DE2618225A1

DE2618225A1 - Schaltungsanordnung zur ein- und ausspeicherung analoger spannungswerte

Info

Publication number: DE2618225A1
Application number: DE19762618225
Authority: DE
Inventors: Harald Siegel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-04-26
Filing date: 1976-04-26
Publication date: 1977-10-27
Also published as: IT1084474B; FR2349921B1; BE853961A; GB1573652A; FR2349921A1; NL7704562A

Description

Siemens Aktiengesellschaft 2 υ Ί ο 2. Z 0

Berlin und München ' Unser Zeichen

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Schaltungsanordnung zur Ein- und Ausspeicherung analoger Spannungswerte.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ein- und Ausspeicherung analoger Spannungswerte, die nacheinander über eine gemeinsame Eingangsleitung den einzelnen Speicherelementen zugeführt und über eine gemeinsame Ausgangsleitung nacheinander den einzelnen Speicherelementen entnommen werden, wobei eingangsseitig und ausgangsseitig den Speicherelementen Je ein elektronisch betätigbarer Schalter zugeordnet ist, der jeweils von einem Eingangs- bzw. AusgangsSteuerregister angesteuert wird.

Bei der Anwendung von Bewegtzeichen-Laufzeitfiltern wird jeweils ein um die Periodendauer T verzögertes und ein unverzögertes Signal zusammengeschaltet. Echosignale, welche von Bewegtzeichen stammen, werden dabei nicht gelöscht, während Echosignale von Festzeichen weitgehend unterdrückt werden.

Bei Auflösung des Entfernungs-Meßbereiches des Radargerätes in mehrere Entfernungskanäle muß die Zusammenschaltung so vorgenommen werden, daß jeweils die Signale aus ein und demselben Entfernungsbereich zusammengeschaltet werden. Dies bedeutet, daß

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bei in Entfernungskanälen auch mindestens m getrennte Speicherelemente vorhanden sein müssen, in denen die jeweiligen Abtastproben abgespeichert werden können.

Da nicht gleichzeitig in ein und dasselbe Speicherelement eingeschrieben und aus diesem Speicherelement ausgelesen werden kann, ergibt sich, wie anhand von Fig.2 näher erläutert wird, die Schwierigkeit, daß jeweils Spannungswerte aus unterschiedlichen Entfernungskanälen in ein und dasselbe Speicherelement fallen. Infolge der unterschiedlichen Schwellspannungswerte der einzelnen für das Ein- und Ausspeichern vervrendeten Schalter ergeben sich fortlaufend unterschiedliche Störspannungen bei den einzelnen Abtastproben.

Die gleichen Probleme treten auch bei Abtastfiltern allgemeiner Art auf, wenn m Kanäle im Multiplexbetrieb unter Zuhilfenahme von Speichereinrichtungen verarbeitet werden müssen. Auch bei Anwendung für Korrelatoren (Autokorrelation) müssen verzögerte und unverzögerte Signale miteinander verglichen werden, so daß auch hier derartige Probleme auftreten können.

Gemäß der Erfindung, welche sich auf eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, werden diese störenden Restladungen in ihrem Einfluß weitgehend dadurch beseitigt, daß zur Verarbeitung periodisch anfallender Spannungswerte, bei denen jeweils der m-te Spannungswert zur gleichen Signalfolge gehört, die Einspeicherung und das Auslesen so vorgenommen sind, daß die zur gleichen Signalfolge gehörenden Spannungswerte stets in dem gleichen Speicherelement abgespeichert werden und insgesamt mindestens m Speicherregister vorgesehen sind.

Die Erfindung sowie deren Weiterbildungen werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 das Schaltbild einer Speichereinrichtung für analoge Signale,

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Fig. 2 ein Zeitdiagramm mit fortlaufender Vertauschung der Speicherplätze,

Fig.3 ein Zeitdiagramm mit Einspeicherung ein und desselben Kanals in jeweils das gleiche Speicherelement, Fig.4 als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Bewegtzeichenfilter für ein Radargerät,

Fig.5 den Dämpfungsverlauf des Filters nach Fig.4.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig.1 ist die Eingangsklemme für die zu speichernden Signale mit SE bezeichnet. Über diese Eingangsklemme werden eine Reihe von aufeinanderfolgenden Abtastproben zugeführt und zwar als analoge Spannungswerte. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß aufeinanderfolgend 64 verschiedene Abtastproben eintreffen. Bei einem Radargerät kann die Zahl 64 den 64 Entfernungskanälen entsprechen, d.h. der gesamte Erfassungsbereich ist in 64 gleich große Entfernungselemente aufgeteilt. Es ist aber auch möglich, daß es sich um eine Kanal-Multiplex-Übertragung mit 64 Kanälen handeln kann, wobei ebenfalls 64 aufeinanderfolgende Abtastproben auftreten, bis wieder entsprechend der Periodizität, beginnend mit der Abtastprobe 1, der erste Kanal erscheint.

An die gemeinsame Eingangsleitung sind 64 elektronisch steuerbare Schalter FE1 bis FE64 angeschlossen, welche bevorzugt als steuerbare Feldeffekt-Transistoren ausgebildet sind. Die Steuerung dieser Eingangsschalter FE1 bis FE64 erfolgt über ein Eingangsregister ER. Diesem Eingangsregister wird beim Start an der Klemme BE ein Startimpuls zugeführt. Dies bedeutet, daß beginnend mit dem Schalter FE1 zeitlich nacheinander die Durchschaltung der verschiedenen Schalter FE1 bis FE64 erfolgen soll. Weiterhin ist bei dem Eingangsregister ein erster Takt-Eingang C1E (clock 1) vorgesehen und ein weiterer Ansteuereingang C2E (clock 2). Über die Eingänge C1E und C2E werden somit in der Art eines Schieberegisters Schiebeimpulse zugeführt, welche das Eingangsregister so durchsteuern, daß

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nachträglich geändert

nacheinander für jeweils einen bestimmten Zeitraum die Schalter FE1 bis FE64 betätigt werden. Dementsprechend gelangen die nacheinander eintreffenden Abtastproben A1 bis A64 in die Speicherelemente C1, C2, C3 usw. bis C64. Jedes dieser Speicherelemente enthält somit einen analogen Spannungswert, welcher aus einem unterschiedlichen Entfernungs- oder Multiplexkanal stammt.

Das Auslesen der so gespeicherten analogen Spannungswerte aus den Speicherelementen C1 bis C64 vrird von einem Ausgangsregister AR gesteuert. Dieses Register ist in der gleichen Weise aufgebaut und betrieben wie das Eingangsregister ER und hat somit einen Starteingang BA und zwei Steuereingänge für die Takte, nämlich C1A und C2A. Das Auslesen der analog gespeicherten Spannungswerte A1 bis A64 aus den Speicherelementen C1 bis C64 erfolgt in der gleichen Reihenfolge wie das Einlesen. Das heißt, daß zuerst der Schalter FA1 geöffnet wird, um den Spannungswert A1 auszulesen, dann der Schalter FA2 usw. bis zum Schalter FA64.
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Als Bausteine für die Schaltung nach Fig.1 können beispielsweise "Serial Analog Memories" (SAM) der Firma Reticon, Mountain View, Kalifornien verwendet werden.

Beim Auslesen ist zu berücksichtigen, daß nicht in dem Augenblick ausgelesen werden kann, in dem die Einspeicherung erfolgt. Wenn somit der Schalter FE2 für das Einspeichern des Amplitudenwertes A2 in das Speicherelement C2 geöffnet wird, so muß unter allen Umständen der Schalter FA2 geschlossen sein. Das Einlesen _ . , ... Ayslesen . 5«€i-&&e*L muß somit gegenüber aem StRieseH. mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung erfolgen. Andernfalls wurden (d.h. bei gleichzeitigem Ein- und Auslesen) Störungen auftreten, die äußerst unerwünscht sind.

In Fig.2 ist für 63 Kanäle die zeitliche Folge der Einspeiche-VPA 76 E 6602/655

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rung und der Ausspeicherung dargestellt. In der oberen Zeile sind die Abtastproben am Eingang SE nach Fig.1 gezeichnet und zwar nur diejenigen, die zu einem einzigen Kanal gehören. Zwischen ihnen liegt somit die Periodendauer T, d.h. der Abstand, in dem zu jeweils einem Kanal gehörende Abtastproben auftreten. Als erstes tritt die Abtastprobe A11 auf, welche in das Speicherelement C1 eingeschrieben wird. Die nächste Abtastprobe aus dem gleichen Kanal mit der Bezeichnung A12 gelangt in das Speicherelement C64. Die nachfolgende Abtastprobe A13 aus dem gleichen Kanal würde in das Speicherelement C63 fallen, während die nächste, hier nicht mehr dargestellte Abtastprobe A14 in das Speicherelement C62 gelangen würde usw.

Für das Auslesen ist angenommen, daß um einen Speicherplatz verschoben ausgelesen wird. Dies bedeutet, daß während des Einschreibens von A11 in den Speicherplatz C1 aus dem Speicherplatz C2 die Abtastprobe A21 ausgelesen wird, d.h., daß das Auslesen um einen Speicherplatz vor dem Einlesen erfolgt. In diesem Augenblick wird somit die Speichereinrichtung C2 entladen und damit für das Einlesen der nächsten Abtastprobe vorbereitet. Dementsprechend wird beim Einlesen der Abtastprobe A12 in den Speicherplatz C64 gerade der Speicherplatz C1 entleert und daraus die Abtastprobe A22 entnommen. Beim Einlesen der Abtastprobe A13 in den Speicherplatz C63 erfolgt die Auslesung der Abtastprobe A23 aus dem Speicherplatz C64. Man erkennt somit, daß auch die ausgelesenen Signale wiederum mit der Periodendauer T auftreten, also in der gleichen Reihenfolge vorliegen wie bei der Einspeicherung. Der Zeitraum, welcher für den Ein- und Auslesevorgang in einen Speicherplatz maximal zur Verfügung steht, ist mit te bezeichnet und ergibt sich aus dem Wert „-, wobei η die Zahl der ausnutzbaren Speicherplätze (im vorliegenden Beispiel also 64-1=63) ist. Betrachtet man das Speicherelement C1, so erkennt man, daß die Abtastprobe A11 entsprechend Fig.2 zunächst im Speicherelement C1 gespeichert war. Die nächste, zum gleichen Kanal gehörende Abtastprobe A12

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gelangt allerdings in das Speicherelement C64, die nächste Abtastprobe des gleichen Kanals A13 in das Speicherelement C63. Aufeinanderfolgend sind somit in den einzelnen Speicherelementen jeweils Abtastproben aus anderen Kanälen gespeichert. Dies führt zu unerwünschten Störungen. Diese resultieren daraus, daß sowohl beim Einlesen als auch beim Auslesen Potentialverschiebungen entstehen, die ihre Ursache in den Schwellspannungen der Schalter FE und FA im durchgeschalteten Zustand haben und die man als Übergangswiderstände auffassen kann. Da die einzelnen Schalter FA1 bis FA64 und FE1 bis FE64 nach Fig.1 ungleiche Eigenschaften aufweisen, werden aufgrund des rotierenden Speicherprinzips den Abtastproben eines bestimmten Kanals ständig wechselnde Störspannungen unterlegt.

In F£g. 3 ist ein Schema für das Einlesen und das Auslesen der einzelnen Abtastproben dargestellt, wobei die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten vermieden sind. Die Abtastproben A21, A22, A23 usw. des Kanals mit der Nr.2 gelangen stets in das gleiche Speicherelement und zwar in das Speicherelement C2.

Insgesamt werden m = 64 Kanäle verarbeitet. Um zu vermeiden, daß.es beim Einlesen und beim Auslesen Schwierigkeiten gibt, wird zu dem Zeitpunkt, in dem in das Speicherelement C2 die Abtastprobe A21 eingeschrieben wird, aus dem Speicherelement C1 die Abtastprobe A11 ausgelesen. Über eine Verzögerungseinrichtung VE wird eine Zeitverzögerung erzeugt, welche dem zeitlichen Abstand zwischen der gerade einzulesenden und der gerade auszulesenden Abtastprobe entspricht. Im vorliegenden Beispiel, bei dem nur eine Verschiebung zwischen Einlesen und Auslesen entsprechend einem Speicherelement vorgesehen ist,

τ beträgt somit die Verschiebungszeit τ = j-j, wobei m die Zahl

der Kanäle ist. In Fig.1 ist die Lage der Verzögerungseinrichtung VE gestrichelt eingezeichnet. Sie ist für alle Speicherelemente gemeinsam nur einmal vorhanden und ist an den gemeinsamen Ausgang SA angeschaltet. Die so gewonnenen Abtastproben beim Auslesen haben am Ausgang SA¹, d.h. nach der Verzögerungs-

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einrichtung VE wieder die richtige Reihenfolge und fallen mit der Periode T an. Wenn am Eingang SE die Abtastprobe aus dem Kanal 1 eintrifft, dann liegt am Ausgang SA^! ebenfalls die Abtastprobe aus dem Kanal 1 (der vorangegangenen Abtastperiode) vor, wie es für die Verarbeitung benötigt wird. Die gleichen Überlegungen gelten auch für die übrigen der insgesamt m Kanäle.

Die sich durch die Erfindung ergebende Verbesserung besteht darin, daß für den gleichen Kanal stets das gleiche Speicherelement benutzt wird und somit die Abtastproben immer mit der gleichen Störspannung unterlegt werden. Bei einer Differenz von k Speicherelementen zwischen Ein- und Auslesen muß die Zeitverschiebung in VE k«t_c betragen.
In Fig.4 ist ein vollständiges Bewegtzeichenfilter eines PuIs-Doppler-Radargerätes dargestellt, bei dem mehrere Speicherschaltungen VS nach Fig.1 vorgesehen sind. Diese Schaltungen sind jeweils mit VS1, VS2 und VS3 bezeichnet und bewirken durch die Speicherung eine Verzögerung um die Zeit Τ-τ. Jeder dieser Schaltungen ist analog der in Fig.1 gestrichelt dargestellten Verzögerungseinrichtung VE ein Verzögerungsglied VE1, VE2 bzw. VE3 mit der Verzögerungszeit τ nachgeschaltet. Der Generator für die Schiebetaktimpulse der Eingangs- und Ausgangsregister der Stufen VS1, VS2 und VS3 ist mit CG bezeichnet. Die Widerstände R sind Arbeitswiderstände, während die Potentiometer PM1 und PM2 der Einstellung bestimmter Spannungswerte dienen, welche als Koeffizienten eines Abtastfilters (analoges Rechnerfilter) dienen.

Das an der Klemme EI zugeführte Eingangssignal (Videosignal des Radarempfängers nach kohärenter Demodulation) gelangt einmal zu der Speicherschaltung VS1 und zum anderen über den Serienwiderstand R zu einer Subtraktionsstufe ST1. Dieser Stufe wird das durch die Verzögerungseinrichtung VE1 um τ verzögerte Signal zugeführt. Dabei müssen am Eingang der Subtraktionsstufe ST1 jeweils zur gleichen Zeit zwei Abtastproben des gleichen Kanals vorliegen, was durch die Verzögerung um (Τ-τ)+τ gewährleistet ist. Im Falle des dargestellten Bewegtzeichenfilters eines PuIs-

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dopplerradargerätes sind dies die Abtastproben jeweils des gleichen Entfernungskanals, jedoch mit dem zeitlichen Abstand von T (= Periodendauer des Radargerätes). Die Eingangsstufe ES stellt somit ein einfaches Bewegtzeichenfilter (canceller; MTI-Filter) dar.

Die verbleibenden, durch die unterschiedlichen Schwellspannungen der Schalter FE1 bis FE64 bzw. FA1 bis FA64 bedingten und für jeden Kanal einen festen Viert aufweisenden Störspannungen sind durch den Pfeil Ust1 angedeutet.

Nach der Eingangsstufe ES in Form eines einfachen Laufzeit-Bewegtzeichenfilters folgt ein Abtastfilter (Rechnerfilter) HS, welches aus der Subtraktionsstufe ST2 und den beiden Speicherschaltungen VS2 (mit nachgeschalteter Verzögerungseinrichtung VE2) und VS3 (mit nachgeschalteter Verzögerungseinrichtung VE3) besteht. Es handelt sich um eine zweifach rekursive Filterstufe, welche die einfache Hochpaßcharakteristik der vorangegangenen Canceller-Schaltung ES im Sinne einer günstigeren Filterkurve aufbessert. Wie bereits erwähnt, werden die Koeffizienten im rekursiven Zweig durch die Potentiometer PM1 und PM2 eingestellt.

Analog wie bei der Eingangsstufe ES treten auch bei der nachfolgenden Filterstufe HS bei den Speicherschaltungen VS2 und VS3 Störspannungsanteile Ust2 und Ust3 auf. Vom Ausgang der Subtraktionsschaltung ST2 ist eine Leitung abgezweigt, die zu

der

dem einen Eingang/Subtraktionsstufe ST3 geführt ist. Der gleiche Eingang ist auch mit dem Ausgang der der Speicherschaltung VS3 nachgeschalteten Verzögerungseinrichtung VE3 verbunden. Der zweite Eingang von ST3 wird vom Ausgang der Verzögerungseinrichtung VE2 der Speicherschaltung VS2 belegt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Speieherschaltungen VS2 und VS3 (unter Einschluß von VE2 und VE3) doppelt ausgenutzt werden, nämlich einmal als Verzögerungeeinrichtungen für das zweifach rekursive Filter HS und zum anderen als Verzögerungseinrichtungen für das

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Doppel-Laufzeit-Bewegtzeichenfilter CA, dessen Subtraktionsstufe ST3 ist.

Die Störspannungsanteile Ust1 und Ust2, welche bei den Speicherstufen VS1 und VS2 auftreten, haben, wie bereits erwähnt, für jeden Kanal ganz bestimmte Werte. Es handelt sich dabei allgemein gesprochen um zusätzliche Gleichspannungswerte, die bei jedem Kanal eine bestimmte Größe haben. Diese Störspannungen verhalten sich somit wie Festzielechosignale und werden durch das Laufzeit-Bewegtzeichenfilter CA stark geschwächt.

Allgemein ausgedrückt bedeutet dies, daß durch ein nachgeschaltetes Laufzeit-Bewegtzeichenfilter (das auch einstufig sein kann) die verbleibenden Storspannungsanteile beseitigt werden können. Dies funktioniert allerdings nur so lange, als die Störspannungen für jeden Kanal von Abtastprobe zu Abtastprobe

gleich bleiben, d.h. wenn jeweils die Abtastproben des gleichen Kanals auch über die gleichen Schalter laufen (wie bei Fig.3) und nicht (wie bei Fig.2) fortlaufend über verschiedene Schalter.

Zur Erläuterung soll ein einfaches Zahlenbeispiel dienen. Wird beispielsweise ein Festzeichensignal von 5V (Abtastproben mit konstantem Viert) verarbeitet und tritt durch die Schalter,z.B. FE1 und FA2 nach Fig.1, ein Spannungsverlust von 0,1V auf, so löschen sich aufeinanderfolgende Abtastproben bei ST1 nicht mehr aus, weil +5V und -4,9V zusammengeschaltet werden. Es bleibt somit eine feste Differenz von +0,1V als Restspannung Übrig und zwar bei allen Abtastproben des Festzieles. Diese störende Restspannung Ust1 wird von dem nachfolgenden Laufzeit-Festzeichenfilter CA wie ein Festzielechosignal unterdrückt. Für Ust2 findet in analoger Weise eine Unterdrückung statt. Bei der verbleibenden Störspannung Ust3 sind die Amplitudenwerte bereits so gering, daß hier ein störender Einfluß im praktischen Betrieb nicht mehr auftritt.

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In Fig.5 ist die resultierende Filtercharakteristik der Filterschaltung nach Fig.4 dargestellt, wobei auf der Abszisse die normierte Frequenz f/fs aufgetragen ist (fs = Abtastfrequenz = Taktfrequenz des Radargerätes), während die Ordinate die Dämpfung angibt.

6 Patentansprüche
5 Figuren .

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Claims

Patenta nsprüche

Schaltungsanordnung zur Ein- und Ausspeicherung analoger Spannungswerte, die nacheinander über eine gemeinsame Eingangsleitung den einzelnen Speicherelementen zugeführt und über eine gemeinsame Ausgangsleitung nacheinander den einzelnen Speicherelementen entnommen werden, wobei eingangsseitig und ausgangsseitig den Speicherelementen je ein elektronisch betätigbarer Schalter zugeordnet ist, der jeweils von einem Eingangs- bzw. Ausgangssteuerregister angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet , daß zur Verarbeitung periodisch anfallender Spannungswerte (A21, A22, A23 *..)» bei denen jeweils der m-te Spannungswert zur gleichen Signalfolge gehört, die Einspeicherung und das Auslesen so vorgenommen sind, daß die zur gleichen Signalfolge gehörenden Spannungsvrerte (A21, A22, A23 ...) stets in dem gleichen Speicherelement (C2) abgespeichert werden und insgesamt mindestens m Speicherelemente (C1 bis Cm) vorgesehen sinde

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei'chnet, daß eine Verzögerungseinrichtung (VE) vorgesehen ist, die jeden Spannungswert um eine Zeit (~£) verzögert, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen k der Schrittzeit (te) von einem Speicherelement (z.B. C1) zum anderen (z.B. C2) ist und daß zwischen dem Speicherelement (z.B. C2)s in das gerade eingeschrieben wird und dem Speicherelement (ζβΒ_β C1), aus dem gerade ausgelesen wird, eine Verschiebung um die gleiche Zahl k von Speicherelementen liegt.

3β Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung als Verzögerungseinheit bei einem Rechnerfilter mit analoger Speicherung der Abtastwerteο

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4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung als Verzögerungseinheit für einen Korrelator.

5· Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch die Anwendung als Verzögerungseinheit für ein Bewegtzeichen- und/oder Rechnerfilter bei einem Pulsradargerät, wobei die m Speicherelemente (C1 bis Cm) den m Entfernungskanälen entsprechen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß nach dieser Schaltungsanordnung mindestens eine als Bewegtzeichen-Laufzeitfilter ausgebildete Schaltung (VS2, VE2; VS3, VE3; ST3) vorgesehen ist, die mindestens eine um T verzögerte und mindestens eine unverzögerte Signalprobe in einer Subtraktionsstufe (ST3) zusammenschaltet, wobei T die Periodendauer des Puls-Doppler-Radargerätes ist.

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