält.

   ·■' 4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ergodische Konverter ein getasteter Amplitudendiskriminator ist.

   - 50 - .

   309807/1168

   5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4,

   I
   dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vergleichs-

   und Sntscheidungseinheit ein Abtastnetzwerk enthält,

   6« Schaltungsanordnung nach.Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Abtastnetzwerkes mit dem Ausgang des ergodischen Konverters verbunden ist.

   7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des ergodischen Konverters mit dem Ausgang des Abtastnetzwerkes -verbunden ist.

   8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastnetzwerk vom Schwellwertgenerator gesteuert ist.

   9. Schaltungsanordnung nach ein":?, äer Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwellwertgeneratoren' ein Abtastnetzwerk und einen Taktgenerator enthält.

   _% 1o. Schaltungsanordnung nach eiierri der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal wenigstens eines der Schwellwertgeneratoren, ein periodisches Signal ist.

   11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische Ausgangssignal eine bezüglich der Frequenzen der Eingangssignale der Schaltungsanordnung inkommensurable Frequenz aufweist.

   12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1o oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Atr.plituden-

   - 31 -
3. 3 0 9 8 0 7/1166

   häufigkeiten der Ausgangssignale der Schwellwertgeneratoren den auf die Eingangssignale der Schaltungsanordnung anzuwendenden Funktionaltransformationen entsprechen.

   13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwellwertgeneratoren als Sägezahngenerator ausgebildet ist.

   14· Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.» dadurch gekennzeichnet_k daß wenigstens einer der Schwellwertgeneratoren als stochastischer Generator ausgebildet is t.

   15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenverteilungsfunktionen der Ausgangssignale 'der stochastischen Generatoren den auf die Eingangssignale der Schaltungsanordnung anzuwendenden Punktionaltransforniationen entsprechen.'

   16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1.
4. 4', dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Aus ;angssignal der stochastischen Generatoren Amplitudengleichverteilung aufweist.

   17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des stochastischen Generators vom Eingangssignal der zugeordneten Vergleichsund.iEntscheidungseinheit statistisch unabhängig ict.

   18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwellwertgeneratoren Ausgänge aufweist, an denen

   - 32 309807/1168

   die Schwellwertspannung sowohl in direkter' als auch in invertierter Form auftritt,

   19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsnet zvverk logische Netzwerke enthält.

   20. Schaltungsanordnung nach Amspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Netzwerke getaktete Netzwerke sind.

   21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19 oder 2o, dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsnetzwerk einen Taktgenerator enth?ilt.

   22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsnetzwerk ein oder mehrere Abtastnetzwerke enthält.

   23. Schaltungsanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang wenigstens eines Abtastnetzwerkes mit dem Eingang eines logischen Netzwerkes verbunden ist. '

   24. Schaltungsanordnung nach Anspruch. 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang wenigstens eines logischen Hetzwerkes mit dem Eingang eines Abtastnetzwerkes verbunden ist.

   25. Anordnung von zwei oder mehr Schaltungsanordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Verknüpfungsnetzv/erk,

   26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß für die gesamte Ληοζ-dnung nur zwei Schwellv/ertgeneratoren vorgesehen sind. 1/

   - Yo -309807/1168

   27. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schwellwertgeneratoren der Anzahl der Singangnsignule der gesamten Anordnung entspricht.

   28. Anordnung nach Anspruch 25, 2 5 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Yerknüpfungsnetzwerk Zeitmittelungseinrichtungen und Differenzverstärker enthält, wobei die Eingänge der Differenzverstär ker mit den Ausgängen der Zeitmittelungseinrichtungen verbunden sind und die Ausgangsspannungen der Differenzverstärker als Schweliwertspannungen rückgeführt sind.

   29. Anordnung nach Anspruch 25, 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Verknüpfungsnetzwerk Zeitmittelungseinrichtungen, Differenzverstärker und Referenzquellen enthält, wobei der eine Eingang wenigstens eines Differenzverstärkers mit dem Ausgang einer Zeitmittelungseinrichtung und d^r andere Eingang mit dem Ausgang einer Referenzquelle verbunden ^:st.

   ; 3o. Anordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 29 _f dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsnetzwerk eine Regelschaltung enthält, deren Stellgröße an eine Vergleichs- und Entscheidungseinheil: rückgeführt ist.

   31. Anordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 29,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsnetzv/erk eine Regelschaltung enthält, deren Stellgröße an zwei Vergleichs- und Entscheidungseinheiten rückgeführt int.

   309807/ 1 1

   32. Anordnung nach einem der Ansprüche 25 "bis 29» dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsnetzv/erk zwei Regelschaltungen enthält, von deren zwei Stellgrößen die eine an eine, die zweite .an zwei' andere Vergleichs- und
   Entscheidungseinheiten rückgeführt sind.

   - 35 30 9 807/1.TBB

   34 .

   Leerseite