DE2436207A1 - DIGITAL DETECTOR CIRCUIT TO DETERMINE THE SLOPE OF ANALOG SIGNAL - Google Patents
DIGITAL DETECTOR CIRCUIT TO DETERMINE THE SLOPE OF ANALOG SIGNALInfo
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LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES
89, rue de la Faisanderie
Paris , FrankreichLIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES 89, rue de la Faisanderie
Paris, France
Digitale Detektorschaltung zur Feststellung der Steigung eines AnalogsignalsDigital detector circuit for determining the slope of an analog signal
Die Erfindung betrifft eine Detektorschaltung für die Steigung eines Signals und insbesondere eine Detektorschaltung digitaler Art,The invention relates to a detector circuit for the slope of a signal, and more particularly to a detector circuit digital art,
Die Steigungsdetektorschaltungen beruhen im wesentlichen auf der Differentiation der Amplitude eines Signals nach der Zeit. Sie werden oft in Datenverarbeitungsanlagen verwendet, bei denen die Daten von physikalischen oder chemischen Meßgeräten, wie Chromatographen,geliefert werden, die aperiodische Analogsignale abgeben, die von einem Hintergrundrauschen begleitet sind. Diese Signale erscheinen im allgemeinen in der Form von Impulsen mit im wesentlichen Gauß1scher Verteilung, deren Parameter, wie Amplitude und mittlere quadratische Abweichung, sich in einem sehr breiten Wertebereich ändern, der beispielsweise dem Relativwert nach in der Größenordnung von 10 liegt. The slope detector circuits are essentially based on the differentiation of the amplitude of a signal with respect to time. They are often used in data processing systems in which the data is supplied by physical or chemical measuring devices, such as chromatographs, which emit aperiodic analog signals which are accompanied by background noise. These signals appear in general in the form of pulses having a substantially Gaussian 1 shear distribution, whose parameters, which is such as amplitude and mean square deviation, to change in a very wide range of values, for example, the relative value according to the order of 10 degrees.
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Zum Stand der Technik gehören Steigungsdetektoren, die Bestandteile von Integriergeräten bilden, die dazu bestimmt sind, das Integral eines glockenförmigen oder ähnlichen Signals festzustellen. Bei diesen Geräten wird die Kurvenform des Signals analog nach der Zeit differentiiert, damit für die ansteigenden Teile der Kurvenform ein positives Signal, für das Maximum ein Signal Null und für die abfallenden Teile der Kurvenform ein negatives Signal erhalten wird. Andrerseits enthalten diese Geräte einen .Spannungs-Frequenz-Umsetzer, der Impulse liefert, deren Folgefrequenz in jedem Zeitpunkt der Amplitude des Signals proportional ist«, Die analoge Differenzierschaltung wird dazu verwendet, die Dauer des Analogsignals"zu bestimmen, und die von dem Umsetzer erzeugten Impulse mit veränderlicher Folgefrequenz werden während dieser Dauer gezählt. Die erhaltene Summe ist ein Maß für das Integral der Glockenkurve.The state of the art includes slope detectors, which form components of integrating devices that are intended for this purpose are to determine the integral of a bell-shaped or similar signal. With these devices, the waveform of the signal is differentiated according to time, so that the rising parts of the curve shape are positive Signal, a zero signal for the maximum and a negative signal for the descending parts of the curve shape will. On the other hand, these devices contain a voltage-to-frequency converter that delivers impulses Repetition frequency at any point in time is proportional to the amplitude of the signal «, The analog differentiating circuit is used to determine the duration of the analog signal ", and the variable repetition rate pulses generated by the converter are counted during this period. The sum obtained is a measure of the integral of the bell curve.
Es ist somit zu ersehen, daß in diesen Geräten die Zählung digital erfolgt, während die Messung der Dauer analog erfolgt. Die Dauer wird in einer RC-Schaltung gemessen, auf die zwei Schmitt-Kippschaltungen folgen,und die Grenzen der erhaltenen Integrale sind schlecht definiert.It can thus be seen that in these devices the count takes place digitally, while the measurement of the duration takes place analogue. The duration is measured on an RC circuit the two Schmitt flip-flops follow, and the limits of the obtained integrals are ill-defined.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Steigungsdetektors großer Präzision, der vollkommen digital arbeitet. The object of the invention is to create a slope detector of great precision that operates entirely digitally.
Erfindungsgemäß ist der digitale Steigungsdetektor am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers des Integriergeräts angeordnet und dadurch gekennzeichnet, daß er eine Gegenkopplungsschleife aufweist, die an ihrem Eingang Eingangsimpulse empfängt, die von dem Umsetzer stammen, sowie Schleifenimpulse, die von der Gegenkopplungsschleife stammen» deren Vorwärtszweig Einrichtungen zur SubtraktionAccording to the invention, the digital slope detector is arranged at the output of the voltage-frequency converter of the integrating device and characterized in that it has a negative feedback loop which receives at its input input pulses originating from the converter, as well Loop pulses that originate from the negative feedback loop »whose forward branch facilities for subtraction
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der Schleifenimpulse von den Eingangsimpulsen und einen ersten Frequenzteiler enthält, und deren Gegenkopplungszweig einen zweiten Frequenzteiler mit steuerbarem Teilerfaktor und eine digitale Integrierschaltung enthält.of the loop pulses from the input pulses and one contains the first frequency divider, and its negative feedback branch includes a second frequency divider with a controllable division factor and includes a digital integrating circuit.
Die Einrichtungen zur Subtraktion der Eingangsimpulse und der Schleifenimpulse sind durch einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler gebildet. Da keine Synchronlage zwischen den Eingangsimpulsen und den Schleifenimpulsen besteht, ist es möglich, daß ein Eingangsimpuls und ein Schleifenimpuls gleichzeitig am Vorwärtsζahleingang bzw. am Rückwärtszähle ingang des Vorwärts-Rückwärts:-Zählers erscheint. Um diese Möglichkeit zu vermeiden, ist in den Vorwärtszweig vor dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler eine Antikoinzidenzschaltung eingefügt.The means for subtracting the input pulses and the loop pulses are through an up-down counter educated. There is no synchronous position between the input pulses and the loop pulses exists, it is possible that an input pulse and a Loop pulse at the same time at the forward input or At the countdown in the up / down counter: appears. To avoid this possibility is an anti-coincidence circuit is inserted in the forward branch in front of the up / down counter.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Steigungsdetektors muß der Tei2erfaktor des in der Schleife liegenden Frequenzteilers vergrößert werden, was einer Erhöhung der Filterung und des Verstärkungsfaktors entspricht, wodurch die Feststellung von sehr geringen Steigungen begünstigt wird. Eine sehr selektive Filterung weist jedoch den Nachteil auf, daß am Ende der Steigungsdetektion Verzögerungen erzeugt werden, also das Auftreten einer geringen Steigung, auf die unmittelbar eine starke Steigung folgt,verdeckt wird. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird der Teilerfaktor des in der Gegenkopplungsschleife liegenden Frequenzteilers in Abhängigkeit von dem Wert der Steigung im Verlauf der Detektion geändert, wodurch die Schleife nichtlinear gemacht wird.To increase the sensitivity of the slope detector must be the division factor of the frequency divider in the loop can be increased, which corresponds to an increase in the filtering and the gain factor, thereby making the determination is favored by very slight gradients. However, a very selective filtering has the disadvantage that at the end of the slope detection delays are generated, that is, the occurrence of a slight slope which immediately follows a steep slope is covered. To avoid this disadvantage, the division factor of the lying in the negative feedback loop frequency divider depending on the value of the slope in the course of the Changed detection making the loop non-linear.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erge'ben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:Further features and advantages of the invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. In the drawing show:
Fig.1 ein Blockschema des Steigungsdetektors nach der Erfindung,1 shows a block diagram of the slope detector according to Invention,
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Fig.2 ein genaueres Schaltbild der Frequenzkompressionsschaltung, die dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer zugeordnet ist,Fig. 2 is a more detailed circuit diagram of the frequency compression circuit, which is assigned to the voltage-frequency converter,
Fig.3 ein genaueres Schaltbild der Antikoinzidenzschaltung,3 shows a more detailed circuit diagram of the anti-coincidence circuit,
Fig.4 ein Diagramm von Signalen zur Erläuterung der Antikoinzidenzschaltung, 4 shows a diagram of signals for explaining the anti-coincidence circuit,
Fig.5 ein Schaltbild desVorwärts-Rückwärts-Zählers für die Subtraktion der Eingangsimpulse und der Schleifenimpulse undFig. 5 is a circuit diagram of the up-down counter for the subtraction of the input pulses and the Loop pulses and
Fig.6 den gesteuerten Frequenzteiler und die digitale Integrierschaltung , die in der Gegenkopplungsschleife liegen. Fig.6 the controlled frequency divider and the digital Integrating circuit, which are in the negative feedback loop.
Der in Fig.1 dargestellte Steigungsdetektor hat die Form · einer Gegenkopplungsschaltung und enthält eine Quelle 1 für die zu analysierenden Analogsignale, einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer 2, eine Dynamikkompressionsschaltung 3, eine Subtrahierschaltung 4, einen ersten Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor k^ und zwei Frequenzkomparatoren 6 und 6f, welche die Frequenz des Ausgangssignals der Steigungsdetektoranordnung mit zwei Frequenzschwellen werten vergleicht, welche die positive Steigung bzw. die negative Steigung definieren.The slope detector shown in FIG. 1 has the form of a negative feedback circuit and contains a source 1 for the analog signals to be analyzed, a voltage-frequency converter 2, a dynamic range compression circuit 3, a subtraction circuit 4, a first frequency divider with the division factor k ^ and two Frequency comparators 6 and 6 f , which compares the frequency of the output signal of the slope detector arrangement with two frequency thresholds which define the positive slope and the negative slope.
Die Gegenkopplungsschleife enthält einen zweiten Frequenz-The negative feedback loop contains a second frequency
t Cj er f t Cj er f
zäfeier 7 mit dem Teilerfaktor kpi der durch eine Steigungsmeßschaltung 8 nach Art eines Frequenzmessers gesteuert wird, und eine Integrierschaltung 9.Der Frequenzteiler führt eine Nichtlinearität in die Schleife ein.zäfeier 7 with the division factor kpi by a slope measuring circuit 8 is controlled like a frequency meter, and an integrating circuit 9.Der frequency divider introduces a non-linearity into the loop.
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Die Übertragungsfunktion der Schaltung von Fig.1 lautetThe transfer function of the circuit of Fig. 1 is
k£ptk £ pt
1 + k1 1 + k 1
Darin sind k^ und k2 die bereits erwähnten Teilerfaktoren der Frequenzteiler, ρ die Laplace-Veränderliche und τ die Zeitkonstante der Integrierschaltung 9. Wie bereits erwähnt wurde, hängt der Teilerfaktor k2 von dem durch den Frequenzmesser 8 gemessenen Wert der Steigung ab.Here k ^ and k 2 are the already mentioned division factors of the frequency dividers, ρ the Laplace variable and τ the time constant of the integrating circuit 9. As already mentioned, the division factor k 2 depends on the value of the slope measured by the frequency meter 8.
Die Dynamikkompressionsschaltung 3 ist in Fig.2 genauer dargestellt. Sie enthält einen Impulsgenerator 300, der Impulse mit der Frequenz 2f^ = 20 kHz liefert, und dem ein Frequenzteiler 301 mit dem Teilerfaktor 2 nachgeschaltet ist, der Impulse mit der Frequenz f,.= 10 kHz abgibt. Ferner enthält die Dynamikkompressionsschaltung einen Frequenzteiler 302, der die Frequenz f des Ausgangssignals des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 2 durch den Faktor 10 teilt und dem ein zweiter Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor 10 nachgeschaltet ist. Die Schaltungen 300, 301, 302, 303 liefern somit Impulse mit den Frequenzen 2f1, f^, f/10 bzw. f/100. Die Frequenz f liegt zwischen 0 und 1 MHz, wie später zu ersehen sein wird.The dynamics compression circuit 3 is shown in more detail in FIG. It contains a pulse generator 300 which supplies pulses with the frequency 2f ^ = 20 kHz, and which is followed by a frequency divider 301 with the division factor 2, which emits pulses with the frequency f = 10 kHz. The dynamic range compression circuit also contains a frequency divider 302 which divides the frequency f of the output signal of the voltage-frequency converter 2 by the factor 10 and which is followed by a second frequency divider with the division factor 10. The circuits 300, 301, 302, 303 thus supply pulses with the frequencies 2f 1 , f ^, f / 10 and f / 100, respectively. The frequency f is between 0 and 1 MHz, as will be seen later.
Zwei. Fr.equenzdetektoren 304 und 305 empfangen das Eingangssignal e mit veränderliche Frequenz und erzeugen ein Ausgangssignal für f ^f1 bzw. für f^f2 mit f2 = 1Of1. Das Ausgangssignal des Frequenzdetektors 305 steuert Und-Schaltungen 306 und 307, welche die Impulse mit der Frequenz f/100 bzv/. die Impulse mit der Frequenz 2f^ empfangen. Das zu dem Ausgangssignal des FrequenzdetektorsTwo. Sequence detectors 304 and 305 receive the input signal e with a variable frequency and generate an output signal for f ^ f 1 or for f ^ f 2 with f 2 = 10f 1 . The output signal of the frequency detector 305 controls AND circuits 306 and 307, which the pulses with the frequency f / 100 and v /. receive the pulses at the frequency 2f ^. That to the output of the frequency detector
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komplementäre Signal und das Ausgangssignal des Frequenzdetektors 304 steuern Und-Schaltungen 308 und 309, welche die Impulse mit der Frequenz f1Q bzw. die Impulse mit der Frequenz f^ empfangen. Schließlich steuert das zu dem Ausgangssignal des Frequenzdetektors 3o4 komplementäre Signal eine Und-Schaltung 310, welche die Impulse mit der Frequenz f empfängt.The complementary signal and the output signal of the frequency detector 304 control AND circuits 308 and 309 which receive the pulses with the frequency f 1Q and the pulses with the frequency f ^, respectively. Finally, the signal complementary to the output signal of the frequency detector 3o4 controls an AND circuit 310 which receives the pulses with the frequency f.
Die Ausgänge der Und-Schaltungen 306, 308 und 310 sind mit den Eingängen einer Oder-Schaltung 311 verbunden, und die Ausgänge der Und-Schaltungen 307 und 309 sind mit den Eingängen einer Oder-Schaltung 312 verbunden. Schließlich sind die Ausgänge der Oder-Schaltungen 311 und 312 mit einer Antikoinzidenz- und Addierschaltung 313 verbunden, deren Ausgang das Signal E lie'fert. Eine Au sf ührmgsf orm der Antikoinzidenzschaltung wird später, beschrieben.The outputs of the AND circuits 306, 308 and 310 are connected to the inputs of an OR circuit 311, and the outputs of the AND circuits 307 and 309 are connected to the inputs of an OR circuit 312. Finally, the outputs of the OR circuits 311 and 312 are provided with an anti-coincidence and adding circuit 313 connected, the output of which delivers the signal E. One embodiment of the anti-coincidence circuit is made later, described.
Es ist zu erkennen, daß die Dynamikkompressionsschaltung die folgende Kompression durchführt:It can be seen that the dynamic range compression circuit performs the following compression:
Frequenz f der Frequenz derFrequency f the frequency of the
Eingangsimpulse e Ausgangsimpulse EInput pulses e output pulses E
f ^f1 = 10 kHz(310 offen) " ff ^ f 1 = 10 kHz (310 open) "f
10 kHz= f^f<f2=10OkHz (308 und-309 offen) f1 + f/1010 kHz = f ^ f <f 2 = 10OkHz (308 and -309 open) f 1 + f / 10
f^f2 = 10OkHz (306 und 307 offen) 2±Λ + f/100f ^ f 2 = 10OkHz (306 and 307 open) 2 ± Λ + f / 100
Man könnte natürlich auch andere Werte für f^ und f2 sowie andere Bruchteile von f als 1/10 und 1/100 wählen.One could of course choose other values for f ^ and f 2 as well as other fractions of f than 1/10 and 1/100.
Die in Fig. 3 und 5 dargestellte Subtrahierschaltung 4 besteht aus einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der die Impulse der Gegenkopplungsschleife von den Eingangsimpulsen abzieht. Da dieser Vorwärts-Rückwärts-Zähler nicht arbeiten kann, wenn er gleichzeitig einen Vorwärtszählimpuls und einenThe shown in Fig. 3 and 5 subtracting circuit 4 consists of an up-down counter, the pulses the negative feedback loop subtracts from the input pulses. Since this up / down counter cannot work, when he simultaneously has a count-up and a
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Rückwärtszählimpuls empfängt, muß ihm eine Antikoinzidenzschaltung vorgeschaltet sein, die diesen Zustand verhindert. Die Subtrahierschaltung 4 besteht somit aus einer Antikoinzidenzschaltung, der ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler nachgeschaltet ist.Receives a countdown pulse, must give it an anti-coincidence circuit be connected upstream, which prevents this state. The subtraction circuit 4 thus consists of an anti-coincidence circuit, which is followed by an up / down counter.
Die Antikoinzidenzschaltung hat den Zweck, die beiden Eingangsimpulsfolgen E+ und E~" in zwei Ausgangsimpulsfolgen st und S7 von solcher Art umzuwandeln, daß kein Impuls der Impulsfolge S^ gleichzeitig mit einem Impuls der Impulsfolge S T erscheint. Ferner ist dafür gesorgt, daß dann, wenn keine Ausgangs impulse S* und S-, vorhanden sind, die Ausgangaiemmen ihren digitalen Signalwert 1 annehmen.The purpose of the anti-coincidence circuit is to convert the two input pulse trains E + and E ~ "into two output pulse trains st and S7 of such a type that no pulse of the pulse train S ^ appears simultaneously with a pulse of the pulse train ST. if there are no output pulses S * and S-, the output terminals assume their digital signal value 1.
Die Antikoinzidenzschaltung enthält einen Impulsgenerator 401, der Rechteckimpulse mit einer Folgefrequenz erzeugt, die wesentlich höher als die maximale Frequenz der Eingangsimpulse ist, d.h. beispielsweise wesentlich höher als 1 MHz. Der Rechteckimpulsgenerator 401 speist zwei bistabile Kippschaltungen 402, 403 an ihrem Takteingang T, und zwar die bistabile Kippschaltung 402 über einen Inverter 404 und die bistabile Kippschaltung 403 direkt.The anti-coincidence circuit includes a pulse generator 401, which generates square-wave pulses with a repetition frequency that is significantly higher than the maximum frequency of the input pulses, i.e., for example, significantly higher than 1 MHz. The square pulse generator 401 feeds two bistable multivibrators 402, 403 at their clock input T, namely the flip-flop 402 via an inverter 404 and the flip-flop 403 directly.
Diese bistabilen Kippschaltungen 402 und 403 sind JK-Kippschaltungen. Der Ausgang Q jeder dieser Kippschaltungen ist mit ihren Eingängen J und K verbunden. Die Eingänge E und E" sind mit den Rückstelleingängen RAZ der bistabilen Kippschaltungen verbunden. An die Ausgänge Q der bistabilen Kippschaltungen 402 und 403 ist jeweils eine monostabile Kippschaltung 405 bzw. 4o6 angescKbssen, deren Ausgänge die Signale S* bzw. sT erzeugen.These flip-flops 402 and 403 are JK flip-flops. The output Q of each of these flip-flops is connected to its inputs J and K. the Inputs E and E "are connected to the reset inputs RAZ of the bistable multivibrators. To the outputs Q the bistable flip-flops 402 and 403 are each connected to a monostable flip-flop 405 or 4o6, the outputs of which generate the signals S * or sT.
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Fig.4 zeigt bei T, E+, E", Q 402, Q 403, s\ und S~ die Eingangs- und Ausgangssignale der bistabilen Kippschaltungen 402 und 403 und der monostabilen Kippschaltungen 405 und 406. Es ist zu erkennen, daß die negativen Übergänge des Taktsignals T das Ausgangssignal Q 403 auf den Wert 1 bringen, und daß die positiven Übergänge des Taktsignals T das Ausgangssignal Q 402 auf den Wert 1 bringen. Die Signalwerte 0 der Rückstellsignale E+ und E~ bringen jeweils die Ausgangssignale Q 402 bzw. Q 403 auf den Wert 0. Wie aus Fig.4 zu ersehen ist, folgt daraus, daß das Signal Q 402 eine Folge von Impulsen ist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Impulse E+ ist, deren positive Übergänge mit den positiven Übergängen des Taktsignals synchron sind und deren negative Übergänge mit den negativen Übergängen der Impulse E synchron sind, und daß das Signal Q 403 eine Folge von Impulsen ist, deren Anzahl gleich der Anzahl derlmpulse E~ ist, deren positive Übergänge mit den negativen Übergängen des Taktsignals synchron sind und deren negative Übergänge mit den negativen Übergängen der Impulse E~ synchron sind. Die Signale Q 402 und Q 403 lösen die monostabile Kippschaltung 405 bzw. die monostabile Kippschaltung aus, die Impulse liefern, deren Dauer kleiner als die halbe Periode des Taktsignals ist, beispielsweise gleich einem Viertel der Periode dieses Taktsignals, damit jede Überlappung der Impulse S* und S^ vermieden wird.4 shows at T, E + , E ", Q 402, Q 403, s \ and S ~ the input and output signals of the bistable flip-flops 402 and 403 and the monostable flip-flops 405 and 406. It can be seen that the negative transitions of the clock signal T bring the output signal Q 403 to the value 1, and that the positive transitions of the clock signal T bring the output signal Q 402 to the value 1. The signal values 0 of the reset signals E + and E ~ bring the output signals Q 402 and . Q can be seen 403 to the value 0. As shown in Figure 4, it follows that the signal Q 402 is a sequence of pulses, whose number is equal to the number of the pulses e +, the positive transitions to the positive transitions of the Clock signal are synchronous and whose negative transitions are synchronous with the negative transitions of the pulses E, and that the signal Q 403 is a sequence of pulses, the number of which is equal to the number of pulses E ~ whose positive transitions with the negative transitions of the clock signal than are synchronous and their negative transitions are synchronous with the negative transitions of the pulses E ~. The signals Q 402 and Q 403 trigger the monostable multivibrator 405 or the monostable multivibrator, which deliver pulses whose duration is less than half the period of the clock signal, for example equal to a quarter of the period of this clock signal, so that any overlap of the pulses S * and S ^ is avoided.
Die Impulssubtrahierschaltung (Fig.5) ist ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler 410 mit vier Stufen, dessen Vorwärtszähleingang 411 an den Ausgang S^ der Antikoinzidenzschaltung angeschlossen ist und dessen Rückwärtszähleingang 412 an den Ausgang S^ der Antikoinzidenzschaltung angeschlossen ist. Der Zähler 410 hat zwei Übertrags-Ausgänge 413 und 414; der Ausgang 413 liefert Ausgangssignale S^, wenn bei vollem Zähler ein positiver Übertrag erscheint, und der Ausgang 414 liefert Ausgangssignale S^,The pulse subtraction circuit (Fig. 5) is an up / down counter 410 with four stages, whose up-counting input 411 is connected to the output S ^ of the anticoincidence circuit is connected and its countdown input 412 is connected to the output S ^ of the anticoincidence circuit. The counter 410 has two carry outputs 413 and 414; the output 413 provides output signals S ^, if a positive carry when the counter is full appears, and the output 414 supplies output signals S ^,
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wenn "bei leerem Zähler ein negativer Übertrag erscheint.if "a negative carry appears when the counter is empty.
Für eine besonders einfache Ausbildung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers verwendet man eine im Handel erhältliche Schaltung, die von der Firma Texas Instruments unter der Bezeichnung SN 74 193 N hergestellt wird. Diese Schaltung hat vier Kippschaltungen A, B, C, D und kann demzufolge bis 15 zählen. Sie hat einen Vorwärtszähleingang und einen Rückwärtszahleingang. Derjenige dieser Eingänge, der keine Impulse empfängt, muß auf dem binären Signalwert 1 gelassen v/erden, und dies ist der Grund dafür, daß man dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler eine Antikoinzidenzschaltung vorschaltet. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler hat ferner einen Voreinstellsteuereingang, der dazu dient in den Vorwärts-Rückwärts-Zähler einen vorbestimmten Zählerstand einzuschreiben, und einen Löscheingang, sowie zwei Übertragsausgänge, nämlich einen positiven Übertragsausgang, an dem ein Impuls erscheint, wenn .der Vorwärts-Rückwärts-Zähler,nachdem er seinen maximalen Zählerstand erreicht hat, einen Impuls an seinem Vorwärtszähleingang empfängt, und einen negativen Übertragsausgang, an dem ein Impuls erscheint, wenn der Vorwärts-Rückwärts-Zähler, nachdem er den Zählerstand O · erreicht hat, einen Impuls an seinem Rückwärtszähleingang empfängt-*- Man verbindet den positiven Übertragsausgang direkt mit dem Voreinstellsteuereingang , während die Voreinsteileingänge E., Eß, Ec, ED alle auf dem Signalwert 1 gehalten werden, und man verbindet den negativen Übertragsausgang über einen Inverter mit dem Löscheingang RAZ.A commercially available circuit manufactured by Texas Instruments under the designation SN 74 193 N is used for a particularly simple design of the up / down counter. This circuit has four flip-flops A, B, C, D and can therefore count up to 15. It has an up count input and a down count input. That one of these inputs which does not receive any pulses must be left at the binary signal value 1, and this is the reason why an anti-coincidence circuit is connected upstream of the up / down counter. The up-down counter also has a preset control input, which is used to write a predetermined counter reading into the up-down counter, and a clear input, as well as two carry outputs, namely a positive carry output, at which a pulse appears when. Down counter, after it has reached its maximum count, receives a pulse at its up count input, and a negative carry output, at which a pulse appears when the up / down counter, after it has reached the count O ·, receives a pulse its countdown input receives - * - The positive carry output is connected directly to the preset control input, while the preset inputs E., E ß , E c , E D are all held at the signal value 1, and the negative carry output is connected to the clear input via an inverter RAZ.
Es sei angenommen, daß am Beginn der Zähler leer ist und Impulse am Vorwärtszähleingang erscheinen. Sie ändern der Reihe nach die Binärstellen A, B, C, D. Beim fünfzehnten Impuls ist der Zähler voll. Der sechzehnte Impuls äußert sich darin, daß am positiven Übertragsausgang und an dem gemeinsamen Voreinstellsteuereingang ein Impuls erscheint,It is assumed that the counter is empty at the beginning and that pulses appear at the up-counting input. You change the One after the other the binary digits A, B, C, D. At the fifteenth pulse the counter is full. The sixteenth impulse expresses itself that a pulse appears at the positive carry output and at the common preset control input,
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Dies hat eine Blockierung der Binärstellen A, B, C, D in der Stellung 1 zur Folge, und die anschließend dem Vorwärtszähle ingang zugeführten Impulse sind am positiven Übertragsausgang wiederzufinden. Es ist also zu erkennen, daß, sobald der Zähler den Zählerstand 15 erreicht hat, die anschließenden Vorwärtszählimpulse durch den Vorwärts-Rückwärts.-Zählernhindurchgehen". This results in the binary digits A, B, C, D being blocked in position 1, and the pulses subsequently fed to the up counting input can be found at the positive carry output. It can therefore be seen that as soon as the counter has reached the count 15, the subsequent up-counting pulses go through the up-down counter n ".
Wenn bei vollem Zähler Impulse dem Rückwärtss-ähleingang zugeführt werden, entleert sich der Zähler, und der positive Übertragsausgang empfängt keine Impulse mehr. Die Binärstellen A, B, C, D werden dann freigegeben und nehmen Werte an, die dem jeweiligen Zählerstand entsprechen. Wenn sechs Rückwärtszählimpulse eingetroffen sind,ist der Zählerstand 9 eingeschrieben. Wenn nun acht Vorwärtszählimpulse eintreffen, ist der Zählerstand 17 eingeschrieben. Die Differenz ist 8 - β = 2. Bei der Rückwärtszählung wird kein Impuls dem negativen Übertragsausgang zugeführt. Bei der Vorwärtszählung gehen die den Zählerständen·10, 11, 12, 13, 14, 15 entsprechenden Impulse nicht durch den Zähler hindurch, aber die den Zählerständen 16 und 17 entsprechenden Impulse gehen durch den Zähler hindurch und erscheinen am positiven Übertragsausgang, der somit die Differenz zwischen den Vorwärtszählimpulsen und den Rückwärtszählimpulsen liefert,If pulses to the downward counting input when the counter is full are supplied, the counter is emptied and the positive carry output no longer receives any pulses. The binary digits A, B, C, D are then released and take on values that correspond to the respective count. if Six downward counting pulses have arrived, the counter reading 9 is written. If now eight count-up pulses arrive, the counter reading 17 is written. The difference is 8 - β = 2. When counting down, there is no Pulse fed to the negative carry output. When counting up, the counter readings 10, 11, 12, 13, 14, 15 corresponding pulses do not pass through the counter, but those corresponding to counter readings 16 and 17 Pulses go through the counter and appear at the positive carry output, which is the difference between supplies the count up pulses and the count down pulses,
Wenn bei leerem Zähler Impulse dem Vorwärtszählereingang zugeführt werden, füllt sich der Zähler und der negative Übertragsausgang empfängt keine Impulse mehr. Die Binärstellen A, B, C, D werden der Reihe nach angesteuert und nehmen Werte an, die dem jeweiligen Zählerstand entsprechen. Wenn sechs vorwärtszählimpulse eingetroffen sind, ist der Zählerstand 6 eingeschrieben. Wenn nun 8 Rückwärtszählimpulse erscheinen, ist der Zählerstand -2 eingeschrieben. Die Differenz ist 6 - 8 = -2. Bei der Vorwärtszählung wird kein Impuls dem positiven Übertragsausgang zugeführt.. BeiIf pulses are fed to the up counter input when the counter is empty, the counter and the negative one fill up The carry output no longer receives any pulses. The binary digits A, B, C, D are activated in sequence and assume values that correspond to the respective count. When six count-up pulses have arrived, that is Counter reading 6 inscribed. If now 8 downward counting pulses appear, the counter reading -2 is written. The difference is 6 - 8 = -2. When counting up, no pulse fed to the positive carry output .. At
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der Rückwärtszählung gehen die den Zählerständen 6, 5, 4, 3, 2, 1,0 entsprechenden Impulse nicht durch den Zähler hindurch, aber die den Zählerständen -1 und -2 entsprechenden Impulse gehen durch den Zähler hindurch und erscheinen am negativen Übertragsausgang, der somit die Differenz zwischen den Rückwärt szählimpulsen und den Vorwärtszahlimpulsen liefert.the down counting go the counter readings 6, 5, 4, 3, 2, 1.0 does not pass through the counter, but the pulses corresponding to the counts -1 and -2 go through the counter and appear at the negative carry output, which is the difference between the reverse counting pulses and the forward counting pulses.
Der Frequenzteiler 7 mit dem steuerbaren Teilerfaktor k2 ist in Fig.6 dargestellt. Er enthält einen eigentlichen Frequenzteiler 700, der eine Frequenzteilung um einen bestimmten Faktor, beispielsweise den Faktor 32 durchführt und am positiven Ausgangsweg sowie am negativen Ausgangsweg des Frequenzteilers 5 des Vorwärtszweiges liegt. Der positive Eingang und der positive Ausgang des Frequenzteilers 700 sind über Und-Schaltungen 701 bzw. 702 und eine Oder-Schaltung 703 mit dem Vqrwärtszähleingang eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 704 verbunden. Der negative Eingang und der negative Ausgang des Frequenzteilers 700 sind über Und-Schaltungen 711 bzw. 712 und eine Oder-SchäLtung 713 mit dem Rückwärt sz ahle ingang 715 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers704 verbunden. Es ist also zu erkennen, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 704 Impulse auf- oder abzählt, deren Frequenz durch den Frequenzteiler allein geteilt worden ist, oder Impulse, deren Frequenz durch die beiden Frequenzteiler 5 und 7 geteilt worden ist.The frequency divider 7 with the controllable division factor k 2 is shown in FIG. It contains an actual frequency divider 700, which divides the frequency by a certain factor, for example a factor of 32, and is located on the positive output path and on the negative output path of the frequency divider 5 of the forward branch. The positive input and the positive output of the frequency divider 700 are connected to the up-counting input of an up-down counter 704 via AND circuits 701 or 702 and an OR circuit 703. The negative input and the negative output of the frequency divider 700 are connected via AND circuits 711 and 712 and an OR circuit 713 to the downward counter input 715 of the up / down counter 704. It can thus be seen that the up / down counter 704 counts up or down pulses whose frequency has been divided by the frequency divider alone, or pulses whose frequency has been divided by the two frequency dividers 5 and 7.
Die Impulse des positiven Ausgangsweges und die Impulse des negativen Ausgangsweges des Frequenzteilers 5 werden dem Frequenzmesser 8 zugeführt, der aus zwei vierstufigen Zählern 801 , 802 für den positiven Weg und aus zwei vierstufigen Zählern 811, 812 für den negativen Weg besteht. Diese Zähler werden durch Taktimpülse gelöscht, deren Folgefrequenz so bemessen ist, daß dann, wenn keine Frequenzteilung stattfindet, d.h. bei der maximalen Frequenz, die Zähler ausreichend Zeit haben, um sich zwischen zwei Löschimpulsen zu füllen.The pulses of the positive output path and the pulses of the negative output path of the frequency divider 5 are fed to the frequency meter 8, which consists of two four-stage counters 801, 802 for the positive path and two four-stage counters Counters 811, 812 for the negative path exist. These counters are cleared by clock pulses, their repetition frequency is dimensioned so that when there is no frequency division, i.e. at the maximum frequency, the Counters have enough time to fill up between two erase pulses.
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Die Stellen 25, Z^, 25 , 26 der Zähler 801-802 sind mit Und-Schaltungen 803, 804, 805,806 verbunden, deren Ausgänge an eine Oder-Schaltung 807 angeschlossen sind. Der Ausgang dieser Oder-Schaltung 807 ist mit einer JK-Kippschaltung 808 verbunden, deren Ausgänge die Und-Schaltungen 701 und 702 steuern. Die Und-Schaltungen bis 806 werden selektiv über Verbindungen entsprechend- der gewünschten Selektivität geöffnet.The places 2 5 , Z ^, 2 5 , 2 6 of the counters 801-802 are connected to AND circuits 803, 804, 805, 806, the outputs of which are connected to an OR circuit 807. The output of this OR circuit 807 is connected to a JK trigger circuit 808, the outputs of which control the AND circuits 701 and 702. The AND circuits up to 806 are selectively opened via connections according to the desired selectivity.
Die Stellen 23, 24, 25, 26 der Zähler 811-812 sind mit Und-Schaltungen 813, 814, 815, 186 verbunden, deren Ausgänge an eine Oder-Schaltung 817 angeschlossen sind. Der Ausgang dieser Oder-Schaltung 817 ist mit einer JK-Kippschaltung 818 verbunden, deren Ausgänge die Und-Schaltungen 711 und 712 steuern. Die Und-Schaltungen bis 816 werden selektiv über Verbindungen entsprechend der gewünschten Selektivität geöffnet.The positions 2 3 , 2 4 , 2 5 , 2 6 of the counters 811-812 are connected to AND circuits 813, 814, 815, 186, the outputs of which are connected to an OR circuit 817. The output of this OR circuit 817 is connected to a JK trigger circuit 818, the outputs of which control the AND circuits 711 and 712. The AND circuits up to 816 are selectively opened via connections according to the desired selectivity.
Die Stellen 2° und 22 des Zählers 801 und die Stellen und 2 des Zählers 811 sind jeweils mit einer Kippschaltung 609, 610 bzw. einer Kippschaltung 619, 620 verbunden. Die Kippschaltungen 609 und 610 sind miteinander über eine Und-Schaltung 621, die außerdem die Taktimpulse empfängt.,und über einen Inverter 622 verbunden. Die Kippschaltungen und 620 sind miteinander über eine Und-Schaltung 631, die auch die Taktimpulse empfängt, und über einen Inverter verbunden.The digits 2 ° and 2 2 of the counter 801 and the digits and 2 of the counter 811 are connected to a toggle circuit 609, 610 and a toggle circuit 619, 620, respectively. The flip-flops 609 and 610 are connected to one another via an AND circuit 621, which also receives the clock pulses, and via an inverter 622. The flip-flops and 620 are connected to one another via an AND circuit 631, which also receives the clock pulses, and via an inverter.
Die Kippschaltungspaare 609, 610 und 619, 620 bilden je weils einen Komparator mit Hysteresis. Man erhält ein Signal P+ für eine positive Steigung am Ausgang der Kippschaltung 610 und ein Signal P für eine negative Steigung am Ausgang der Kippschaltung 620, wenn die Frequenz derThe trigger circuit pairs 609, 610 and 619, 620 each form a comparator with hysteresis. A signal P + is obtained for a positive slope at the output of the flip-flop 610 and a signal P for a negative slope at the output of the flip-flop 620 when the frequency of the
ρ
Impulse proportional zu 2 ist und dieses Signal hört erst dann auf, wenn die Frequenz der Impulse, bis auf denρ
Impulse is proportional to 2 and this signal only stops when the frequency of the impulses, down to the
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gleichen Proportionalitätsfaktor, unter 2 fällt. Eine NAND-Schaltung 740 liefert das Signal P0 für die Steigung O.Hysteresis-Komparatoren dieser Art sind an sich bekannt und beispielsweise in der französischen Zusatzpatentanmeldung 72/44 695 zu der französischen Patentschrift 1 570 486 beschrieben.same proportionality factor, falls below 2. A NAND circuit 740 supplies the signal P 0 for the slope O. Hysteresis comparators of this type are known per se and are described, for example, in the French additional patent application 72/44 695 to the French patent specification 1,570,486.
Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler704, der beispielsweise sechzehn Kippschaltungen hat, kann seinen Zählerstand in eine binäre Multiplizierschaltung 900 übertragen, die durch einen Impulsgenerator 901 gesteuert wird. Die binäre Multiplizierschaltung 900 liefert das Signal E~, das der Antikoinzidenzschaltung zugeführt wird. Der Impulsgenerator 901 erzeugt Impulse mit der Frequenz 1 MHz. Es ist zu erkennen, daß in diesem Fall die Zeitkonstante τ den folgenden Wert hat:The up-down counter 704, for example sixteen Has flip-flops, its counter reading can be transferred to a binary multiplier circuit 900, which is processed by a pulse generator 901 is controlled. The binary multiplier circuit 900 supplies the signal E ~, that of the anti-coincidence circuit is fed. The pulse generator 901 generates pulses with a frequency of 1 MHz. It is recognizable, that in this case the time constant τ has the following value:
τ = 216/ 1 MHz = 65,5 ms.τ = 2 16/1 MHz = 65.5 ms.
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