DE2821302A1

DE2821302A1 - Anordnung zur erzeugung positionsabhaengiger signale

Info

Publication number: DE2821302A1
Application number: DE19782821302
Authority: DE
Inventors: Harold Gene Alles
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1978-11-30
Also published as: IT1095900B; US4190826A; IT7823520A0; JPS53142826A; FR2391598B1; FR2391598A1; GB1600950A

Description

BLUMBACH · WESER - BERGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radedteslraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Palentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patenlconsult

WESTERI¹J ELECTRIC COMPANY

INCORPORATED Alles - 1

NEW YORK N.Y. 10038 USA

Anordnung zur Erzeugung positionsabhängiger Signale

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung von der Position eines beweglichen Elementes abhängiger Signale.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist das bewegliche Element eine Taste innerhalb der Tastatur eines Musikinstrumentes und mechanisch gekoppelt mit einem Schalter, der zwei Zustände einnehmen kann. Wird die Taste herabgedrückt, dann ändert der Schalter seinen Zustand; es gibt dabei nur zwei Tastenpositionen zu überwachen - oben und unten. Mittels einer geeigneten Schaltung kann man in Sequenz sämtliche Schalter abtasten, ihre jeweiligen Binärzustände feststellen und die so gewonnene Information einem Computer übertragen. Diese bekannte Anordnung hat den wesentlichen Nachteil, daß eine unveränderbare Schwelle geMünchen: R. Kramer Dipl.-Ing. . W- Weser Dipl.-Phy$. Dr. rer. nal. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. plnl. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P.Bxrgen Oipi.-Ing. Dr.jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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geben ist. Übergänge sowie Zwischenstellungen der Tasten können nicht codiert werden, so daß die bekannte Anordnung für die Erzeugung anschlagsabhängiger Dynamikdaten ungeeignet ist.

Der Stand der Technik kennt Wege zur Erzeugung von Signalen in Abhängigkeit von der Zwischenstellung eines beweglichen Elements. Ein erster bekannter Weg bezieht sich auf die mechanische Kopplung eines beweglichen Elements an eine optische Faser. Ein Ende der Faser ist an einem stationären Träger befestigt und das andere folgt einer vorbestimmten Bahn, während sich das bewegliche Element bewegt. Eine nahe dem stationären Ende der Faser anordnete Lichtquelle läßt Licht in das festgelegte Faserende eintreten und am beweglichen Ende austreten. Mehrere neben der Bewegungsbahn des beweglichen Endes der optischen Faser angeordnete fotoelektrische Zellen empfangen das von der Faser abgegebene Licht, während sich das bewegliche Element bewegt. Bei dieser Anordnung ist die Auflösung begrenzt durch die Anzahl fotoelektrischer Zellen, die man in der Nähe der Bewegungsbahn des bewegten Faserendes unterbringen kann. Normalerweise benötigt man zehn oder mehr fotoelektrische Zellen für ,jedes bewegliche Element,, Die Kosten und die Kompliziertheit einer solchen Anordnung, wenn sie beispielsweise in einem System· mit mehr als zweihundertfünfzig beweglichen Elementen verwendet wird, verbieten ihre Anwendung von vornherein.

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Es sind auch schon magnetostrictive Verzögerungsleitungen zur Erzeugung digitaler Signale in Abhängigkeit von der Stellung eines beweglichen Elements verwendet worden. Dabei bewegt sich, kurz gesagt, ein mit einer Abtastspule versehenes bewegliches Element in Längsrichtung der Verzögerungsleitung. Ein elektrisches Signal löst eine sich in Längsrichtung der Verzögerungsleitung ausbreitende Deformationswelle aus und startet einen getakteten Zähler. Wenn die Deformationswelle in der magnetostriktiven Verzögerungsleitung den Punkt passiert, wo sich die Abtastspule befindet, wird ein Signal in die Spule induziert, welches den Zähler anhält. Der zu diesem Zeitpunkt im Zähler anstehende Zählwert ist ein Maß für die Position der Abtastspule im Verlauf der Verzögerungsleitung. Diese magnetostriktive Lösung zur digitalen Codierung von Analogpositionen erfordert viele solcher Verzögerungsleitungen und zugehörige Hardware innerhalb eines Systems zur Codierung vieler beweglicher Elemente«, Da ferner die Portpflanzungsgeschwindigkeit der Deformationswelle innerhalb der Verzögerungsleitung eine Funktion von deren Geometrie und Alter ist, wird eine präzise Korrelation zwischen den verschiedenen Verzögerungsleitungen praktisch unmöglich gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit d-er auch bei zahlreichen beweglichen Elementen für jedes Element Digitalsignale erzeugbar sind, welche den augenblicklichen Positionen der

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einzelnen beweglichen Elemente entsprechen, und zwar mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere Leitungen im Verlauf einer Oberfläche angeordnet, innerhalb einer Codiereinrichtung mehrere Generatoren, von denen Jeder eine zugeordnete Leitung in der Weise in einer Zeitfolge mit einer Spannung beaufschlagt, daß eine Änderung eines elektrisches Feldes erfolgt, die sich auf einer in dieser Oberfläche und senkrecht zur Längsachse der Leitungen verlaufenden ersten Bahn fortpflanzt, enthalten, dein beweglichen Element ein im Verlauf einer gegenüber der ersten Bahn äquidistanten zweiten Bahn positioniertes und nach Beeinflußung des sich ändernden elektrischen Feldes ein Koppelsignal aufnehmendes Koppelelement (115) zugeordnet, mit dem Koppelelement eine Abtasteinrichtung zum Erzeugen eines Abtastsignals verbunden, und daß in der Codiereinrichtung ferner Mittel zur Erzeugung eines für die Position des beweglichen Elementes repräsentativen Ausgangssignals in Abhänigkeit von dem Abtastsignal vorhanden sind.

Auf diese Weise ist das gestellte Problem relativ einfach und platzsparend lösbar. Es läßt sich Jede Zwischenstellung des beweglichen Elementes durch Ausgangsdaten erfassen«,

Bei einer Ausführung der Erfindung wird zu Beginn der Ausbreitung des elektrischen Feldes ein Digitalcodierzähler ge-

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startet und in dem Augenblick abgelesen, wo sich das elektrische Feld und das Koppelelement gegenseitig beeinflußen.

Es ist ein Merkmal einer Ausführung der· Erfindung, daß das Signal in dem Codierzähler in dem Augenblick dieser Beeinflußung repräsentativ ist für die Position des Koppelelementes relativ zum Ausgangspunkt der Änderung des elektrischen Feldes. Die Fortpflanzung des elektrischen Feldes wird erzeugt durch Vertauschen oder Ändern des Potentials in jedem von einer Anzahl von parallelen Leitungen in einem Flachbandkabel im Rahmen einer vorbestimmten Zeitfolge. Das Potential geht dabei von einem ersten in einen zweiten Zustand oder Pegel über. Diese Potentialänderung erfolgt mit gegenseitiger Überlappung innerhalb eines festgelegten Zeitraums.

Vorzugsweise kann das Koppelelement als Kondensatorplatte ausgebildet sein, die über die Luft als Dielektrikum kapazitiv an die einzelnen Leitungen des Flachbandkabels angekuppelt ist. Wenn dann die Spannungsänderung in dem Leiter des Kabels auftritt, welches dem Koppelelement am nächsten gelegen ist, wird auf das Koppelelement eine Ladung kapazitiv übertragen. Ferner kann vorteilhafterweise durch Schaltungsmittel erreicht werden, daß sich das Potential in jeder Leitung in zeitlicher Folge nacheinander abspielt, beginnend bei einem Außenleiter und sich sequentiell fortpflanzend, sich auch der gegenüberliegende Außenleiter auf dem zweiten Spannungspegel befindet. Zum Schluß v/erden sämtliche

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— Λ", -·

Leiter des Flachkabels gleichzeitig wieder auf den ersten Spannungspegel zurückversetzt und der beschriebene Vorgang wiederholt sich. Jeder Zyklus dieser Operation verursacht eine Änderung des elektrischen Feldes, die von Leiter zu Leiter und senkrecht zu den Längsachsen der Leiter fortschreitet. Selbstverständlich findet die Änderung des elektrischen Feldes außerdem in Längsrichtung der Leiter statt.

Es gehört zu den Merkmalen dieser Erfindung, daß die sich fortpflanzende Änderung des elektrischen Feldes die Leiter über ihren gesamten Längenbereich hinweg umschließt, und diese Gesamtlänge kann ganz nach den Erfordernissen des jeweiligen Anwendungsfalles zugeschnitten sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß man die Koppelelemente hintereinander anordnen kann, ohne die felderzeugende Hardware in mehrfacher Ausführung zu benötigen. Die Hardware wird einfach, unkompliziert und billig. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß sämtliche vorhandenen beweglichen Elemente im System auf einen einzigen Maßstab rückbezogen sind, nämlich die elektrisch bestimmte Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Änderung des elektrischen Feldes. Daraus ergibt sich eine mit bekannten Anordnungen dieser Art bisher unerreichbar gute Codierauflösung und Korrelation zwischen den einzelnen beweglichen Elementen.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:.

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Fig. 1 eine perspektivische Ausschnitts-Darstellung eines nachstehend detailliert beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 das Amplitude-/Zeitverhältnis von Signalen, die zur Erzeugung einer sich fortpflanzenden Änderung eines elektrischen F Ides in verschiedene parallele Leitungen eingespeist werden,

Fig. 3 eine grafische Darstellung zur Abhängigkeit zwischen der Analogposition eines einzigen Koppelelementes und dem Impulsbreiten modulierten Ausgangssignal eines zugeordneten Detektors,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild, teilweise als Blockschaltbild ausgeführt, eines Codierers für eine einzige Taste einer Tastatur, welcher analoge Positionen in Digitalsignale umsetzt, und

Fig. 5 ein ebenfalls teilweise als Blockschaltbild ausgeführtes Schaltbild eines Codierers für zahlreiche bewegbare Elemente, welcher Analogpositionen in Digitalsignale umwandelt.

Der Zeichnungsausschnitt von Fig. 1 zeigt Tasten 110, 110a aus einer Tastatur, bei der noch mehrere solcher Tasten über die Länge von Leitungen 116 hinweg verteilt sind. Wegen der Gleichartigkeit der zahlreichen Tasten 110... soll nachstehend nur eine einzige von ihnen, nämlich die mit bezeichnete beschrieben werden. Ferner werden nachstehend

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die Leitungen kollektiv als "Leitungen 116" bezeichnet; die Einzelleitungen sind durch mit Bindestrich hinzugesetzte fortlaufende Nummern identifiziert, beispielsweise 116-1. Gleiche Einzelheiten sind in allen Figuren der Zeichnung mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Die Taste 110 gehört beispielsweise zu einer handelsüblichen Tastatur mit einem Tonumfang von einundsechzig Tönen. Es können mehrere solcher Tastaturen vorhanden und in bestimmter Weise mit einer Pedalanordnung und Klangfarben-Einstellern kombiniert sein, so daß im gesamten System mehr als zweihundertfünfzig bewegliche Elemente vorhanden sein werden. Sämtlichen Tasten 110 ist als Lagerzapfen 113 eine nicht näher dargestellte horizontal verlaufende Stange oder dergl. zugeordnet, und Federn 112 halten die Tasten in einer Ruhestellung. Unterseitig ist an jeder Taste ein Schaltstift 111 befestigt, welcher bei Betätigung der zugehörigen Taste eine Vertikalbewegung ausführt und dabei ein Koppelelement 115 mechanisch berührt, aber elektrisch von diesem isoliert bleibt.

Das aus Federblech bestehende Koppelelement 115 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem etwa 0,254 mm dicken Beryllium-Kupfer-Blech, das zu einem etwa 6,35 mm breiten und etwa 76 mm langen rechteckigen Blechstück zugeschnitten ist. An einem Ende dieses Blechstückes ist ein

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etwa 4,8 mm langes Ende um etwa 90^J abgewinkelt, so daß eine Endfläche gebildet wird, die mehrere parallele Leitungen 116 überbrückt; Das andere Ende des Koppelelementcs 115 ist auf einem Klotz 13 befestigt. Beim Drücken der Taste 110 wird das fiele Ende des Koppeleleinentes 115 durch den Schaltstift 111 auf einer kreisbogenförmigen Bahn nach unten bewegt, welche in enger Nachbarschaft der parallel und im Querschnitt ebenfalls kreisbogenförmig angeordneten Leitungen 116 verläuft. Bei einem Ausführungsbeispiel betrug der Abstand zwischen der Endfläche des Koppelelementes 115 und den parallelen Leitungen 116 etwa 1,58 mm. Das Ganze ist so dimensioniert, daß das bev/egte Ende des Koppelelementes 115 annähernd die gesamte Distanz zwischen den Leitungen 116-1 und 116-16 durchläuft, wenn die Taste 110 ganz bis zu einem Anschlag 114 niedergedrückt wird. Eine Leitung 120A verbindet das Koppelelement 115 mit einem Abtastverstärker 120, dessen Ausgangssignal wiederum über eine Leitung 120b in einen in Fig. 4 und 5 dargestellten Funktionsblock 101 eingegeben wird.

Wie aus der späteren Beschreibung von Fig. 4 ersichtlich sein wird, erfolgt mit einer vorbestimmten Zeitfolge in den einzelnen Leitungen 116-1 bis 116-16 eine Spannungsanderung von einem ersten auf einen zweiten Pegel. Für den Augenblick mögen folgende Hinweise genügen: der 'auch in Fig. 1 schematisch dargestellte Funktionsblock 101 enthält hierfür geeignete

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Schaltungen. Gemäß Fig. 1 sind alle Leitungen 116 mit einem Ende an die Schaltung des Funktionsblocks 101 angeschlossen, während die entgegengesetzten Leitungsenden nicht angeschlossen sind. Somit fließt kein Dauerstrom durch die Leitungen, vielmehr werden sie nur Spannungsänderungen unterzogen.

In Fig. 2 ist der Spannungsverlauf der den einzelnen Leitungen 116-1 bis 116-16 in Fig. 1 zugeführten Spannungen zeitabhängig von oben nach unten aufgetragen, d.h., es beginnt oben mit Leitung 116-1 und 116-2, und die untere Kurve entspricht dem Spannungsverlauf auf den Leitungen 116-15 und 116-16. Wie der Fachmann weiß, befinden sich sämtliche Leitungen 116 in einem elektrischen Feld, welches direkt von den darin vorhandenen Spannungen abhängig ist. Bezogen auf die Zeitskala in Fig. 2 befinden sich unmittelbar nach einem Zeitpunkt R sämtliche Leitungen für die Dauer mindestens eines von insgesamt sechzehn Kurzintervallen bis zum nächsten Zeitpunkt R auf einem ersten (niedrigen) Potential. Nach Ablauf dieses ersten Kurzintervalls steigt die den Leitungen 116-1 und 116-2 zugeführte Spannung im wesentlichen linearund innerhalb von zwei Kurzintervallen auf ein zweites höheres Potential an, um dort zu verbleiben. Dieses zweite Potential entspricht etwa 100 V gegenüber Erde. In ähnlicher Weise steigt das Potential auf Leitung 116-3 gegen Ende des zweiten Kurzintervalls an, und dieser Vorgang findet zeitlich versetzt auch

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auf den anderen Leitungen statt, bei der 15. und 16. Leitung nach Ablauf des 16. Kurzintervalls, wurden sämtliche Leitungen (zum Zeitpunkt R) auf das erste Potential zurückversetzt werden.

Dabei fällt auf, daß immer die nachfolgende Leitung ihren Spannungsanstieg beginnt, bevor die vorhergehende Leitung das zweite Potential erreicht hat. Diese zeitliche Überlappung erlaubt ein sanftes Überspringen der durch die Spannungsänderung in jedem Leiter verursachten Änderung des elektrischen Feldes von einem Leiter zum nächsten. Daraus resultiert folgender Effekt: die zeitabhängige Veränderung des elektrischen Feldes pflanzt sich dabei glatt auf einer Bahn fort, die senkrecht zu den Längsachsen der parallelen Leitungen 116 und parallel zu der kreisbogenförmigen Nebeneinanderanordnung dieser Leitungen verläuft, wie dies in Fig. 1 durch einen unterbrochenen Pfeil 100 angedeutet ist. Ein vollständiger Durchlauf erfolgt jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten R auf der Zeitskala von Fig. Dieses Zeitintervall wird nachstehend als die Abtastperiode bezeichnet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Abtastperiode so kurz gewählt, daß in dem Zeitraum, den ein geübter Musiker zum Anschlagen einer Taste benötigt, mehrere solcher Abtastperioden verstreichen.

Die beschriebene zeitabhängige Veränderung des elektrischen

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Feldes verursacht auf kapazitiven Wege eine Signalübertragung auf das Koppelelement 115. Auf Fig. -3 läßt sich entnehmen, welche Signale am Eingang und Ausgang des Abtastverstärkers 120 vorliegen, wenn das zugehörige Koppelelement 115 die dargestellten Relativpositionen einnimmt. Hier geht es nur um die Eingangs- und Ausgangscharakteristiken der Abtastbzw. Detektorschaltung, während die Schaltungseinzelheiten später in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben werden. Innerhalb der zwischen den Zeitpunkten RA und RB liegenden Abtastperiode nimmt das Koppelelement 115 eine der Ruhestellung der zugehörigen Taste entsprechende Position ein, und das auf dem Koppelelement befindliche Signal entspricht der als Detektoreingang (120A) bezeichneten Signalform. Unmittelbar nach dem Zeitpunkt RA befindet sich der Abtastverstärkerausgang in einem niedrigen Zustand, geht aber in einen hohen Zustand über, sobald der Abtastverstärkereingang einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Zwar läßt der Signalverlauf am Abtastverstärkereingang deutlich erkennen, daß hier zu Beginn der Abtastperiode ein Signal auf das Koppelelement übertragen wird; dennoch sei nachstehend angenommen, daß zwischen dem Koppelelement und der sich fortpflanzenden Änderung des elektrischen Feldes eine gegenseitige Beeinflußung auftritt, wenn das Signal am Koppelelement den "Abtastverstärker-Schwellwert" überschreitet, so daß dann der Ausgang des Abtastverstärkers hochgeht. Eine hohe Eingangsimpedanz bei dem Abtastverstärker läßt die Ladung auf dem Koppelelement lang-

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sam abfliei3en, und die daraus resultierende RC-Zeitkonstante ist viel langer als die Abtastperiode. Aus diesem Grunde verbleiben der Abtastverstärkereingang und folglich der Abtastverstärkerausgang in einem hohen Zustand, bis, wie vorstehend ausgeführt, zum Zeitpunkt RB die Leitungen 116 zurückgesetzt werden.

Zwischen der durch die Zeitpunkte RB und RC begrenzten Abtastperiode nimmt das Koppelelement eine mittlere Position ein, folglich nimmt der Ausgang des Abtastverstärkers für einen längeren Zeitraum einen niedrigen Zustand ein. Befindet sich das Koppelelement 115 schließlich ganz unten, nämlich in der zwischen RB und RD liegenden Abtastperiode, dann verbleibt das Abtastverstärker-Ausgangssignal während fast der gesamten Abtastperiode in einem niedrigen Zustand. Das Abtastverstärker-Ausgangssignal ist folglich eine impulsbreitenmodulierte (!"WM) Wiedergabe der Relativposition des Koppelelementes 115.

Das Teil-Blockschaltbild von Fig. 4 beinhaltet einen Codierer, der in der Lage ist, die Position eines einzigen beweglichen Elements in Digitalsignale umzuwandeln. Fig. 5 enthält demgegenüber eine Gesamtanordnung zur Erzeugung von Digitalsignalen, welche den Positionen mehrerer beweglicher Elemente entsprechen. Innerhalb der Zeichnung sind gleichen Einzelheiten gleiche Bezugszeichen zugeordnet. Der Funktionsblock

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von Fig. 1 enthält die in den Schaltbildern durch eine
strichpunktierte Linie eingegrenzten Einzelheiten.

In Fig. 4 empfängt der Abtastverstärker 120 über die Eingangsleitung 120A das kleine Signal, welches durch die sich fortpflanzende Änderung des elektrischen Feldes um die Leitungen 116, wie in Verbindung mit Fig. 1 und 3 beschrieben, auf das Koppelelement 115 übertragen wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Abtastverstärker 120 aus drei relativ billigen logischen Inverter-Verstärkern vom CMOS-Typ, von denen die Verstärker 121, 122 zur Erzielung
einer insgesamt etwa 120-fachen Spannungsverstärkung in Kaskade geschaltet sind. Weil CMOS-Inverter dieses Typs einen
schmalen kritischen Eingangsvorspannungsbereich nach jeder
Seite, von der die Ausgangszustände bestimmt werden, aufweisen, wird eine aus CMOS-Inverterverstärker 123, Rückkoppelwiderstand 124 sowie Widerstand 125 bestehende Vorspannungsschaltung verwendet, um den Eingangsanschluß des CMOS-Verstärkers 121 nominell in den kritischen Bereich vorzuspannen. In der Praxis werden sich alle Verstärker 121 bis 123 auf dem gleichen Typ befinden und dadurch ähnliche Betriebscharakteristiken aufweisen. Der Rückkoppelwiderstand 124 verleiht dem Verstärker 123 eine negative Selbstrückkopplung. Da dieser Verstärker
ein Inverter-Verstärker ist, wird ein hohes Ausgangssignal
auf den Eingang zurückgekoppelt, und dadurch der Ausgang gedämpft. Wird eine Abnahme des Ausgangssignals rückgekoppelt,

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dann steigt der Ausgang. Auf diese Weise wird der Ausgang von Verstärker 123 auf einen Spannungspegel zwischen Bereichen stabilisiert. Dieser Spannungspegel entspricht im allgemeinen dem Mittelzustandspegel anderer solcher Inverter-Verstärker, welche auf dem gleichen integrierten Schaltungstyp am gleichen Spannungs- und Erdpotential liegen.

Eine Alternative zur Vorspannungserzeugung am Eingangsanschluß des Verstärkers 121 wäre der Ersatz der Bauelemente 123, 124 und 125 durch einen variablen Spannungsteiler (beispielsweise ein Potentiometer), welcher die Versorgungsspannung und Erdpotential überbrücken würde. Der Schleifer wäre an den Eingang von Verstärker 121 anzuschließen und so einzustellen, daß die korrekte Eingangsvorspannung vorhanden ist. Es ist für den Fachmann kein Problem, bei einer entsprechenden Versorgungsspannung den richtigen Potentiometer-Wider standswert zu wählen, damit der Signalausgang des Abtastverstärkers 120 an der Leitung 120B so vom Signal an der Eingangsleitung 120A abhängig wird, wie dies in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben worden ist.

Ausgangsseitig ist der Abtastverstärker 120 über die Ausgangsleitung 120B an den D-Eingang eines Flipflop 130 angeschlossen, welches die am Abtastverstärkerausgang auftretenden Zustandsänderungen so verzögert, daß ein resultierendes Ausgangssignal auf einer Leitung 132 mit Taktsignalen

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synchronisiert wird, welche dem Flipflop 130 über einen Takt~ anschluß 131 zugeführt werden. Diese Taktsignale werden in Fig. 4 überall dort, v/o das Wort "Takt" steht, durch eine nicht dargestellte Quelle bereitgestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 treten in jeder Abtastperiode (d.h. von R bis R in Fig. 2 und 3) insgesamt zweihundertsechsundfünfzig Taktsignale auf. Hierbei sei erwähnt, daß sich das Ausgangssignal auf Leitung 132 von Flipflop 130 funktionsmäßig nicht von dem Abtastverstärkerausgang auf Leitung 120B unterscheidet. Leitung 132 verbindet den Ausgang von Flipflop 130 mit einem Latch-Register 160, welches linksseitig bit-parallele Eingänge zur Aufnahme von binären Digitalsignalen von den Ausgängen von Zählern 141, 142 besitzt.

Durch die Zähler 141, 142 v/erden an einem Taktanschluß 143 bereitgestellte Taktsignale gezählt und daraus Digitalsignale zur Codierung der Position beweglicher Elemente und zur Synchronisierung der sich fortpflanzenden Änderung des elektrischen Feldes innerhalb einer Abtastperiode erzeugt. Beide Zähler sind Vier-Bit-Zähler, die bis sechzehn aufwärts zählen. Zähler 141 wird angesteuert durch den hohen logischen Zustand an einem Anschluß 140 und zählt jedes Taktsignal am Taktanschluß 143. Der Zähler 142 wird dagegen angesteuert durch ein Überlaufsignal vom Zähler 141 über eine Leitung 144 und zählt somit jene Taktimpulse, die entstehen, während Zähler 141 voll ist. Das Überlaufsignal vom Zähler 141 ver-

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anlaßt den Zähler 142 als Inkrement-Zähler zu arbeiten, so daß beide Zähler insgesamt zweihundertsechsundfünfzig Taktsignalc zählen, bevor Zähler 142 dieses Überlaufsignal auf einer Leitung 146 abgibt.

Das Latch-Register 160 speichert die ihm über die bit-parallelen Eingänge von den Zählern 141, 142 zugeführten Zählwerte, während der Ausgang von Flipflop 130 auf Leitung 132 sich im niedrigen Zustand befindet. Dieser niedrige Zustand sagt aus, daß noch keine gegenwärtige Beeinflußung zwischen dem Koppelelement und der fortschreitenden Änderung des elektrischen Feldes stattgefunden hat. Nach der Beeinflußung führt Leitung 132 einen hohen logischen Zustand, das Latch-Register nimmt keine neuen Zählwerte von den Zählern mehr an, es behält den Zählwert, der kurz vor dem Übergang in den hohen Zustand auegegeben wurde. Dieser Zählwert entspricht der Relativposition des Koppelelementes zu dem Zeitpunkt, an dem das KoppeIeIeDient die elektrische Feldänderung beeinflusste« Obwohl das Latchregister 160 nach dem Hochgehen des Ausgangs von Flipflop 130 keine neuen Daten akzeptiert, setzen die Zähler 141 und 142 das Zählen der Tak1ä.gnale so lange fort, bis das Überlaufsignal nach dem zweihundertsechsundfünfzigsten Zählwert auf Leitung 146 auftritt. Fortpflanzungsverzögerungen und Störungen im Zähler 142 machen die Synchronisation des Überlaufsignals mit den TakMgnalen erforderlich. Deshalb dient ein D-Typ-Flipflop 150 mit komplementären Ausgängen zur Aufnahme

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" ²³ ~ 2 ίΐ 2 13 02

des hohen Uberlaufsignals und zur Übertragung eines hohen Signals im Gleichlauf mit Taktsignalen an einem Anschluß 151 zu einem Ausgangsregister 170. Das hohe Signal veranlaßt das Ausgangsregister 170, den im Latch-Register 160 enthaltenen Zählwert anzunehmen und zu speichern, wenn der Ausgang von Flipflop 130 einen hohen Zustand angenommen hatte_o Dieser Zählwert ist eine PCM- (Pulscodemodulation)Wiedergabe der Position des Koppelelementes relativ zu der fortschreitenden Änderung des elektrischen Feldes, und er ist verfügbar am Ausgang von bit-parallelen Ausgängen 171 auf der rechten Seite des Ausgangsregisters 170. Für jede Abtastperiode, d.h., bei jedem zweihundertsechsundfünfzigsten Taktsignal, wird ein neuer PCM-Zählwert ausgegeben. Benutzer dieser Erfindung mögen nicht dargestellte geeignete Schaltungen an die bit-parallelen Ausgänge 171 des Ausgangsregisters anschließen, um diese PCM-Information nach Wunsch darzustellen oder weiter zu verarbeiten»

Zu dem Ausgangssignal von Zähler 141 auf Leitung 145 wird innerhalb einer Abtastperiode die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der oben beschriebenen Änderung des elektrischen Feldes gesteuert. Dieses Ausgangssignal tritt bei jedem sechzehnten Zählwert auf dem Taktanschluß 143 auf, während eine^rAbtastperiode stehen also sechzehn periodische Impuüs e für Schieberegister 180 und 181 zur Verfigpng, welche als "handelsübliche Typen ausgebildet und durch eine Leitung 182 so miteinander

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verbunden sind, daß sie wie ein langes Register mit sechzehn Ausgängen arbeiten. Zu Beginn jeder Abtastperiode führen alle Ausgänge von eins bis sechzehn dieser Schieberegister niedrige logische Zustandsspannungen. Die sechzehn Ausgangsimpulse pro Abtastperiode auf der Ausgangsleitung 145 lassen Schieberegister 180, 181 innerhalb (jeder Abtastperiode einen vollständigen Schiebezyklus durchlaufen. Liegt an einem Eingangsanschluß 183 des Schieberegisters 180 ein hohes Signal an, so begibt sich dieses Register in diesen Zustand. Ausgang 8 von Schieberegister 180 gibt dem Schieberegister 181 den von ihm einzunehmenden Zustand an. Füllt sich Zähler 142 am Ende einer Abtastperiode, dann veranlaßt das über Leitung 146 an Flipflop 150 abgegebene Überlaufsignal letzteres, über eine Leitung ein umgekehrtes (niedriges) Rücksetzsignal abzugeben und die Schieberegister zur Tätigkeit. Ein solches niedriges Rücksetzsignal ist wegen der internen Struktur der Schieberegister erforderlich und läßt alle Schieberegister-ausgänge gleichzeitig zum niedrigen logischen Zustand zurückkehren.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ausgänge 2 bis 15 der Schieberegister zwecks Ansteuerung mit je einem zugeordneten Flankengenerator 200-2 bis 200-15 eines Generators 200 zur Erzeugung eines sich fortpflanzenden elektrischen Feldes, nachstehend kurz Feldgenerator bezeichnet, verbunden. Da sämtliche Flankengeneratoren 200-2 bis 200-15 identisch sind, sind in Fig. 4 nur der erste und letzte von ihnen dar-

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gestellt. Der Feldgenerator 200 enthält also insgesamt vierzehn solcher Flankengeneratoren, welche die in Fig. 2 dargestellten Signale an die Leitungen 116 abgeben. Die Flankengeneratoren 200-2 und 200-15 geben ihre Signalformen jeweils an zwei parallele Leitungen 116-1, 116-2 bzw. 116-15» 116-16 ab. Die Leitungen 116 sind an entsprechend identifizierte Ausgangsanschlüsse von Kollektoren von Transistoren 208 angeschlossen.

Nun zur Funktion der vierzehn Flankengeneratoren des Feldgenerators 200, beschrieben am Beispiel des Flankengenerators 200-2: Der Ausgang 2 des Schieberegisters 180 führt zum invertierenden Eingang eines stromsuramierenden Verstärkers 205-2 über eine Serienschaltung von Widerständen 201-2, 203-2 sowie eine die Widerstände überbrückende Diode 202-2. Der nicht invertierende Eingang von Verstärker 205-2 wird durch eine Vorspannungsschaltung 220, die über einen Widerstand 206-2 anschlossen ist, auf einem vorbestimmten Strompegel gehalten. Über die Einstellung des Vorspannungsstrompegels soll weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung der Schaltung 220 gesprochen werden.

Gibt Ausgang 2 von Schieberegister 180 einen hohen Pegel ab, dann gibt der Ausgang von Verstärker 205-2 einen niedrigen

logischen Pegel ab. Ein Widerstand 207-2 verbindet den Aus-

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- 2ό -

gang von Verstärker 205-2 mit der Basis eines npn-Transistors 208-2. Bei niedrigem Signalpegel an der Basis vermindert sich der Strom durch den Transistor 208-2, seine Koliektorspannung steigt. Mit Hilfe eines Rückkoppeikondensators 204-2 am Verstärker 205-2 in Verbindung mit Widerständen 201-2, 203-2, 206-2 und 207-2 wird eine Zeitkonstante bestimmt, welche die Geschwindigkeit beeinflußt, mit welcher der Ausgang des Verstärkers 205-2 den niedrigen Zustand erreicht, nach-dem der Ausgang 2 des Schieberegisters 180 hochgegangen ist. Die Schaltungskomponenten sind so ausgewählt, daß der Ausgang des Verstärkers 205-2 stetig und im wesentlichen linear abnimmt, und diese Spannungsabnahme wird an den Kollektorausgängen 116-1 und 116-2 der gemeinsamen Emitteranordnung des Transsitors 208-2 invertiert. Bei gewissen Ausführungen der Erfindung kann man den Rückkopplungskondensator 204-2 auch weglassen und durch einen Rückkopplungskondensator am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers ersetzen, wobei das andere Kondensatorende an den Kollektor des zugeordneten npn-Transistors angeschlossen wird. Diese Möglichkeit bietet den Vorteil, einige nicht Linearitäten in der Kombination von Verstärker und Transistor korrigieren zu können. Außerdem bieten Verstärker und Transistor in Kombination höhere Verstärkung als der Verstärker allein, man kommt mit einem kleineren Rückkopplungskondensator aus.

Die Ausgänge 116-1 und 116-2 sind mit dm entsprechenden Leitungen 116-1 und 116-2 verbunden, wie im Querschnitt nahe

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dem Koppelelement 115 durch separate Adern eines Kabels 116* dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung sind die tatsächlichen Verbindungen aller Adern des Kabels 116' an die entsprechenden Flankengeneratorausgänge nicht dargestellt. Sobald der Ausgang 2 des Schieberegisters 180 auf einen niedrigen logischen Zustand zurückkehrt, wird die Diode 202-2 durchgeschaltet, so daß sie die Widerstände 201-2 und 203-2 kurzschließt und während der Rücksetzung auf einen niedrigen logischen Pegel eine viel kürzere Zeitkonstante erzeugt als beim Setzen auf einen hohen Zustand. Das bedeutet, daß der Flankengenerator 200-2 an seinen Ausgängen 116-1 und 116-2 zwar einen relativ langsamen linearen übergang vom niedrigen zum hohen logischen Zustand aufweist, aber andererseits sehr schnell in den niedrigen logischen Zustand zurückkehrt. Die schnelle Rückkehr in den niedrigen logischen Zustand am Ausgang sämtlicher Flankengeneratoren führt dazu, daß alle Leitungen 116 gleichzeitg eine starke elektrische Feldänderung in negativer Richtung erzeugen, welche den Abtastverstärker 120 ohne Rücksicht auf die Position des Koppelelementes 115 in seinen niedrigen Ausgangszustand zurückkehren läßt.

Die an jedem Verstärker 205 über einen jeweils zugehörigen Widerstand 206 angeschlossene Vorspannungsschaltung 220 gibt am Emitter eines Transistors 225 eine konstante Ausgangsspannung ab, die durch einen Filterkondensator 221 gesiebt wird. Die Ausgangsspannung bestimmt die Einstellung eines

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als Spannungsteiler zwischen Versorgungsspannung und Erde dienenden Potentiometers 224, dessen Schleifer über einen Widerstand 223 an die Basis des Transistors 225 angeschlossen ist. Ein Filterkondensator 222 leitet an dieser Stelle auftretende Störungen ab. Die Eingangsanschlüsse der Verstärker 205 verhalten sich wie geerdete Dioden, somit liegen die Spannungen am nicht invertierenden und am invertierenden Eingang jeweils um einen Diodenspannungsabfall über bzw. unter Erdpotential. Die von der Vorspannungsschaltung 220 abgegebene Konstantspannung veranlaßt die Abgabe eines konstanten Stromes an die einzelnen nicht invertierenden Eingänge der spannungsummierenden Verstärker 205 über jeweils zugeordnete Widerstände 206. Dieser Strom ist ein Vorspannungsreferenzstrom, mit dem der durch die invertierenden Eingänge der Verstärker 205 fließende Strom verglichen wird. Der Stromfluß durch die invertierenden Eingänge jedes stromsummierenden Verstärkers ist die algebraische Summe aus einem durch die Widerstände 201 und 203 fließenden Strom, einen durch Diode 202 fließenden Strom und schließlich einem durch den Rückkoppelkondensator 204 fließenden Strom. Das Ausgangssignal jedes Verstärkers 205 ist proportional der Differenz zwischen den durch die einzelnen Eingangsanschlüsse fließenden Ströme.

Im praktischen Betrieb ist eine Justierung der einzelnen Signale auf den Leitungen 116 notwendig, damit der Abtastverstärker 120 anspricht. Wie schon gesagt, erfolgt die Signal-

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übertragung durch kapazitive Kopplung des Koppelelementes 115 mit den Leitungen 116. Diese Kopplung läßt sich in engen Grenzen durch Justieren des Abstandes zwischen Koppelelement und Leitungen einstellen, jedoch wird die Abstandkorrektur grundsätzlich durch Herstelltoleranzen eingeengt sein. Ausserdem ist die wirksame Kondensatorfläche (d.h. die Endfläche) des Koppelelementes 115 nur in engen Grenzen einstellbar, weil diese Fläche beim Bau des Gerätes festgelegt wird. Leider ist eine Vergrößerung der kapazitiven Kopplung zwischen dem Koppelelement und den parallelen Leitern durch Vergrößerung der effektiven Endfläche des Koppelelementes kaum möglich, weil ja noch weitere Koppelelemente in der Nähe sind, wie anschließend in Verbindung mit Fig. 5 gesagt wird. Auch sollte man nicht die Vertikalabmessungen der Endfläche vergrößern, weil damit der wirksame Codierbereich und die Auflösung des Systems verschlechtert würde. Es hat sich herausgestellt, daß man die Signale auf den parallelen Leitungen am besten durch Erzeugung geeigneter und zuverlässiger Ausgangssignale von den Abtastverstärkern justiert.

Als ersten Parameter für die den parallelen Leitungen 116 zugeführten Signalformen zwecks Erzielung eines zuverlässigen Bezugssignals am Ausgang der Abtastverstärker wählt man deshalb mit Vorteil die Differenz zwischen den beiden Potentialen dieser Signalformen, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind,, Die max. Spannungsänderung ist eine Funktion der Versorgungsspannung auf Leitung 230 im Feldgenerator 200, die beispielsweise

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bei 100 V liegen kann. Ein zweiter vorwählbarer Parameter ist der Flankenanstieg, siehe Fig. 2. Den Flankenanstieg kann man an dem veränderlichen Widerstand 203 am invertierenden Eingang jedes Verstärkers 205 von Fig. 4 einstellen. Ferner lassen sich die Flankenanstiege sämtlicher Flankensignale gemeinsam am Schleifer des Potentiometers 224 in der Vorspannungsschaltung 220 justieren. Bei der Einstellung des Flankenanstiegs wird man einen Kompromiß wählen zwischen einem zu flachen Flankenwinkel, der nicht genug ^x zur Übertragung eines ausreichenden Signals an das Koppelelement abgibt, und zu steilen Flanken, die wenig oder überhaupt keine Überlappung zwischen den Flankensignalen benachbarter Leitungen erbringen, wählen. Mangel an Überlappung zwischen benachbarten Flankensignalen verschlechtert die Codierauflösung durch Verhinderung einer glatten Fortpflanzung der Änderung des elektrischen Feldes über die Oberfläche paralleler Leitungen. Beim oben erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden die Flankenwinkel nach den Gegebenheiten der Beschreibung von Fig. eingestellt.

Das Schaltbild von Fig. 5 zeigt eine Gesamtanordnung zur Codierung der Relativpositionen von zwei¹¹ beweglichen Elementen mit einer Auflösung von m.. Dabei gilt es PWM-Daten von einer Anzahl von Abtastverstärkern 120 aufzunehmen, sie in PCM-Daten umzuwandeln und an einem Ausgang 576 einen PCM-Datenstrom zu erzeugen, welcher Informationen über die entsprechenden

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Positionen sämtlicher Koppelelemente 115 der Anordnung enthält. Kurz gesagt wird jedem Abtastverstärker durch einen Multiplex-Adresszähler 520 in Verbindung mit einem Codiermultiplexer 510 ein periodischer Zeitschlitz zugewiesen, in dessen Verlauf das Ausgangssignal eines betreffenden Detektors zur Weitergabe an einen Datenspeicher (RAM) 570 ausgewählt wird. Ein Codierzähler 540 zählt die Anzahl der Gelegenheiten innerhalb einer Abtastperiode, die jeder Abtastverstärker ausgewählt wurde, und diese Anzahl wird mit Vorteil in einer Hälfte des Datenspeichers in einen dem betreffenden Abtastverstärkern zugeordneten ersten Satz von Speicherplätzen eingegeben und gespeichert, und zwar in Abhängigkeit vom Ausgangszustand des jeweils ausgewählten Abtastverstärkers. Die Anzahl geht ein in den Datenspeicher, wenn ßich der Ausgang des Abtastverstärkers in einem niedrigen Zustand befindet (d.h. bevor eine Beeinflußung zwischen Koppelelement und der fortschreitenden Änderung des elektrischen Feldes stattfindet). Am Ende einer Abtastperiode, wenn der Ausgang jedes Abtastverstärkers 2ⁿx ausgewählt wurde, enthält der Datenspeicher in betreffenden Speicherplätzen den in PCM-Code codierten Wert der Position jedes Koppelelementes .

Die Anordnung enthält Schaltungsmittel zur Abgabe der in einem zweiten Satz von Adressplätzen gespeicherten PCM-Information an ein Ausgangsregister 575 während der vorherge-

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henden Abtastperiode, während neue PCM-Daten in den ersten Satz von Adressplätzen eingegeben werden. Im Verlauf einer Abtastperiode werden also neue PCM-Daten in eine Hälfte des RAM eingegeben, während von der anderen Hälfte die PCM-Daten der unmittelbar vorhergehenden Abtastperiode ausgegeben werden. Die genannten Hälften des RAM- bzw. Datenspeichers wechseln sich in ihren Eingabe- und Ausgabefunktionen in aufeinanderfolgenden Abtastperioden gegenseitig ab. Das auf einer Leitung 576 ausgehende Signal hat die Form eines 2ⁿ-fachen Multiplex-PCM-Signals (PCM = PulsSodemudolation).

Der in Fig. 5 strichpunktiert eingegrenzte Funktionsblock entspricht dem von Fig. 1. Die vorhandenen zweiⁿ-Abtastverstärker 120 sind mit ihren Ausgangsleitungen 120B an einen Codiermultiplexer 510 angeschlossen, welcher während vorbestimmter Takt-Zeitschlitze die zugehörigen Abtastverstärker in einer Sequenz auswählt, welche bestimmt wird durch den Digitalzahlausgang eines Multiplex-Adresszählers, dessen Ausgang über in der Anzahl η vorhandene individuelle Leiter dem Codiermultiplexer 510 zugeführt wird. Aufgrund von Ausbreitungsverzögerungen innerhalb des Codiermultiplexers entspricht dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 512 erst nach Ablauf eines Bruchteils nach Auswahl des Abtastverstärkers dem gewählten Eingang. Dieses Problem wird gelöst durch Resynchronisation des Ausgang des Codiermultiplexers 510 mit den Taktsignalen. Dies geschieht durch Zuführen des Ausgangs

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des Codiermultiplexers an den Dateneingang eines D-Typ-Flipflop 515, welches durch den ins positive gehenden Sprung des Taktsignals an einem Anschluß 516 gesetzt wird.' Somit ist der Flipflop-Ausgang auf einer Leitung 517 in der Information identisch mit dem Ausgang des Codiermultiplexers, jedoch versetzt um einen Takt-Zeitschlitz. An dieser Stelle sei bemerkt, daß bei der Ausführung von Fig. 4 zwar jede Abtastperiode 2ⁿ, d.h., bei η = 8 sind das zweihundertsechsundfünf zig, Taktsignale pro Abtastperiode enthält, daß aber bei der Ausführung von Fig. 5 aus später erläuterten Gründen jede Abtastperiode 2^m (2ⁿ+1) Taktsignale enthält.

Der Multiplex-Adresszähler 520 beinhaltet 2ⁿ Zustände zum Zählen von an seinem Eingang 521 ankommenden Taktsignalen und gibt bit-parallele Digitalsignale, welche der Anzahl von Zählwerten entsprechen, über zwei Sätze von n-Leitungen und 511 ab. Die n-bit-parallelen Ausgangsbits auf den Leitungen 522 gelangen zu dem Eingang eines n-bit-Adressverzögerers 535, v/elcher n-Flipflops enthält und die it-parallelen Eingängen 522 mit den verzögerten Codiermultiplexerdaten auf Leitung 517 synchronisiert. Die synchronisierte Zahl geht über n-bit-parallele Leitungen 536 aus. Wenn nach dem Zählwert 2ⁿ-1 der Multiplex-Adresszähler 520 den 2ⁿ-Kennzustand einnimmt, geht ein hohes Überlaufsignal über Leitung 523 zu einem D-Typ-Flipflop 53OA, welches das Überlaufsignal mit Taktsignalen an einem Anschluß 531A synchronisiert und da-

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durch das Überlaufsignal mit einer ersten Zeitschlitzverzögerung versieht. Gleihzeitig wird ein hohes Aktiviersignal über eine Leitung 532A an Flipflop 530 abgegeben, welches eine zweite Takt-Zeitschlitzverzögerung erzeugt. Gleichzeitig mit dem hohen Aktiviersignal geht ein komplementäres niedriges Signal von Flipflop 53OA über eine Leitung 524 an den Multiplex-Adresszähler 520, um diesen zu löschen. Somit wird der Multiplex-Adresszähler 520 einmal bein Zählwert 2ⁿ als Ergebnis eines normalen Durchlaufes auf Null zurückzusetzen, und noch einmal beim Zählwert 2ⁿ+1 durch den Löschbefehl des Flipflop 530A. Es werden insgesamt 2ⁿ+1 Signale bei jedem vollständig durchgeführten Zyklus des Codiermultiplexers gezählt, wobei sämtliche Abtastverstärker-Ausgänge einmal abgetastet worden sind. Diese Zweifach-Nullsetzanordnung bedeutet einen Extra-Zeitschlitz in jedem solchen Zyklus, der gemäß nachstehender Beschreibung für die Abgabe von PCM Daten benutzt wird, die während der unmittelbar vorhergehenden Abtastperiode erzeugt wurden.

Ein Codierzähler 540 zählt an seinem Taktanschluß 542 ankommende Taktsignale bis zum Zählwert 2^^m ·, und zwar nur während der durch ein hohes Signal von Flipflop 530 an seinem Eingangsanschluß 541 dazu aktiviert ist. Somit zählt der Codierzähler 540 bei jedem Überlauf des Multiplex-Adresszählers (d.h. einmal pro 2ⁿ+1-Taktsignale) ein Taktsignal So werden alle Abtastverstärkor 120 während jedes Zuwachsschrittes des Codierzählers 540 einmal durch den Multiplexer 510 abgetastet.

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Zwar zählt der Codierzähler 2^m-Taktsignale während jeder Abtastperiode, er besitzt jedoch 2^^m Zustände, also doppelt so viele um auf einer Leitung 547 ein sehr wichtiges Bit zu erzeugen, welches bei aufeinanderfolgenden Abtastperioden einen Wechsel zwischen hohen und niedrigen Zuständen vollzieht. Das Signal auf dieser Leitung 547 wird zur Wahl von Speicherplätzen in alternierenden Hälften eines Datenspeichers (RAM) 570 benutzt, so wie weiter unten erläutert. Ihm wird der Ausgang des Codierzählers über bit-parallele Leitungen 545 zugeführt. Außerdem geht das sehr wichtige Bit vom Ausgang des Codierzählers 540 zu unterschiedlichen Eingängen eines Adress-MultiplexeiB 560 über eine Leitung 547 und einen logischen Inverter 548. Bei einigen erfindungsgemäßen Ausführungen gehen Leitung 543 und 544 mit Vorteil vom Codierzähler 540 zum Feldgenerator 200, um ihm Schieberegister-Takt- und Freigabesignale zuzuführen, wie erläutert in Verbindung mit Fig. 4. In Kenntnis dessen wird der Fachmann wissen, daß er die Leitungen 543 und 544 analog zu den Leitungen 145 und 152 in Fig. 4 an den Codierzähler 540 anschließen kann. Alternativ dazu kann der Fachmann die Schiebe^gister-Takt- und Freigabesignale auch von einem Ausgangsadresszähler 546 ableiten.

Dieser Ausgangsadresszähler 546 ist ein n-Bit-Zähler, der wie der Codierzähler durch den Ausgang von Flipflop 530 über die Leitungen 532, 537 einmal pro 2ⁿ+1-Taktsignale aktiviert wird. Der bit~parallele Ausgang des Ausgangsadresszählers gelangt zu einem Eingang 562 des Adress-Hultiplexers 560, und dieser

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gibt die dem Ausgang des Ausgangsadresszählers 546 entsprechende Adresszahl an den Datenspeicher 570 ab, und das sehr wichtige Bit vom Codferzähler 540 befindet sich an einem Eingang 563 während der Zeiten, in denen sich der Ausgang von Flipflop 530 auf Leitung 532 in einem hohen Zustand befindet. Auf diese Weise bestimmt der Ausgangsadresszähler, welcher Adressplatz dem RAM 570 an das Ausgangsregister 575 abgegeben wird. In manchen Fällen, beispielsweise wenn n=m ist, können vom Codierzähler 540 Ausgangsadressen gewonnen und somit auf den Ausgangsadresszähler 546 verzichtet werden. Alternativ dazu können solche Ausgangsadressen auf Anforderung von einem Rechner abgeleitet werden, welcher den PCM-Ausgang des Codierers verarbeitet.

Der Datenspeicher bzw. RAM 570 enthält ausreichend Speicherplätze für 2^ⁿ⁺ ' Worte von $e m-Bits, und man kann sich vorstellen, daß er die Ober- und Unterhälften von je 2ⁿ-Wortspeicherplätzen enthält. Im Verlauf von aufeinanderfolgenden Abtastperioden werden in Übereinstimmung mit dem logischen Zustand des sehr wichtigen Bit vom Codierzähler 540 abwechselnd die einen und die anderen Hälften adressiert, siehe hierzu Adress-Multiplexer 560 mit Eingängen 563 und 564. Ist der Ausgang von Flipflop 530 auf Leitung 532 in einem niedrigen Zustand, dann liefert der Adress-Multiplexer 560 dem RAM 570 über Leitungen 561 die Adressignale, welche den Codieradresszahlen an den Eingängen 564, 565 entsprechen. Ist der Ausgang des Flipflop

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dagegen hoch, dann liefert der Adress-Multiplexer dem RAM die Adressignale, welche der an den Eingängen 562, 563 präsenten Zahl entsprechen»

Bei der nachstehenden Betriebsbeschreibung der Schaltung von Fig. 5 sei angenommen, daß die Schaltung bereits vorher in Betrieb war und der RAM 570 in seiner Unterhälfte die während der unmittelbar vorhergehenden Abtastperiode erzeugten PCM-Code-Worte enthält. Beim Zählwert 2ⁿ~1 des MuItipiex-Adresszählers 520 gehen alle Signale auf den Leitungen 522 und 511 sowie das Überlaufsignal auf Leitung 523 hoch. Beim nächsten Zählwert 2ⁿ gehen sämtliche Leitungen 522, 511 auf Null. Beim nächsten Zählwert 2ⁿ+1 ist Flipflop 53OA noch gesetzt, so daß der Multiplex-Adresszähler gelöscht wird und auf Zählwert Null verbleibt, wie oben gesagt.

Zwischen den Zählwerten 2ⁿ+1 und 2ⁿ+2 ist der Ausgang von Flipflop 530 auf Leitung 532 hoch, so daß der Adress-Multiplexer dem RATi 570 über die Leitungen 561 die Adresszahl übermittelt, welche der Zahl im Ausgangsadresszähler 546 und dem sehr wichtigen Bit vom Codierzähler 540 an den Eingängen 562, 563 entspricht. Beim 2ⁿ+2-Zählwert wird das Ausgangsregister 575 durch den komplementären Ausgang von Flipflop 530 auf Leitung 533 angesteuert, so daß es über Leitung 571 die Information des RAM-Platzes aufnimmt, der durch Signale an den Eingängen 562, 563 des Adress-Multiplexers 560 adressiert ist.

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Der Codierzähler 540 macht beim Zählwert 2ⁿ+2 einen Schritt. Zwischen den Zählwerten 2ⁿ+2 und 2ⁿ+3 entspricht der Ausgang von Flipflop 515 auf Leitung 517 dem Zustand des ersten (d.h. Null.) Abtastverstärkers 120, während im Verlauf der vorhergehenden Zählung gewählt wurde. Da gemäß obenstehender Erläuterung der Multiplex-Adresszähler 520 für zwei Zählungen auf Null verbleibt, entspricht der Zustand auf Leitung 517 dem Ausgang des null-ten Abtastverstärkers für die Dauer des Zeitraums zwischen den Zählwerten 2ⁿ+1 und 2ⁿ+j5. Ob nun die Codierzahl auf den Leitungen 545 vom Codierzähler 540 in den RAM eingeschrieben wird, hängt ab vom Zustand des Ausgangssignals des abgetasteten Abtastverstärkers. Ist dessen Ausgang niedrig, was bedeutet, daß das zugehörige Koppelelement und das sich fortpflanzende elektrische Feld sich noch nicht gegenseitig beeinflußt haben, dann wird dieses niedrige Signal über ODER-Gatter 550, 555 zum Eingang "Schreibaktivierung" des RAM geleitet, und letzterer schreibt in den adressierten Speicherplatz das PCM-Ausgangswort ein, welches vom Codierzähler 540 auf den Leitungen 545 präsent ist. Liegt der Abtastvers tärker aus gang dagegen hoch, dann erfolgt keine Einschreibung in den RAM, und der adressierte Speicherplatz behält die Zahl, die bereits darin war. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Fortpflanzung der Änderung des elektrischen Feldes von Anbeginn ihrer Fortpflanzung bis kurze Zeit nach Beginn der Abtastp"eriode verzögert, siehe Beschreibung zu Fig. 4. Dadurch wird sihergestellt, daß sich sämtliche Abtastverstäi-ker anfangs im niedrigen Zustand be-

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finden. Das sehr wichtige Bit des Codierzählers ist niedrig, so daß verursacht durch den Inverter 548 das Signal am Anschluß 564 hoch liegt. Somit befindet sich der adressierte Speicherplatz in der Oberhälfte des RAM.

Die oben beschriebene Arbeitsweise mit dem Multiplexbetrieb der Abtastverstärker 120, dem Schrittbetrieb des Codierzählers 540 und der Ausgabe der codierten PCM-Werte von der vorhergehenden Abtastperiode wird fortgesetzt, bis der Codierzähler 2^m-Schritte bzw. Inkremente durchgeführt hat. Damit ist eine vollständige Abtastperiode durchlaufen, die 2^m(2ⁿ+1)-Taktsignale enthält und in deren Verlauf die PCM-Werte der Unterhälfte des RAM aus der vorhergehenden Abtastperiode hinaus gegangen sind und neue PCM-Werte in die Oberhälfte des RAM eingegeben worden sind. Zu diesem Zeitpunkt, d.h., beim 2^m+1-Schritt bzw. Inkrement des Codierzählers ändert das sehr wichtige Digit des Codierzählers den Zustand, und dadurch wird die Funktion der Ober- und ühterhälften des RAM vertauscht. D.h., während . der nächsten Abtastperiode werden neue PCM-Werte in die Unterhälfte des RAM eingegeben und die Werte der Oberhälfte ausgegeben. Ein besonderer Vorteil dieser Eingabe- und Ausgabe-Betriebsart besteht darin, daß die PCM-Werte während der gesamten Abtastperiode in gleichen Zeitschlitzen ausgegeben werden. Dies führt zu optimalen Bedingungen bei den Bandbreitenerfordernissen der Ausgangs-Hardware.

Es sei noch erwähnt, daß Schaltungsmittel vorhanden sind, um

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den Inhalt des RAM davor zu schützen, überschrieben zu werden, während vorhergehende PCM-Werte noch ausgegeben werden. Da die Ausgabe der vorhergehenden Daten in Abhängigkeit vom Überlauf des Multiplex-Adresszählers 520 erfolgt, wird der hochliegende Ausgang des Flipflop 530 überdie Leitung 532 zum Eingang 551 des ODER-Gatters 550 geleitet. Der Ausgang dieses ODER-Gatters 550 bildet auf Leitung 552 einen Eingang zum ODER-Gatter 559, welches sicherstellt, daß jegliche zum RAM gehende Aktiviersignale nur synchron mit einem Taktsignal am Schreib-Takteingang 553 auftreten können. Dieses Taktsignal besitzt die gleiche Taktfrequenz wie die Taktsignale an allen anderen Taktanschlüssen von Fig. 5, ist jedoch um den Bruchteil eines Zeitschlitzes durch nicht dargestellte Schaltungselemente verzögert, um sicherzustellen, daß der RAM keine Daten annimmt, bevor dieser Bruchteil eines Zeitschlitzes verstrichen ist und alle Signale auf den Leitungen 545 stabilisiert worden sind. Wie dem auch sei, auf jeden Fall ist der RAM intern so aufgebaut, daß er durch ein niedriges Signal auf Leitung 554 aktiviert wird und ein hohes Signal vom Flipflop 532 die Einschreibfunktion unterbindet. Schon auf diese Weise wird verhindert, daß neue Daten in den RAM gelangen, während der Ausgabeprozeß noch läuft.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel, vielmehr sind im Rahmen des Schutzumfangs zahlrejdie Abwandlungen möglich.

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ty

Leerseite

Claims

LUMBACH · WESER . SERGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radockeslra3e 43 8C00 München 60 Teleion (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Potentconsult Palentconsult Sonnenberger Straße 43 62C0 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsuit

WESTERN ELECTRIC COMPANY

INCORPORATED Alles - 1

NEW YORK N.Y. 10038 USA

Patentansprüche

1. Anordnung zur Erzeugung von der Position eines beweglichen Elementes abhängiger Signale, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leitungen (116) im Verlauf einer Oberfläche angeordnet, innerhalb einer Codiereinrichtung (101) mehrere Generatoren (200), von denen jeder eine zugeordnete Leitung in der Weise in einer Zeitfolge mit einer Spannung beaufschlagt, daß eine Änderung eines elektrischen Feldes erfolgt, die sich auf einer in dieser Oberfläche und senkrecht zur Längsachse der Leitungen (116) verlaufenden ersten Bahn (100) fortpflanzt, enthalten, dem beweglichen Element (110) ein im Verlauf einer gegenüber der ersten Bahn (100) äquidistanten zv/eiten Bahn positioniertes und nach Beeinflußung des sich ändernden elektri-

München: R. Kramor Dipl.-Ing. . W. Weser Di&l.-Phv»- Or. re-r. na!. · P. HirsJi Dipl.-Iig. · H. P. Brehm Dipl.-Chc-m. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blwnbiidi Dipl.-Ing. · P. Bsrgen Dipl.-Ir.g. Qr.jiir. . G. Zwirr.or Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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sehen Feldes ein Koppelsignal aufnehmendes Koppelelement (115) zugeordnet, mit dem Koppelelement (115) eine Abtasteinrichtung (120) zum Erzeugen eines Abtasisignals verbunden, und daß in der Codiereinrichtung (101) ferner Mittel zur Erzeugung eines für die Position des beweglichen Elementes (110) repräsentativen Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Abtastsignal vorhanden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Generator (200) erzeugte Spannung in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Zeitfolge ihr Potential in der Weise von einem ersten auf einen zweiten Wert verändert, daß eine Änderun g im elektrischen Feld um jede Leitung (116) herum eintritt, wenn sich das Potential von dem ersten auf den zweiten Viert verändert, und dadurch die sich im Verlauf der ersten Bahn (100) fortpflanzende Änderung des elektrischen Feldes erzeugt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Generator (200) erzeugte Spannung eine Wechselspannung ist, die jeder zugeordneten Leitung (116) für die Dauer einer vorbestimmten Zeitperiode zugeführt und dadurch die sich im Verlauf der ersten Bahn (100) fortpflanzende Änderung des elektrischen Feldes erzeiagt wird_o

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4. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zu der Codiereinrichtung (101) eine Zählschaltung (141...) zum Zählen von Taktimpulsen sowie mehrere Schieberegisterschaltungen (180...), die je einem Generator (200...) zugeordnet, an die Zählschaltung angeschlossen und mit mehreren ursprünglich einen ersten logischen Zustand führenden und in Abhängigkeit von der Zählschaltung anschließend auf einen zweiten logischen Zustand überführten Ausgangsanschlüssen versehen sind, die hören, und daß alle Generatoren (200...) Jeweils von einem zugeordneten der Schieberegistereingänge abhängig und mit mindestens einer zugeordneten Leitung (116...) verbunden sind, so daß in Abhängigkeit von einem Übergong in einer Signalwellenform von vorbestimmter Amplitude und Dauer das Potential in den zugeordneten Leitungen sich von einer ersten in eine zweite Spannung ändert.

5. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß vor der gegenseitigen Beeinflußung zwischen dem Koppelelement (115) und dem sich fortpflanzenden elektrischen Feld von der Abtasteinrichtung (120) ein erstes Spannungssignal, und nach dieser Beeinflussung ein zweites Spannungssignal abgegeben wird»

6ο Anordnung nach Anspruch 5, '

dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (101) in

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Abhängigkeit von den durch die Abtasteinrichtung (120) erzeugten ersten und zweiten Spannungssignalen Digitalsignale erzeugt.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalsignale eine inipulscodmodulierte Repräsentation der Position des Koppelelementes (115) zum Zeitpunkt der gegenseitigen Beeinflußung gegenüber dem sich fortpflanzenden elektrischen Feld enthalten.

8. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt mehrere bewegliche Elemente (110, 110a...) vorhanden sind.

9. Anordnung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere an je ein zugeordnetes Koppelelement (115) angeschlossene Abtasteinrichtungen (120) vorhanden sind; daß zu den Zählschaltungen ein erster und ein zweiter Zähler (520; 540) gehören; daß ein erster Multiplexer (510) mehrere Eingänge aufweist, die mit dem Ausgang (120B) jeder Abtasteinrichtung (120), dem ersten Ausgang des ersten Zählers (520) sowie einem Ausgang zur Bereitstellung eines dem logischen Zustand am Ausgang einer bestimmten, zur Abtastung in Abhängigkeit von Digital-

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Signalen am ersten Ausgang des ersten Zählers ausgewählten Abtasteinrichtung entsprechenden logischen Zustands verbunden sind; daß der zweite Zähler (540) eine erste vorbestimmte Anzahl von Zuständen zum Zählen von Taktsignalen während der Zeitabschnitte, in denen er durch ein Signal am zweiten Ausgang des ersten Zählers (520) aktiviert ist, und zum Ausgeben von der Anzahl gezählter Taktsignale entsprechenden Digitalsignalen aufweist; und daß ein mit einem ersten, zweiten und dritten Eingang versehener Datenspeicher (570) eine erste Speicherkapazität zum Speichern der am ersten Eingang empfangenen Ausgangssignale des zweiten Zählers in Speicheradressen in Übereinstimmung mit dem am zweiten Eingang empfangenen ersten Ausgang des ersten Zählers, was in Abhängigkeit von einem am dritten Eingang aufgenommenen logischen Zustand am Ausgang des ersten Multiplexers (510) erfolgt, vorhanden ist.

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