DE2343472A1

DE2343472A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum auswerten eines impulssignals, das taktund dateninformation enthaelt

Info

Publication number: DE2343472A1
Application number: DE19732343472
Authority: DE
Inventors: William Arnold Boothroyd
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-09-07
Filing date: 1973-08-29
Publication date: 1974-03-28
Also published as: FR2199231B1; DE2343472B2; SE392551B; JPS4966116A; NL7311473A; CA1037570A; FR2199231A1; IT992697B; BE804062A; GB1442444A; CH573691A5

Description

? Böblingen, den 24. August 1973

heb/se

Anmelderin: \ International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Aktenzeichen der Anmelderin: SA 971 058

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Auswerten eines Impulssignals, das Takt- und Dateninformation enthält

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten eines Impuls-Signals, das Takt- und Dateninformation enthält und bei dem aufeinanderfolgende Impulse oder Pegelwechsel in zwei verschiedenen, jeweils in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehenden Intervallen auftreten können, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, bei denen ein Signal zur Darstellung binärer Daten so moduliert wird, daß sich zwei verschiedene Frequenzen ergeben. Oft ist dabei das Verhältnis der Impulsbreiten bzw. Frequenzen 2:1. Die Signale können in elektrischer Form oder auch als Aufzeichnung in Form von Magnetisierungen oder Strichmarken auftreten. Zum Stand der Technik sei hier beispielsweise auf die US-Patentschriften 2.853 357 und 3.217 329 verwiesen. In diesen Patentschriften ist eine magnetische Aufzeichnung beschrieben, bei der Impulsfrequenzmodulation (pulse rate modulation PRM) mit einem Verhältnis von 2 : 1 benutzt wird, um Daten auf binärer Grundlage zu unterscheiden.

Im Prinzip besteht ein impulsfrequenzmoduliertes Signal aus zwei Teilsignalen, die zueinander harmonisch sind. Das Teilsignal mit der niedrigeren Frequenz ist meist das Taktsignal und das Teilsignal mit der höheren Frequenz ist meist das modulierende Signal, obwohl dies nur für einen bestimmten Code zutrifft.

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— ρ —

Es gibt Signale mit zwei verschiedenen Impuls- bzw. Lückenbreiten, die keine Grundtaktinformation enthalten, und solche mit Grundtakt, dem dann meist die eine der beiden vorkommenden Frequenzen entspricht. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Wechseltaktschrift (auch F2F-Verfahren genannt).

Es sind zahlreiche Schaltungen zur Auswertung bzw. Demodulierung solcher Signale bekannt. Wenn, wie das bei vielen Anwendungen der Fall ist, die beiden vorkommenden Frequenzen bzw. Intervallbreiten konstant sind, bereitet die Auswertung keine Schwierigkeiten, weil Schaltungen verwendet werden können, die auf die festliegenden Zeitintervall- oder Frequenzwerte fest eingestellt sind, so daß nur eine Anfangssynchronisierung erfolgen muß.

Bei einem Teil der Anwendungen solcher Signale muß man aber mit dem Auftreten von unterschiedlichen Intervallbreiten bzw. Frequenzen rechnen, wobei sich dann Probleme ergeben. Es sind dies z. B. Fälle, wo man am Eingabeort zur Kostenersparnis billige Geräte verwenden will, an die keine hohen Genauigkeitsansprüche gestellt werden können, oder wo man zum Ablesen von Strichcode-Markierungen handgeführte Abtaststifte verwendet, deren Relativgeschwindigkeit natürlicherweise stark schwankt.

Es sind schon Einrichtungen bekannt geworden, mit denen man trotz solcher Intervallbreiten- bzw. Frequenzunterschiede vernünftige Auswertungsergebnisse erhält. Hierbei wird während der Auswertung jeweils ein Bezugswert gebildet, der die Abweichung selbst enthält und dadurch kompensiert. Die bekanntgewordenen Einrichtungen dieser Art sind aber nur für Signale bestimmt, die zwar zwei verschiedene Intervallbreiten aber keine Grundtaktinformation enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die mit relativ geringem Aufwand eine einwandfreie Auswertung von Zweifrequenzsignalen oder pulsfrequenzmodulierten Signalen erlauben, die neben der Dateninformation

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auch Taktinformation enthalten, und zwar trotz Schwankungen gegenüber den nominellen Frequenzen bzw. Impulsbreiten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Auswertung eines Pulssignals, das Takt- und Dateninformation enthält, und bei dem aufeinanderfolgende Impulse oder Pegelwechsel in zwei verschiedenen, jeweils in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehenden Intervallen auftreten, wobei jeweils ein Bezugswert, der einem Taktintervall entspricht, eingesetzt ist. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Anzeigewert erzeugt wird, der dem Abstand zwischen dem zuletzt bei Erzeugung eines Taktimpulses aufgetretenen Ereignis einerseits und dem laufenden Zeitpunkt andererseits entspricht; daß dieser Anzeigewert beim Auftreten des nächsten Ereignisses mit dem Bezugswert oder mindestens einem dem Bezugswert proportionalen Wert verglichen wird; und daß dann

a) wenn der Anzeigewert und der Bezugswert innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches einander gleich sind, ein Taktimpuls erzeugt wird· und der gerade vorliegende Anzeigewert als neuer Bezugswert anstelle des bis dahin vorhandenen Bezugswertes eingesetzt wird;

b) wenn der Anzeigewert von dem Bezugswert in einem erheblichen, durch einen Toleranzbereich vorgegebenen Ausmaß verschieden ist, ein Markiersignal erzeugt wird, das die Feststellung eines bestimmten der beiden Binärzeichen anzeigt, die das Pulssignal als Dateninformation enthält, wobei weder ein Taktimpuls abgegeben noch der bisherige Bezugswert geändert wird, und daß der laufende Anzeigewert ohne Unterbrechung weiter erhöht wird.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens enthält folgende Vorrichtungen:

ein UND-Glied, dessen einer Eingang mit dem Impulseingang der Schaltung verbunden ist;

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ein bistabiles Kippglied, das mit dem Ausgang des UND-Gliedes verbunden ist;

eine Schaltungseinrichtung zur Akkumulation des Anzeigewertes für das laufende Taktintervall und zur Speicherung des Referenzwertes vom letzten vorhergehenden Taktintervall zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen des UND-Gliedes, welche über die Ausgänge des bistabilen Kippgliedes auf diese Schaltungseinrichtung einwirken;

eine Vergleicherschaltung zum Vergleich des Anzeigewertes mit dem gespeicherten Bezugswert und zur Abgabe eines binären Vergleichssignals, das Gleichheit oder Ungleichheit anzeigt;

Schaltmittel, durch die das Vergleichssignal auf den anderen Eingang des UND-Gliedes zurückwirkt; eine bistabile Ausgabeschaltung, deren Eingängen die gleiche Impulsfolge wie dem Impulseingang sowie das Vergleichssignal in echter und komplementärer Form zugeführt werden, um die Ausgabeschaltung bei Auftreten eines Impulses oder Pegelwechsels je nach dem gerade vorliegenden Vergleichssignal auf einen ihrer beiden Zustände einzustellen; sowie einen Takt-Ausgang, der jeweils dann einen Impuls abgibt, wenn das UND-Glied einen Impuls abgibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 Pulssignale, die zur Auswertung durch das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur erfindungsgemäßen Auswertung von Pulssignalen;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Anordnung zur

erfindungsgemäßen Auswertung von Pulssignalen;

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4 Signale, die beim Betrieb der Anordnung gemäß Fig. 3 auftreten;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer rein digitalen Schaltungsanordnung zur erfindungsgemäßen Auswertung von Pulssignalen;

Fig. 6 Signale, die beim Betrieb der Anordnung gemäß

Fig. 5 auftreten;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer anderen rein digitalen

Schaltungsanordnung zur erfindungsgemäßen Auswertung von Pulssignalen;

Fig. 8 Signale, die beim Betrieb der Anordnung gemäß

Fig. 7 auftreten.

Von den Pulssignalen in Fig. 1 ist bei 1(a) ein Impulszug mit einer Anzahl von Impulsen 10 bis 32 von ungefähr gleicher Amplitude in bestimmten zeitlichen Abständen voneinander gezeigt. Die geradzahligen Impulse 10, 12, 14...28, 30, 32 haben ungefähr gleiche zeitliche Intervalle, während die ungeradzahligen Impulse 17, 21, 23 zwischen die geradzahligen Impulse in Zeitintervallen eingeschoben sind, die im wesentlichen halb so groß sind wie die Intervalle zwischen den geradzahligen Impulsen. Die geradzahligen Impulse haben offensichtlich eine konstante Wiederholungsfrequenz F, während ein Zug geradzahliger und ungeradzahliger Impulse eine Impulswiederholungsfrequenz 2F hat. Aus dieser Beziehung stammt die sehr häufig und auch nachfolgend in dieser Beschreibung verwendete Bezeichnung F2F für diese Form der Impulsfrequenzmodulation. Entfernt man die Bezugslinie.40 aus der Kurve, so bleibt effektiv eine Reihe von Streifen in bestimmten Abständen entsprechend demselben Prinzip übrig. Werden diese Streifen gedruckt, so wird, der Abstand in eine Strecke umgewandelt. Die zeitlichen Abstände können durch Abtasten solcher Streifen mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit wiedergewonnen wer-

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den. Bei dieser Art der Impulsfrequenzmodulation sind die geradzahligen Impulse (oder Streifen) immer vorhanden und stellen daher eine für die Taktgabe verfügbare Information dar, die bei zahlreichen Anwendungen sehr erwünscht ist. Obwohl nicht unbedingt notwendig, ist es bei einer großen Anzahl von Anwendungen üblich, vor die Daten eine Anzahl von Taktimpulsen zu setzen und evtl. auch die Daten mit einer Anzahl derartiger Taktimpulse abzuschließen- Die Daten in der dargestellten Codegruppe stellen die Binärzeichen 10110 dar, der Rest der Codegruppe besteht nur aus Taktimpulsen. Nach der vorlaufenden Gruppe von Taktimpulsen wird eine Eins durch einen Impuls, wie z. B. den Impuls 17, in der Mitte eines Bitintervalls erkannt und eine binäre Null als das Fehlen eines Impulses in der Mitte eines solchen Bitintervalls (zwischen den Impulsen 18 und 20). Bei herkömmlichen Anordnungen wird eine elektronische Abtastung in der Mitte des Bitintervalls vorgenommen, um festzustellen, ob ein Impuls erscheint oder nicht. Bei vielen Anwendungen erscheinen impulsfrequenzmodulierte Pulssignale als das in Fig. 1(b) gezeigte Signal, bei dem Taktinformation und Daten als Übergänge in einem Zweipegel-Signal erscheinen (Wechseltaktschrift). Diese Form wird besonders bei magnetischer Aufzeichnung benutzt. Ein solches Signal wird beim Anlegen an eine Differenzierschaltung (elektromagnetische übertrager sind das zwangsläufig) in ein Signal der in Fig. 1(c) gezeigten Form umgewandelt. Nachdem das differenzierte Signal gleichgerichtet und an eine Impulsformstufe angelegt wurde, erhält man ein Impulssignal der in Fig. 1(d) gezeigten Form. Dieses Signal ist für viele Anwendungen ideal und wird als Eingangssignal für die erfindungsgemäße, anschließend zu beschreibende Schaltung benutzt.

Ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Decodierung dieses regenerierten Signals ist in Fig. 2 gezeigt. Das zu decodierende Eingangssignal wird am Eingang 200 zugeführt und gelangt von dort an ein UND-Glied 202, zwei Torschaltungen 204, 206 für Analogsignale, und an eine bistabile Kippschaltung 210. Die Ausgangssignale der Torschaltungen 2O4, 206 werden einer Vergleicherschaltung 208 zugeführt, die vorzugsweise aus einem

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Differentialverstärker besteht. Dieser erzeugt dann ein vorgegebenes Ausgangssignal, wenn die beiden Eingangssignale im wesentlichen, aber nicht notwendigerweise genau gleich sind. Das Vergleicherausgangssignal wird dem Rückstelleingang des bistabilen Kippgliedes 21O und dem zweiten Eingang des UND-Gliedes 202 zugeführt. Auf diese Weise liefert das UND-Glied 202 dann und nur dann ein Ausgangssignal, wenn ein Eingangssignal am Eingang 200 und ein Gleichheits-Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 208 gleichzeitig auftreten. Somit wird bei jedem Ausgangssignal des UND-Gliedes 2O2 die bistabile Kippschaltung 212 umgeschaltet. Das ergibt einen Pegeluxnkehr der beiden Ausgangsanschlüsse.

Prinzipiell gibt es zwei etwas unterschiedliche Arten von bistabilen Kippschaltungen.

Die eine Art hat nur einen Eingang. Bei Anlegen eines richtig bemessenen Auslöseimpulses wird die Kippschaltung von einem ersten stabilen Zustand in den zweiten umgeschaltet. Diese Schaltung arbeitet für die angelegten Auslöseimpulse als einstelliger Binärzähler (Modulo-2-Zähler) und" wird deshalb im folgenden auch "bistabile Zählstufe" genannt.

Die andere Schaltung hat zwei getrennte Eingänge zum Einstellen und Rückstellen; ein Impuls an dem einen Eingang versetzt die Kippschaltung immer in den ersten stabilen Zustand, und ein Impuls an dem anderen Eingang versetzt sie immer in den zweiten stabilen Zustand. Diese Art von Kippschaltung wirkt wie ein Speicher für einen einzelnen Binärwert und wird deshalb im folgenden auch "bistabile Speicherschaltung" genannt.

Die bistabile Kippschaltung 210 arbeitet als bistabile Speicherschaltung und ist überdies so ausgelegt, daß sie nur beim Auftreten eines Taktimpulses an einem dritten Eingang umgeschaltet werden kann.

Die komplementären Ausgänge der bistabilen Zählstufe 212 sind

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einzeln mit den Sägezahn-Generatorschaltungen 214 und 216 verbunden. Eier kann eine Vielzahl verschiedener üblicher Schaltungen benutzt werden. Wesentlich ist, daß eine Integration stattfindet und daß der Augenblickswert für einen nachfolgenden Zeitabschnitt festgehalten werden kann. Die einfachen RC-Integrationsschaltungen, insbesondere mit öiodengesteuerten Auflade- und längeren Entladezeitkonstanten, sind für die meisten Fälle geeignet. Zwei UND-Glieder 218 und 220 sind mit je einem Eingang einzeln mit den komplementären Ausgängen der bistabilen Zählstufe 212 und mit ihren zweiten Eingängen gemeinsam mit dem Ausgang der Vergleicherschaltung 20b verbunden. Diese ÜKD-Glieder liefern ein Signal auf je eine von zwei Differenzierschaltungen 222 und 224 zum Rückstellen der Sägezahn-Generatorschaltung 214 oder 216 am Anfang eines jeden Zyklus (Taktintervalls). Eine Grundform einer solchen Differenzierschaltung ist ein Transistor mit normalerweise hoher Impedanz, der parallel zu dein kapazitiven Element der Integrationsschaltung geschaltet ist. Die Differenzierschaltungen sind mit einem ODER-Glied 226 verbunden, um am Ausgang 228 Taktimpulse zu erzeugen. Die in den Sägezahn-Generatorschaltungen 214 und 216 gespeicherten Werte, die je einem Zeitintervall entsprechen, weraen durch die Torschaltungen 204 und 206 an die Vergleicherschaltung 2OS weitergegeben. Die Torschaltungen können normalerweise gesperrte Verstärker mit Verstärkung 1 : 1 sein, wobei die Vorspannung beim Auftreten von Impulsen am Eingang 200 entfällt. Diese Torschaltungen arbeiten vorzugsweise im zu erwartenden Betriebsbereich linear, in gewissen Grenzen kann jedoch für viele Anwendungen eine beträchtliche Abweichung von der Linearität zugelassen werden. Entsprechendes gilt für die Linearität der Sägezahn-Generatorschaltungen 214 und 216. Die Anordnung stellt also die bistabile Kippschaltung 210 zurück, wenn gleiche Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgend abgefühlten Impulsen auftreten; am Ausgang 230 tritt dann ein Signal auf, das anzeigt, daß der zuletzt aufgenommene Binärwert eine binäre Null war. Der komplementäre Anschluß 231 führt dann ein Signal, das anzeigt, daß der zuletzt empfangene Binärwert keine binäre Lins ist. Das Signal für die binäre Eins tritt am Ausgang 231 auf, wenn bein Au -

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treten eines Eingangsimpulses am Eingang 200 das Ausgangssignal des Vergleichers 208 Null ist, wodurch ein aktiver Impuls am Ausgang des Inverters 234 erscheint, so daß die Kippschaltung 210 eingestellt wird.

Durch Abtasten eines ungeradzahligen Impulses wird die bistabile Kippschaltung 210 eingestellt und das Signal am Ausgang 231 auf den der binären Eins zugeordneten Wert gebracht. Die Sägezahn-Generatorschaltungen 214 oder 216 werden nicht zurückgestellt, weil das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 208 zu diesem Zeitpunkt bewirkt, daß beide UND-Glieder 218 und 220 gesperrt bleiben. Zum Zeitpunkt des nächsten Impulses am Eingang 2OO bewirken die Ausgangssignale der Sägezahn-Generatorschaltungen 214 und 216 tias Rückstellen der bistabilen Kippschaltung 210, wodurch am Ausgang 230 auf das Signal für die binäre Null auftritt. Eine bistabile Kippschaltung 236 wird zur Taktimpulszeit entsprechend den an den Anschlüssen 230 und 231 auftretenden Signalen eingestellt. Diese Kippschaltung 236 ist die Ausgangsstufe der Gesamtschaltung und gibt an den Ausgängen 24O und 241 als Ergebnis Nullen und Einsen ab.

Im Blockschaltbild der Fig. 3 ist eine andere Schaltungsanordnung gezeigt. Daa Eingangssignal wird an den Eingang 300 angelegt, der mit dem UND-Glied 302 verbunden ist, welches ähnlich arbeitet, wie das UND-Glied 202. Eine bistabile Kippschaltung (Speicherschaltung) 304 wird durch das Ausgangssignal des UND-Gliedes 302 eingestellt, das ebenfalls Taktimpulse an die UND-Glieder 318 und 320 (die ähnlich arbeiten wie die UND-Glieder 218 und 220) und an den Taktimpulsausgang 328 liefert. Nach dem Einstellen wird die bistabile Kippschaltung 304 durch das Ausgangssignal des UND-Gliedes 318 zurückgestellt und so zur Taktzeit ein kurzer Impuls erzeugt. Die Schaltungen 33O und 332 sind übliche Integrationsschaltungen mit zwei Betriebsarten, nämlich Rückstellung auf den Anfangszustand und Integration. Die Schaltung 330 arbeitet als Integrationsschaltung und die Schaltung 332 als Halteschaltung für ein Analogsignal. Einrichtungen zum Rückstel-

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len der Schaltung 330 in den Anfangs zustand (Nullwert) sind am Eingang 334 angeschlossen. Das Ausgangssignal der Schaltung 330 wird vor deren Rückstellung kurzfristig an den Eingang 336 angelegt, um der Halteschaltung 332 diesen Wert als Anfangswert (d.h. als zu speichernden Wert) einzugeben. Einrichtungen zum Anlegen eines konstanten Eingangssignals (K) an die Schaltung 33O sind mit dem Eingang 338 verbunden. Das Ausgangssignal der Schaltung 330 entspricht daher dem Produkt aus dem Konstantwert (K) und der Zeit, d. h.

Γ Q kdt = k . t + 0.

Das Signal am Eingang 340 der Schaltung 332 ist Null, wodurch das Ausgangssignal der Schaltung 332 gleich dem Anfangswert ist.

Der Ausgang der Integrationsschaltung 330 ist mit je einem Eingang der beiden Vergleicherschaltungen 342 und 344 verbunden. Die anderen Eingänge der Vergleicherschaltungen 342 und 344 sind einzeln mit den Verbindungspunkten eines Spannungsteilers verbunden, der am Ausgang der Halteschaltung 332 nach Masse angeschlossen ist und aus den in Reihe geschalteten Impedanzen 346, 347 und 348 besteht. Bei den meisten Anwendungen können hier gewöhnliche Widerstände benutzt werden. Die Ausgangssignale der Vergleicherschaltungen 342 und 344 werden an das UND-Glied 350 angelegt, wobei zwischen dieses UND-Glied und die Vergleicherschaltung 342 ein Inverter 352 eingeschaltet ist. Diese Anordnung ist eine Bereichsvergleicherschaltung, die einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn A>B>C ist, wobei B das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 330, und A und C der vorgegebene obere bzw. untere Grenzwert sind.

Die Aus gangs leitung des UND-Gliedes 350 ist mit dem Einstell-Eingang einer bistabilen Kippschaltung (Speicherstufe) 354 verbunden, deren Rückstelleingang über eine Inverterschaltung 356 mit dem Ausgang des UND-Gliedes 350 verbunden ist. Das Ausgangssignal

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der Inverterschaltung 356 wird auch an das UND-Glied 302 angelegt, um ein Einstellen der bistabilen Kippschaltung 304 beim Empfang von Impulsen, die eine binäre Eins darstellen, zu verhindern. Die am Eingang 300 auftretenden Impulse werden einem dritten Eingang der bistabilen Kippschaltung 354 zugeführt und stellen dieser jeweils nur beim Auftreten eines Eingangsimpulses ein bzw. zurück. Die Werte der Widerstände 346 bis 348 werden nach dem jeweils zu decodierenden Pulssignal ausgewählt. Die Widerstände können bei vielen Anwendungen gleich groß sein, so daß z. B. 1/3 und 2/3 der Amplitude des Ausgangssignals der Schaltung 332 an die Vergleicherschaltungen 344 bzw. 342 angelegt wird. Das ist ein guter Toleranzbereich für ein Zweifrequenz-Pulssignal, bei dem die vorkommenden Intervalle im Verhältnis 2 : 1 stehen.

Die Impulse, die binäre Einswerte darstellen, werden also etwas kritischer analysiert, bevor das Signal am Eins-Ausgang 361 der bistabilen Kippschaltung 354 auf Eins gebracht wird. Im übrigen wird das Signal am Null-Ausgang 360 auf Null gehalten.

Der Toleranzbereich kann auch vergrößert werden bis zu Grenzwerten, die 1/4 bzw. 3/4 des Gesamtbereichs betragen, wobei sich die Störanfälligkeit und das Auflösungsvermögen ändern. Der Spannungsteiler könnte ebensogut mit dem Ausgang der Integrationsschaltung 330 verbunden sein.

In Fig. 4 sind als Beispiel Impulszüge zur Darstellung der Reihenfolge bei der Rückstellung bzw. Einstellung der Integrations- und Halteschaltungen 330 und 332 auf die Anfangsbedingung gezeigt. Zwei an den Eingang 300 angelegte Impulse eines Impulszuges sind in Fig. 4(a) gezeigt. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 302 ist in Fig. 4(b) gezeigt; daraus ergibt sich am Eins-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 304 ein Signalverlauf gemäß Fig. 4(c). Der Einstellimpuls für die Integrationsschaltung 332 ist in Fig. 4(d) gezeigt, und der Rückstellimpuls für die Integrationsschaltung 33O, der am Ausgang des UND-Gliedes 32Q auftritt,, ist in

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Fig. 4(e) gezeigt. Für einen Toleranzbereich zwischen 1/3 und 2/3 verläuft das Ausgangssignal des UND-Gliedes 350 zwischen den Datenimpulsen gemäß Darstellung in Fig. 4(f). Das Signal steigt nach oben an im Abschnitt 410 und erreicht das durch den Abschnitt 412 dargestellte Niveau. Die Impulsflanken 414, 416, 418 und 420 treten jeweils wenige Nanosekunden nacheinander auf, wobei jede von einer vorhergehenden Impulsflanke abhängig ist. Die Impulsflanke 422 ist abhängig von den Konstanten der bistabilen Kippschaltung 304 und bewirkt die beiden Impulsflanken 424 und 426. Die Impulsflanke 428 bewirkt die Impulsflanken 430 und 432.

Die Möglichkeit, eine große Anzahl von Halbleiterschaltungen auf einem einzigen Plättchen zu integrieren, erlaubt allgemein die Verwendung komplizierter Schaltungen, die bisher nur für Höchstleistungssysteme wirtschaftlich eingesetzt werden konnten. Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 5 gezeigt. Der Eingangsimpulszug wird am Eingang 5OO angelegt, der mit einem UND-Glied 502 und einer Steuerschaltung 504 verbunden ist. Die Ausgangssignale des UND-Gliedes 502 stellen einen Binärzähler 506 zurück, an dessen Eingang ein Impulsgenerator 508 mit relativ hoher Frequenz angeschlossen ist. Auf diese Weise zählt der Binärzähler 506 die Anzahl der vom Impulsgenerator 508 abgegebenen Impulse zwischen je zwei am Eingang 5OO erscheinenden Eingangsimpulsen. Bei dieser Anordnung mißt der Zähler 506 das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen bzw. zwischen einem Taktimpuls und einem eine binäre Eins darstellenden Impuls. Jeder vom Zähler 506 abgegebene Zählwert wird an die Rechenschaltung 510 abgegeben, die die Grenzwerte für die Feststellung der Anwesenheit eines Einerdatenbits vorherbestimmt. Der obere und der untere Grenzwert werden in die Register 512 und 514 eingespeichert, deren Ausgangssignale an die Vergleicherschaltungen 516 bzw. 518 abgegeben werden. Der obere und der untere Grenzwert werden ständig mit dem jeweiligen Zählerstand im Binärzähler 506 verglichen. Eine bistabile Kippschaltung 520 wird zurückgestellt und zeigt damit eine binäre Eins am Ausgang 521 an. Dieses Signal wird durch ein Ausgangssignal des "Kleiner"-Anschlusses der Vergleicherschaltung 516

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und ein gleichzeitiges Ausgangssignal des "Größer"-Anschlusses der Vergleicherschaltung 518 bestimmt, die dem UND-Glied 522 zugeführt werden, das über eine mit der Steuerschaltung 504 verbundene Leitung 524 entsperrt wird. Die bistabile Kippschaltung 52O wird eingestellt (dies ergibt ein der "Eins" komplementäres Signal am Ausgang 521) , wenn die Vergleicher 516 und 518 andere Ausgangssignale abgeben. Der "Größer"-Anschluß und der "Gleich"-Anschluß der Vergleicherschaltung 516 sind mit dem ODER-Glied 526 verbunden, dessen Ausgangsleitung an das UND-Glied 528 angeschlossen ist, um die bistabile Kippschaltung 520 einzustellen und ein Steuersignal über eine Leitung 529 an die Steuerschaltung 504 abzugeben. Das Signal auf der Leitung 529 kennzeichnet eine Grenzwertüberschreitung oder ein Außertrittfallen und soll unter diesen Bedingungen ein Arbeiten des Systems verhindern. Dem Empfang einer binären Null entspricht das Zusammentreffen eines Taktimpulses am Anschluß 530 mit einer Null am Anschluß 521.

Die Steuerschaltung 504 liefert die Impulszüge in Fig. 6. Das Eingangssignal der Steuerschaltung ist in Fig. 6(a) mit 532 bezeichnet. Von diesem Eingangssignal werden die wiedergegebenen Rückstellimpulse 534 in Fig. 6(b) und die Ladeimpulse 536 in Fig. 6(c) sowie die Abtastimpulse 538 in Fig. 6(d) und die Durchschaltimpulse 540 in Fig. 6(e) abgeleitet. Die Steuerschaltung arbeitet in der Weise, daß die Vorderkanten der Eingangssignalimpulse 532 die Vorderkanten der Rückstellimpulse 534 bewirken. Die Hinterkanten der Rückstellimpulse 534 erzeugen die Vorderkanten der Ladeimpulse 536 und der Durchschaltimpulse 540. Die Vorderkanten der Abtastimpulse 538 werden durch die Hinterkanten der Ladeimpulse 536 erzeugt, während die Hinterkanten hinreichend verzögert werden, damit am Anschluß 530 brauchbare Abtastimpulse auftreten.

Eine andere digitale Version der Erfindung, speziell für Grenzwerte bei einem Drittel und zwei Dritteln, ist in Fig. 7 gezeigt. Der Eingangsimpulszug wird an den Eingang 500 angelegt, der mit

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einem UND-Glied 502 und der Steuerschaltung 7O4 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 502 ist mit dem Rückstelleingang eines Zählers 706 verbunden, der ein Drittel der von dem Impulsgenerator 508 ausgehenden Bezugsimpulse zählt. Ein UND-Glied 7O8 und eine Impulsfrequenzteilerschaltung 710 sind für die Weitergabe von Impulsen zwischen den Impulsgenerator 508 und den Zähler eingeschaltet. Der Generator 508 ist ebenfalls direkt mit einem Binärzähler 712 verbunden, der durch jeden von der Steuerschaltung 704 kommenden Taktimpuls zurückgestellt wird. Der Zählwert vom Binärzähler 712 wird unter Steuerung der Steuerschaltung auf einen Abwärtszähler 714 übertragen. Der Inhalt des Abwärtszählers 714 wird jeweils durch vom UND-Glied 708 kommende Impulse verändert, wenn dieses durch die Inverterschaltung 716 und ein Mehrfach-ODER-Glied 718, das mit vorbestimmten Stufen des AbwärtsZählers 714 verbunden ist, entsperrt ist. Der Binärzähler 712 gibt seinen Zählerstand an die Vergleicherschaltungen 517 und 518 zusammen mit vorbestimmten Ausgabewerten des Zählers 706 ab. Diese Ausgangssignale ergeben sich durch "festverdrahtete Verschiebungen", wodurch der Wert am einen Ausgang dem binär nach rechts oder links verschobenen Wert an einem anderen Ausgang entspricht. Ein Wert beträgt z. B. ein Drittel einer Zahl, und der andere Wert ist der um eine Binärstelle verschobene Wert, oder zwei Drittel dieser Zahl. Der Rest der Schaltung ist im wesentlichen derselbe wie bei der früheren Version.

Die Steuerschaltung 704 gibt die Impulszüge gemäß Fig. 8 ab. Das Eingangssignal ist bei 732 in Fig. 8(a) dargestellt, von der ein Abtastimpulszug, 734 in Fig. 8(b) abgeleitet wird. Das Laden des Inhalts des Binärzählers in den Abwärtszähler erfolgt durch den Impulszug 736 in Fig. 8(c) und der Zähler 706 wird durch die Impulse 738 in Fig. 8(d) zurückgestellt. Die Ausgangs-Durchschaltimpulse sind mit 740 in Fig. 8(e) bezeichnet.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Auswertung eines Pulssignals, das Takt- und Dateninformation enthält, und bei dem aufeinanderfolgende Impulse oder Pegelwechsel in zwei verschiedenen, jeweils in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehenden Intervallen auftreten, wobei jeweils ein Bezugswert, der einem Taktintervall entspricht, eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigewert erzeugt wird, der dem Abstand zwischen dem zuletzt bei Erzeugung eines Taktimpulses aufgetretenen Impuls oder Pegelwechsel einerseits und dem laufenden Zeitpunkt andererseits entspricht; daß dieser Anzeigewert beim Auftreten des nächsten Impulses oder Pegelwechsels mit dem Bezugswert oder mindestens einem dem Bezugswert proportionalen Wert verglichen wird; und daß dann

a) wenn der Anzeigewert und der Bezugswert innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches einander gleich sind, ein Taktimpuls erzeugt wird und der gerade vorliegende Anzeigewert als neuer Bezugswert anstelle des bis dahin vorhandenen Bezugswertes eingesetzt wird;

b) wenn der Anzeigewert von dem Bezugswert in einem erheblichen, durch einen Toleranzbereich vorgegebenen Ausmaß verschieden ist, ein Markiersignal erzeugt wird, das die Feststellung eines bestimmten der beiden Binärzeichen anzeigt, die das Pulssignal als Dateninformation enthält, wobei weder ein Taktimpuls abgegeben noch der bisherige Bezugswert geändert wird, und daß der laufende Anzeigewert ohne Unterbrechung weiter erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigewert mit zwei Grenzwerten verglichen wird, deren jeder ein bestimmter Teil des jeweils eingesetzten Bezugswertes ist, und daß das Markiersignal beim Auftreten eines Impulses oder Pegelwechsels nur dann erzeugt wird, wenn

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der Anzeigewert innerhalb des durch die beiden Grenzwerte gegebenen Bereiches liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der eingesetzte Bezugswert jeweils selbst von einem Taktsignal bis zum nächsten gespeichert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten eines Taktsignals zwei zum jeweils neu eingesetzten Bezugswert proportionale Grenzwerte gespeichert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten des Markiersignals ein bistabiles Element in seinen einem Binärzustand eingestellt wird, und bis zum Auftreten des nächsten Impulses oder Pegelwechsels in diesem Zustand belassen und dann in den anderen Binärzustand zurückgestellt wird.
6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Vorrichtungen :

ein UND-Glied (202; 3O2), dessen einer Eingang mit dem Impulseingang (200; 300) der Schaltung verbunden ist; ein bistabiles Kippglied (212; 304), das mit dem Ausgang des UND-Gliedes verbunden ist;

eine Schaltungseinrichtung (214 226; 318...34O) zur

Akkumulation des Anzeigewertes für das laufende Taktin-.tervall und zur Speicherung des Bezugswertes vom letzten vorhergehenden Taktintervall zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen des UND-Gliedes , welche über die Ausgänge des bistabilen Kippgliedes auf diese Schaltungseinrichtung einwirken;

eine Vergleicherschaltung (204, 206, 208; 342, 344, 350, 352) zum Vergleich des Anzeigewertes mit dem gespeicherten Bezugswert und zur Abgabe eines binären Vergleichs-

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signals, das Gleichheit oder Ungleichheit anzeigt; Schaltmittel (356), durch die das Vergleichssignal auf den anderen Eingang des UND-Gliedes (202; 302) zurückwirkt;

eine bistabile Ausgangsschaltung (210, 354), deren Eingänge die gleiche Impulsfolge wie dem Impulseingang (200, 30O) sowie das Vergleichssignal in echter und komplementärer Form zugeführt werden, um die Ausgabeschaltung bei Auftreten eines Impulses oder Pegelwechsels je nach dem gerade vorliegenden Vergleichssignal auf einen ihrer beiden Zustände einzustellen; sowie

einen Takt-Ausgang (228, 328), der jeweils dann einen Impuls abgibt, wenn das UND-Glied einen Impuls abgibt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Integrationsschaltungen (214, 216; 330, 332) enthält, wovon jeweils eine den Anzeigewert akkumuliert und die andere den Bezugswert speichert.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilerschaltung (346, 347, 348) vorgesehen ist, die an zwei Ausgängen zwei dem jeweiligen gespeicherten Bezugswert proportionale Grenzwert-Signale abgibt, und daß die Vergleicherschaltung (342, 344, 350, 352) ein Bereichsvergleicher ist, dem ein Anzeigewert-Signal und die beiden Grenzwert-Signale der Teilerschaltung zugeführt werden, und dessen binäres Ausgangssignal dann einen bestimmten Wert annimmt, wenn der Anzeigewert zwischen den beiden Grenzwerten liegt.

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