DE2421389A1

DE2421389A1 - Schaltungsanordnung zum ableiten von datenimpulsen aus stoerungsbehafteten eingangssignalen

Info

Publication number: DE2421389A1
Application number: DE2421389A
Authority: DE
Inventors: Jerome Danforth Harr
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-06-22
Filing date: 1974-05-03
Publication date: 1975-01-23
Also published as: GB1442445A; JPS5023758A; DE2421389C2; IT1012369B; FR2234704B1; FR2234704A1; US3832577A; CA1014622A; JPS5754974B2

Description

Böblingen, 16. April 1974 heb-oh

Änmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Änmelderin: SA 972 021

Schaltungsanordnung zum Ableiten von Datenimpulsen aus störungsbehafteten EingangsSignalen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ableiten von Datenimpulsen aus störungsbehafteten EingangsSignalen, welche sich insbesondere für die bei photoelektrischer Abtastung entstehenden niedrigen Ströme eignet, die oft einen wesentlichen Anteil an niederfrequenten Rausch- oder Störkomponenten aufweisen können, die häufig auf stärkere Einschwingvorgänge folgen. Mit Hilfe dieser Schaltung soll es möglich sein, solche schwachen Ströme zur Erzielung sauberer, digitaler Signale zu verarbeiten, die von den Wirkungen dieser Rausch- oder Storkomponenten und deren Einschwingvorgängen nicht beeinflußt sind.

Die Möglichkeit einer Verarbeitung solcher Ströme ist seit langem bekannt. Die bisher zur Beseitigung der Wirkung von Einschwing- , vorgängen verwendeten Schaltungen sind jedoch nicht so wirksam gewesen, wie dies die Erfindung ist.

Zum Stand der Technik sei beispielsweise auf folgende US-Patentschriften verwiesen:

US-Patentschrift	Datum	1961	Erfinder	Aktenzeichen
2 999 925	Sept.	1964	Thomas	- 250-8
3 159 815	Dez.	1967	Groce	340-146.3
3 303 329	Febr.	1968	Fritz	235-61.11
3 398 373	Aug.	Caswell	328-163

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	Datum	1971	- 2 -	2421389
US-Patentschrift	Febr.		Erfinder	Aktenzeichen
3 560 751		1971	Buettner	250-214
	Febr.	1971	und andere
3 566 281	Nov.	Baumann	328-171
3 619 660		Rugo	307-264

Alle die in diesen älteren Patentschriften zum Stand der Technik offenbarten Schaltungen machen von einer vorbestimmten, gesteuerten Entladungsgeschwindigkeit eines Kondensators Gebrauch, so daß der Schwellwert den Änderungen der Einhüllenden des Signals zu folgen vermag.

Ist die Entladungsgeschwindigkeit zu gering, dann folgt der Schwellwert einer Änderung der Einhüllenden des Signals nicht, und geht die Kondensatorentladung zu rasch vor sich, dann stellt sich kein stabiler, genauer Schwellwert ein. Die wichtigste dieser zum Stande der Technik genannten Patentschriften ist die US-Patentschrift 3 566 281, in der eine Schaltungsanordnung beschrieben ist, die dem aufgenommenen Signal Schwingung für Schwingung folgt und sehr genaue Abschneidpegel liefert. Diese Schaltung verzögert jedoch das ankommende Signal so lange, wie der Schwellwert abgeleitet wird. Da eine vorbestimmte Verzögerung verwendet werden muß, ist diese Schaltung auf Impulsformen beschränkt, die vorbestimmte Anstiegs- und Abfallzeiten aufweisen, was beispielsweise eine Abtastung eines zu lesenden Codes von Hand oder ähnliche Anwendungsgebiete ausschließt. Das heißt also, daß in keiner dieser Patentschriften eine Schaltungsanordnung offenbart ist, die über eine große Breite unterschiedlicher Datenübertragungs-Geschwindigkeiten zuverlässig arbeitet, wie sie beispielsweise auftreten, wenn man optisch oder magnetisch aufgezeichnete Daten mit einer von Hand geführten Lesevorrichtung abtastet.

Es gilt also. Schaltungen der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß optisch und magnetisch aufgezeichnete Daten mit von Hand geführten Lesevorrichtungen einwandfrei und klar gelesen werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

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die zur Ableitung eines Schwellwertes dienende Schaltung gemäß der Erfindung eine Vergleichsstufe enthält, der eingangsseitig die ankommenden elektrischen Signale direkt zugeführt werden, sowie weitere Eingangsklemmen, an denen ein Schwellwertpegel zugeführt wird, sowie Ausgangsklemmen, an der ein elektrisches Ausgangssignal auftritt, das einen Schwellwert überschreitet. Ferner sind zwei Spitzendetektorschaltungen vorgesehen, die positive und negative Spitzenamplituden des einlaufenden Signals ableiten und speichern. Die Ausgangssignale dieser Detektorstufen werden in einer algebraischen Summierschaltung auf einen Schwellwertpegel herabgesetzt, deren Ausgangsklemmen mit den weiteren Eingangsklemmen der Vergleichsstufe verbunden sind. Die Spitzendetektorschaltungen werden abwechselnd durch Anlegen des elektrischen Ausgangssignals mit der richtigen Polarität und in Abhängigkeit von der Steigung des Eingangssignals gesperrt oder entsperrt. Ferner ist eine Differenzierschaltung vorgesehen, die das Vorzeichen der Steigung des einlaufenden Signals bestimmt, welche einen bipolaren Ausgang aufweist, der mit den Eingangsklemmen der Ladungsspeicherstufen verbunden ist. Weiterhin ist zwischen der Differenzierstufe und den Spitzendetektorstufen eine Vergleichsschaltung mit einem Eingang für ein Bezugspotential vorgesehen, der mit einem Punkt mit festem Bezugspotential, normalerweise Erde, verbunden ist und einen Impuls ableitet, der das Vorzeichen der Steigung des Impulses angibt. Vorzugsweise ist ferner eine ein Rückstellsignal erzeugende Schaltung vorgesehen, die die Spitzendetektorstufen in ihren Normalbetrieb zurückführt, wenn sie beispielsweise durch einen sehr hohen Einschwingvorgang oder eine fehlerhafte Abtastoperätion effektiv gesperrt worden sind.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen angegeben.

In den Zeichnungen zeigt:

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Fig. 1 in einem Impulsdiagramm die Abhängigkeit der

Größe der Blende einer photoempfindlichen Vorrichtung auf den Stromverlauf;

Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Darstellung der Einwirkung des Schwellwertpegels auf das digitale Ausgangssignal;

Fig. 3 ein Impulsdiagramm zur Darstellung des beim Abtasten eines Etiketts mit einer photoempfindlichen Vorrichtung erzeugten Stromes;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung

gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein Impulsdiagramm von in der Schaltungsanordnung der Fig. 4 auftretenden Signalen;

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4;

Fig. 7 Impulsdiagramme von Signalen, wie sie in der

Schaltung nach Fig. 6 auftreten; und

Fig. 8 eine weitere bei der Erfindung verwendbare

Spitzendetektorschaltung.

Das Impulsdiagramm der Fig. 1 zeigt die wesentlichen Merkmale einer Abtastung, mit der sich die Erfindung befaßt. In Fig. 1(a) sind zwei Markierungen 10 und 12 dargestellt, die durch einen Zwischenraum 14 voneinander getrennt sind und die beispielsweise auf einem Dokument den binären Wert 1 darstellen können, sei es durch retrospektive Impulsmodulation (RPM) oder ^pulsfrequenzmodulation mit einer Strichcodierung, bei der die übergänge von Bedeutung sind. Eine Beschreibung der retrospektiven Impulsmodulation findet sich in der US-Patentschrift 3 708 748 vom

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2. Januar 1973/ während die Impulsfrequenzmodulation in einer deutschen Patentanmeldung der Anmelderin vom 29. August 1973 mit dem Aktenzeichen P 23 43 472.2 und dem Titel "Verfahren und Schaltungsanordnung zum Auswerten eines Impulssignals, das Takt- und Dateninformation enthält" beschrieben ist. Eine optische Abtastvorrichtung muß so ausgelegt sein, daß sie die Übergänge 16, 18, 20 und 22 als Impulskanten erfassen kann. Eine auf optische Abtastvorrichtungen mit einer optischen Blende 24, die ziemlich klein im Vergleich mit der Breite des schmäleren der beiden Striche 10 ist, ansprechende elektronische Schaltung liefert Impulse, wie sie durch die Kurve 26 in Fig. 1 dargestellt sind, die zum Teil in idealer Weise oberhalb einer Bezugslinie 28 in Fig. 1(b) liegen. Für eine Blendenöffnung 30, die etwa halb so breit ist wie der schmälere Streifen 10, erhält man eine Impulsfolge, wie sie bei 32 in Fig. 1(c) dargestellt ist. Mit einer Blendenöffnung 34, die etwa gleich breit ist wie der schmälere Streifen 10, ergibt sich eine Impulsform 36, wie sie in Fig. 1(d) dargestellt ist. Eine Impulsform 38 mit über einer Bezugslinie 40 liegenden Teilen in Fig. 1(e) stellt eine Reduzierung der Daten auf eine gewünschte idealisierte, rechteckförmige Impulsform dar. Während die Kurve 26 offenbar das gewünschte Ergebnis unmittelbar liefert, ist doch wegen der geringen Öffnung der Blende das Siggnal-zu-Störverhältnis ziemlich schlecht. Eine so kleine Blendenöffnung kann die einzelnen Phasen des Papiers eines Dokumentes und außerdem auch kleine Punkte, Flecken oder Schmutzstellen abfühlen. Das Signal-zu-Störverhältnis wird mit einer größer werdenden Blende verbessert und es ergibt sich auch eine geringere Empfindlichkeit für Unregelmäßigkeiten im Drupk und im Papier. Man sieht aber sofort, daß die Impulsflanken oder Übergänge 16, 18, 20 und 22 sowohl mit dem Auge als auch elektronisch viel schwerer genau festzustellen sind. Es ist eine Grundtatsache, daß dann, wenn die optische Blende genau auf der Kante einer Markierung zentriert ist, die Hälfte des durch die Blende hindurchtretenden Lichtes durch die Markierung gedämpft wird, während die andere Hälfte vom Hintergrund der Markierung reflektiert wird, der sich entsprechend stark von der darauf befindlichen Markie-

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rung abhebt, wobei alle anderen Bedingungen natürlich die gleichen sind. Bewegt sich dann die Blende vollständig über die Markierung, dann wird das gesamte reflektierte Licht eine maximale Dämpfung erfahren. Somit kann also die Kante einer Markierung als derjenige Punkt bestimmt werden, bei der der Impuls in der Mitte zwischen seiner maximalen negativen und maximal positiven Auslenkung liegt. Ein Blick auf Fig. 1 bestätigt dies.

Fig. 2 zeigt den Einfluß eines Schwellwertes auf das idealisierte digitale Ausgangssignal. In Fig. 2(a) stellt die Impulsform 42 das Ausgangssignal einer photoelektrischen Abfühleinrichtung als Ansprechverhalten bei einer relativ großen optischen Blende dar. Ein Wert der Schwellwertspannung wird durch den Abstand einer Potentialpegellinie 44 von einer gestrichelten Linie 46 dargestellt. Ein höherer Wert des Schwellwertpotentials wird durch den Abstand zwischen der Linie 44 und einer anderen gestrichelten Linie 48 dargestellt. In Fig. 2(b) erkennt man einen Impuls 50, der teilweise mit der Bezugslinie 44* zusammenfällt und das idealisierte digitale Ausgangssignal darstellt, das man mit dem niedrigeren Schwellwertpotential erhält. In Fig. 2(c) stellt die Impulsform 52, bei der ebenfalls Teile in gleicher Weise mit der Bezugslinie 44" zusammenfallen, das idealisierte Ausgangsimpulssignal dar, das sich bei dem höheren, durch die Linie 48 dargestellten Schwellwertpegel ergibt. Man sieht auf einen Blick, daß man mit nur geringfügig unterschiedlichen Schwellwertpotentialen ein Größenverhältnis von etwa 2:1 bei den Ausgangsimpulsen erhält. Dies ist bei der praktischen Anwendung für viele Anwendungsgebiete insofern von wesentlicher Bedeutung, daß durch ungeeignete Schwellwerte das gesamte System unbrauchbar werden kann.

Das erkennt man leicht aus dem Impulszug, wie er sich bei einer typischen Anwendung ergibt. In Fig. 3 ist ein Impulszug 54 dargestellt, wie er auf dem Schirm eines Oszilloskops erscheint, das bei einem Abtastsystem für eine Strichcodierung zur Darstellung von auf einem einfachen Etikett codierter Information benutzt wird. In diesem besonderen Fall war das Etikett in bezug auf die photoempfindliche Abtastvorrichtung geneigt, so daß sich bei der

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Einhüllenden eine Auslenkung nach oben ergibt. Einen ähnlichen Impulszug erhält man, wenn ein Etikett mit einem modulierten Laserstrahl abgetastet wird und die Hintergrundausleuchtung wegen der Verwendung von Fluoreszenzlicht einen Anteil an Netzfrequenz liefert. Man sieht sofort, daß es hier für eine Schwellwertspannung keinen feststehenden, gleichbleibenden Wert gibt, der für alle Zeichen oder Striche und Pausen gleich zufriedenstellend ist. Vielmehr muß der Schwellwertpegel ständig so eingestellt werden, daß er in der Nähe der Mittellinie der Einhüllenden liegt.

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäfß der vorliegenden Erfindung, mit deren Hilfe es möglich ist, aus dem ankommenden Signal einen entsprechenden Schwellwert abzuleiten. Ein elektrisches Eingangssignal, aus dem ein Schwellwert abgeleitet werden soll, wird an einer Eingangsklemme 60 als Funktion F(t) zugeführt und anschließend einer Vergleichsstufe 62 an einer ihrer Eingangsklemmen zugeführt. Die Vergleichsstufe 62, die noch im einzelnen beschrieben wird, hat eine weitere Eingangsklemme 66 und eine Ausgangsklemme 80, die mit dem Ausgang der Schaltung 70 verbunden ist. Ein Schwellwertpotential für die Anwendung an der Eingangsklemme 66 der Vergleichsstufe 62 wird von einer Schaltung geliefert, die zwei Spitzendetektoren 72 und 74 enthält, die ebenfalls noch näher beschrieben werden sollen. Die Spitzendetektoren 72 und 74 weisen Eingangsklemmen 76 bzw. 78 auf, die beide mit der Eingängsklemme 64 der Vergleichsstufe 62 verbunden sind. Die Spitzendetektoren haben ferner Steuereingangsklemmen 80 und 82 sowie Ausgangsklemmen 84 bzw. 86. Ferner sind zwei Dämpfungsglieder 88 bzw. 90 vorgesehen, die in Reihe an den Ausgangsklemmen 84 bzw. 86 angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt beider Dämpfungsglieder ist mit der Eingangsklemme 66 der Vergleichsstufe 62 verbunden. Das Hauptsteuersignal wird den Steuereingangsklemmen 80 bzw. 82 der Spitzendetektoren 72 bzw. 74 zugeführt und wird in einer Differenzierschaltung 92 abgeleitet, die eine Eingangsklemme 94 und eine Ausgangsklemme 96 aufweist. Vorzugsweise liegt eine Verstärkerstufe 98 zwischen der Eingangsklemme der Schaltung 60 und der Eingangsklemme 94 der Differen-

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— Ω mm.

zierschaltung 92. Das Steuersignal hängt im wesentlichen von der Vorzeichenänderung der Steigung des an der Eingangsklemme 60 zugeführten elektrischen Signals ab. Selbstverständlich reicht für einzelne Anwendungsgebiete, wenn die verschiedenen Parameter
günstig liegen, eine einfache Differentiation aus. Vorzugsweise
folgt aber auf die Differenzierschaltung 92 eine Vergleichsstufe 1CX), die mit einer Eingangsklemme an der Ausgangsklemme 96 angeschlossen und mit einem festen Bezugspotentialpunkt, hier ganz
allgemein eine Potentialquelle 103, verbunden ist. Die Ausgangsklemme 104 der Vergleichsstufe 100 ist an einer UND-Torschaltung 106 an deren Eingangsklemme 108 angeschlossen und über eine Inverterstufe 110 mit einer UND-Torschaltung 112 an deren Eingangsklemme 114 verbunden. Die UND-Torschaltungen 106 und 112 sind
jeweils mit den Spitzendetektoren 72 bzw. 74 über ODER-Schaltungen 122 bzw. 124 verbunden, die ausgangsseitig mit der Steuereingangsklemme 80 bzw. 82 der Spitzendetektoren 72 bzw. 74 verbunden sind.

Es kann beispielsweise erwünscht sein, daß man die Spitzendetektoren 72 und 74 zwangsläufig zurückstellen kann. Dies wird durch eine einen Rückstellimpuls erzeugende Schaltung mit einer monostabilen Kippschaltung 128, einem Taktoszillator 130 und einer
monostabilen Impulserzeugerschaltung 132 bewirkt, die alle
zwischen der Ausgangsklemme 68 der Vergleichsstufe 62 und den
ODER-Schaltungen 122 bzw. 124 in Reihe eingeschaltet sind.

Die Arbeitsweise dieser soeben beschriebenen Schaltung ergibt
sich leicht aus Fig. 5, in der Taktimpulszeiten die Verhältnisse der verschiedenen Impulszüge zueinander festlegen. In Fig. 5
sieht man zunächst eine Kurve 140, die etwa angenähert sinusförmig verläuft, die an der Eingangsklemme 60 liegt. Die negative Spitzenamplitude dieses Signals, die in dem Spitzendetektor 74 eingespeichert wird, wird durch die Kurve 142 dargestellt, die der Kurve
140 folgt. In gleicher Weise zeigt die Kurve 144 den Verlauf der positiven Spitzenwerte, die in dem Spitzendetektor 72 eingespeichert werden, wobei Teile dieser Kurve Teilen der Kurve 140

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folgen. Die daraus abgeleitete Schwellwertspannung wird durch die Kurve 146 dargestellt, die in dem gegebenen Beispiel in der Mitte zwischen den Kurven 142 und 144 liegt. In Fig. 5(b) ist eine Kurve 148 gezeigt, die die Ausgangsspannung an der Klemme 104 der Vergleichsstufe 1CX) darstellt. Das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 62 ist in Kurve 150 in Fig. 5(c) gezeigt. Mit dem üblicherweise verwendeten Etikett, das einen relativ hellen, stark reflektierenden Untergrund und relativ dunkle, gedruckte Zeichen oder Striche aufweist, ist das Ausgangssignal einer photoempfindlichen Vorrichtung relativ positiv, wenn der Hintergrund abgetastet wird und dieses Ausgangssignal nimmt negative Werte an, wenn eine Strichmarkierung überfahren wird. Es muß natürlich darauf hingewiesen werden, daß sich die Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung leicht auch so anpassen läßt, daß man helle Markierungen gegen einen dunklen Untergrund benutzt, falls dies erwünscht ist. Bewegt man nun die photoempfindliche Vorrichtung über ein Dokument oder ein Etikett, so erhält man theoretisch zunächst ein hohes Ausgangssignal, das über jedem Schwellwert liegt, der am Schwellwerteingang 66 der Vergleichsstufe 62 liegen könnte. Wird die photoempfindliche Vorrichtung über eine Markierung geführt, dann fällt das Ausgangssignal wegen der Absorption eines Teils des normalerweise reflektierten Lichtes ab. Es wird dann ein Schwellwert proportional dem Verhältnis der Abschwächungs- oder Dämpfungsglieder 88 und 90 erzeugt. Die Gesamtschaltung regelt sich dann auf das erste Zeichen auf dem Dokument ein. In Fig. 5 ist das Ausgangssignal der photoempfindlichen Vorrichtung durch die Kurve 140 dargestellt, die zum Zeitpunkt t.. ihren kleinsten Wert aufweist, der anzeigt, daß die photoempfindliche Vorrichtung über dem Zeichen zentriert ist. Zu diesem Zeitpunkt ändert das Ausgangssignal der Differenzierstufe 92 in üblicher Weise sein Vorzeichen. Dieser Vorzeichenwechsel wird gemäß der Erfindung dem Spitzendetektor 74 für negative Werte zugeführt, der dann diesen Minimalwert der Kurve 142 gespeichert hält. Vorzugsweise wird diese Steuerung durch eine die Steigung berücksichtigende Vergleichs stufe 100 gesteuert, deren Ausgangssignal durch die Kurve 148 dargestellt ist. Zwischen den Zeitpunkten t^

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und t₂ halten beide Spitzendetektoren 72 und 74 ihren eingespeicherten Wert. Der durch die Kurve 146 dargestellte Schwellwert liegt in der Mitte zwischen den beiden gespeichert gehaltenen Werten, wenn das Verhältnis der Dämpfungsglieder 88 und 90 1:1 ist. Andere Werte können je nach Bedarf eingesetzt werden, doch soll bei der Beschreibung der vorliegenden Schaltung immer ein Verhältnis von 1:1 unterstellt werden. Zum Zeitpunkt t_ ändert das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 62 das Vorzeichen, so daß das in dem positiven Spitzendetektor 72 eingespeicherte Signal unmittelbar auf den Wert der Eingangsspannung an der Klemme 60 abfällt und anschließend dem Ausgangssignal der photoempfindlichen Vorrichtung folgt, wie dies durch die überlagerung der Kurve 144 über Kurve 140 dargestellt ist. Sofort fällt der Schwellwert steil ab, nimmt aber in seinem Wert wieder zu, sobald der Wert in dem positiven Spitzendetektor zunimmt und nimmt für den nächsten Halbzyklus einen neuen Wert an (hier ist der Schwellwert der gleiche wie der Ausgangswert, da die Impulsform die gleiche ist). Zu diesem Zeitpunkt t₃ ändert sich wiederum das Vorzeichen des Ausgangssignals der Differenzierstufe 92 mit einer sich daraus ergebenden Änderung der Kurve 148. Diese Vorzeichenänderung der Ableitung bewirkt, daß das Potential in dem Spitzendetektor 72 dem Eingangssignal 140 nicht weiter folgt, wenn dieses auf negative Werte übergeht. Die übergänge in der Kurve 148 können über einen kleinen, zeitlichen Bereich auftreten, ohne daß dadurch die Arbeitsweise der gesamten Schaltung in irgendeiner Form beeinflußt wird. Zum Zeitpunkt t„ nimmt das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 62 einen oberen Wert an und wird dort bis zum Zeitpunkt t. gehalten, wenn das Vorzeichen des Ausgangssignals der Vergleichsstufe 62 wiederum umkehrt, so daß nunmehr der Spitzendetektor 74 mit seinem gespeicherten Potential dem elektrischen Eingangssignal gemäß Kurve 140 folgt. Die durch die Kurve 146 dargestellte Schwellwertspannung nimmt nun wieder zu und fällt anschließend zum Zeitpunkt t₅ auf einen neuen im wesentlichen konstanten Wert ab, der sich jedoch von dem vorhergehenden Wert unterscheidet. Dieser Zyklus wiederholt sich über die gesamte Arbeitsweise der Gesamtschaltung. Es ist dabei erwünscht, daß das Ausgangssignal

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der Vergleichsstufe 62, das durch die Kurve 150 dargestellt ist, seine Impulsflanken oder übergänge ganz präzise zu diesen Zeitpunkten aufweist und die Differentiation wird in dieser Hinsicht durch die Verwendung der Vergleichsstufe für die Steigung 100 verbessert, die gegen ein festes Bezugspotential arbeitet, das in den meisten Fällen Erdpotential sein wird. Aus Fig. 5(a) erkennt man, daß der Wert der Schwellwertspannung der Kurve 146 zum Teil während des vorhergehenden Zyklus und zum Teil während des augenblicklichen Arbeitszyklus abgeleitet worden ist, insbesondere aber im letzten Viertel des vorhergegangenen Zyklus und in dem unmittelbar darauffolgenden ersten Viertel jedes Halbzyklus, so daß man daraus eine hoch wirksame Abtastung von Strichmarkierungen mit Zwischenräumen erhält.

Wie bereits erwähnt, kann es beim Abtasten von sehr stark reflektierenden Dokumenten vorkommen, daß das elektrische Eingangssignal momentan sehr hohe Werte annimmt. Die Wirkung einer solchen Impulsflanke besteht darin, daß einer der Spitzendetektoren einen Spannungswert einspeichert, der von dem normalen Betriebswert weit entfernt ist. Das hat aber zur Folge, daß sich auch die Schwellwertspannung sehr weit von den üblichen Schwellwertpegeln entfernt, so daß das analoge elektrische Eingangssignal beim Abtasten von Zeichen und Zwischenräumen oder Pausen den Schwellwert nicht mehr zu überschreiten vermag. Wird aber der Schwellwert nicht überschritten, dann wird der extrem hohe Wert in dem Spitzendetektor nicht zurückgestellt und das System kann nicht in seinen Normalzustand zurückkehren. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine solche Rückkehr dann erzwungen. Wenn also keine Signale anliegen, die einen Schwellwert überschreiten, wird das gesamte System zwangsläufig in seine Ruhelage zurückgeführt. Wird der Schwellwert nicht regelmäßig erreicht, dann arbeitet die Schaltung ebenfalls nicht zufriedenstellend, weil die photoempfindliche Vorrichtung entweder kein Etikett abtastet, oder aber der Schwellwert zu weit von seinem richtigen Wert entfernt ist. In jedem Fall wird die Gesamtanordnung durch einige zusätzliche Schaltelemente zurückgestellt.

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Der Rückstellgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung mißt nur die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden positiven Schwellwertüberschreitungen und wenn für eine vorbestimmte Zeit keine Schwellwertüberschreitung auftritt, wird ein Rückstellimpuls mit entsprechenden Intervallen erzeugt, bis eine positive Schwellwertüberschreitung auftritt. Dieser Rückstellimpuls wird sowohl dem positiven als auch dem negativen Spitzendetektor zugeleitet und zwingt diese Stufen, dem tatsächlichen Wert des Eingangssignals für die Dauer des Rückstellimpulses zu folgen. Die Erfordernisse für diesen Generator werden in Verbindung mit der Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 6 noch erläutert. Dieses Schaltbild ist ähnlich aufgebaut wie das zuvor beschriebene Blockschaltbild in Fig. 4, so daß hier gleiche Bezugszeichen, jedoch gestrichen. Verwendung finden.

Den Spitzendetektoren 72' und 74' soll ein Analogsignal mit mäßiger Amplitude zugeführt werden. Die Differenzierschaltung 92' enthält einen Kondensator 136 und einen Widerstand 138 und benötigt ein größeres Signal, um einen möglichst großen Bereich von Eingangssignalamplituden verarbeiten zu können. Die Verstärkerstufe 98' besteht aus einem Paar Transistoren 142 und 144, die für hohe Verstärkung in üblicher Weise geschaltet sind. Die Spitzendetektoren 72' und 74' enthalten Kondensatoren 146 und 148 zum Speichern einer elektrischen Ladung. In den meisten praktischen Fällen wird man zum Speichern elektrischer Ladung Kondensatoren verwenden, aber selbstverständlich kann man für diesen Zweck auch Induktivitäten benutzen, falls dies gewünscht wird. In einer anderen Ausführungsform, die sich insbesondere für sehr schnell arbeitende Schaltungen eignet, wird eine einfache Kathodenstrahlröhre verwendet, die einen sehr langsam abklingenden Phosphor, wie er beispielsweise zur Signalanzeige verwendet wird, zusammen mit einer optischen Leseschaltung zur Ableitung einer Schwellwertspannung entsprechend der Anregung des Phosphors benutzt, welche durch eine geeignete photoempfindliche Vorrichtung abgefühlt wird.

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Die Kondensatoren 146 und 148 werden durch Feldeffekttransistoren 152¹ bzw. 154¹ aufgeladen. Die Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren sind mit der Eingangsklemme 60' verbunden. Die Gate-Elektroden sind an invertierenden ODER-Schaltungen 122¹ und 124' über Inverterstufen 162 bzw. 164 angeschlossen, während die Drain-Elektroden an den Speicherkondensatoren 146 bzw. 148 angeschlossen sind. Wenn einer der beiden Feldeffekttransistoren dieser Schaltung gesperrt ist, wird die plötzliche Potentialänderung an der Gate-Elektrode über den Transistor und die immer vorhandenen Streukapazitäten nach dem Speicherkondensator gekoppelt. Dies wird durch Einkoppeln eines Überganges der entgegengesetzten Polarität mit Hilfe einstellbarer Kondensatoren 156 und 158 kompensiert. Der kompensierende Übergang für den positiven Spitzendetektor 72' wird am Ausgang der ODER-Torschaltung 122* vor dem Inverterverstärker 162 abgeleitet. Mit dieser Schaltungsanordnung wird der kompensierende Übergang zugeführt, bevor der Spannungsübergang an der Gate-Elektrode dem Feldeffekttransistor 152¹ zugeführt wird. Eine gleichartige Inverterverstärkerschaltung 164 ist dem den negativen Spitzendetektor bildenden Feldeffekttransistor 154' zugeordnet. Wenn das Eingangssignal in Richtung auf negative Werte geht, wird der kompensierende Übergang durch eine Verzögerungsschaltung verzögert, die aus einer Inverterstufe 165, einem Kondensator 166, einem Widerstand 167 und einer Inverterstufe 168 mit einem Spannungsteiler aus den Widerständen 171 und 172 besteht, die zwangsläufig die Ausgangsspannung einstellen. Der Grund für diese Verzögerung besteht darin, daß bereits verschiedene Oszillatorschwingungen begonnen haben würden, wäre die Schwellwertspannung positiv genug gewesen, um größer zu sein als das Eingangs-Analog-Signal und dies hätte die Vergleichsstufe 62' abgeschaltet. Die Verstärkerstufen 174 und 176 dienen als Pufferstufen für die der Ableitung der Schwellwertspannung dienenden Schaltungen und verhindern, daß unerwünschte Übergänge die Vergleichsstufe 62' erreichen. Wenn die Feldeffekttransistoren gesperrt werden, so daß das Potential nunmehr gehalten wird, wird ein kompensierender Übergang an den positiven Spitzendetektor angelegt, solange der

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steuernde Feldeffekttransistor 152 noch leitend ist, während andererseits der kompensierende übergang für den negativen Spitzendetektor zugeführt wird, kurz nachdem der Feldeffekttransistor 154 abgeschaltet ist. Daher wird ein Teil der kompensierenden Ladung, die auf den Speicherkondensator 146 gegeben wurde, über den mäßig niedrigen Widerstand des Feldeffekttransistors 152 in seinem leitenden Zustand abgeleitet, bevor er gesperrt wird und dann einen ausreichend hohen Widerstand gegen eine Entladung darstellt. Daher muß der Kompensationskondensator 156 für eine gute Kompensation größer sein, da seine Kapazität eine Funktion der Gate-Source-Schwellwertspannung des Feldeffekttransistors 152 ist. Ändert sich die Gate-Source-Elektrodenspannung des FET 152 aufgrund von Alterung oder aber einer Vorspannung in Sperrichtung, dann muß der Betrag der Kompensation entsprechend geändert werden.

Die in Fig. 6 gezeigte Schaltung zur Erzeugung eines Rückstellimpulses enthält ein Paar UND-Torschaltungen 182 und 184, die über einen Rückkopplungskondensator 186 miteinander verbunden sind. Positive Impulsflanken am Ausgang der Vergleichsstufe 62' werden der monostabilen Kippschaltung 128¹ zugeleitet. Der invertierte Ausgang der monostabilen Kippschaltung 128' ist an der ÜND-Torschaltung 182 angeschlossen und unterdrückt eine Schwingneigung der Schaltung 130 für die stabile Periode der Impulsschaltung. Treten für die Dauer der Periode der monostabilen Kippschaltung 128¹ keine Schwellwertüberschreitungen auf, dann erzeugt die getastete Oszillatorschaltung 130¹ Rückstellimpulse, die mit vorbestimmter Impulsfrequenz in der Stufe 130' auftreten. Diese Impulse werden einer zweiten monostabilen Impulserzeugungsschaltung 132' zugeführt, die für deren eigenstabile Periode schmale Rückstellimpulse erzeugt. Weisen die abzutastenden Etiketten* beispielsweise 17 Zeichen je Zoll in einer RPM-Codierung auf, dann betragen die Intervalle zwischen Schwellwertüberschreitungen drei Mikrosekunden bzw. sechs Mikrosekunden für schmale bzw. breite Perioden zwischen Impulskanten oder Übergängen. Für Etikette mit 9 Zeichen pro Zoll sind die entsprechenden Intervalle sechs Mikrosekunden und 12 Mikrosekunden. Für den Betrieb mit solchen

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etiketten ist die Torschaltung des Rückstellgenerators so angeordnet, daß positive Schwellwertüberschreitungen zeitlich genau erfaßt werden, die mindestens alle 24 Mikrosekunden auftreten müssen. Die monostabile Kippschaltung 128 ist daher so angeordnet, daß sie einen stabilen Betriebszustand von 30 Mikrosekunden aufweist und die Schaltung 135 hat .eine Schwingungsperiode von 20 Mikrosekunden und die monostabile Rückstellimpulsschaltung 132 eine stabile Periode von einer Mikrosekunde, wodurch ein den Spitzendetektoren 72 bzw. 74 zugeführtes Signal diese Stufen zwingt, für eine Mikrosekunde lang dem elektrischen Eingangssignal zu folgen. Wie zuvor angegeben, wird die Gesamtschaltung sofort beim Beginn einer Abtastung mit dem Arbeiten beginnen. Es besteht jedoch die Möglichkeit, daß die Spitzendetektoren Restladungen aufweisen, die ein regelmäßiges Erkennen der ersten Marke in einem Zwischenraum verhindern. Dies kann beispielsweise in üblicher Art dadurch ausgeschaltet werden, daß man eine ungültige erste Marke setzt, daß man dann einen ersten Zwischenraum oder eine Pause mit Abstand von der Kante des Etiketts von etwa 2,54 mm anbringt. Dadurch wird mindestens ein Rückstellimpuls zugeführt, bevor eine gültige Datenabtastung beginnen kann. Eine andere praktische Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Einschalters für die Abtastvorrichtung, der gleichzeitig die elektrischen Spitzendetektoren zurückstellt. Dies kann beispielsweise ein einfacher mechanischer Schalter sein, der einen Anfangsimpuls an die monostabile Kippschaltung 132 bei Betätigung, beispielsweise durch eine logische Schaltung, anlegt, die beispielsweise als bistabile Kippschaltung, wie etwa ein Schmitt-Trigger, aufgebaut ist, oder als ODER-Schaltung in die Eingangsleitung nach der der Erzeugung des Rückstellimpulses dienenden monostabilen Kippschaltung 132 eingeschaltet ist.

Die in der Schaltung nach Fig. 6 auftretenden Signale und Impulse sind in Fig. 7 mit gemeinsamer Zeitbasis dargestellt. Das analoge Eingangssignal an der Klemme 60' wird durch eine Kurve 200 dargestellt, während der dafür erforderliche Schwellwert durch die Kurve 202 in Fig. 7(a) dargestellt ist. Das Ausgangssignal der

Verstärkerstufe 98" wird durch die Kurve 204 in Fig. 7(b) dargestellt. Nach Differenzierung und Verarbeitung in der Vergleichsstufe 100¹ für die Steigung wird das Vorzeichen der Ableitung durch die Kurve 206 dargestellt, von der Teile mit der Nullinie in Fig. 7(c) zusammenfallen. Die sich aus dem Arbeiten des negativen Spitzendetektors ergebenden Signale sowie die Signale am Schwellwertimpedanzteiler und an dem positiven Spitzendetektor sind durch die Kurven 208, 210 bzw. 212 in Fig. 7(d) dargestellt. Die digitalen Ausgangsdaten sind durch den Impulszug 214 in Fig. 7(e) dargestellt, während die Perioden, während der die Spitzendetektoren der elektrischen Eingangsspannung folgen, durch die Kurven 216 bzw. 218 in Fig. 7(f) und 7(g) dargestellt sind. Das Ausgangssignal der Takttorschaltung 128¹ erkennt man als Impuls 220 in Fig. 7(h) und die sich daraus ergebende Impulsfolge des getasteten Taktoszillators 130¹ wird durch den Impuls 224 in Fig. 7(j) dargestellt. Selbstverständlich treten die drei zuletzt beschriebenen Impulse nicht auf, wenn in dem Impulszug 214 für eine relativ lange Zeit keine übergänge aufgetreten sind.

Eine andere Schaltung für den Spitzendetektor ist in Fig. 8 gezeigt. Die elektrische Speicherschaltung enthält eine Induktivität 230, die durch ein Paar Konstantspannungsdioden 232 und 234 überbrückt ist. Ein Feldeffekttransistor 152' ist mit der Treiberstufe 236 gekoppelt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

My Schaltungsanordnung zum Ableiten von Datenimpulsen aus störungsbehafteten EingangsSignalen unter Verwendung eines amplitudenabhängigen Schwellwertes, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Vergleichsstufe (62; 62') eingangsseitig (64) mit dem Eingang (60) der Schaltung verbunden ist und einen weiteren Eingang und einen am Ausgang (70) der Schaltung angeschlossenen Ausgang (68) aufweist,

daß ein positiver Spitzendetektor (72) mit seinem einen Eingang (76) am Eingang (60) der Schaltung und am ersten Eingang (64) der Vergleichsstufe (62) angeschlossen ist und einen Steuereingang (80) sowie einen Ausgang (80) aufweist,

daß ein negativer Spitzendetektor (74) mit seinem einen Eingang (78) am Eingang (60) der Schaltung und an dem ersten Eingang (64) der Vergleichsstufe (62) angeschlossen ist und einen Steuereingang (82) sowie einen Ausgang (86) aufweist,

daß ferner eine Summenschaltung (88, 90) zwischen den Ausgängen (84, 86) der Spitzendetektoren (72, 74) eingeschaltet ist und mit einem Verbindungspunkt mit einer zweiten Eingangsklemme (66) der Vergleichsstufe (62) verbunden ist,

daß weiterhin eine Steuerschaltung eingangsseitig mit dem Eingang (60) der Schaltung sowie auch mit der Ausgangsklemme (68) der Vergleichsstufe (62) verbunden und ausgangsseitig mit den Steuereingängen (80, 82) der Spitzendetektoren verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Differenzierschal-

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tung (92) enthält, die zwischen der Eingangsklemme (60) der Schaltung und den Spitzendetektoren (72, 74) eingeschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung die Differenzierschaltung (92) über eine Vergleichsstufe (100), die eingangsseitig am Ausgang (96) der Differenzierstufe (92) und an einer festen Bezugspotentialquelle (103) angeschlossen ist,mit den Steuereingängen (80, 82) der Spitzendetektoren verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzendetektoren (72, 74) jeweils auf eine Halbwelle des Eingangssignals ansprechen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung weiterhin UND-Glieder (106, 112) enthält, die eingangsseitig mit der Vergleichsstufe (100) und der Ausgangsklemme (70) der Schaltung und ausgangsseitig jeweils mit einer Eingangsklemme der Spitzendetektoren (72, 74) gekoppelt sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstellimpulsgenerator (128, 130, 132, 122, 124) vorgesehen ist, der eingangsseitig mit dem Ausgang (70) der Schaltung verbunden ist und ausgangsseitig mit den Steuereingängen (80, 82) der Spitzendetektoren gekoppelt ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstell-Impulsgenerator ODER-Glieder (122, 124) enthält, die zwischen dem Ausgang (134) des Rückstell-Impulsgenerators und den Spitzendetektoren (72 bzw. 74) eingeschaltet sind.

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ö. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Summenschaltung aus zwei Widerständen (88, 90) besteht.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Widerstände im wesentlichen gleich sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert im ersten Viertel einer jeden Halbwelle des Eingangssignals ableitbar ist.

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