DE3135158A1 - Zeitintervall-messanordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zeitintervall-Meßanordnung, mit der der Anfang und/oder das Ende eines Intervalls durch eine Amplitudeneigenschaft eines elektrischen Signals bestimmt wird. Die Amplitudeneigenschaft kann ein spezifischer Amplitudenwert sein, es kann jedoch auch beispielsweise ein Maximum oder ein Minimum sein, dessen exakter Amplitudenwert nicht bekannt ist oder nicht bekannt sein muß. Die Erfindung ist insbesondere für sehr akkurate Zeitintervall-Messungen geeignet, die in Verbindung mit stabilen wiederholt auftretenden Wellenformen ausgeführt werden, welche ein relativ niedriges Signal/Rausch-Verhältnis besitzen.

Erfindungsgemäß enthält eine Zeitintervall-Meßanordnung eine Einrichtung zur Aufnahme eines Signales mit einer wiederholt auftretenden Wellenform und zeichnet sich aus durch eine Einrichtung zum Bestimmen der Amplitude der Wellenform an einem ausgewählten Punkt der Wellenform durch wiederholtes Abtasten des Signals an dem ausgewählten Punkt in der Weise, daß fortschreitend der Abtastwert geändert wird, um ihn in Übereinstimmung mit dem Signalwert an dem ausgewählten Punkt zu bringen, und durch eine Einrichtung zum Ändern des Abtastzeitpunktes in der Weise, daß der angewählte Punkt so lange geändert wird, bis die gemessene Amplitude mit einem vorbestimmten Amplitudenzustand übereinstimmt, und durch eine Einrichtung zum Bestimmen des Abtastzeitpunktes bei der Übereinstimmung .

Der Amplitudenzustand kann ein vorbestimmter Amplitudenwert sein, oder er kann eine Funktion eines anderen Amplitudenwertes sein oder kann durch das Profil der Wellenform bestimmt .sein. Spezifische Beispiele dieser unterschiedlichen Amplitudenzustände werden in der Figurenbeschreibung erläutert.

Die Erfindung wird beispielsweise nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt%

Fig. 1 bis 5 erklärende Schaubilder für die Verwendung

von Amplitudenmessungen zur Bestimmung von Zeitintervallen,

Fig. 6 eine Araplitudenmeßschaltung, die Teil der

vorliegenden Erfindung bildet,

Fig., 7 und 8 Einzelheiten der Schaltung nach Fig„, 6 „

Fig„ 9 Zeitschaltbilder von in der Schaltung nach

Fig. 6 auftretenden Wellenzügen_y und

Fig„ 10 einen Teil.einer Zeitintervall-Meßschaltung

der erfindungsgemäßen Art.

Die Erfindung ist besonders zur Ausführung sehr genauer Messungen an wiederholt auftretenden elektrischen Signalen geeignet, wie sie beispielsweise Fernseh-Wellenformen darstellen, die mit Zeilen- oder Bildfrequenz wieder auftreten» Ein Fernseh-Wellenform enthält nicht nur Bildinformation, sondern auch speziell eingesetzte Ifellenforxn abschnitte,, die als Einsetz-Testsignale bezeichnet werden und eine Messung der Qualität des Fernsehsignals ermöglichen» Eine sorgfältige Messung der Wellenform kann wertvolle Information über die Art des Weges ergeben, über welchen das Signal ausgesendet iSt^, und über das dadurch erzeugte Verzerrungsausmaß <, Fern= sehsignale enthalten· Hochfrequenzbestandteile₅ und es ist Viichtig,, daß die Profile der bestimmten Frequenzbestandteile der Wellenform sehr genay bekannt und übe^-racht werden. Relativ geringfügige Amplituden- oder Zeitpunkt-Abweichungen können die Qualität des Fernsehbildes und ebenso den Betrieb

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eines Fernsehmonitors ernsthaft verschlechtern. Aus diesem Grund sind spezialisierte Testgeräte verfügbar, um die Fernsehwellen formen zu erzeugen und die Verschlechterung der Wellenform zu überwachen, die beim Durchlaufen der gesamten Fernsehsendeverbindung oder eines Teiles davon auftritt. Es ist selbstverständlich notwendig, die spezialisierte Testausrüstung zu eichen, und, um ein ausreichendes Zutrauen zur Genauigkeit zur Testausrüstung zu erzielen, wird diese mit einer Genauigkeit geeicht, die zumindest eine Größenordnung über der Genauigkeit der mit ihr auszuführenden Abschlußmessungen liegt. Die vorliegende Erfindung ist zur Ausführung von Messungen an der Eichausrüstung selbst geeignet.

Es ist oft notwendig, den Zeitpunkt des Auftretens eines Signalimpulses oder den Zeitpunkt, an dem die Amplitude einer Wellenform einen bestimmten Schwellwert durchläuft, zu kennen. Es kann sehr schwierig sein, solche Messungen genau auszuführen, da die Wellenform immer Rauschen oder Bildzittern in größerem oder geringerem Ausmaß überlagert enthält. Es kann sehr mühsam sein, solche Messungen sozusagen "von -Hand" mittels eines Systems auszuführen, bei dem ein Beobachter einen Wellenzug oder eine Wellenform an einem Bildschirm, beispielsweise an einem Oszillographen, beobachtet. Solche Messungen können meist nicht mit der erforderlichen Genauigkeit verläßlich und wiederholbar ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung verwendet einen Abtastimpuls, um die Amplitude der Signalwellenform an einem vorbestimmten Punkt abzutasten. Der Zeitpunkt, an dem der Abtastimpuls auftritt, ist genau bekannt, und wird so lange geändert, bis der erforderliche Amplitudenwert erfaßt ist. Auf diese Weise können die Zeiteigenschaften oder das Zeitverhalten der Wellenform sehr genau bestimmt werden, indem der Zeitpunkt erfaßt wird, zu welchem der Abtastimpuls die erwünschte Amplitude aufnimmt. Bei einer Fernsehwellenform sind Synchronisations-

— ν —

impulse enthalten, die genau den Zeilenanfang oder den Bildanfang bestimmen, und es ist sehr häufig notwendig, den Zeitpunkt des Auftretens eines Ereignisses in der Fernsehwellenform mit Bezug auf den Synchronisationsimpuls zu bestimmen. Demzufolge betrifft die interessierende Zeitmessung den zwischen dem zugehörigen Synchronisationsimpuls und dem vorbestimmten Amplitudenwert auftretenden Zeitabstand„

Es ist häufig erforderlich, den Zeitabstand zu kennen„ der zwischen zwei vorbestimmten Punkten in einer Wellenform verstreicht, und das kann erfindungsgemäß dadurch leicht erreicht werden, daß die Zeit zwischen dem Auftreten jedes Ereignisses mit Bezug auf einen gemeinsamen Markierungspunkt, d.h„ einem gemeinsamen Synchronisationsimpuls, bestimmt wird. Ein System dieser Art wird mit Bezug auf Fig. 1 und 2 erläutert«

Fig. 1 zeigt eine wiederholt auftretende Wellenform, die zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten 61, 62 und 63 einen bestimmten Amplitudenwert 60 durchläuft, und es wird angenommen, daß der Zeitintervall zwischen den Punkten 61 und 63 zu messen ist. Wie Fig. 2 zeigt, wird ein Abtastimpuls 64 benutzt, um die Wellenform zu einem variabel anwählbaren Zeitpunkt abzutasten. Der Abtastimpuls 64 ist mit dem Punkt 61 annähernd ausgerichtet, und die erhaltenen Amplituden-Meßwerte werden mit dem erforderlichen Schwellwert 60 verglichen. Die exakte Lage des Punktes 61 kann in einer Anzahl von-verschiedenen Weisen bestimmt werden, jedoch wird zur Vermeidung grober Fehler der Abtastimpuls 64 nur innerhalb eines relativ engen Fensters zugelassen. In Fig= 1 und 2 sind jeweils Fenster 65 bzw. 66 für die Abtastimpulse 64 bzw, 68 vorgesehen» Falls das Fenster relativ eng oder schmal ist, kann die Lage der Äbtastimpulse 64 bzw. 68 stetig von einer Seite des Fensters zur anderen verschoben werden, bis der gewünschte Amplitudenschwellwert erfaßt wird. Alternativ kann dann, wenn das

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annähernde Profil der Wellenform in der Nähe des Punktes 61 bekannt ist, der Abtastzeitpunkt durch Annäherungsbefehle gesteuert werden; wenn beispielsweise zu irgendeinem Zeitpunkt der abgetastete Amplitudenwert geringer als der Schwellwert 60 ist, dann wird bei einem zunehmenden Wellenformabschnitt der Abtastzeitpunkt verzögert, bei einem abfallenden Wellenformabschnitt verfrüht usw.

In jedem Fall ist der Zeitpunkt des Auftretens des Abtastimpulses 64 genau mit Bezug auf einen Synchronisationsimpuls 67 bekannt, der in Fig. 2 zum Zeitpunkt t = 0 auftritt. Durch Bestimmung des Zeitintervalls zwischen dem Synchronisationsimpuls und den Abtastimpulsen 64 bzw. 68, welche den Punkten 61 bzw. 63 entsprechen, kann der Zeitabstand /St zwischen dem Auftreten der beiden Punkte leicht und einfach errechnet werden. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß nur ein sehr geringer Eingriff des Beobachters erforderlich ist,z.B. in dem gezeigten Fall das annähernde Setzen der beiden Fenster 65 bzw. 66. In einigen Fällen ist nicht einmal diese Betätigung notwendig, da dann, wenn ein bestimmter Amplitudenwert nur einmal in einer Wellenform auftritt, es nur notwendig ist, daß die Abtastimpulse diesen Wert suchen.

Der erforderliche Zeitabstand kann auch nur als Amplitudenzustand der Signalwellenform bekannt sein. Beispielsweise kann es erforderlich sein, die Stellung einer Spitze (Maximum) oder eines Tales (Minimum) in der Wellenform zu identifizieren und zu messen. Eine derartige Situation ist in Fig. 3 dargestellt, und der Spitzenwert Qn wird nach dem Iterationsprinzip gefunden. Das Fenster entspricht dem Abstand zwischen den Punkten fY) und f2j , und die Amplitude der Wellenform wird an diesen beiden Extrempunkten gemessen. Die Amplitude wird dann an einem in der Mitte zwischen den Punkten (V) und

(2j liegendem Punkt \3j und darauffolgenden weiteren Punkten gemessen, die wiederum in der Mitte zwischen zwei vorhergehend erfaßten Punkten mit den größten Amplituden liegen. Dieses Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis der tatsächliche Spitzenwert aufgefunden .ist. Sobald dieser gefunden ist, ist seine Lage sehr genau und präzise bekannt, da der Zeitpunkt der Abtastimpulse genau bekannt ist. Die Genauigkeit des Meßvorganges hängt nur von der Genauigkeit ab, mit welcher der Abtastimpuls eingestellt werden kann, vorausgesetzt, daß die Amplitudenmessung selbst nicht durch Rauschen oder Zittern beeinflußt ivird„ Die Art der Ausführung dieser Amplitudenmessungen, zur Vermeidung der genannten Schwierigkeit wird später insbesondere mit Bezug auf Fig» β bis 9 beschrieben.

Fig« 4 zeigt einen weiteren Amplitudenzustand, bei dem es erforderlich ist, die Lage des Amplituden-Halbwertes an der Anstiegskante eines Impulses zu bestimmen„ Die Fenstergrenzen werden hier so eingestellt, daß sie auf horizontalen Anteilen der Wellenform liegen, die weit genug von der Anstiegkante selbst entfernt sind. Der Anstiegskanten-Mittelpunkt oder Halbamplitudenpunkt wird durch einen iterativen Vorgang ähnlich dem mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen erhalten.

Wenn der Äbtastimpuls nach einer Anzahl von Iterationszyklen die korrekte Stellung auf der Wellenform erreicht hat, kann die Auswirkung von Rauschen durch eine Mittelwertsbildung der Einzelstellungen der Äbtastimpulse bei einer großen Anzahl von Äbtastvorgängen eliminiert werden» Das dabei benutzte Verfahren zur Mittelwertsbildung wird nachfolgend im einzelnen mit Bezug auf den Betrieb der in Fig„ 6 dargestellten Schaltung beschrieben.

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Für die Halbamplitudenbildung wird ein Rückkoppelsignal an die Abtastschaltung angelegt, das den erforderlichen Grenz- oder Schwellpegel, bezogen auf einen Referenzpegel an der Wellenform, z.B. Punkt (T) in Fig. 4,darstellt. Der Referenzoder Bezugspegel kann während der ganzen Zeit der Mittelwertsbildung durch einen Abtast-Verschachtel-Vorgang überwacht werden, wie er nachfolgend beschrieben wird, so daß der Referenzpegel automatisch nachgestellt werden kann, um einer etwa vorhandenen Gleichspannungs-Abdriftung zu folgen, die an dem Signal während der Mittelwertbildungszeit auftreten kann, und die sonst Fehler in den Grenzwertpegel einführen kann. Nachdem jeweils eine Abtastung am Grenzwertpegel durchgeführt wurde, wird das den Spannungsunterschied zwischen dem Signalpegel zum Abtastzeitpunkt und dem Rückkopplungssignal repräsentierende Signal dazu benutzt, die Einstellung des Abtastimpuls-Zeitpunktes zu ändern, um für den nächsten Abtastzyklus am Schwellwert bereit zu sein.

Damit die Einstellung der Abtastdmpuls-Zeitgebung i_m richtigen Sinn in Abhängigkeit von der Polarität eines die vorhergehende Abtastung repräsentierenden Signals geändert wird, muß bekannt sein, ob die Neigung der Wellenform beim Durchgang durch den Schwellwert positiv oder negativ ist. Zusätzlich muß die annähernde Größe der Steigung bekannt sein, damit die Nachstellung der Abtastimpuls-Zeitgebung annähernd in der richtigen Proportionalität zu dem Spannungspegelfehler erfolgt, um sicherzustellen, daß das System mit optimaler Empfindlichkeit arbeitet. Diese Information kann entweder durch angemessene Instruktionen aus der vorherigen Kenntnis der Wellenform abgeleitet werden, oder sie kann durch vorangehende Messungen > der Wellenform unter Benutzung des Abtastsystems in der Umgebung des erforderlichen Wellenformabschnittes durchgeführt werden, ausgewählt durch die Fenster 65 oder 66.

Dieser Vorgang wird durch ein Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 erläutert, in der die Steigung der Wellenform in der Umgebung der Grenzwertspannung ν_φ den Wert —- besitzt.

^x dt

Wenn bei -einer einzelnen Abtastung zum Zeitpunkt t. der Abtastwert sich vom Wert V_ um die Differenz Δ.ν unterscheidet, und wobei diese Differenz von Signalrauschen herrühren kann, dann muß die Einstellung des Abtastimpulszeitpunktes so geändert werden, daß der nächste Abtastimpuls zum Zeitpunkt t~= t_r -At erfolgt,

Da /\t proportional zu ZaV ist und beide Polaritäten besitzen kann, sind die Verteilungen von /\t und Δ-V um ihre Mittelwerte gleich, und wenn genügend Abtastwerte genommen werden, so daß der Mittelwert Δν Null ist, ergibt sich, daß der Mittelwert von ZA.t ebenfalls Null ist, und damit stellt der Durchschnittswert von t die wahre Lage der Wellenform am Grenz- oder Schwellwert V_T dar.

Damit ergibt sich durch den Vorgang die Möglichkeit„ Auswirkungen von Rauschen "auszumitteln", um die wahre Mittelstellung des angewählten Pegels an der Wellenform zu finden, unabhängig von der Größe und dem Vorzeichen der Steigung der Wellenform beim Durchlaufen dieses Pegels.

Fig. 6 zeigt in Blockform ein Abtast-Meßsystem,, das besonders zur Ausführung von sehr genauen Amplitudenmessungen an spezifizierten Abschnitten einer Fernsehwellen form geeignet ist. Das Fernseh-Videosignal wird über eine Eingangsklemme 2 an eine Äbtastbrücke 1 angelegt. Die Art der Abtastbrücke 1

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wird im einzelnen mit Bezug auf Fig. 7 später beschrieben, jedoch kann jetzt kurz gesagt werden, daß die Abtastbrücke als eine Torschaltung unter Steuerung eines Torimpulsgenerators 3 arbeitet, der so wirkt, daß er das Tor zu einem Zeitpunkt durchlässig macht, der durch eine Zeitgeberschaltung 4 bestimmt ist. Synchronisationsimpulse werden über eine Eingangsklemme 5 mit der Fernsehzeilenfrequenz an die Zeitgeberschaltung 4 angelegt. Beim Empfang der Torimpulse von dem Torimpulsgenerator 3 wird die Äbtastbrücke 1 während eines kurzen Zeitabschnitts leitend und läßt zu, daß sich ein Speicherkondensator 6 bis zum Abtastwert auflädt. Da die Durchlässigkeitszeit oder Leitzeit der Abtastbrücke 1 extrem kurz ist, d.h. in der Größenordnung 1 ns liegt, lädt sich der Kondensator 6 nicht notwendigerweise vollständig bis zum Pegel des erfaßten oder abgetasteten Videosignals auf. Der im Speicherkondensator 6 gehaltene Abtast- oder Erfassungswert wird über einen Koppelkondensator 7 an einen Puffer-Verstärker 8 mit einem Verstärkungsfaktor 1 weitergeleitet. Diese Spannung wird daraufhin mittels eines weiteren Verstärkers 9 mit einem genau voreingestellten Verstärkungsfaktor, in diesem Fall dem Verstärkungsfaktor 64, verstärkt'. Nach der Verstärkung wird das Analogsignal an einen Analog/Digital-Wandler 10 weitergeleitet, der eine relativ geringe Genauigkeit besitzt, jedoch sehr schnell arbeitet. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet dies, daß der Wandler 10 typischerweise ein 8 Bit-Wandler ist, wenn auch eine möglicherweise 16 Bit entsprechende Genauigkeit endgültig erforderlich ist. Die Verwendung eines 8 Bit-Wandlers erlaubt eine rasche Wandlung der über den Kondensator 7 gekoppelten Spannung in Digitalform.

Es ist einzusehen, daß der Analog/Digital-Wandler 10 als Ausgangssignal nicht etwa ein Digitalwort abgibt, das bereits beim ersten Abtastvorgang eine genaue Darstellung der Amplitude

des abgetasteten Videosignals bildet. Das von dem Wandler 10 erzeugte Digitalwort wird an einen kumulativen Speicher 11 und gleichzeitig an eine Pegelüberwacherschaltung 12 weitergeleitet. Der kumulative Speicher 11 arbeitet so, daß er das zuletzt empfangene Digitalwort zu dem bereits im Speicher befindlichen Inhalt addiert. Die in dem Speicher 11 befindliche kumulative Summe wird dann über einen"Digital/Analog-Wandler 13 an eine Rückkopplungsbrücke 15, an einen Brückenvorspannungskreis 14 und an das untere Ende des Speicherkondensators 6 weitergeleitet. Die Rückkopplungsbrücke 15 ist so ausgelegt, daß der Kondensator 6 gezwungen wird, den Pegel, der dem Inhalt des kumulativen Speichers 11 zwischen den Abtastzeitpunkten entspricht, zu halten, und dieser kann sich deshalb nicht mit dem Leckstrom der Abtastbrücke 1 und dem Leckstrom des Koppelkondensators 7 entladen. Die gleiche, an dem unteren Ende des Speicherkondensators 6 anliegende Spannung verhindert ein Lecken durch den Speicherkondensator zwischen den Abtastzeitpunkten und hält das Lecken durch den Speicherkondensator

während der Abtast- und der Analog/Digital-

Wandlungszeit äußerst gering, während welcher die Rückkopplungsbrücke 15 sperrt. Der Brückenvorspannungskreis 14 wirkt so, daß er der Abtastbrücke 1 zwei Vorspannungssignale zuführt, die,jeweils ein positives und ein negatives Signal, mit Bezug auf den Inhaltspegel des kumulativen Speichers 11 feststehen-Dadurch wird sichergestellt, daß die Äbtastbrücke 1 eine korrekte Vorspannung erhält.

Die Rückkopplungsbrücke 15 besteht einfach aus vier Dioden 53, 54, 55, 56, die nach der Darstellung in Fig. 8 in einem Brückenaufbau verbunden sind, wobei AnSteuerungseingänge 60 und 61 von der Zeitgeberschaltung 4 mit Eingangssignalen versorgt werden, wobei ein Ansteuerimpuls über einen Inverter 57 gewandelt oder gekehrt wird. Die Klemme 50 der Brücke ist mit der Verbindungsstelle zwischen den Kondensatoren 6 und 7

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verbunden und die Klemme 51 wird vom Wandler 13 angesteuert. Die Rückkopplungsbrücke 15 wird so betrieben, daß sie während der Leitzeit der Abtastbrücke 1 eine sehr hohe Impedanz ergibt, so daß der Kondensator 6 sich unter Beeinflussung durch das abgetastete Videosignal aufladen kann. Sobald jedoch der Abtastwert genommen und die Abtastbrücke 1 in den Sperrzustand gelangt ist.unter Beeinflussung durch den Torimpulsgenerator 3, und der Analog/Digital-Wandler 10· seinen Wandelzyklus durchlaufen hat, wird die Rückkopplungsbrücke 15 voll leitend, so daß sie das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 13 an den Kondensator 6 überträgt und so dessen Spannung zwischen den Abtastzeitpunkten konstant hält.

Die Klemmbrücke 16 ist identisch zu der Darstellung in Fig. aufgebaut, jedoch ist in diesem Fall die Klemme 50 mit einer Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 7 und dem Verstärker

8 verbunden, die Klemme 51 liegt an Erde und die Ansteuerimpulse werden von der Zeitgeberschaltung 4 erhalten, wobei einer dieser Impulse gegenüber dem anderen mittels des Impulsinverters 58 gekehrt oder invertiert ist.

Die Rückkopplungsbrücke .15 und die Brückenvorspannuhgsschaltung 14 wirken so, daß beim Auftreten des Abtastzeitpunkts die Spannung des Speicherkondensators 6, die den Abtastwert repräsentiert, sich nur um den Unterschied zwischen seinem vorher genommenen Wert und dem neuen Abtastwert ändert. Wenn diese Differenz immer noch ziemlich groß ist, kann der Kondensator 6 den tatsächlichen Wert der Abtastgröße auch beim zweiten Auftreten noch nicht erreichen, sondern es kann einige Abtastzeiträume dauern, bis dies der Fall ist. Der Spannungsschritt, d.h. die Spannungsänderung des Speicherkondensators 6, wird durch den Koppel-Kondensator 7 und die Verstärker 8 und

9 an den Analog/Digital-Wandler 10 weitergegeben. Während des Zeitraums, in dem die Analog/Digital-Wandlung stattfindet, werden die Rückkopplungsbrücke 15 und die Klemmbrücke 16 gesperrt, so daß die vom Wandler erhaltene Spannung durch die Ausgangssignale des Digital/Analog-Wandlers 13 nicht beeinflußt wird.

Der periodische Abtastvorgang läuft weiter, wobei der Speicherkondensator progressiv seine Spannung ändert, bis er den Wert des abgetasteten oder erfaßten Punktes der Wellenform erreicht. Der Pegelmonitor 12 überwacht kontinuierlich das Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers 10 und, sobald dieses Null oder negativ wird, wird die in digitaler Form im kumulativen Speicher 11 gehaltene kumulative Summe über ein Tor 17 und eine Mittel- oder Durchschnittswertschaltung 16 an' die Klemme 78 und ggfs„ an eine Anzeige 19 weitergegeben. Der Abschlußmeßwert kann aus den Ausgangssignalen des kumulativen Speichers entsprechend mehreren Abtastungen gemittelt werden, um die Auswirkung von Rauschen oder Zittern auf das Videosignal zu reduzieren, und kann so lang erforderlich angezeigt werden? danach kann die Einstellung der Zeitgeberschaltung geändert werden, um eine andere Stelle des Videosignals anzuwählen, worauf der Meßvorgang wiederholt wird.

Die Abtastbrücke 1 und der Brückenvorspannungskreis 14 sind mit mehr Einzelheiten in Fig. 7 dargestellt» Das ankommende Videosignal wird über die Klemme 2 aufgenommen und an eine aus vier in der gezeigten Weise verbundenen Dioden 23, 24 _f 25 und 26 bestehende Diodenbrücke 22 angelegt= Der Ausgang der Brücke ist mit dem Speicherkondensator 6 in Fig» 6 verbunden. Ein Widerstand 21 liegt zwischen der Klemme 2 und Erde„ so daß ein korrekt angepaßter EingangsrWiderstand für die an Klemme 2 angeschlossene übertragungsleitung gewährleistet ist. Die Abtastbrücke wird unter dem Einfluß von an die Klemmen 27 und 28 durch den Torimpulsgenerator 3 angelegte Torimpulse in der erforderlichen Weise leitend gemacht und gesperrt. Diese Impulse iverden an die Diodenbrücke 22 über Filter angekoppelt, tvelche jeweiis Kondensatoren 29 und 30 sowie eine Induktivität 31 enthalten= Diese Filter ergeben einen Erdweg mit niedriger Impedanz an den Verbindungspunkten

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32 und 33 für die höherfrequenten Bestandteile des Eingangssignals an der Klemme 2, die sonst über die Streukapazitäten der Dioden 23, 24, 25 und 26 an den Speicherkondensator 6 übertragen würden und beträchtliche Fehler des abgetasteten Wertes während der Wandlungszeit des Analog/Digital-Wändlers 10/ d.h. wenn die Dioden 23 bis 26 gesperrt sind, ergeben würden. Die Abtastbrücke 1 erhält ihre Vorspannung mittels eines Konstantstromweges 34, der von einer Konstantstromquelle 35 über angepaßte Widerstände 36 und 37 zu einer zweiten Stromquelle 38 führt. Dadurch werden Vorspannungspunkte 39 und 40 erhalten, durch welche die Dioden 23 bis 26 unter Beeinflussung des an der Klemme 41 anliegenden Ausgangssignals des Digital/ Analog-Wandlers 13 vorgespannt werden können. Auf diese Weise können die Dioden anfangs auf einen Wert vorgespannt werden, der von der tatsächlich am Kondensator 6 vorhandenen Spannung abhängt. Insbesondere bleiben die Durchlaßübertragungseigenschaften der vier die Abtastbrücke 1 bildenden Dioden und die Sperrspannung szustände der beiden Ausgangsdioden 24 und 25 der Abtastbrücke auch dann konstant, wenn der abgetastete Wert des Videosignals an der Klemme 2 und der durch den Kondensator 6 gespeicherte Abtastwert sich bei unterschiedlichen Abtastpunkten des Videosignals ändert.

Normalerweise sind die Dioden 23 bis 26 gesperrt, jedoch werden sie beim Anliegen der Torimpulse an den Klemmen 27 und 28 kurzzeitig leitend und erlauben ein Aufladen des Kondensators 6 durch das an der Klemme 2 anliegende Videosignal. Die Zeitlänge der Torimpulse ist sehr kurz, typischerweise in der Größe von 1 ns.

Der Ereignisablauf kann anhand der in Fig. 9 dargestellten Zeitabläufe klar erfaßt werden, wobei die an der Klemme 5 aufgenommenen Synchronisationsimpulse in Zeile a dargestellt sind. Es wird angenommen, daß ein Fernseh-Videowellenzug an

der Klemme 2 aufgenommen wird und daß die Synchronisationsimpulse zusammengesetzte Impulse sind, die eine Identifizierung der abzutastenden Zeile und eine Anzeige des Zeitpunktes _f an dem der Zeilendurchlauf beginnt, ermöglichen„ Der Zeitpunkt,, zu dem die Videowellenform durch die Abtastbrücke 1 erfaßt wird, wird durch einen in der Zeitgeberschaltung 4 enthaltenen Zeilenwähler und durch die Größe einer durch einen veränderbaren Verzögerungskreis 2O erzeugten Verzögerung bestimmt. In Fig₀ 9 ist diese Verzögerung durch das Symbol S bezeichnet» und es ist zu sehen, daß kurz vor dem Auftreten der in Zeile b aufgezeichneten Tor- oder Äbtastimpulse die Rückkopplungsbrücke 15 und die Klemmbrücke 16 gemäß Zeile c gesperrt sind» Wenn die Rückkopplungsbrücke 15 leitend ist, hält sie zwangsweise die im Kondensator 6 gespeicherte Spannung auf dem Ausgangswert des Digital/Analog-Wandlers 13, und wenn die Klemmbrücke 16 leitend ist, klemmt sie den Eingang des Pufferverstärkers 8 auf eine feste Referenzspannung, die Nennspannung Null, fest» Während dieses Zeitabschnitts lädt sich der Koppelkondensator 7 auf einen Gleichgewichtszustand über den durch die Brücken 15 und 16 bestehenden Weg mit niedriger Impedanz auf= Sobald die Brücken 15 und 16 zur Ermöglichung einer neuen Abtastung gesperrt werden, wird die Ladung am Koppelkondensator 7 gehalten und so dem Pufferverstärker 8 die Schrittänderung der gespeicherten Spannung am Kondensator β übertragen, da dieser entsprechend der Amplitude der Videowellenform zum Erfassungszeitpunkt aufgeladen oder entladen ist» Die Rückkopplungsbrücke 15 und die Klemmbrücke 16 werden während des zur Aufladung (oder Entladung) des Kondensators 6 und zur übertragung der Stufenspannung über den Kondensator 7 und die Verstärker 8 und 9 an den Analog/Digital-Wandler 10 und für den Wandelvorgang im Änalog/Digital-Wandler 10 für die Stufenspannung erforderlichen Zeit gesperrt, und der letztgenannte Zeitabschnitt ist in Zeile ά der Fig. 9 angezeigt« Vor dem Zeitpunkt, an dem die Stelle der Wellenform das nächste Mal erfaßt wird, sind die Rückkopplungsbrücke 15 und die Klemmbrücke 1 β

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wieder im Leitzustand, so daß sie den neu aufgenommenen Wert des Kondensators 6 halten bzw. den Eingang des Pufferverstärkers 8 auf Null stellen.

Sobald der Wandelvorgang vollständig ist und die im Speicher 11 gehaltene kumulative Summe erneuert oder aufgefrischt ist, wird der neue Summenwert durch den Wandler 13 in ein Analogsignal zurückgewandelt, um die Vorspannung der Abtastbrücke 1 und des Speicherkondensators 6 für den nächsten Abtastvorgang bereit zu setzen.

Es ergibt sich aus der vorangehenden Beschreibung, daß die am Kondensator 6 vorhandene Spannung ihren endgültigen Wert erst nach dem mehrmaligen Abtasten einer ganzen Anzahl von aufeinanderfolgenden Vorgängen erreicht und, um eine ausreichende Genauigkeit durch Ausmitteln eines etwa im Eingangssignal oder im Meßsystem vorhandenen Rauschens zu erreichen, ist es erforderlich, eine große Anzahl von Widerholvorgängen des anliegenden Wellenzuges nach dem Einlaufen des Meßsystems auf seinen Endwert zu erfassen. Die zur Durchführung einer bestimmten Messung notwendige relativ lange Zeitdauer kann dann unerwünscht sein, wenn eine Vergleichspegelmessung mit Bezug auf verschiedene Stellen an der wiederholt auftretenden Wellenform durchgeführt werden soll. Das trifft besonders auf die in Fig. 1 gezeigten Messungen des Zeitabstandes Zjit zu. Prinzipiell würde dafür eine sehr hohe Langzeit-Gleichstrom-Stabilität sowohl im Meßsystem als auch im Fernsehsignalgenerator erforderlich sein, und um diese Erfordernisse zu reduzieren,ist das in Fig. 6 gezeigte System so ausgelegt, daß zwei Punkte alternativ bei aufeinanderfolgendem Auftreten in der anliegenden Wellenform erfaßt werden können. Durch Einschachteln der Abtastwerte kann Abdriften innerhalb der Integrationszeit, d.h. der für die

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erforderliche Anzahl von Abtastvorgängen und Mittelbildungen notwendige Zeit, mit gleichbleibender Auswirkung auf beide Meßwerte angenommen werden und dieses Abdriften wird dadurch ausgeglichen, wenn die Differenz zwischen den beiden Abtastreihen errechnet wird. Zur Anpassung an diese Betriebsart ist der kumulative Speicher 11 in zwei Abschnitte 11a und 11b unterteilt, wobei jede Speicherhälfte Daten verarbeitet, die jeweils auf die Messung einer Stelle der Wellenform bezogen sind, während die andere Speicherhälfte die auf die zweite Stelle bezogenen Daten verarbeitet. Es ist dabei notwendig,, den Speicher mit einer dem Wiederholungszeitabschnitt des anliegenden Videosignals entsprechenden Rate zu schalten,, das kann jedoch einfach unter Einwirkung der Zeitgeberschaltung 4 in Abhängigkeit von den aufgenommenen Synchronisationsimpulsen an der Klemme 5 erreicht werden. In gleicher Weise wird der Ausgang des kumulativen Speichers 11 alternativ zwischen den beiden Werten geschaltet, so daß zu jedem Zeitpunkt das durch den Digital/Analog-Wandler 13 erzeugte Ausgangssignal sich auf die beim nächsten Durchgang abzutastende Wellenform bezieht.

Gleichfalls ist auch die Mittelwertschaltung oder der Mittelwertkreis 18 in zwei Abschnitte 18a und 18b unterteilt, um die Mittelwerte der beiden durch die zwei Abschnitte des kumulativen Speichers 11 abgegebenen Datenreihen mit der erforderlichen Integrationszeit zu errechnen«

Weil keine Notwendigkeit mehr besteht, eine perfekte Gleichstranstabilität - während eines längeren Zeitabschnitts vorzusehen , kann die Integrationszeitlänge bei einer bestimmten Messung soweit ausgedehnt werden, wie es zur Kleinhaltung der Auswirkung des Rauschens im Eingangssignal oder im System notwendig ist. Durch Erhöhung des Integrationszeitraums kann die theoretische Genauigkeit r^on Vergleichsmessungen beträchtlich erhöht werden.

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Statt der Unterteilung des kumulativen Speichers 11 und der Mittelwertschaltung 18 in zwei Abschnitte 11a und 11b bzw. 18a und 18b können diese auch in eine größere Anzahl von Abschnitten unterteilt werden, um so zu ermöglichen, daß eine entsprechend größere Anzahl von Einzelstellen in der anliegenden Wellenform gemessen werden können. Wenn beispielsweise Vergleichsmessungen für vier Stellen des Wellenzuges erforderlich sind, können vier Abschnitte im kumulativen Speicher und in der Mittelwertschaltung vorgesehen werden, wobei bei jedem vierten Auftreten der entsprechenden Stelle der Wellenform die Daten in den entsprechenden Abschnitt eingegeben werden.

Es kann bei einigen Anwendungen möglich sein, die Rückkopplungsbrücke 15 und die Klemmbrücke 16 jeweils durch Widerstände mit sorgfältig ausgewählten Werten zu ersetzen, falls die Abtast-Wiederholungsrate entsprechend niedrig ist. Es ist andererseits prinzipiell möglich, die Rückkopplungsbrücke 15, die Klemmbrücke 16, den Kondensator 7 sowie die Verstärker 8 und 9 durch einen Differentialverstärker mit zwei Eingängen zu ersetzen, dessen einer Eingang mit der Verbindungsstelle zwischen dem Speicherkondensator 6 und der Abtastbrücke 1 und dessen anderer Eingang mit dem Wandler 13 verbunden ist. Ein solcher Verstärker müßte den gleichen Verstärkungsfaktor wie der Verstärker 9 besitzen und müßte zusätzlich eine sehr hohe Gleichtaktunterdrückungscharakteristik aufweisen. Gegenwärtig wird angenommen, daß die in Fig. 6 gezeigte Ausbildung bessere Resultate ergibt.

Die Abfolge der beschriebenen Vorgänge, die teilweise in Fig. 9 dargestellt ist, kann durch ein Folgesteuergerät beeinflußt werden bzw.· durch eine entsprechend programmierte Verarbeitüngseinheit. Ein solches Gerät könnte auch zum Steuern des Wandlers 10, des Speichers 11 und der Mittelwertschaltung 18 nötigenfalls benutzt werden.

Da die Amplitude des Abtastwertes nach Übereinstimmung mit der Amplitude des ausgewählten Punktes oder der ausgewählten Stelle der Wellenform mehrmals abgetastet wird„ wird beim Bilden des Mittelwertes die Auswirkung von Rauschen und Sittern sehr klein gehalten. Dadurch können sehr genaue Messungen ausgeführt werden.

In Fig„ 10 ist eine Zeitintervall-Meßschaltung gezeigt,, die die Ämplitudenmessungen nach Fig. 5 ausführt» Der gewünschte Amplitudenzustand wird über die Klemmen 71c 72 und 73 an einen Ämplitudenmonitor 74 angelegt. Wenn es beispielsweise erforderlich ist, eine Wellenform nach einer Stelle mit einem besonderen Wert zu untersuchen, wird dieser gesuchte Wert über die Klemme 71 angelegt. Wenn es erforderlich ist, ein Maximum oder Minimum zu suchen, wird diese Instruktion über die Klemme 72 angelegt, und Instruktionen, die die Bestimmung einer bestimmten Amplitudenfunktion ermöglichen, werden über die Klemme 73 angelegt. Ein Beispiel einer solchen Amplituden-^· funktion ist in Fig. 4 gezeigt, und hier ist die erforderliche Amplitudenfunktion der Mittelwert zwischen zwei bekannten Amplitudenpegeln. Erforderlichenfalls können die Fenster-Grenzen, innerhalb derer die Amplitudenmeßschaltung den gewünschten Wert suchen soll, über die Klemmen 75 und 75 angelegt werden» Der Amplitudenmonitor erzeugt ein Signal _t das dem variablen Verzögerungsglied 20 in Fig. 6 zugeführt wird, und der entsprechende Amplitudenwert wird über die Klemme 78 (die zur Schaltung nach Fig. 6 gehört) in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen dem erfaßten Amplitudenwert und dem geforderten Amplitudenwert erhalten, wenn das über Leitung 79 abgegebene Verzögerungssteuersignal verändert wirdο Das variable Verzögerungssteuersignal gelangt auch zu einem Zeitgeber 81, der zusätzlich den Syhchronisationsimpuls an Klemme 82 aufnimmt. Es handelt sich hier um den gleichen Synchronisationsimpuls, wie er an Klemme 5 in Fig„ 6 anliegtο Wenn die korrekte Amplitudenmessung an

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Klemme 78 durch den Amplitudenmonitor 74 erfaßt wird, wird der Zeitgeber 81 über die Leitung 80 angewiesen, den Zeitabstand zwischen Abtastimpuls und Synchronisationsimpuls zu messen. Der Zeitabstand wird durch Zählen von Taktimpulsen gemessen, die von der Taktquelle 83 mit sehr hoher Frequenz erhalten werden. Die Taktquelle 83 wird durch die Synchronisationsimpulse freigegeben und bei Auftreten des Anweisungsimpulses an Leitung 80 gesperrt. Der Zeitintervall kann direkt an die Ausgangsklemme 84 abgegeben werden, wenn nur der Zeitabstand eines bestimmten Auftretens vom Synchronisationsimpulserforderlich ist. Falls jedoch die Zeitdifferenzmessung ^At, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, durchgeführt werden soll, wird das erste Zeitmeßergebnis zeitweilig in einen Speicher 85 gegeben, solange die zweite Zeitmessung ausgeführt wird. Beispielsweise kann die erste Zeitmessung dem Punkt 61 in Fig. 1 entsprechen, während die zweite Zeitmessung dann dem Puhlct 63 entspricht. Sobald das zweite Zeitmeßergebnis vorliegt, wird sein Wert von dem gespeicherten Wert mittels des Subtraktors 86 subtrahiert, und die sich ergebende Zeitmessung an Klemme 87 zur weiteren Verwendung abgegeben.

In Fig. 10 zieht der Subtraktor 86 einen Durchschnittswert von einem weiteren Durchschnittswert ab, wobei jeder Durchschnittswert sich aus vielen Abtastvorgängen ergibt. Es ist manchmal besser, jeweils paarweise nicht gemittelte einzelne Abtastwerte voneinander zu subtrahieren und die sich ergebenden Differenzwerte über eine große Anzahl von Subtraktionsvorgängen zu mitteln.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Zeitintervall-Meßanordnung mit einer Einrichtung zum Empfang eines Signals mit einer wiederholt auftretenden Wellenform, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (Fig. 6) zum Bestimmen der Amplitude der Wellenform an einem ausgewählten Punkt der Wellenform durch wiederholtes Abtasten des Signals am ausgewählten Punkt vorgesehen ist, um so fortschreitend mit Näherungsschritten den Abtastwert in Übereinstimmung mit dem Signalwert an dem ausgewählten Punkt zu bringen, und daß eine Einrichtung (Fig= 10) zur Veränderung des Abtastzeitpunktes

   irgesehen ist, um den an rewählten Punkt bis zur überei Stimmung der gemessenen Amplitude mit einem vorbestimmten Amplitudenzustand zu ändern und um den AbtastZeitpunkt zu

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   bestimmen, an dem diese Übereinstimmung erreicht ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß eine Einrichtung (11) vorgesehen ist zur Mittelwertbildung aus einer Anzahl von Abtastwerten, nachdem die Abtastwerte in die Übereinstimmung gebracht sind, um so die Auswirkung von in dem empfangenen Signal vorhandenen Rauschen zu verringern.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der vorbestimmte Amplitudenzustand einen auf einen vorbestimmten Referenzpegel· bezogenen vorbestimmten Amplitudenpegel· umfaßt und daß der vorbestimmte Referenzpegel· und die vorbestimmten Punkte wiederholt so abgetastet werden, daß die Größen der entsprechenden Abtastwerte in Reihenfolge zunehmen, bis beide gleichlaufend in die Übereinstimmung gebracht sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Differenz zwischen dem vorbestimmten· Referenzpegel· und der Ampütude an dem angewähiten Punkt bei erreichter Übereinstimmung aufeinanderfoigend mehrmal·s gemessen und ein Durchschnittswert erzeugt ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ampiitudenzustand ein Maximum oder ein Minimum an der We^enform enthäl·^ und daß der Abtastzeitpunkt in Abhängigkeit von dem Ergebnis der vorhergehenden Ampiitudenmessung geändert wird, bis die Übereinstimmung erreicht ist.

   6„ Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jeder AbtastZeitpunkt (außer dem ersten Abtastzeitpunkt), bezogen auf den angewählten Punkt,so geändert wird, daß er zwischen den zwei vorhergehenden Abtastzeitpunkten liegt, die die beiden am dichtesten zum vorbestimmten Ämplitudenzustand liegenden Ämplitudenmeßwerte ergeben haben»