DE2421389C2 - Schaltungsanordnung zum Ableiten von Datenimpulsen aus störungsbehafteten Eingangssignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ableiten von Datenimpulsen aus störungsbehafteten Eingangssignalen, welche unter Verwendung eines amplitudenabhängigen, sich insbesondere für die bei photoelektrischer Abtastung entstehenden schwachen Ströme eignet, die oft einen wesentlichen Anteil an niederfrequenten Rausch- oder Störkomponenten aufweisen können, die häufig auf stärkere Einschwingvorgänge folgen.

Die Möglichkeit einer Verarbeitung solcher schwachen Ströme ist an sich seit langem bekannt Die bisher zur Beseitigung der Wirkung von Einschwingvorgängen verwendeten Schaltungen sind jedoch nicht sonderlich wirksam.

Zunächst ist aus der DE-OS 15 37 116 eine Schaltungsanordnung zur pegelunabhängigen Begrenzung von Impulsen mit einem aus zwei emittergekoppelten ίο Transistoren bestehenden Begrenzer bekannt, dem die zu begrenzenden Impulsfolge über einen Koppelkondensator und außerdem über einem aus zwei Dioden bestehenden Spitzengleichrichter zugeführt wird. Die Begrenzung erfolgt dabei auf 50% der jeweiligen Impulsamplitude.

Ferner ist aus der DE-OS 22 08 310 eine Schaltungsanordnung zum Lesen strichcodierter Zeichen bekannt, bei der zum Ausgleich unterschiedlicher Impulsamplituden infolge unterschiedlicher Reflexionsgrade der zu lesenden mit dem Code versehenen Etiketten jeweils der vor einem Signalübergang liegende Signalamplitudenwert kurzzeitig gespeichert wird. Daraus wird dann mit dem auf den Signalübergang folgenden Signalamplitudenwort mit engegengesetztem Vorzeichen ein Mittelwert gebildet dann mit dem auf den Signalübergang folgenden Signalamplitudenwert mit entgegengesetztem Vorzeichen ein Mittelwert gebildet, der dann den Schwellenwert für den nächstfolgenden Signalübergang bildet, d. h. die Schaltung arbeitet mit einem »mitlaufenden« Schwellenwert.

Zum Stand der Technik sei außerdem auf folgende US-Patentschriften verwiesen: 29 99 925, 3159815, 33 03 329,33 98 373,35 60 751,35 66 281,36 19 660.
Alle die in diesen Patentschriften zum Stand der Technik offenbarten Schaltungen machen von einer vorbestimmten, gesteuerten Entladungsgeschwindigkeit eines Kondensators Gebrauch, so daß der Schwellenwert den Änderungen der Einhüllenden des Signals zu folgen vermag.

1st die Entladungsgeschwindigkeit zu gering, dann folgt der Schwellenwert einer Änderung der Einhüllenden des Signals nicht, und geht die Kondensatorentladung zu rasch vor sich, dann stellt sich kein stabiler, genauer Schwellenwert ein. Die wichtigste dieser zum Stande der Technik genannten Patentschriften ist die US-Patentschrift 35 66 281, 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 Schwellenwert 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine

ö*> Schaltungsanordnung anzugeben, durch die zur Erzielung sauberer, Störsignalfreier digitaler Signale die oft einen wesentlichen Anteil an niederfrequenten auf Einschwingvorgänge folgenden Rausch- oder Störkom-

ponenten solcher Signale unwirksam gemacht werden können.

Dies wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß zur Ermittlung der positiven und negativen Spitzenamplituden ein positiver bzw. ein negativer Spitzenamplitudendetektor jeweils mit einem Eingang unmittelbar mit dem Eingang der Schaltung und mit einem Eingang einer Vergleichsstufe verbunden ist, daß dabei die Ausgänge der Spitzenamplitudendetektoren über eine aus zwei Dämpfungsgliedern bestehende Summenschaltung an deren Verbindungspunkt mit dem zweiten Eingang der Vergleichsstufe verbunden sind und daß ferner eine Steuerschaltung zur Ermittlung eines von der Richtung der Steigung des Eingangssignals abh ingigen Steuersignals zwischen den Eingang und die jeweils zweiten Eingänge der Spitzenamplitudendetektoren eingeschaltet ist.

Vorzugsweise ist die Anordnung dabei so getroffen, daß die Steuerschaltung eine Differenzierschaltung enthält, die eingangssei tig mit dem Eingang der Schaltung und ausgangsseitig mit einem Eingang einer Steigungsvergleichsstufe verbunden ist, deren zweiter Eingang mit einem Bezugspotential und deren Ausgang mit den Steuereingängen der Spitzenamplitudendetektoren verbunden ist, und daß die Steuerschaltung zwei UND-Glieder enthält, deren eine Eingänge mit dem Ausgang der Steigungsvergleichsstufe, deren andere Eingänge mit dem Ausgang der Vergleichsstufe und deren Ausgänge mit den Steuereingängen der Spitze- jo namplitudendetektoren verbunden sind.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn in dieser Schaltung ein Rückstellgenerator vorgesehen ist, der eingangsseitig mit dem Ausgang der Schaltung verbunden ist und ausgangsseitig mit den Steuereingängen der Spitzenamplitudendetektoren über ODER-Glieder gekoppelt ist, die zwischen dem Ausgang des Rückstelllmpulsgenerators die Ausgänge der UND-Glieder und den Spitzenamplitudendetektoren eingeschaltet sind, wobei der Schwellenwert im jeweils ersten Viertel einer jeden Halbwelle des Eingangssignals ableitbar ist.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

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 Schwellenwertpegels auf das digitale Ausgangssignal; ·λ

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

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

F i g. 5 ein Impulsdiagramm von in der Schaltungsanordnung der F i g. 4 auftretenden Signalen;

F i g. 6 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung gemäß F i g. 4;

Fi g. 7 Impulsdiagramme von Signalen, wie sie in der Schaltung nach F i g. 6 auftreten; und

Fig.8 eine weitere bei der Erfindung verwendbare Spitzendetektorschaltung.

Das Impulsdiagramm der Fig. 1 zeigt dje wesentlichen Merkmale einer Abtastung, mit der sich die en Erfindung befaßt. In Fig. l(a) sind zwei Markierungen 10 und 12 dargestellt, die durch einen Zwischenraum 14 voneinander getrennt sind und die beispielsweise auf einem Dokument den b'nären Wert 1 darstellen können, sei es durch retrospektive Impulsmodulation (RPM) oder Impulsfreqenzmodulation mit einer Strichcodierung, bei der die Übergänge von Bedeutung sind. Eine Beschreibung der retrospektiven Impulsmodulation Findet sich in der US-Patentschrift 37 08 748, während die Impulsfrequenzmodulation in der DE-OS 23 43 472.2 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 F i g. 1 dargestellt sind, die zum Teil in idealer Weise oberhalb einer Bezugslinie 28 in F i g. l(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. l(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. l(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 Signal-zu-Störverhältnis ziemlich schlecht. Eine so kleine Blendenöffnung kann die einzelnen Fasern 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 Druck und im Papier. Man sieh¹ 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 Markierung 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 F i g. 1 bestätigt dies.

F i g. 2 zeigt den Einfluß eines Schwellenwertes 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 Elende dar. Ein Wert der Schwellenspannung wird durch den Abstand einer Potentialpegellinie 44 von einer gestrichelten Linie 46 dargestellt. Ein höherer Wert des Schwellenwertpotentials 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 Schwellenwertpotential erhält. In F i g. 2(c) stell die Impulsform 52, bei der

ebenfalls Teile in gleicher Weise mit der Bezugsünie 44" zusammenfallen, das idealisierte Ausgangsimpulssignal dar, das sich bei dem höheren, durch die Linie 48 dargestellten Schwellenwertpegel ergibt. Man sieht auf einen Blick, daß man mit nur geringfügig unterschiedlichen Schwellenwertpotentialen 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 Schwellenwerte das gesamte System unbrauchbar werden kann.

Das erkennt man leicht aus dem Impulszug, wie er sich bei einer typischen Anwendung ergibt. In F i g. 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 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 Schwellenwertspannung keinen feststehenden, gleichbleibenden Wert gibt, der für alle Zeichen oder Striche und Pausen gleich zufriedenstellend ist. Vielmehr muß der Schwellenwertpegel ständig so eingestellt werden, daß er in der Nähe der Mittellinie der Einhüllenden liegt.

F i g. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, mit deren Hilfe es möglich ist, aus dem ankommenden Signal einen entsprechenden Schwellenwert abzuleiten. Ein elektrisches Eingangssignal, aus dem ein Schwellenwert 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 68, die mit dem Ausgang 70 der Schaltung verbunden ist. Ein Schwellenwertpotential 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 Eingangsklemme 64 der Vergleichsstufe 62 verbunden sind. Die Spitzendetektoren haben ferner Steuereingangsklemmen 80 und 82 sowie Ausgangsklemmen 84 bzw. 86. Ferner sind zws' Dämpfungsglieder 88 bzw. 90 vorgesehen, die in Reihe an den Ausgangsklemmen 84 bzw. 86 angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt beider Dämpfungsglieder ist mit der zweiten 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 Differenzierschaltung 9Z 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 100, die mit einer Eingangsklemme an der Ausgangsklemme % "> angeschlossen und mit einem festen Bezugspotentialpunkt, hier ganz allgemein eine Potentialquelle 103, verbunden ist. Die Ausgangsklemme 104 der Vergleichsstufe 100 ist an einem UND-Glied 106 an deren Eingangsklemme 108 angeschlossen und über eine

ίο Inverterstufe 110 mit einem UND-Glied 112 an deren Eingangsklemme 114 verbunden. Die UND-Glieder 106 und 112 sind jeweils mit den Spitzendetektoren 72 bzw. 74 über ODER-Glieder 122 bzw. 124 verbunden, die ausgangsseitig mit der Steuereingangsklemme 80 bzw.

ι "> 82 der Spitzendetektoren 72 bzw. 74 verbunden sind.

Cs 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 Kippschaltung 128, einem Taktoszillator 130 und einer monstabilen Impulserzeugerschaltung 132 bewirkt, die alle zwischen der Ausgangsklemme 68 der Vergleichsstufe 62 und den ODER-Gliedern 122 bzw.

-'5 124 in Reihe eingeschaltet sind.

Die Arbeitsweise dieser soeben beschriebenen Schaltung ergibt sich leicht aus F i g. 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 folgen. Die daraus abgeleitete Schwellenwertspannung wird durch die Kurve 146 dargestellt, die

■Ό in dem gegebenen Beispiel in der Mitte zwischen den Kurven 142 und 144 liegt. In F i g. 5(b) ist eine Kurve 148 gezeigt, die die Ausgangsspannung an der Kiemme 104 der Vergleichsstufe 100 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 heile 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 Schwellenwert liegt der am Schwellenwerteingang 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 Schwellenwert 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 F i g. 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 Vergleichsstufe 100 gesteuert, deren Ausgangssignal durch die Kurve 148 dargestellt ist. Zwischen den Zeitpunkten U und f2 halten beide Spitzendetektoren 72 und 74 ihren eingespeicherten Wert. Der durch die Kurve 146 dargestellte Schwellenwert 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 /2 ändert das Ausgangssginal 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 Schwellenwert 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 Schwellenwert der gleiche wie der Ausgangswert, da die Impulsform die gleiche ist). Zu diesem Zeitpunkt h ^J5 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 (2 nimmt das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 62 einen oberen Wert an und wird dort bis zum Zeitpunkt U 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 friifft^ D*e durch die Kurve 146 dargestellte Schwellen* wertspannung nimmt nun wieder zu und fällt anschließend zum Zeitpunkt /5 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 Ausgangssigna] der Vergleichsstufe 62, das durch die Kurve 150 dargestellt ist, seine Impulsflanken oder ^m Obergänge 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 Schwellenwertspannung 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 Schwellenwertspannung sehr weit von den üblichen Schwellenwertpegeln entfernt, so daß das analoge elektrische Eingangssignal beim Abtasten von Zeichen und Zwischenräumen oder Pausen den Schwellenwert nicht mehr zu überschreiten vermag. Wird aber der Schwellenwert 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 Schwellenwert überschreiten, wird das gesamte System zwangsläufig in seine Ruhelage zurückgeführt. Wird der Schwellenwert nicht regelmäßig erreicht, dann arbeitet die Schaltung ebenfalls nicht zufriedenstellend, weil die photoempfindliche Vorrichtung entweder kein Etikett abtastet, oder aber der Schwellenwert zu weit von seinem richtigen Wert entfernt ist. In jedem Fall wird die Gesamtanordnung durch einige zusätzliche Schaltelemente zurückgestellt.

Der Rückstellgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung mißt nur die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden positiven Schwellenwertüberschreitungen und wenn für eine vorbestimmte Zeit keine Schwellenwertüberschreitung auftritt, wird ein Rückstellimpuls mit entsprechenden Intervallen erzeugt, bis eine positive Schwellenwertüberschreitung 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 F i g. 6 noch erläutert Dieses Schaltbild ist ähnlich aufgebaut wie das zuvor beschriebene Blockschaltbild in F i g. 4, so daß hier gleiche Bezugszeichen, jedoch gestrichen, Verwendung finden.

Den Spitzendetektoren 72' und 74' soll ein Analogsigna! 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 könnnen. 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 Schwellenwertspannung entsprechend der Anregung des Phosphors benutzt, welche durch eine geeignete photoempfindliche Vorrichtung abgefühlt wird.

Die Kondensatoren 146 und 148 werden durch Feldeffekttransistoren 152' bzw. 154' aufgeladen. Die Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren sind mit der Eingangsklemme 60' verbunden. Die Gate-Elektroden sind an invertierenden ODER-Gliedern 122' 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 des ODER-Gliedes 122' vor dem Inverterverstärker 162 abgeleitet. Mit dieser Schaltungsanordnung wird der kompensierende Übergang zugeführt, bevor der Spannungsübergang an der Gate-Elektrode dem Feldeffekttransistor 152' 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, währe die Schwellenwertspannung 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 Schwellenwertspannung 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 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 so der Kompensationskondensator 156 für eine gute Kompensation größer sein, da seine Kapazität eine Funktion der Gate-Source-SchweDenwertspannung 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 F i g. 6 gezeigte Schaltung zur Erzeugung eines Rückstellimpulses enthölt ein Paar UND-Glieder 182 und 184, die über einen Rückkopplungskondensator 186 miteinander verbunden sind. Positive Impulsflanken am Ausgang der Vergleichsstufe 62' werden der monostabilen Kippschaltung 128' zugeleitet. Der invertierte Ausgang der monostabilen Kippschaltung 128' ist an dem UND-Glied 182 angeschlossen und unterdrückt eine Schwingneigung der Schaltung 130 für die stabile Periode der Impulsschaltung. Treten für die Dauer der Periode der monostabilen Kippschaltung 128' keine Schwellenwertüberschreitungen auf, dann erzeugt die getastete Oszillatorschaltung 130' Rückstellimpulse, die mit vorbestimmter Impulsfrequenz auftreten. Diese Impulse werden einer zweiten monostabilen Impulserzeugungsschaltung 132' zugeführt, die für deren eigenstabüe Periode schmale Rückstellimpulse erzeugt. Weisen die abzutastenden Etiketten beispielsweise 17 Zeichen je Zoll in einer RPM-Codierung auf, dann betragen die Intervalle zwischen Schwellenwertüberschreitungen drei Mikrosekunden bzw. sechs 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 Etiketten ist die Torschaltung des Rückstellgenerators so angeordnet, daß positive Schwellenwertüberschreitungen 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 stzt 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 gleichzeiti·⁷ 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, angelegt, die beispielsweise als bistabile Kippschaltung, Wie etwa ein Schmitt-Triger, aufgebaut ist oder als ODER-Glied in die Eingangsleitung nach der der Erzeugung des Rückstellimpulses dienenden monostabilen Kippschaltung 132 eingeschaltet ist

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

Verstärkerstufe 98' wird durch die Kurve 204 in F i g. 7(b) dargestellt. Nach Differenzierung und Verarbeitung in der Vergleichsstufe 100' 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 Schwellenwertimpedanzteiler und an dem positiven Spitzendetektor sind durch die Kurven 208, 210 bzw. 212 in F i g. 7(d) dargestellt. Die digitalen Ausgangsdaten sind durch den Impulszug 214 in F i g. 7(e) dargestellt, während die Perioden, während der die Spitzendetektoren der elektrischen Eingangsspannung folgen, durch die Kurven 216 bzw. 218 in

F i g. 7(f) und 7(g) dargestellt sind. Das Ausgangssignal der Takttorschaltung 128' erkennt man als Impuls 220 in F i g. 7(h) und die sich daraus ergebende Impulsfolge des getasteten Taktoszillators 130' wird durch den Impuls 224 in F i g. 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Ableiten von Datenimpulsen aus störungsbehafteten Eingangssignalen unter Verwendung eines ampntudenabhängigen Schwellenwertes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der positiven und negativen Spitzenamplituden ein positiver bzw. ein negativer Spitzenamplitudendetektor (72, 74) jeweils mit einem Eingang (76, 78) unmittelbar mit dem Eingang (60) der Schaltung und mit einem Eingang (64) einer Vergleichsstufe (62, 62') verbunden ist, daß dabei die Ausgänge (84, 86) der Spitzenamplitudendetektoren (72, 74) über eine aus zwei Dämpfungsgliedern (88, 90) bestehende Summenschaltung an deren Verbindungspunkt mit dem zweiten Eingang (66) der Vergleichsstufe verbunden sind und daß ferner eine Steuerschaltung (53,92,100, 103) zur Ermittlung eines von der Richtung der Steigung des Eingangssignals abhängigen Steuersignals zwischen den Eingang (60) und die jeweils zweiten Eingänge (80,82) der Spitzenamplitudendetektoren eingeschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Differenzierschaltung (92) enthält, die eingangsseitig mit dem Eingang (60) der Schaltung und ausgangsseitig mit einem Eingang einer Steigungsvergleichsstufe (100) verbunden ist, deren zweiter Eingang mit einem Bezugspotential (103) und deren Ausgang mit den Steuereingängen (78, 80) der Spitzenamplitudendetektoren verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung zwei UND-Glieder (106,112) enthält, deren eine Eingänge (108 bzw. 114) mit dem Ausgang der Steigungsvergleichsstufe (100), deren andere Eingänge (116 bzw. 120) mit dem Ausgang der Vergleichsstufe (62) und deren Ausgänge mit den Steuereingängen (80 bzw. 82) der Spitzenamplitudendetektoren (72, 74) verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, 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 Spitzenamplitudendetektoren über ODER-Glieder (122, 124) gekoppelt ist, die zwischen dem Ausgang (134) des Rückstell-Impulsgenerators die Ausgänge der UND-Glieder (106 bzw. 112) und den Spitzenamplitudendetektoren (72 bzw. 74) eingeschaltet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert im jeweils ersten Viertel einer jeden Halbwelle des Eingangssignals ableitbar ist.