DE2440150A1

DE2440150A1 - Anordnung und verfahren zur umwandlung einer frequenz in eine zahl

Info

Publication number: DE2440150A1
Application number: DE2440150A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Belmonte; Jean-Jacques Hirsch; Pierre Rassat
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1974-08-21
Publication date: 1975-02-27
Also published as: FR2241930B1; IT1020118B; JPS5051769A; NL7411298A; US3997764A; FR2241930A1; GB1472639A

Description

Häufig verfügt man über eine Information in Form einer Frequenz; dies ist beispielsweise beim Messen der Winkelgeschwindigkeit eines mechanischen Organs (Rotor, Rad, usw...) mit Hilfe eines Transduktors der Fall, der Impulse mit einer Frequenz liefert, die proportional zur. zu messenden Geschwindigkeit ist.

Da die Verarbeitung von in analoger Form vorliegenden Informationen oft keine ausreichende Genauigkeit und Stabilität liefert und Regelungen erfordert, versucht man, die Information in digitaler Form zu verwenden; jedoch sind die bekannten Verfahren zur Umformung

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einer Frequenz in eine Zahl kompliziert und ermöglichen es nicht, gleichzeitig einen ausreichenden Durchlaßbereich zu haben und ein breites Frequenzspektrum zu decken.

Beispielsweise kann direkt die Frequenz gemessen werden, indem während einer konstanten Zeit die diese Frequenz bestimmenden Impulse gezählt werden; jedoch erhält man so keine kontinuierliche Information und, um ein breites Frequenzspektrum zu decken, muß ein Binärzähler mit einer großen Bitzahl verwendet werden, was eine große Zählzeit zur Folge hat.

Man kann auch zwischen zwei Impulsen, die die Frequenz eines Eingangssignals bestimmen , die Impulse eines Normaltaktgebers hoher Frequenz zählen; der Inhalt des Zählers ist dann proportional zur Periode des Eingangssignals, und um eine Zahl zu erhalten, die proportional zur Frequenz ist, muß man den Kehrwert der die Periode darstellenden Zahl wählen, was eine schwierig durchführbare Operation bedeutet. Um darüber hinaus eine ausreichende Genauigkeit im Bereich der hohen Frequenzen zu bewahren, muß man einen Normaltaktgeber mit sehr hoher Frequenz zur Verfügung haben; andererseits ist im Bereich der niedrigen Frequenzen die Bewertungszeit für die Periode lang.

Es ist ein Ziel der Erfindung, die Umwandlung des Frequenzwerts eines Eingangssignals in eine Zahl durch einfache Mittel vorzunehmen, mit denen es möglich ist, über einen großen Durchlaßbereich zu verfügen und ein breites Frequenzspektrum zu decken.

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Erfindungsgemäß kann dieses Ziel mit Hilfe

eines Verfahrens erreicht werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein erster Vorwärts/Rückwärtszähler verwendet wird, daß dieser durch eine erste Befehlslogik gesteuert wird, die Taktgeberimpulse, das Eingangssignal in Form einer Reihe von Impulsen, die jeweils dieselbe Dauer"a" aufweisen, und eine erste binär-stochastische, d.h. Zufallsimpulsfolge empfängt, die die stochastische Kodierung einer Zahl darstellt, die ihrerseits die Frequenz des EingangssignaIs wiedergibt, das ausgehend vom ersten Vorwärts/Rückwärtszähler erhalten wird, daß diese erste Befehlslogik den Vorwärts/Rückwärtszähler die Taktgeberimpulse während der Impulsdauer "a" des Eingangssignals vorwärtszählen und dauernd die Impulse des ersten stochastischen Signals rückwärtszählen läßt und daß den letzten Stufen des ersten Vorwärts/RückwärtsZählers eine Zahl entnommen wird, die der Frequenz des Eingangssignals proportional ist, wobei die ersten Stufen dieses Zählers als Pufferstufen dienen.

Die erste Zufallsimpulsfolge kann insbesondere aus dem stochastisch verschlüsselten Inhalt der letzten Stufen des ersten Vorwärts/Rückwärtszählers gebildet werden.

Die gesuchte Zahl kann den letzten Stufen des ersten Vorwärts/Rückwärtszählers entnommen werden.

Es ist außerdem möglich, einen zweiten Vorwärts/ Rückwärtszähler mit dem ersten in Kaskade zu schalten.

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An Hand der beiliegenden schematischen Figuren werden die Arbeitsweise des Verfahrens erläutert und bestimmte Ausführungen näher beschrieben.

Fig. 1 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Schaltung für die Umwandlung einer Frequenz in einen Digitalwert dar.

Fig. 2 zeigt ein Eingangssignal für die Schaltung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 stellt in Diagrammform eine dynamische Charakteristik einer Schaltung gemäß Fig. 1 dar.

Die Figuren 4 und 5 stellen Schaltungen für die Umwandlung dar, die eine Übertragungsfunktion zweiter Ordnung ergeben.

Fig. 6 stellt die in einer Schaltung auftretenden Signale dar, bei der darüber hinaus die Ableitung des Eingangssignals nach der Zeit erhalten wird.

Fig. 7 zeigt eine Zusatzschaltung, mit der diese Ableitung erreicht wird.

Fig. 8 stellt eine technologische Ausführung der Schaltung gemäß Fig. 1 dar.

Fig. 9 stellt eine technologische Ausführung der Schaltung gemäß Fig. 7 dar.

Gemäß Fig. 1 trifft das umzuwandelnde Signal in 1 am Eingang einer monostabilen Kippstufe 2 in Form einer Serie von Nadelimpulsen mit der Periode T bzw. der Frequenz f ein, wie sie im oberen Bereich der Fig. 2 dargestellt sind. Diese Impulse werden in der monostabilen Kippstufe 2, die einen

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Ausgang 3 aufweist, in eine Serie von Impulsen der Dauer "a" umgewandelt, wie sie im unteren Bereich, der Fig. 2 gezeigt werden. Diese wird einem Eingang 4 einer Befehlslogik 6 zugeführt, die über einen weiteren Eingang 5 außerdem Taktgeberimpulse der Frequenz fo und über einen dritten Eingang 7 ein stoehastisches Signal empfängt. Ausgangsseitig weist diese Logik einerseits Leitungen 9 auf, die einem binären Vorwärts/Rückwärtszähler 8 mit Q Stufen die zu zählenden und abzuziehenden Impulse zuleiten und andererseits Leitungen 10, die dem Zähler den Zähl- bzw. Rückzählbefehl übertragenο Der Inhalt der N Stufen des Zählers 8 wird über Leitungen 11 in einen Vergleicher 12 geschickt, der über Leitungen 13 das von einem pseudozufälligen Rauschgenerator 14, der beispielsweise aus einem mit einer Taktgeberfrequenz f gesteuerten Schieberegister besteht, gelieferte Rauschen empfängt. Der Vergleicher liefert über Leitungen 7 ein stoehastisches Signal,* das die stochastische Verschlüsselung des Inhalts der betrachteten N letzten Stufen des Zählers 8 darstellt.

Die Frequenz f des stochastischen Ausgangssignals

des Vergleichers 12 ist : f = f—-j~, wobei y der Inhalt der

s O₂M

betrachteten N Stufen des Zählers 8 ist.

Die Befehlslogik 6 läßt zum Zähler 8 Taktgeberimpulse mit der Frequenz f hinzuzählen, solange das Signal auf der Leitung 4 seinen hohen Pegel aufweist, d.h. während der Impulsdauer "a", und sie läßt dauernd vom.Zähler 8 die

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Impulse des vom Vergleicher 12 gelieferten stochastischen Signals mit der Frequenz f abziehen.

Nimmt man an, daß das System sich im Gleichgewicht befindet, d.h., daß die Anzahl der im Zähler 8 hinzugezählten Impulse während einer Periode T des Eingangssignals gleich der abgezogenen Impulse ist, so ergibt sich t

a . f = T-f
ο s

Daraus ergibt sich : -^ = ψ oder : —^ = a . f, d.h., daß der Inhalt der betrachteten N Stufen des Zählers 8 proportional zur Frequenz des Eingangssignals ist. Dieser Inhalt bildet die gesuchte Zahl.

Natürlich muß die Dauer "a" kleiner oder höchstens gleich der kleinsten Periode T sein, die angetroffen werden kann.

Damit das Gleichgewicht dieses Systems existieren kann, muß der Zähler 8 dazu in der Lage sein, die Höchstzahl von Impulsen aufnehmen zu können, die zu einem gegebenen Augenblick gezählt oder abgezogen werden können, ohne daß der stochastisch verschlüsselte Inhalt des Zählers merklich verändert wird; deshalb wird eine Anzahl N von Stufen des Zählers, die kleiner ist als die Gesamtanzahl Q der Stufen des Zählers, kodiert; dabei dienen die M=Q-N ersten Stufen als Pufferstufen.

Die Anzahl N und M wird folgendermaßen bestimmt : N ist die Anzahl der Bits, die die Genauigkeit bestimmt, mit der man die die Frequenz darstellende Zahl erhalten will;

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wird mit L die Anzahl der Zustände der Pufferstufen des

M
Zählers bezeichnet, die gleich 2 ist, so muß gelten :

2 = Li η , wobei η gleich der maximalen Anzahl max max ^a

von Impulsen ist, die für die Frequenz f minimum gezählt oder abgezogen werden kann; f minimum ist die kleinste der Frequenzen f, die den Durchlaßbereich passieren, d.h.

¹W - ^a · ^fo- < I" ²^) ■ ^a · ^fo< * " « · W · Die Zeitkonstante ⁴T des Zählers 8 ist gleich :

^N " i

— T O ■ . ^ _n ο*

^fo max f_o

Wenn bei der größten Frequenz f der Frequenzen

max

N
f, die zu messen ist, y = 2 ist, dann muß die Dauer "a" gleich l/f—_ax sein.

Daraus ergibt sich unter Vernachlässigung von a . f

im Verhältnis zu 1 :

max
Es zeigt sich also, daß die Zeitkonstante des

Systems, also der Durchlaßbereich, lediglich von der gewählten Auflösung abhängt.

In einem Ausführungsbeispiel weist das Eingangssignal eine zwischen 40 Hz und 6000 Hz variierende Frequenz auf. Der stochastisch auf N kodierte Inhalt des Zählers wird hier ebenso wie das über die Leitungen 13 im Vergleicher 12 empfangene Rauschen aus acht binären Ziffern gebildet.

Die Dauer "a" der in 5 eintreffenden Impulse beträgt 150 Hz und die Taktgeberfrequenz f 1 MHz. Da η =

ο max

gewählt wird, damit der stochastisch verschlüsselte Inhalt

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des Zählers 8 nicht durch die maximale Anzahl n^ von addierbaren oder subtrahierbaren Impulsen verändert wird, hätten in diesen Zähler acht Pufferstufen M eingebaut werden müssen. Man hat sich jedoch mit sieben zusätzlichen Pufferstufen M zu den acht Stufen N begnügt, deren Inhalt stochastisch verschlüsselt ist, was leichte Schwankungen bei der kodierten Zahl hervorruft. Die Zeitkonstante beträgt so etwa 32 ms, was eine Abschaltfrequenz der Schaltung bei -3 db von etwa 5 Hz ergibt.

Die dynamischen Kennlinien der Schaltung lassen sich aufnehmen, indem das auf 2000 Hz zentrierte Eingangssignal mit einem Modulationsverhältnis von etwa 1 sinusförmig frequenzmoduliert wird. Aus praktischen Gründen kann man beim Messen einen Zähler mit sechs Pufferstufen verwenden, woraus sich eine Abschaltfrequenz bei -3 db von etwa 10 Hz ergibt.

Die Kennlinienaufnahme wird durchgeführt, indem die Ausgangsspannung eines Digital-Analogwandlers, der an die acht letzten Stufen des Zählers 8 angeschlossen ist, gemessen wird. Die Kennlinie ist in Fig. 3 dargestellt, wo die Frequenz als Abszisse und die sich daraus ergebende Signalamplitude in logarithmischem Maßstab als Ordinate eingezeichnet sind.

Man erhält bei dieser Schaltung eine Transferfunktion, die diejenige eines Filters erster Ordnung ist, und zwar mit digitalen Operatoren einfacher Ausführung, die keine Nachregelung erfordern. Die Genauigkeit der Zeitkonstante dieses Filters hängt lediglich von der Stabilität des Oszillators mit der Frequenz f ab, der

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zur Erzeugung des Rauschens und des allgemeinen Arbeitens der Schaltung dient.

Unter Beibehaltung derselben Schwankungsrate des AusgangssignaIs kann der Durchlaßbereich des Systems mit Hilfe einer Schaltung verbessert werden, deren Transferfunktion die eines Filters zweiter Ordnung ist.

Fig. 4 stellt eine solche Schaltung dar, bei der sich die Schaltung gemäß Fig. 1 wiederfindet mit einem Zähler 8 mit Q, Stufen, von denen M, Pufferstufen und N, stochastisch kodierte Stufen sind; hinzu kommt ein zweiter binärer Vorwärts/Rückwärtszähler 15, der die Taktimpulse mit der Frequenz f empfängt und Q₀ Stufen umfaßt, von denen M₂ Pufferstufen und N₂ stochastisch kodierte Stufen sind; dieser zweite Vorwärts/Rückwärtszähler wird durch eine Befehlslogik 16 gesteuert, die über eine Leitung 17 dasselbe stochastische Signal empfängt, das vom Vergleicher 12 auf die Leitung 7 ausgesandt wird, sowie über eine Leitung 18 ein stochastisches Signal empfängt, das die stochastische Kodierung des Inhalts der N₂ Stufen des Zählers 15 darstellt. Diese Kodierung erfolgt in einem Vergleicher 19, der über Leitungen 20 den Inhalt y der N₂ Stufen des Zählers 15 und über Leitungen 21 ein binäres Rauschen empfängt, das durch einen Rauschgenerator 22 erzeugt wird. Anstelle des Rauschgenerators 22 könnte auch der Rauschgenerator 14 zur Kodierung des Inhalts des Zählers 15 verwendet werden.

Die Befehlslogik 16, die beispielsweise aus einem stochastischen Subtrahierer oder einem Kombinationslogikschaltkreis derselben Art wie der Schaltkreis 6 bestehen kann,

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erteilt über eine Leitung 23 dem Zähler 15 den Befehl, die Impulse des Taktgebers mit der Frequenz f_Q vor- oder zurückzuzählen, und läßt ihn so um eine Zahl anwachsen, deren Durchschnittswert gleich u - y ist.

Der inhalt des Zählers 15 stellt die gesuchte Zahl dar, die die Frequenz des Eingangssignals wiedergibt.

Wenn mit u die Frequenz auf der Leitung 17 und mit y der Inhalt des Zählers 15 bezeichnet wird, so erhält man die folgende Transferfunktionen : ~ * -r—-_ - und

dabei ist ρ der Laplace-Operator, und C.. und C ₂ sind die Zeitkonstanten *C * ·ο und oC ' I» .

Wenn man die Transferfunktion von y/x mit der allgemeinen Transfer funkt ion —j ·* ■ gleichsetzt, wo ζ der Dämpfungskoeffizient und T die entsprechende Zeitkonstante ist, so erhält man :

Es läßt sich feststellen, daß, wie bei der Schaltung gemäß Fig. 1, die Genauigkeit der allgemeinen Zeitkonstanten des Systems lediglich von der Stabilität des Oszillators mit der Frequenz f_Q abhängt; ferner ist der Dämpfungskoeffizient ζ unabhängig von der Frequenz dieses Oszillators. Dieser Dämpfungskoeffizient ζ ist

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jedoch ein wichtiger Parameter für einen Filter zweiter Ordnung, und es ist bekannt, daß man große Schwierigkeiten hat, ihn über einen ganzen Temperaturbereich hinweg konstant zu halten, wenn man Analogtechniken verwendet, woraus sich ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungen ergibt, die digitale Techniken anwenden.

Nimmt man das an Hand der Fig. 1 gelieferte Zahlenbeispiel wieder auf, so stellt man fest, daß es, um am Ausgang des Zählers 15 einen digitalen Wert zu erhalten, der proportional zur Frequenz des Eingangssignals mit Schwankungen von + 1 Bit bei 40 Hz ist, genügt, für Q₁ ■ Q₂ = 13 und N, = N₂ = 8 zu wählen, was fürf f* 8 ms und ζ « 1 ergibt.

Diese Zahlen zeigen, daß der Filter zweiter Ordnung gemäß Fig. 4 es ermöglicht, größere Durchlaßbereiche zu erzielen, als sie mit einem Filter erster Ordnung gemäß Fig. 1 mit gleichen Schwankungen möglich sind.

Die Grenzfrequenz liegt hier bei 20 Hz.

Fig. 5 stellt eine weitere Schaltung dar, deren Transferfunktion ebenfalls die eines Filters zweiter Ordnung ist, die jedoch Dämpfungskoeffizienten von weniger als eins erreichen läßt. .

Auch in dieser Schaltung befinden sich Elemente der Schaltung gemäß Fig. 4, die gesuchte Zahl ist ebenfalls der Inhalt der N₂ Stufen des Zählers 15, mit der Ausnahme, daß man auf den Eingang 7 der Befehlslogik das aus dem Vergleicher 19 stammende stochastische Signal eingibt, d.h. das stochastische Signal, das den Inhalt des Vorwärts/

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RückwärtsZählers 15 kodiert wiedergibt. In die Schleife des Zählers 15 kann ein Organ 24 eingeschaltet werden, das einen Verstärkungsfaktor K von weniger als 1 einführt. Ein Verstärkungsfaktor kann ebenfalls in die Schleife des Zählers 8 eingeschaltet werden. Die Einführung des Verstärkungsfaktors K kann beispielsweise mit Hilfe von stochastischen Multiplikatoren durchgeführt werden.

Unter Beibehaltung der obigen Symbole stellt sich die Transferfunktion wie folgt dar :

χ λ \ typ * χ&ϊγ* '

daraus läßt sich herleiten :

^ -5Vr- e^

Es läßt sich feststellen, daß der Dämpfungskoeffizient ζ nur diskontinuierlich veränderlich ist, und zwar mit einem Schritt von "jr2 in Abhängigkeit von Q- und Q₂. Wenn

Q. = Q₂ ist, dann ist ζ = -? ; wenn Q₁ = 2 Q₂ ist, dann ist

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ζ = —=— ; wenn Q= 4 Q, ist, dann ist ζ = 1.

Wenn die Eingangsinformation im Frequenz-Binär-Wandler die Drehgeschwindigkeit eines mechanischen Organs wiedergibt, möchte man häufig die Beschleunigung dieses mechanischen Organs feststellen, d.h., die Ableitung des Eingangssignals nach der Zeit haben.

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Es ist bekannt, daß eine Schätzmethode erster Ordnung für die Ableitung B einer Punktion g (t) die folgende ist :

_{B =} ) _(WOg(t._{4t) der Wert} _i3tf _den

A ^z

die Funktion g im Augenblick (t - At) hat, wobei At ein konstanter Zeitraum ist.

Jedoch gemäß dem erfindungsgemäßen Frequenz-Zahl-Wandler (Filter erster oder zweiter Ordnung) scheint es so zu sein, daß die hier erhaltene Zahl am Ausgang des Wandlers einen Schwankungsfehler aufweist, dessen Frequenz gleich der des Eingangssignals ist, wie es die Fig. 6 zeigt.

Man sieht so, daß man, wenn man die Differenz von g zu einem beliebigen Augenblick t und g zum Augenblick (t - At) bildet, je nach dem gewählten Augenblick t für ein konstantes Eingangssignal eine Zahl ungleich Null erhalten kann, und der Wert dieser Zahl kann die Differenz zwischen den Schwankungsspitzen der Zahl erreichen, die die Frequenz des Eingangssignals darstellt.

Deshalb wird nicht B über einer konstanten Zeit At, sondern über einer Zeit t. = A t + C (t) gemessen, wobei t₁ so gewählt wird, daß es gleich einer ganzen Zahl der Perioden des Eingangssignals ist.

Zur Anwendung dieser Meßmethoden können mehrere , Verfahren eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform (siehe Fig. 7) ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die erste Befehlslogik einen dritten Vorwärts/Rückwärtszähler in

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derselben Weise steuert, wie sie den ersten Vorwärts/ Rückwärtszähler steuert, daß diesem dritten Zähler ein Speicher nachgeschaltet ist, und daß ein Synchronisationsschaltkreis zwei Impulsserien liefert, wobei die Impulse jeder Serie um eine ganze Zahl von Perioden des Eingangssignals voneinander entfernt sind, wobei die Impulse der ersten Serie im Verhältnis zu den Impulsen der zweiten Serie um mindestens eine Taktgeberperiode verzögert sind und wobei die Impulse der ersten Serie die Nullrückstellung des dritten Zählers auslösen, während die Impulse der zweiten Serie das Einregistrieren des Inhalts des dritten Zählers im Speicher bewirken, so daß man diesem Speicher eine Zahl entnehmen kann, die die Ableitung des Eingangssignals nach der Zeit darstellt.

Fig. 7 stellt eine Schaltung zur Anwendung dieses Verfahrens dar. Die Schaltung besteht im wesentlichen aus dem Synchronisierschaltkreis 25, dem Vorwärts/Rückwärtszähler 26, der oben mit dem Ausdruck dritter Vorwärts/ Rückwärtszähler bezeichnet wurde, sowie dem Speicher 27.

Der Schaltkreis 25 umfaßt eine monostabile Kippstufe 28 und einen Schaltkreis 29. Die Kippstufe 28 empfängt das Eingangssignal mit der Frequenz f, dessen erster empfangener Impuls die monostabile Kippstufe auslöst. Diese bleibt in diesem ausgelösten Zustand während eines bestimmten Zeitraums At. Nach diesem Zeitraum Λ t fällt die Kippstufe zurück und wird beim folgenden Impuls wieder ausgelöst, d.h. nach einer Zeit von ζ. (t) , wie es die Fig. 6 angibt,· die

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Summe 4t +£ (t) , die die Periode des aus der Kippstufe 28 stammenden Signals darstellt, ist dabei die oben definierte Zeit t... Der Schaltkreis 29 empfängt das aus der Kippstufe 28 kommende Signal sowie die Taktgeberimpulse mit der Frequenz f . Er sendet über eine Leitung 30 eine erste Impulsfolge und über eine Leitung 31 eine zweite Impulsfolge aus. Diese Impulse werden bei der ersten Impulsfolge aus jedem ersten Taktgeberimpuls und bei der zweiten Impulsfolge aus jedem zweiten Taktgeberimpuls nach einem Anfang eines Rechteckimpulses der Breite t des Ausgangssignals der monostabilen Kippstufe 28 gebildet, wie es die Fig. 6 zeigt.

Der Zähler 26, der durch die oben erwähnten Leitungen 9 und 10 in derselben Weise gesteuert wird, wie der Zähler 8, wird bei jedem Impuls auf der Leitung 30 auf Null zurückgestellt. Der Speicher 27, der über Leitungen 32 dauernd den Zustand des Zählers 26 empfängt, erhält bei jedem Impuls auf der Leitung 31 den Befehl, diesen Zustand zu zählen. So erhält man am Ausgang 33 dieses Speichers den Unterschied des Werts des Eingangssignals zwischen zwei durch ein Intervall t getrennten Augenblicken.

Unter Beibehaltung der bereits verwendeten Symbole kann die Messung m, die hier durchgeführt wird, wie folgt ausgedrückt werden : m = g(t) - g(t - t,) oder wenn C(t) sehr klein im Verhältnis zu 4 t ist ,

Diese Gleichung stellt eine gute Annäherung an die gesuchte Ableitung dar.

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£ (t) muß genügend klein im Verhältnis zu At sein, was bedeutet, daß die Zeit für jedes Messen gegenüber der niedrigsten durchzulassenden Frequenz groß sein muß. Es ist in Fig. 6 festzustellen, daß man die Veränderung dieser Funktion g nach einer ganzen Zahl von Perioden des Eingangssignals mißt und, sogar noch genauer, zwischen zwei Tiefpunkten des Signals "Zahl", und daß diese Veränderung bei konstantem Eingangswert in den Frequenz-Binär-Wandler folglich Null wird.

In Fig. 8, die eine der möglichen technischen Ausführungen der Schaltung gemäß Fig.l darstellt, finden sich alle Bestandteile dieser genannten Figur> darüber hinaus wurde der innere Aufbau der in Fig. 1 durch als einfache Rechtecke dargestellte Baugruppen angegeben.

Die monostabile Kippstufe 2 besteht aus einem Speicher, der aus zwei RZ-Kippstufen 34 und 35, und aus einem NICHT-UND-Tor 36 sowie einem Vorwärts/Rückwärtszähler gebildet wird, der aus zwei Gehäusen 37 und 38 besteht» das Ganze wird durch einen Taktgeber 39 gesteuert, der ein klassischer Quarz-Oszillator sein kann, der an seinen beiden Ausgängen Hl und H2 zwei Signale mit zueinander verschobenen Impulsen liefert. Die Breite der am Ausgang 3 der monostabilen Kippstufe 2 erhaltenen Impulse ist regelbar, indem die Vor-Einstellung des Zählers, der aus den Gehäusen 37 und 38 gebildet wird, verändert wird.

Die Befehlslogik 6 besteht aus einem EXKLUSIV-ODER-Schaltkreis 40 und einem NICHT-UND-Gatter 41 und sendet

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über eine Leitung 9 Impulse aus, die in den Vorwärts/ Rückwärtszähler 8 gelangen, der aus zwölf auf drei Gehäuse 42, 43 und 44 verteilten Kippstufen gebildet wird; zehn dieser Kippstufen werden für die stochastische Kodierung und zwei als Pufferstufen verwendet.

Die Ausgänge dieser zehn Kippstufen des Vorwärts/ RückwärtsZählers 8 sind mit zehn Eingängen des Vergleichers 12 verbunden; dieser Vergleicher 12 besteht aus Kippstufen, die aus drei Gehäusen 45, 46, 47 gebildet werden. Die zehn übrigen Eingänge des Vergleichers 12 sind mit zehn Ausgängen des binären Rauschgenerators 14 verbunden, der aus auf drei Gehäuse 48, 49 und 50 verteilten Kippstufen gebildet wird.

Es ist leicht, ausgehend von der Schaltungsausführung gemäß Fig. 8, die Filter zweiter Ordnung der Schaltungen gemäß den Figuren 4 und 5 herzustellen.

In Fig. 9 wurde eine der möglichen technischen Ausführungen der Schaltung gemäß Fig. 7 dargestellt. Es finden sich hier alle Bauteile, die bereits in Fig. 7 dargestellt wurden.

Die monostabile Kippstufe 28 umfaßt ein geeignet beschaltetes Flipflop 51. Der Schaltkreis 29 besteht aus einer Gruppe von Kippstufen 52, 53, 54. Der Vorwärts/Rückwärtszähler 26 wird aus zwei Gehäusen 55 und 56 gebildet, die jeweils vier Kippstufen enthalten. Ebenso besteht der Speicher 27 aus zwei Gehäusen 57 und 58 mit jeweils vier Kippstufen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 - Verfahren zur Umwandlung des Frequenzwerts eines Eingangssignals in eine Zahl, die die Frequenz dieses Eingangssignals darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Vorwärts/Rückwärtszähler (8) verwendet wird, daß dieser durch eine erste Befehlslogik (6) gesteuert wird, die Taktgeberimpulse, das Eingangssignal in Form einer Reihe von Impulsen, die jeweils dieselbe Dauer a aufweisen, und eine erste binär-stochastische, d.h. Zufallsimpulsfolge empfängt, die die stochastische Kodierung einer Zahl darstellt, die ihrerseits die Frequenz des Eingangssignals wiedergibt und ausgehend vom ersten Vorwärts/Rückwärtszähler erhalten wird, daß diese erste Befehlslogik den Vorwärts/Rückwärtszähler .die Taktgeberimpulse während der Impulsdauer "a" des Eingangssignals vorwärtszählen und dauernd die Impulse des ersten stochastischen Signals rückwärtszählen läßt und daß den letzten Stufen des ersten Vorwärts/Rückwärtszählers eine Zahl entnommen wird, die der Frequenz des Eingangssignals proportional ist, wobei die ersten Stufen dieses Zählers als Pufferstufen dienen.

2 - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Inhalt der letzten Stufen des ersten Vorwärts/Rückwärtszählers über eine stochastische Kodierung das erste stochastische Signal gebildet

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3 - Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den letzten Stufen (N) des ersten Vorwärts/RückwärtsZählers (8) die gesuchte Zahl entnommen wird.

4 - Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Vorwärts/ Rückwärtszähler (15) verwendet wird, der die Taktgeberimpulse empfängt und aus dessen letzten Stufen man die gesuchte Zahl entnimmt und der durch eine zweite Befehlslogik (16) gesteuert wird, die das erste stochastische Signal, das die stochastische Verschlüsselung des Inhalts der letzten Stufen dieses ersten Vorwärts/Rückwärtszählers (8) darstellt, und ein zweites stochastisches Signal, das die stochastische Verschlüsselung des Inhalts der letzten Stufen des zweiten Vorwärts/RückwärtsZählers darstellt, empfängt, und daß die zweite Befehlslogik die Taktgeberimpulse durch den zweiten Vorwärts/Rückwärtszähler zuzählen oder abziehen läßt, je nachdem, ob das erste stochastische Signal im Durchschnitt größer oder kleiner als das zweite stochastische Signal ist.

5 - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Vorwärts/ Rückwärtszähler (15) verwendet wird, der die Taktimpulse empfängt und dessen letzten Stufen man die gesuchte Zahl entnimmt, wobei der Inhalt dieser letzten Stufen stochastisch verschlüsselt wird und das erste stochastische Signal bildet,

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daß der zweite Vorwärts/Rückwärtszähler (15) durch eine
zweite Befehlslogik (16) gesteuert wird, die das erste
stochastische Signal und ein zweites stochastisches Signal, das die stochastische Verschlüsselung des Inhalts der
letzten Stufen des ersten Vorwärts/RückwärtsZählers (8)
bildet, empfängt und daß die zweite Befehlslogik (16)
die Taktgeberimpulse durch den zweiten Vorwärts/Rückwärtszähler hinzuzählen oder abziehen läßt, je nachdem, ob das zweite stochastische Signal im Durchschnitt größer oder
kleiner als das erste stochastische Signal ist.

6 - Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Befehlslogik (6) einen dritten Vorwärts/Rückwärtszähler (26) in derselben Weise steuert, wie sie den ersten Vorwärts/ Rückwärtszähler (8) steuert, daß diesem dritten Zähler ein Speicher (27) nachgeschaltet ist, und daß ein Synchronisationsschaltkreis (25) zwei Impulsserien liefert, wobei die Impulse jeder Serie um eine ganze Zahl von Perioden des
Eingangssignals voneinander entfernt sind, wobei die Impulse der ersten Serie im Verhältnis zu den Impulsen der zweiten Serie um mindestens eine Taktgeberperiode verzögert sind und wobei die Impulse der ersten Serie die Nullrückstellung des dritten Zählers auslösen, während die Impulse der zweiten Serie das Einregistrieren des Inhalts des dritten Zählers im Speicher bewirken, so daß man diesem Speicher eine Zahl entnehmen kann, die die Ableitung des Eingangssignals nach der Zeit darstellt.

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7 - Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dad urchge "kennzeichnet, daß die Zähler, Logikelemente, Kippstufen und Vergleicher aus integrierten Bausteinen aufgebaut sind.

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