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VERFAHREN ZUR ZEITFEHLERKORREKTUR UND SCHALTUNGSANORD-NUNG ZUR DURCHFÜHRUNG
DIESES VERFAHRENS BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Zeitfehlerkorrektur gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung
zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Für verschiedene Aufgaben in der Regelungstechnik ist es notwendig,
bestimmte Spannungsverläufe, die durch eine stetige Funktion beschrieben werden
können, möglichst exakt zu differenzieren bzw. zu integrieren.
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Durch entsprechende Gegenkopplung eines Operationsverstärkers kann
diese Aufgabe mehr oder weniger genau gelöst werden. Von Nachteil ist jedoch die
damit verbundene frequenzabhängige Phasenverschiebung.
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Es sind auch bereits Schaltungen bekannt, die nach einer Analog-Digital-Wandlung
die eigentliche Aufgabe
digital lösen. Zur Rückgewinnung eines Analogwertes
ist jedoch eine Digital-Analog-Wandlung erforderlich.
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Auch Eimerketten-Schaltungen mit entsprechender Gewichtung der einzelnen
Anzapfungen sind bekannt, die den Aufbau von Filterschaltungen und die Gewinnung
von Differentialquotienten erlauben.
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Die oben erwähnten Schaltungen arbeiten jedoch entweder ungenau oder
sind mit recht hohen Kosten verbunden.
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Aus dem deutschen Patent 27 53 535 ist ein Verfahren zur Zeitfehlerkorrektur
von Video signalen, vorzugsweise von Bildspeichergeräten kommenden Videosignalen
bekannt, bei dem die für eine Synchronisation verwertbaren unverzögerten Impulse
des unverzögerten Videosignals aus diesem abgetrennt und in einem ersten Phasenvergleich
mit entsprechenden Impulsen eines Referenzsignals verglichen werden. Das sich ergebende
Fehlersignal wird einem Stellglied zugeführt, durch das die Verzögerung entsprechend
gesteuert wird. In einer der steuerbaren Verzögerungsstufe vorgeschalteten ersten
Verzögerungsstufe wird das Signal dabei um einen festen Betrag von mindestens einer
ganzen Zeilenperiode verzögert. Durch diese zusätzlich vorhandene, vorgeschaltete
erste Verzögerungsleitung mit fester bzw. fest einstellbarer Verzögerung wird eine
Vorausregelung ermöglicht, so daß die Regelung bereits
voll wirksam
ist, wenn das in der ersten Verzögerungsleitung mit fester Verzögerungszeit beispielsweise
um eine volle Zeilenperiode verzögerte Video signal am Eingang der steuerbaren Verzögerungsleitung
eintrifft.
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Zur Messung des vorliegenden Zeitfehlers erfolgt dabei eine Phasenmessung
zwischen der Horizontalfrequenz der vom Band kommenden Signale und einer festen
Frequenz.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 28 33 855 ist eine Schaltungsanordnung
zur Korrektur von Zeitfehlern bei der Wiedergabe von Videosignalen mit Hilfe mindestens
eines analogen Schieberegisters bekannt, dessen Verzögerungszeit durch die Taktfrequenz
eines Steueroszillators veränderbar ist. Am Ausgang des Schieberegisters wird das
Videosignal in Abhängigkeit von einem aus dem Vergleich zwischen Zeilensynchronimpulsen
und Referenzimpulsen von einem Phasenvergleicher abgegebenen Fehlersignal zeitlich
korrigiert. Die Regelung geht in der Totzeit zwischen zwei Meßwerterfassungen von
einem dem letzten Meßwert entsprechenden und exponentiell sich dem langfristigen
Mittelwert nähernden Wert aus. Die hier verwendete geschlossene Regelschleife weist
eine hohe Regelsteilheit auf und reduziert dennoch die Regelschwingungen auf ein
Mindestmaß. Auch bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird zur Messung des vorliegenden
Zeitfehlers die Phasenmessung verwendet.
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Bei Geräten mit Längsspuraufzeichnung ist eine Messung des Zeitfehlers
nach der Phasendifferenzmethode deshalb unbefriedigend, weil wegen der hohen kurzzeitigen
Zeitfehler sowie wegen des auftretenden Keversierens die Übereinstimmung mit der
Keferenzfrequenz nicht immer gegeben ist bzw. kurzfristig verloren gehen kann. In
diesem Fall liefert die Phasenmessung dann undefinierte Ergebnisse und es ist sehr
schwierig, die beiden segelkreise (Antrieb und Zeitfehlerausgleich) so zu optimieren,
daß unter allen Betriebsbedingungen die kürzeste Einfangzeit und ein geringer Restfehler
gewährleistet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
zum Zeitfehlerausgleich zu schaffen, die auch bei relativ hohen kurzzeitigen Zeitbasisabweichungen
und bei Reversierbetrieb zuverlässig arbeiten.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 bzw. im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegebenen Maßnahmen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis
5 bzw. 7 bis 14.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfigur
beispielsweise erläutert.
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Die Zeichnungsfigur zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß
eine Zeitdauermessung durchgeführt werden kann, da die Phasenmessung das Integral
einer solchen Zeitdauermessung darstellt.
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Eine Eimerkettenschaltung (CCD), die mit veränderlicher Taktfrequenz
betrieben wird, erzeugt an ihrem Ausgang Veränderungen der Zeitbasis, die den ersten
Differentialquotienten der Steuerspannung liefert, die diese Taktfrequenz verändert.
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Die aus der Zeitdauermessung erhaltene Regelspannung wird deshalb
möglichst genau und ohne nennenswerte Signallaufzeit integriert, um so eine wirksame
Beseitigung der Zeitfehler zu erreichen.
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Aus den ankommenden Videosignalen werden zunächst mittels eines Amplitudensiebes
11 und eines Zeitfilters 12 die Zeilenimpulse gewonnen. Aus einer Flanke der so
erhaltenen Zeilenimpulse werden zwei zeitlich aufeinanderfolgende schmale Steuerimpulse
gewonnen, die zur Steuerung des Lade- und Entladevorganges eines Entladekondensators
18 bzw. der Weiterleitung der Restladung
dieses Entladekondensators
an einen Haltekondensator 24 verwendet werden. Die jeweilige Spannung des Haltekondensators
24 wird - ggf. über weitere Stufen - als Istwert einem Regelsystem mit vorgegebenem
Sollwert zugeführt.
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Der Sollwert kann beispielsweise ein über eine vorgestimmte Zeit sich
ergebender Mittelwert der einzelnen Istwerte sein. Die von einem dem Haltekondensator
24 nachgeschalteten Spannungsfolger 25 kommenden Signale werden einerseits über
einen elektronischen Schalter 27 dem einen Belag eines Zwischenspeicherkondensators
28 zugeführt. Gleichzeitig werden die vom Spannungsfolger 25 kommenden Signale einem
Mittelwertsbildner 26 zugeführt, von dem aus sie über einen elektronischen Schalter
29 dem anderen Belag des erwähnten Zwischenspeicherkondensators 28 zugeführt werden.
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Die Ladung des ersten Belags des Zwischenspeicherkondensators 28 wird
über einen elektronischen Schalter 30 einem Integrationskondensator 31 als positive
oder negative Ladungsmenge zugeführt. Diese Ladungsmenge stellt die Differenz zwischen
dem sich mit niedriger Frequenz ändernden Mittelwert und dem letzten Istwert dar
und führt zu einer entsprechenden Aufladung bzw.
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Entladung des Integrationskondensators 31, dessen Ladung somit dem
jeweiligen aktuellen lntegrationswert entspricht.
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Bei einer zeilenfrequenten Abtastperiode wird der Integrationswert
nach jeweils einer Zeilenperiode aktualisiert. Selbstverständlich können auch andere
Abtastperioden gewählt werden. Dabei bietet es sich an, den gewünschten Abtastperioden
entsprechend die Zeilensynchronimpulse ggf. herauf- bzw. herunterzuteilen.
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Dem lntegrationskondensator 31 ist ein weiterer Spannungsfolger 32
nachgeschaltet, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang eines Regelspannungsverstärkers
33 verbunden und über einen elektronischen Schalter 34 mit dem zweiten Belag des
Zwischenspeicherkondensators 28 verbindbar ist. Die elektronischen Schalter 27 und
29 einerseits sowie 30 und 34 andererseits werden gruppenweise gleichzeitig angesteuert,
wobei die einzelnen Gruppen im Verhältnis zueinander im Gegentakt angesteuert werden.
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Die Kapazität des Integrationskondensators 31 ist erheblich höher
als die des Zwischenspeicherkondensators 28.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kapazität des Integrationskondensators
31 mindestens zehnmal so groß zu wählen wie die des Zwischenspeicherkondensators
28.
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Wenn auch der jeweils vorletzte Istwert kurzfristig zwischengespeichert
wird und eine Differenz aus dem zwischenzeitlich abgespeicherten vorletzten und
dem letzten Istwert gebildet wird, bietet sich mit einer
entsprechenden
Schaltung die Möglichkeit, auch den Differentialquotienten zu ermitteln. Das beschriebene
Verfahren eignet sich somit nicht nur zur Integration, sondern auch zur Differentiation.
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Das am Eingang 10 anstehende Videosignal, das beispielsweise von einem
Band- oder Plattenspeicher kommt, wird zunächst einem Amplitudensieb 11 zugeführt,
dem ein Zeitfilter 12 nachgeschaltet ist. Dem Zeitfilter 12 wiederum sind zwei zueinander
in Serie liegende monostabile Multivibratoren 13 und 14 nachgeschaltet. Der Ausgang
des ersten monostabilen Multivibrators 13 ist einerseits über einen Inverter 15
mit dem Steuereingang eines in einem später noch näher zu beschreibenden Entladekreis
liegenden elektronischen Schalters 16 verbunden. Darüber hinaus ist der Ausgang
des ersten monostabilen Multivibrators 13 mit dem Steuereingang eines später noch
zu beschreibenden elektronischen Schalters 17 verbunden.
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Von der Kückflanke des Ausgangsimpulses des ersten monostabilen Multivibrators
13 wird der zweite Multivibrator 14 angestoßen.
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Der Entladekreis besteht aus einem Entladekondensator 18, einem Widerstand
19 und dem bereits erwähnten ersten elektronischen Schalter 16, wobei die beiden
letzten Elemente auch durch eine geschaltete Konstantstromquelle 20 ersetzt werden
können. Der Ausgang des zweiten
monostabilen Multivibrators 14
ist über eine Diode mit dem Verbindungspunkt 22 zwischen dem Entladekondensator
18 und dem Widerstand 19 verbunden. Diese Diode kann auch durch einen Schalttransistor
21 ersetzt werden. Über die Diode bzw. den Schalttransistor 21 wird der Entladekondensator
18 zunächst aufgeladen. Über den im leitenden Zustand befindlichen ersten elektronischen
Schalter 16 und den Widerstand 19 oder die gesteuerte Konstantstromquelle 20 wird
der Entladekondensator 18 kontinuierlich entladen. Dies geschieht solange, bis der
erste elektronische Schalter 16 mittels eines über den Inverter 15 kommenden Impulses
in den nichtleitenden Zustand gesteuert wird. Der sich dann ergebende jeweilige
Ladezustand des Entladekondensators 18 ist somit ein Maß für die Zeit bis zum Eintreffen
des Steuerimpulses für den ersten elektronischen Schalter 16. Die Restspannung des
Entladekondensators 18 wird über einen Spannungsfolger 23 und den bereits zuvor
erwähnten zweiten impulsgesteuerten elektronischen Schalter 17 einem Haltekondensator
24 zugeführt. Dem Haltekondensator 24 ist ein zweiter Spannungsfolger 25 nachgeschaltet,
dessen Ausgangssignal einerseits über einen elektronischen Schalter 27 einem ersten
Belag eines Zwischenspeicherkondensators 28 und andererseits einem Mittelwertbildner
26 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 26 wird über einen
elektronischen Schalter 29 dem anderen Belag des Zwischenspeicherkondensators
28
zugeführt. Über einen elektronischen Schalter 30 wird die auf dem ersten Belag des
Zwischenspeicherkondensators 28 vorhandene positive oder negative Ladungsmenge einem
Integrationskondensator 31 zugeführt, dessen jeweilige Ladung damit ein Maß für
den aktuellen Integrationswert darstellt. Uber einen Spannungsfolger 32 wird dieser
Spannungswert des Integrationskondensators 31 einem ersten Eingang eines Regelspannungsverstärkers
33 zugeführt.
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Der dem Regelspannungsverstärker 33 über den Spannungsfolger 32 zugeführte
Wert entspricht (gemäß der bereits oben erläuterten Bedeutung der Integration der
jeweiligen Zeitdauern) einer Phasendifferenz. Dem zweiten Eingang des Regelverstärkers
33 wird eine Gleichspannung zugeführt, die der Ruhefrequenz (Mittelfrequenz) eines
VCO entspricht. Das Ausgangssignal des Kegelspannungsverstärkers 33 dient als Steuersignal
eines VCO für die Taktfrequenzsteuerung einer CCD-Leitung.
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Das oben geschilderte Verfahren sowie die ebenfalls oben beschriebene
Schaltungsanordnung ermöglichen auch dann eine einwandfreie und ungestörte Steuerung,
wenn - wie bei der Längsspur-Bildaufzeichnung - hohe kurzzeitige Zeitfehler und
Reversierbetrieb vorliegen.
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