DE2809633A1 - Gesteuerter erzeuger von perioden- signalbildern - Google Patents

Description

CLELT Centre Studi ... c G9-j,D'J.

Gesteuerter Erzeuger vor: Perioden-Sianalbildern

Die Erfindung bezieht sich auf einen gesteuerten Erzeuger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere in elektronischer Ausführung.

Verschiedentlich ergibt eich in der Elektronik der Bedarf nach Perioden—Signalen für eir.e gegebene Anzahl von Perioden, v/cbei die Signale nicht nur nach Verlauf und Periodendauer, sondern auch nach der Anfangs- und Endphase des betrachteten Signalzuges festgelegt sind. Hinsichtlich der Gestaltung der Signalbilder kann dies so formuliert werden, daß es erforderlich ist, einige "Teile" der Signale hinsichtlich ihrer Anfangsphase, der Form und Zahl der Perioden und ihrer Schlußphase genau zu bestimmen.

Häufig, insbesondere bei honen Frequenzen, tritt das Problem auf, von der Auswertung eines bestimmten "Teils" des Signals auf die Auswertung eines anderen "Teils" überzugehen, ohne daß unerwünschte Spanriungsstöße oder dgl. im Signal auftreten. Bekanntlich bewirke*", schnelle Spannungsstöße im allgemeinen eine erhebliche Stromableitung, so daß eine Überdimensionierung der Schaltungen zum Erzeugen der Signalbilder sowie der danach angeordneten Leistungsschaltungen bewirkt wird. Es kann also beispielsweise vorkommen, daß ein Erzeuger, der im üblichen Betrieb einen Strom von η Ampere liefern muß, für mindestens 1On Ampere dimensioniert werden muß, wenn schnelle Spannungsstöße zu erwarten sind. Die ihm nachgeschalteten Schaltungen müssen durch Filtersysteme und Pufferkondensatoren so geschützt sein, daß Speisungsschwankungen keine unerwünschten Verzerrungen in den erzeugten Signalbildern hervorrufen.

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Es kann auch bei niedrigen Frequenzen wichtig sein, die Anfangs- und Schlußphasen und die- Zahl der Perioden der verwendeten Teile genau zu bestimmen. Dies ist beispielsweise in Servomechanismen der Fall, die auf der Basis eines von zwei Quadratursignalen erzeugten magnetischen Drehfelds die gesteuerte Umdrehung und die korrekte Endstellung eines gegebenen Gegenstands wie einer Antenne, eines Bezugindexes usw. bewirken sollen. In diesen Fällen müssen die beiden Quadratursignale mit einer gewünschten Phase beginnen und nach einer gegebenen, ganzzahligen oder nicht-ganzzahligen Anzahl von Perioden mit der geforderten Phase enden. Außerdem muß es allgemein möglich sein, bei Bedarf die Form und/oder die Frequenz der beiden Signale zu ändern, ohne daß unerwünschte Streusignale auftreten.

Bekannte Systeme zur gesteuerten Erzeugung der Perioden-Signale lösen die beschriebenen Probleme nicht in ihrer Gesamtheit zufriedenstellend, sondern stellen nur Teillösungen dar.

Beispielsweise bedienen sich verschiedene Vorrichtungen elektronischer Rechner und Analog-Digital-Umsetzer zur Bestimmung der Anzahl ausgenützter Perioden eines gegebenen Signals. Mit diesen Vorrichtungen bleibt jedoch das Problem der genauen Bestimmung der Anfangs- und der Endphase des Signals ungelöst. Außerdem sind solche Systeme teuer und von verhältnismäßig langer VErarbeitungsdauer.

Frühere, unvollkommenere Systeme führen dadurch eine Teillösung herbei, daß sie elektromechanische Hilfsmittel verwenden, was jedoch die Genauigkeit begrenzt und einen Betrieb mit hohen Frequenzen verhindert. Es ist auch die Verwendung von Abtast- und Halteschaltungen ("sample and hold") bekannt, die auf dem Aufladungsgesetz eines Kondensators beruhen und den Zeitpunkt bestimmen, zu dem ein bestimmter Signalverlauf angehalten werden muß. Diese Schaltungen bieten jedoch nicht nur keine ausreichende Betriebszuverlässigkeit, sondern.erlauben auch keine

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BeStimmung der Anfangsphase und keine Festlegung der Zahl verwendeter Perioden des Signals selbst.

Durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung werden diese Probleme sowohl insgesamt als auch einzeln gelöst.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Blockschaltplan zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des erfindungsgemäßen Signalbilderzeugers;

Fig. 2 den elektrischen Schaltplan eines in Fig. 1 mit G1 bezeichneten Blocks;

Fig. 3 den elektrischen Schaltplan eines in Fig. 1 mit CP bezeichneten Blocks;

Fig. 4 den elektrischen Schaltplan eines in Fig. 1 mit DO bezeichneten Blocks;

Fig. 5 ein ausgewähltes, willkürliches Beispiel eines vom Erzeuger abgegebenen komplexen Signalverlaufs.

Ein Signalbilderzeuger gemäß Fig. 1 umfaßt η gleiche Generatorgruppen G1, G2, ..., Gn, von denen jede im wesentlichen aus einem Signalgenerator, dem ein Rampenspannungsgenerator zugeordnet ist, aufgebaut ist. Die Generatorgruppen werden später im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Die Generatorgruppen G1, G2, ... Gn (Fig. 1) erzeugen folgende Signale: An einem ersten Ausgangsanschluß, der mit einer Verbindung 1, 12, ... bzw. 1n verbunden ist, eines oder mehrere

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aligemein gleichförmige periodische Signale einer gegebenen Frequenz, die im allgemeinen für die einzelnen Generatorgruppen
verschieden ist; an einer zweiten Ausgangsklemme, die mit einem Leiten 2, 22, ... bzw. 2n verbunden ist, ein Synchronsignal in
analoger Form mit gleicher Periode wie das Signal bzw. die Signale, die am ersten Ausgangsanschluß abgegeben werden; an einer dritten Ausgangsklemme, die mit einem Leiter 3, 32, ... bzw. 3n verbunden ist, ein Rampenspannungssignal gleicher Periode wie
das Signal oder die Signale am ersten Ausgangsanschluß. Dieses
Ramper.signai ist Zeitpunkt um Zeitpunkt mit der Phase des am
ersten Ausgangsanschluß abgegebenen periodischen Signals in
zeitliche Beziehung gesetzt, was bedeutet, daß jeder Spannungswert des Rampensignals einem einzigen Phasenwert des periodischen Signals am ersten Ausgar.gsanschluß entspricht und umgekehrt .

In einem speziellen Fall, bei dem die an der Gruppe G1 angeschlossene Verbindung 1 aus nur zwei Leitern besteht, von denen der eine ein periodisches Signal gegebener Frequenz führt und
der andere ein Signal gleicher Frequenz, jedoch in Phasenquadratur, wie der erste Leiter führt, genügt es offensichtlich, wenn am Leiter 3 d^s eine Rampensignal allein die in beiden Richtungen eindeutige Phasenzuordnung zu den beiden periodischen Quadratursignalen auf den Leitern der Verbindung 1 herstellt.

Die analogen Synchronsignale von den Generatorgruppen G1, G2,
... Gn auf den Leitern 2, 22, ... 2n werden einer Triggerschaltung CN eingangsseitig eingespeist, die daraufhin ausgangsseitig auf einer Verbindung 4 eine gleiche Anzahl von Synchronsignalen in Form logischer Steuerimpulse mit einer Repetition gleich der Frequenz der einlaufenden Synchronsignale erzeugt. Derartige
Triggerschaltungen sind an sich bekannt.

Die Rampenspannungen auf den Leitern 3, 32, ... 3n werden einem üblichen Spannungskomparator CP eingespeist, der außerdem über

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einen Leiter 6 eine von einer Einstellschaltung PO kommende Spannung empfängt. Der Spannungskomparator CP vergleicht die Spannungspegel miteinander.

Die Einstellschaltung PO stellt ein übliches mit Potentiometern arbeitendes handgesteuertes System dar, das auf dem Leiter 6 eine erste Ausgangsspannung geeigneter Höhe zur Verwendung als Phasenbezugsspannung erzeugt. An einer zweiten, mit einem Leiter 61 verbundenen Ausgangsklemme erzeugt PO ein stetiges Signal, dessen Spannungshöhe immer in in beiden Richtungen eindeutiger Zuordnung zur Spannung am Leiter 6 gehalten wird, wobei hinsichtlich der Zuordnung die Art des Signals, das als Ausgangssignal des gesamten Signalbilderzeugers erzeugt werden soll, zu berücksichtigen ist, wie noch beschrieben wird.

Vie bei der späteren Beschreibung des Betriebs des Erzeugers deutlicher ersichtlich werden wird, wird der am Leiter 6 herrschende Spannungswert dazu verwendet, die gewünschte Anfangsphase und Endphase des "Teils" des Signalverlaufs manuell vorzuwählen, der an den Erzeugerausgang zu übertragen ist; der Spannungswert am Leiter 61 bestimmt ein Signal, das dem Ende des gegebenen Teils des Signalverlaufs folgt. Grundsätzlich besteht die Einstellschaltung PO aus einem ersten linearen Potentiometer zum Erzeugen des Spannungswerts am Leiter 6 und einem zweiten Potentiometer, der axial mit dem ersten Potentiometer verbunden ist, jedoch eine Änderungscharakteristik hat, die dem Änderungsgesetz der von den Generatorgruppen G1 , ... Gn erzeugten Spannungsverläufe gleichartig ist, beispielsweise eine Sinuscharakteristik.

Der Spannungskomparator CP wählt entsprechend einem über eine Verbindung 5 empfangenen logischen Steuersignal eine seiner mit den Leitern 3, 32, ... 3n verbundenen Eingangsklemmen und vergleicht die Spannung des an der gewählten Eingangsklemme liegenden Signals mit der Spannung an der Eingangsklemme, die mit dem

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Leiter 6 verbunden ist, oder aber bei entsprechendem Befehl durch das logische Steuersignal die Spannung des an der gewählten Eingangsklemme liegenden Signals mit der Spannung des an einer anderen mit den Leitern 3, 32, ... 3n verbundenen Eingangsklemme liegenden Signals.

Auf einem Leiter 7 gibt der Spannungskomparator CP einen geeigneten Befehl, also ein Ansteuerungssignal in Form eines logischen Signals ab, das die nachgeschalteten Vorrichtungen davon informiert, daß der Vergleich zwischen den Spannungswerten positiv ist. Wie noch unter Bezugnahme auf Fig. 3 genauer beschrieben wird, bedeutet dies nicht, daß die beiden verglichenen Spannungen gleich sind, sondern, daß sie in demjenigen Zeitpunktgleich sind, zu dem unter Berücksichtigung der Verarbeitungszeit der Vorrichtung der am Leiter 7 abgegebene Befehl wirksam wird.

Ein im folgenden vereinfacht als "Logik" bezeichnetes boolesches Verknüpfungsschaltwerk L organisiert den Betrieb des Generators auf der Grundlage der Synchronsignale, die es von der Triggerschaltung CN über die Verbindung 4 empfängt, und des Befehls, den es in logischer Form vom Spannungskomparator CP über den Leiter 7 empfängt, unter Berücksichtigung einer Gesamtserie von Voreinstellungen und Handsteuerungen, die es von einem Steuerpult über Steuersignale SO, PS, SR, ST und SS erfährt. Es sind dies im einzelnen folgende Steuersignale:

- das Steuersignal SO dient der Vorwahl einer der Generatorgruppen G1, G2, ... Gn. Auf der Grundlage dieses Steuersignals SO betrachtet die Logik L unter den von der Triggerschaltung CN über die Verbindung 4 eintreffenden Synchronsignalen nur diejenigen, die die gewählte Generatorgruppe betreffen;

- die Steuersignale PS, SR und ST dienen der allgemeinen Rückstellung und der Vorwahl der Zahl K der geforderten Perioden, der Anfangssteuerung bzw. der Endsteuerung;

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- das Steuersignal SS dient der Funktion "Wahl des Endes", es ist also das Signal, das die gewünschte Art des Schlusses steuert: wird ein manuelles Ende voreingestellt, so wird die Unterbrechung vom Steuerpult aus zu dem von der Bedienungsperson gewünschten Zeitpunkt bewirkt. Ist andererseits ein automatisches Ende voreingesteilt, so erfolgt die Unterbrechung nach der vorgesehenen Anzahl von Perioden.

Bei der Einstellung "automatisches Ende" ist es auch notwendig, vom Steuerpult aus einzugeben, ob auf die vom Komparator CP signalisierte Phasenübereinstimmung gewartet werden soll, bevor das Ausgangssignal auf einen möglichen weiteren Teil des Signalverlaufs geschaltet wird, indem auf die von der Einstellschaltung PO am Leiter 61 kommende Gleichspannung geschaltet wird, oder ob mit dem gleichen Teil fortgefahren werden soll, bis die Phasenübereinstimmung mit dem nachfolgenden Teil eintritt.

Die Logik L erzeugt folgende Signale:

- ein Wahlsteuersignal, das über die Verbindung 5 zum Komparator CP läuft, wie bereits beschrieben wurde;

- drei getrennte Schaltsteuersignale, die auf drei Leitern 91, 92 und 93 zu einem später genauer beschriebenen Schaltblock DO geleitet sind;

- ein Stellsteuersignal, das über eine Verbindung 8 zu einem später genauer beschriebenen Multiplexer MX geleitet ist.

Die Betriebsweise der Logik L wird später im einzelnen bei der Beschreibung des Betriebs des Signalbilderzeugers erläutert. Nach Bestimmung der Funktionen der Logik L kann ihre praktische Ausführung unter Vorwendung üblicher Techniken dem Fachmann überlassen bleiben.

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Der Schaltblock DO überträgt unter Steuerung durch die von der Logik L über dfe Leiter 91, 92 und 93 empfangenen Steuersignale die an seiner mit dem Leiter 61 verbundenen Eingangsklemme liegende Spannung zu seiner mit einem Leiter 10 verbundenen Ausgangsklemme entsprechend einem Gesetz des Ansteigens und Absteigens bis zu diesem Spannungswert, wobei das Gesetz durch die Einfügung einer geeigneten Zeitkonstante innerhalb des Schaltblocks DO wirkt. Der Schaltblock DO wird später im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.

Der Multiplexer MX (Fig. 1) kann von üblicher Bauart sein. Er empfängt eingangsseitig die periodischen Signale von den Verbindungen 1, 12, ... 1n sowie das vom Schaltblock DO über den Leiter 10 kommende Signal. Bei Empfang eines manuell bewirkten Startsignals M und - im stetigen Zustand - des Stellsignals von der Logik L über die Verbindung 8 stellt sich der Multiplexer MX so, daß er ausgangsseitig auf einen Leiter 51 eines der auf den Verbindungen 1, 12, ... 1n liegenden periodischen Signale oder die am Leiter 10 liegende Signalspannung abgibt.

Hinsichtlich der Schaltung der einzelnen Blöcke wird auf die Fig. 2 bis 4 verwiesen, aus denen der Schaltungsaufbau klar ersichtlich ist. Ergänzend seien die Schaltungen wie folgt erläutert:

Die einzelne Generatorgruppe, beispielsweise G1, umfaßt gemäß Fig. 2 eine Mehrzahl von Operationsverstärkern A1, A2, A3, A4 und A5 von bekannter Bauart, ferner einen pnp-Transistor T1, einen Feldeffekttransistor T2, eine Anzahl von üblichen Dioden D1 , D2 und D3, von denen D2 und D3 Germanium-Dioden sind, zwei Zener-Dioden Z1 und Z2, achtzehn elektrische Widerstände R1 bis R18, drei elektrische Kondensatoren C1, C2 und C3 und einen Steliwiderstand P1.

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Die Wahl der Art der Operationsverstärker, der Transistoren und der Dioden sowie die Dimensionierungen der Widerstände und Kondensatoren der Schaltung nach Fig. 2 sind nach der üblichen Schaltungsentwurftechnik durchzuführen und bedeuten für den Fachmann keine Schwierigkeit, nachdem einmal die Funktion der verschiedenen Schaltungsteile beschrieben worden ist, wie es im folgenden geschieht.

Zur Stromspeisung der Schaltung nach Fig. 2 werden Gleichspannungen +Va und -V1 zusätzlich zu den allgemein für den Betrieb der verwendeten datenverarbeitenden Schaltungen benötigten Spannungen angelegt. Die Bestimmung der genannten Gleichspannungen obliegt dem Schaltungsentwurftechniker.

Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet folgendermaßen:

Der Operationsverstärker A1 ist so geschaltet, daß er als Integrator arbeiten kann; er empfängt an seinem invertierenden Eingang über den Widerstand R1 eine konstante und negative Spannung -VI , und erzeugt ausgangsseitig air. Leiter 3 eine positive Sägezahn- oder Rampenspannung, deren Höchstwert, wie noch gezeigt wird, vom Wert und Vorzeichen der eingangsseitig am Leiter 24 herrschenden Spannung abhängt. Die zeitliche Folge der Sägezahn-Bilder, also die Rampenfrequenz, hängt ab von den für R1, Cl und die Spannung -V1 gewählten Werten.

Der Operationsverstärker A2, der gemäß seiner Schaltung als Spannungskomparator wirkt, und der Transistor T1 wirken in der folgenden V7eise zusammen, um die Spannung an einem Leiter 23 festzulegen, die als Halt-Spannung für die Rampe am Leiter 3 wirkt.

Der Operationsverstärker A2 empfängt an seinem invertierenden Eingang über den Widerstand R3 die ausgangsseitig von A1 abgegebene ansteigende Rampenspannung und an seinem nicht-invertie-

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renden Eingang die positive Spannung +Va, die beim Entwurf der Schaltung festgelegt worden ist. Solange die Rampenspannung im Betrag niedriger ist als Va, ist die Ausgangsspannung von A2 höher als Va; haben die beiden Spannungen gleichen Betrag, so hat die Ausgangsspannung von A2 einen negativen Wert, der über den Widerstand R6 zur Basis des Transistors T1 gelangt und diesen leitend macht. Wie dem Schaltplan entnehmbar ist, wird auf diese Weise die Spannung Va über den Leiter 24, den Transistor Tl und den Widerstand R7 auf den Leiter 23 und auf den invertierenden Eingang von A1 geleitet, wodurch die Ausgangsspannung von A1 auf Null zurückgestellt wird. Auf diese Weise wird die Erzeugung der ansteigenden Spannung in A<1 beendet, die Spannung am Leiter 3 fällt plötzlich auf Null ab, die Ausgangsspannung von A2 ist Null und T1 wird sperrend, woraufhin der Vorgang für die zweite Rampe beginnt usw.

Der als Spannungskomparator dienende Verstärker A3 empfängt an seinem invertierenden Eingang über den Widerstand R8 die am Leiter 3 liegende Rampenspannung und seinem anderen Eingang über den Widerstand R18 eine konstante Spannung, die auf Grund der Spannungsteilung zwischen den beiden gleichen Widerstandswert -aufweisenden Widerständen R4 und R5 den halben Wert von +Va hat.

Am Ausgang von A3 schließt der Leiter 2 (Fig. 1) an, auf dem ein positiver Impuls vorhanden ist, der solange andauert, als die Spannung am invertierenden Eingang höher ist als die am anderen Eingang, während ein negativer Wert im entgegengesetzten Fall vorhanden ist. Am Leiter 2 tritt also eine Rechteckspannung mit gleicher Periode wie die der Rampenspannung am Leiter 3 auf.

Die Widerstände R9 und R18 wirken in bekannter Weise so zusammen, daß die richtige Polarisation bzw. Vorspannung an nichtinvertierenden Eingang von A3 liegt. Der Widerstand R10 und die Zener-Dioden Z1 , Z2 haben nur die Funktion, sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen der Rechteckspannung am

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Leiter 2 abzuschneiden und so mögliche Unsymmetrien auszugleichen.

Der Operationsverstärker A4 wirkt als Integrator. Er wandelt die Form der bereits symmetrisch gernachten Rec^hteckspannung in eine Dreieckspannung von gleicher Periode um. Der Gradient der Dreieckseiten wird durch die Werte von R12, C2 und P1 bestimmt.

Der Operationsverstärker A5 wirkt als Stromverstärker der Dreieckspannung, die er von A4 über den Kondensator C3 empfängt. Der Transistor T2 wandelt zusammen mit den Dioden D2 und D3 und den Widerständen R14, R15, RI6 und RI7 die Dreieckform der Spannung, die er von A5 empfängt, in einen Sinusverlauf um, der ausgangsseitig auf einem Leiter der Verbindung 1 erzeugt wird.

Diese letztere Umwandlung wird dadurch erhalten, daß die Betriebscharakteristik des FEldeffekttransistors T2 ausgenützt wird, die bekanntlich als Feldeffekttransistor-Kennlinie bidirektional und symmetrisch im Bezug zum Ursprung ist; außerdem wird die Tatsache ausgewertet, daß der erste Teil dieser Kennlinie unter gegebenen Polarisationsbedingungen des Transistors einem Viertelbogen eines Sinus gleicht. Auf diese Weise ist leicht ableitbar, daß die beiden positiven, zunehmenden und abnehmenden Halbschenkel der Dreieckspannung zur Erzeugung der positiven Halbwelle eines Sinusverlaufs benützt werden, während die beiden negativen zunehmenden und abnehmenden Halbschenkel der Dreieckspannung zur Erzeugung der negativen Halbwelle benützt werden. Somit liegt also an dem mit einem Leiter 41 verbundenen Ausgang des Transistors T2 eine Spannung mit Sinusverlauf an. Eine Verzögerungsstrecke LR von an sich bekannter Bauart bewirkt, daß das von LR am Leiter 41 empfangene Sinussignal einer Phasenverzögerung um eine Viertelperiode unterworden wird. An einem an den Ausgang von LR anschließenden L-eiter 45 tritt also ein Sinussignal auf, das im Bezug zum Signal am Leiter 41 Quadraturphase hat.

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Wie Fig. 2 zeigt, besteht die Vorbindung 1 nicht nur aus den Leitern 41 und 45, sondern umfaßt weiterhin einen Leiter 43, der vom Leiter 3 die Spannung mit dem Sägezahnverlauf abnimmt, einen Leiter 44_s der die am Ausgang von A4 auftretende Dreieckspannung führt, und einen Leiter 42, der vom Leiter 2 die Spannung mit dem Rechteckverlauf abnimmt. Diese sämtlichen Spannungsverläufe stehen also als Ausgangs-Periodensignalbilder zur Verfügung. Die Auswertung von nur einem dieser Spannungsverläufe oder von irgendeiner zeitweisen Kombination derselben hängt von der beabsichtigten Verwendung des Signalbilderzeugers ab und bereitet dem Fachmann keine Probleme. Es muß jedoch der Multiplexer MX in der Lage sein, an seinen Eingängen eine Mehrzahl von Leitern für die einzelne Verbindung 1 anzuschließen.

Der Spannungskomparator CP umfaßt gemäß Fig. 3 drei Operationsverstärker A6, A7 und A8, eine übliche Diode D4, einige elektrische Widerstände R19, R20, R21 und R28, einen üblichen elektrischen Kondensator C4, einen elektrischen Stellwiderstand P2 und einen booleschen Inverter N von an sich bekannter Bauart. Als Bezugssteuerspannungen dienen Spannungen -V2 und +Vb.

Die anhand von Fig. 2 angestellten Betrachtungen bcüglich der Wahl und Art der verwendeten aktiven Komponenten, also der Verstärker, Dioden, Verknüpfungsschaltungen, und der Bestimmung der Werte der passiven Komponenten, also der Widerstände und Kondensatoren, beim Entwurf der Schaltung sowie der Bezugssteuerspannungen gelten auch für Fig. 3.

Der Spannungskomparator CP nach Fig. 3 arbeitet folgendermaßen:

Der Verstärker A6 arbeitet gemäß seiner Schaltung als Stromverstärker. Der Kondensator C4 dient als übliches Filter für am Leiter 6, der von der Einstellschaltung PO kommt, etwa vorhandene Wechselspannungskomponenten und der Widerstand R28 dient der Anpassung an die Eingangsimpedanz von A6.

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Der Stellwiderstand P2 dient dazu, das Verhältnis der von A6 abgenommenen Spannung im Bezug zu der von PO über den Leiter 6 kommenden Spannung zu erniedrigen, wie noch erläutert wird. Die Verstärker A7 und A8 arbeiten als Spannungskomparatoren und führen den Vergleich zwischen der Rampenspannung am Leiter 3, nämlich der Spannung, die sie über den Widerstand R20 empfangen, und der Spannung an einem Leiter 33 durch, die am Ausgang von A6 auftritt und unmittelbar zum Verstärker A7 durchgeschaltet ist, während sie zum Verstärker A8 über die Diode D4 geschaltet ist.

Der Schaltplan zeigt, daß der invertierende Eingang von A7 mit dem nicht-invertierenden Eingang von A8 verbunden ist, und daß der nicht invertierende Eingang von A7 über die Diode 4 mit dem invertierenden Eingang von A8 verbunden ist. Unter diesen Umständen erzeugen bekanntlich A7 und A8 ausgangsseitig Schrittspannungen von entgegengesetzter Polarität. Die Diode D4 ist so geschaltet, daß sie am invertierenden Eingang von A8 den am nicht-invertierenden Eingang von A7 abgenommenen Spannungspegel, von dem der an ihren Klemmen vorhandene Spannungsabfall abgezogen ist, anlegt.

Die Höhe der Spannung am Leiter 6 wird durch den Stellwiderstand P2 aufgrund des Kriteriums erniedrigt, daß dabei die Zeit zwangsläufig vorverlegt wird, zu der der allmählich ansteigende Wert der Rampenspannung am Leiter 3 die Höhe der Bezugs-Gleichspannung am Leiter 6 erreicht. Eine solche erzwungene Vorverlegung kann entweder durch eine künstliche Erhöhung des Maximalwerts der Rampenspannung ohne Beeinflussung von deren Gradient oder einfacher, wie im vorliegenden Fall, durch künstliche Erniedrigung des Bezugsspannungspegels erreicht werden. Die Vorverlegung ist derart, daß hierdurch die Laufzeit ausgeglichen wird, die vom bei Spannungsgleichheit der beiden Spannungen herauskommenden Steuersignal benötigt wird, bis es im Multiplexer MX (Fig.1) am Ausgang des Erzeugers wirksam wird.

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Die Verwendung der Diode D4 beruht auf dem gleichen Kriterium: Aufgrund des Spannungsabfalls zwischen den Diodenklemmen erkennt der Differenzverstärker A8 eine kurze Zeitspanne vor dem Verstärker A7 die Übereinstimmung der Spannungen an seinen Eingangsklemmen. Da die Ausgangsspannungen von A7 und A8 entgegengesetzte Polarität haben, wird an einem Leiter 34 ein sehr kurzer Impuls erzeugt, dessen Dauer etwa der durch D4 bewirkten Vorverschiebung gleicht. Ein solcher durch den Inverter N laufender Impuls wird steilflankig gemacht, so daß ausgangsseitig am Leiter 7 (Fig.1,3) ein wohlbemessener Steuerimpuls auftritt.

Die Widerstände R19 und R21 haben die übliche Funktion der korrekten Polarisierung der Eingangssignale sowie der Ausgangssignale von A7 und A8.

Der Schaltblock DO umfaßt gemäß Fig. 4 drei analoge Schalter S1, S2 und S3 von an sich bekannter Bauart, die dann, wenn ein logisches Ansteuerungssignal an einer Steuerklemme anliegt, ein analoges Eingangssignal zu ihrem Ausgang durchlassen. Die Steuerklemmen von S1 , S2 und S3 sind mit den Leitern 91 , 92 bzw. 93 verbunden, die von der Logik L herkommen. Zwei elektrische Widerstände R22 und R23 und ein elektrischer Kondensator C5 haben Werte, die entsprechend den durch sie zu erhaltenden Zeitkonstanten bemessen sind.

Die Schaltung nach Fig. 4 arbeitet im wesentlichen wie folgt: Ist S1 auf Durchlaß gesteuert und sind S2 und S3 auf Sperrung gesteuert, so ist der Leiter 61 unmittelbar mit dem Leiter 10 verbunden. Ist hingegen S1 auf Sperrung gesteuert und sind die Schalter S2 und S3 durchgesteuert, so ist der Leiter 61 mit dem Leiter 10 über das in Fig. 4 dargestellte Netzwerk mit dem Reihenwiderstand R23 und der Parallelschaltung von R22 und C5 verbunden. Auch in diesem Zustand wird die gegebenenfalls am Leiter 61 vorhandene Spannung zum Leiter 10 übertragen und folgt dort einem durch die Zeitkonstanten des Netzwerks C5, R22 und R23 gegebenen Anstiegsgesetz. Die Zeitkonstante wird als RC1 bezeichnet.

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Sind. S1 gesperrt, S3 durchgeschaltet und S2 gesperrt, so bleibt der Leiter 61 isoliert und der Leiter 10 ist in Parallelschaltung zwischen C5 und R23 + R22 angeschlossen, wobei diese Parallelschaltung eine zweite Zeitkonstante RC2 bestimmt. Die Zeitkonstanten RC1 und RC2 spielen eine Rolle im Veränderungsgesetz, also hinsichtlich Anstieg und Abstieg der Potentiale auf den Leitern 61 und 10, mit denen die entsprechenden Bauelemente entsprechend dem Sperr- oder Durchschaltzustand der Schalter S1 , S2 und S3 verbunden sind. Diese Zustände werden, wie beschrieben, durch die Logik L (Fig.1) über die Leiter 91, 92 bzw. 93 bewirkt.

Fig. 5 zeigt ein Signal mit einem Mischverlauf, das als erschöpfendes Beispiel eines Signals, wie es am Leiter 51 (Fig.1) am Ausgang des Signalbilderzeugers erhalten werden kann, willkürlich gewählt ist. Der Signalverlauf nach Fig. 5 setzt sich zusammen aus:

- einem ersten Teil al, der von der Startzeit to bis zu einer Zeit ti konstant am Wert 0 bleibt;

- einem Teil b1 mit einer Verlaufsform, die beispielsweise eine ansteigende Exponentialfunktion ist und vom Wert 0 bis zu einem Wert V1 mit der von DO (Fig.1,4) bestimmten Zeitkonstante RC1 während der Zeitspanne von ti bis t2 ansteigt;

- einem Teil a2 mit auf dem Wert VI konstant bleibender Spannung zwischen den Zeiten t2 und t3;

- einem Teil g1, der die Zeitspanne von t3 bis t5 einnimmt und beim beschriebenen Beispiel aus K1 Perioden eines periodischen Signals, hier eines Sinussignals, das von G1 (Fig.1) erzeugt ist, zusammengesetzt ist;

- einem Teil g2, der die Zeit von t5 bis t6 einnimmt und beim beschriebenen Beispiel aus K2 Perioden eines von G2 (Fig.1) erzeugten periodischen Sinussignals zusammengesetzt ist;

- einem Teil a3 von konstantem Wert V1 zwischen den Zeiten t6 und t7:

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- einem Teil b2 in der Zeitspanne von t7 bis t8 mit abfallendem Exponentialverlauf vom Wert V1 bis zum Wert O mit der Zeitkonstante RC 2;

- schließlich einem letzten Teil a4, der von der Zeit t8 an konstant am Wert 0 bleibt.

Die Zeitspanne von t4 bis t5 dient hierbei dazu, die Phase des Sinusteils g2 an die des Teils g1 zu ketten.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die dargestellten und erläuterten Figuren der Betrieb des Signalbilderzeugers für den speziellen beispielhaft gezeigten Fall beschrieben, daß ein Spannungsverlauf nach Fig. 5 gewünscht wird, der im wesentlichen in der aufeinanderfolgenden Erzeugung der beiden periodischen Signalteile g1 für K1 Perioden und g2 für K2 Perioden besteht und durch die jeweilige Anfangsphase und die Schlußphase bestimmt ist.

Es müssen zunächst die Anfangsbedingungen eingestellt werden, indem die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Handeinstellungen durchgeführt werden. Im einzelnen müssen, unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5:

- aufeinanderfolgend durch das Steuersignal SO die Generatorgruppe G1 für den Signalteil g1 und die Generatorgruppe G-2 für den Signalteil g2 gewählt werden;

- die gewünschte Anfangs- und Schlußphase des ersten Teils in der Einstellschaltung PO voreingestellt werden, was der Bestimmung des konstanten Spannungswerts V1 am Leiter 6 am Ausgang von PO entspricht;

- die Logik L über das Steuersignal SS so voreingestellt werden, daß sie automatisch die Teile nach einer gegebenen Periodenzahl beendet oder daß sie das Ende bewirkt, wenn sie durch das Handsteuersignal ST den externen Befehl empfängt. Im ersten Fall muß durch das Steuersignal PS die Zahl der gewünschten Perioden, also K1 Perioden für g1 und K2 Perioden

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für g2 im beschriebenen Beispiel, eingestellt werden und muß die Logik L über das Steuersignal SS zum automatischen Anhalten nach jedem Teil eingestellt werden;

- über die Handsteuerung M zunächst im Multiplexer MX der mit dem Leiter 51 verbundene Ausgang mit dem mit dem Leiter 10, der von Schaltblock DO kommt und dessen Spannung am Anfang den Wert 0 hat, verbundenen Eingang verbunden werden;

- über das Steuersignal SR die Logik L gestartet werden, woraufhin sie sofort beginnt, über die entsprechenden auf den Leitern 91, 92 und 93 gesendeten Schaltsteuersignale die anfänglichen Durchschaltbedingungen im Schaltblock DO zu bestimmen. Im einzelnen sendet die Logik L, sobald die Zeitspanne to bis ti vorüber ist, an den Schalter S1 von DO (Fig.4). über den Leiter 91 ein Sperrsignal und gleichzeitig über die Leiter 92 und 93 zwei Sperrsignale für die Schalter S2 und S3.

Auf diese Weise geht das Signal am Leiter 10 und auch am Leiter 51 vom Wert Null, den es bis zur Zeit ti (Fig.5) innegehalten hatte, gemäß der Kurve des Teils b1, die durch die Zeitkonstante RC1 bestimmt wird, zum Wert V1 und erreicht diesen Wert zur Zeit t2. Es bleibt auf diesem Wert konstant stehen, bis die Zeit t3 erreicht ist.

Die Zeit t3 ist dann erreicht, wenn die Phase des ständig von der Generatorgruppe G1 (Fig.1) abgegebenen Signals gi den als Anfangsphase für den Teil g1 gemäß Fig. 5, der ausgangsseitig abzugeben ist, bestimmten Wert erreicht, also dann, wenn der Komparator CP (Fig. 1,3) am Leiter 7 an die Logik L die Information abgibt, daß er einen positiven Vergleich zwischen dem von G1 am Leiter 3 empfangenen Rampensignal und dem von der Einstellschaltung PO über den Leiter 6 empfangenen Spannungswert festgestellt hat. Sobald die Logik L das entsprechende Steuersignal über (lon Leiter 7 vom Spannungskomparator CP empfängt, gibt sie ausgangsseitig über den Leiter der Verbindung 8 an den Multiplexer MX ein Steuersignal ab, das die

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Verbindung des Ausgangs von MX vom Leiter 10 zum entsprechenden Leiter 41 der Verbindung 1, die von G1 herkommt, umschaltet. Es liegt nun am Leiter 51 das von G1 (Fig.1,2) erzeugte periodische Signal gi.

Während der Zeitspanne von t3 bis t4 wählt die Logik L unter den Synchronsignalen, die von der Triggerschaltung CN über die Verbindung 4 eintreffen, diejenigen aus, die sich auf die Generatorgruppe G1 beziehen, und zählt sie über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Zähler in der Logik L. Bei jeder Periode des von G1 am Leiter 41 erzeugten Signals, also bei jeder Periode des Teils g1, zählt der Zähler um eine Einheit weiter. Erreicht dieser Zählvorgang den Wert K1, was den ersten durch das Steuersignal PS eingestellren Wert darstellt, so ist die Logik L bereit, an den Multiplexer MX ein Schaltsteuersignal abzugeben, das über den Leiter der Verbindung 8 dann tatsächlich übertragen wird, wenn am Leiter 7 vom Spannungskomparator CP her ein Phasen-Durchschaltsignal eintrifft.

Dieses Phasen-Durchschaltsignal wird auf verschiedene Weise erzeugt in Abhängigkeit davon, ob dem ersten abgegebenen Teil wie beim beschriebenen Beispiel ein anderer Teil folgen soll oder ob dieser Teil der letzte abzugebende Teil ist, wie später beschrieben wird. Beim vorliegenden Beispiel bedeutet das Ansteuern in dieser zeitlichen Periode, daß eine Phasenübereinstimmung zwischen dem Endteil von g1 und dem Anfangsteil von g2 festgestellt worden ist. So wird also die Fortsetzung der Signalabgabe des Teils g1 innerhalb der Zeitspanne von t4 bis t5 bewirkt. Ein solches Vorgehen ist jedoch nicht zwangsläufig, da es stets möglich ist, vom Teil g1 auf die konstante Spannung am Leiter 61 und von dieser Spannung dann zum Teil g2 weiterzuschalten, wobei die Phasenübereinstimmungsbedinungen im Spannungskomparator CP aufgrund der Signale auf den Leitern 3 und 6 beachtet werden. Im letzteren Fall würde der abgegebene Signalteil zwischen t4 und t5 konstant am Wert V1 wie der Teil a2 verbleiben, sofern in der Zwischenzeit die Spannung am Leiter 6 unverändert geblieben ist. Ist dies nicht der Fall, so

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wird die Schlußphase durch die Einstellschaltung PO mit Hilfe eines neuen Spannungswerts am Leiter 6 bestimmt.

Weiter im beschriebenen Beispiel, v/erden, sobald die Phasen-Übereinstimmung zwischen gi und g2 herausgefunden wird, nämlich zum Zeitpunkt t5, die K2 Perioden von g2 abgegeben, und zwar durch einen entsprechenden Vorgang, wie er für g1 beschrieben wurde. Nachdem die K2 Perioden von g2 vorbei sind, ist die Logik L bereit, an den Multiplexer MX ein Schaltsteuersignal abzugeben, das effektiv über den Leiter der Verbindung 8 dann gesendet wird, wenn am Leiter 7 das vom Spannungskomparator CP kommende Phasen-Ansteuersignal eintrifft. Dies ist dasjenige Signal, das erzeugt wird, wenn zwischen den Signalen an den Leitern 32 und 6 ein positiver Vergleich stattfindet.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Logik L so programmiert ist, daß während des automatischen Betriebs, also während der für die Teile g1 , g2 vorgesehenen K1 + K2 Perioden, eventuelle Betätigungen des Stop-Steuersignals ST nicht beachtet werden. Dies stellt eine Vorsichtsmaßnahme dar, die verhindert, daß Bedienungsfehler des Technikers den stetigen Betrieb der Vorrichtung stören.

Wird die automatische Beendigung nicht gewünscht, so ist es auch nicht notwendig, durch das Handsteuersignal PS die Zahl K der gewünschten Perioden voreinzugeben, und als Konsequenz sind die von der Triggerschaltung CN auf der Verbindung 4 zur Logik L gesendeten Synchronsignale nicht mehr interessant. Es geht dann die Abgabe beispielsweise des periodischen Spannungsverlaufs g2, nachdem er einmal begonnen hat, ohne Unterbrechung weiter, bis manuell das Steuersignal ST erzeugt v/ird und bis in CP der erste positive Vergleich stattgefunden hat, der aufgrund des Vergleichs der Spannungen auf den Leitern 6 und 32 erhalten wird. Treten diese beiden Bedingungen ein, so gibt die Logik L an MX über die Verbindung 8 ein Schaltsteuersignal, das die Verbindung zwischen dem mit dem Leiter 51 verbundenen

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Ausgang und dem Eingangsleiter 10 wieder herstellt. Es v/ird dann sowohl im Fall der automatischen Beendigung des Signalteils g2 als auch im Fall der manuellen Beendigung die am Leiter 10 ausgangsseitig vom Schaltblock DO liegende Spannung am Leiter 51 abgegeben.

Wie dargelegt wurde, war der Schaltblock DO so gestellt, daß S1 und S2 leitend und S3 sperrend waren. Diese dem Teil a3 (Fig.5) entsprechende Stellung bleibt, bis die gegebene Zeitspanne t6 bis t7 vorbei ist. Zur Zeit t7 sperrt die Logik L über ein Steuersignal, das auf den Leitern 91 und 92 zum Schaltblock DO gesendet wird, die Schalter S1 und S2 und schaltet S3 über ein Steuersignal am Leiter 93 durch, so daß in den Leiter 10 die Zeitkonstante R2 eingeschaltet wird.

Da S2 geschlossen war, konnte selbst dann, wenn PO handbetätigten Änderungen unterworfen war, der Kondensator C5 allmählich dem neuen Spannungspegel am Leiter 61 folgen. Durch Einfügung der Zeitkonstante RC2 findet der Übergang vom Pegel VI zum Pegel Null statt, entsprechend dem Teil b2 (Fig.5).

Der Schlußteil a4 stellt den durch al dargestellten Anfangszustand wieder her.

Es sei darauf hingewiesen, daß die von den Generatorgruppen G1, G2, ... Gn erzeugten periodischen Signalverläufe unmittelbar zum Ausgangsleiter 51 des Signalbilderzeugers durchgeschaltet v/erden, ohne anderen Behandlungen unterworfen zu werden, mit Ausnahme der notwendigen Schaltvorgänge im Multiplexer MX zum Ausgang. Dies bedeutet, daß die Vorrichtung nicht in die erzeugten Spannungsverläufe eingreifen muß, um sie gleichzeitig genau zu überprüfen, so daß, wie beschrieben, die Signalteile genau hinsichtlich der Zahl der gewünschten Perioden und der Anfangs- und Schlußphase definiert erzeugt werden können, unabhängig davon, welche Frequenz erzeugt wird, selbstverständlich innerhalb der durch die verwendeten Bauteile auferlegten Grenzen.

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Claims (4)

1. Lorenz & Rieder er

   Patentanwälte

   Lorenz & Riedcrer, Postfach 1320, D-8035 Gauting 2 Dipl.-PhvS. "Willy Lorenz

   Dipl.-Ing. Anton Frhr. Riederer von Paar

   6. März 1978

   Unsere Akte: c 69-j.DE

   CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni S.p.A., Turin

   Patentansprüche

   M., Gesteuerter Erzeuger von Perioden-Signalbildern, die aus einer Folge von Signalzügen unterschiedlicher Formen und Frequenzen, unveränderlicher Signale von gegebener Spannung und/ oder von Signalen, die sich nach gegebenen Gesetzen ändern, in beliebiger vorbestimmter Anordnung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß

   - periodische Signalverläufe durch η Generatorgruppen (G1, G2, ... Gn) erzeugt werden, von denen jede einen der Signalzüge der gegebenen Form und Frequenz sowie ein analoges Synchronsignal und ein Rampenspannungssignal erzeugt, die beide gleiche Periode wie der erzeugte periodische Signalverlauf haben und von denen die Amplitude des Rampenspannungssignals von Zeitpunkt zu Zeitpunkt in in beiden Richtungen eindeutiger Zuordnung zur Phase des periodischen Signalverlaufs ist;

   - die unveränderlichen Signale und die sich ändernden Signale durch eine Einrichtung (PO), die die Spannungspegel des unveränderlichen Signals erzeugt, bzw. durch eine Einfügeeinrichtung (DO), die, von diesen Pegeln ausgehend, geeignete Zeitkonstanten (RC1 , RC2) entsprechend den vorgegebenen Änderungsgesetzen einfügt, erzeugt werden;

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   - vorgegebene Anfangs- und Schlußphasen der Signalzüge durch einen Komparator (CP) bestimmt werden, der die momentane Höhe des Rampenspannungssignals mit gegebenen Signalpegeln vergleicht und geeignete Ansteuersignale abgibt;

   - eine gegebene Zahl der Perioden jedes der Signalzüge durch eine Urnwandlungsschaltung (CN) bestimmt wird, die die von den Generatorgruppen (G1, G2, ... Gn) erzeugten analogen Synchronsignale in boolesche Zählsignale umwandelt;

   - die vorgegebene Aneinanderreihung der Signalzüge, der unveränderlichen Signale und/oder der sich ändernden Signale durch ein Verknüpfungsschaltwerk (L) organisiert wird, das das Programm der geforderten Aneinanderreihung speichert, im Komparator (CP) und in der Umwandlungsschaltung (CN) die Auswahl eines der von den Generatorgruppen (G1, G2, ... Gn) kommenden Eingangssignale steuert, die booleschen Zählsignale und die Ansteuersignale empfängt, in der Einfügeeinrichtung (DO) die Anwendung der geeigneten Zeitkonstante (RC1, RC2) steuert und schließlich Befehle an eine Einrichtung (MX) zur aufeinanderfolgenden Signalauswahl abgibt, aufeinanderfolgend auf einen der mit den Generatorgruppen verbundenen Eingänge und/oder auf den mit der Einfügeeinrichtung (DO) verbundenen Eingang zu schalten.
2. 2. Erzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Generatorgruppen (G1, G2, ... Gn) an der Ausgangsklemme eines Feldeffekttransistors (T2), an dessen Eingangsklemme eine Dreieckspannung einer gegebenen Periode angelegt wird, eine Spannung mit sinusförmigem Verlauf der gleichen Periode erhalten v/ird.
3. 3. Erzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kompensieren von Laufzeiten der vom Verknüpfungsschaltwerk (L) abgegebenen Steuersignale dienende Einrichtungen (P2) die Gleichspannungspegel im Komparator (CP) künstlich verändern.
4. 4. Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorgänge an den periodischen Signalver-

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   laufen ebenso wie deren Abgabe von den Generatorgruppan (GI, G2, ... Gn) parallel und gleichzeitig erfolgt und diese Spannungsverläufe direkt zum Ausgang (51) des Erzeugers geleitet sind.